chap7磁電式傳感器課件

第七章磁電式傳感器磁電式傳感器的基本工作原理磁電式振動傳感器設(shè)計基礎(chǔ)磁電式傳感器的應(yīng)用主要內(nèi)容：1§7.1概述基本原理：利用電磁感應(yīng)原理，將輸入(運動速度)轉(zhuǎn)換成線圈中感應(yīng)電動勢輸出的傳感器。特點：有源傳感器：不需要提供電源;具有雙向轉(zhuǎn)換特性;具有較大的輸出功率;只適用于動態(tài)測量。2工作原理由電磁感應(yīng)定律，當W匝線圈在均恒磁場中運動時，設(shè)穿過線圈的磁通為φ，則線圈的感應(yīng)電動勢e為：3兩種基本類型恒定磁通式：工作氣隙中磁通不變，線圈中的感應(yīng)電勢由線圈相對永久磁鐵運動并切割磁力線產(chǎn)生。變磁通式：磁鐵、線圈均不動，感應(yīng)電勢由變化的磁通產(chǎn)生，如圖示轉(zhuǎn)速測量：1一永久磁鐵2一軟磁鐵3一感應(yīng)線圈4一測量齒輪56被測物SN§7.2磁電式振動傳感器一、工作原理與動態(tài)特性殼體線圈永久磁鐵彈簧7動圈式傳感器用于振動測試9構(gòu)成永久磁鐵:產(chǎn)生磁場線圈：感生出電動勢彈簧：彈性恢復阻尼器電磁阻尼：線圈金屬骨架在磁場中運動，產(chǎn)生感應(yīng)渦流，而受到反方向的作用力?？諝庾枘幔簹んw:提供閉合磁路、磁屏蔽mckx0xm動態(tài)特性分析—二階系統(tǒng)表示10注意：位移符號與書上不同！1113若振動體作簡諧振動，將D=j代入：振幅比：14頻率特性：當＝0時：當＝0時：當>>0時：15質(zhì)量體受力（力傳感器）17基座受力（運動傳感器）18測力傳感器00.11.04.01.00.12.0＝10520.70.50.2測振動19例題1：設(shè)計一個磁電式振動速度傳感器，要求振動頻率為50Hz時，最大振幅誤差不超過5％，

＝0.6，求傳感器的固有頻率及輸出的相位。解：當>>0時，<0.707,會出現(xiàn)共振峰。21解續(xù)：無解。0.951.051xt/x0f/f022解續(xù)：解得：23二、結(jié)構(gòu)特點動鐵式：線圈組件與傳感器殼體固定，永久磁鐵用柔軟的彈簧支撐，又稱慣性式。動圈式：永久磁鐵與傳感器殼體固定，線圈組件用柔軟的彈簧支撐。與動鐵式相比，慣性質(zhì)量小，增加阻尼比。直接式殼體固定于慣性系統(tǒng)部件，其頂桿與另一部件表面接觸。25某型動鐵式振動傳感器結(jié)構(gòu)26

屬于慣性式傳感器。是利用磁電感應(yīng)原理把振動信號變換成電信號。它主要由磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼等部分組成。將傳感器安裝在機器上，在機器振動時，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對運動、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動速度值。與二次儀表相配接，即可顯示振動速度或位移量的大小。也可以輸送到其它二次儀表或交流電壓表進行測量。實物：振動速度傳感器27動圈式演示29動圈式振動傳感器結(jié)構(gòu)彈簧片阻尼杯磁鋼芯軸殼體線圈引線301—彈簧

;2—殼體;

3—阻尼環(huán);4—磁鋼;5—線圈;6—芯軸在測振時，傳感器固定或緊壓于被測物體，磁鋼4與殼體2一起隨被測系統(tǒng)的振動而振動。裝在芯軸6上的線圈5和阻尼環(huán)3組成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量塊并在磁場中運動。動圈式傳感器結(jié)構(gòu)：311—頂桿

2—彈簧片

3—磁鋼

4—線圈

5—引出線

6—殼體用途：用來測量振動系統(tǒng)中兩部件之間的相對振動速度。直接式振動傳感器連接方式：殼體固定于一部件上，線圈與頂桿相對固定，而頂桿與另一部件相接觸，依靠彈簧片回復原位。當兩部件相對運動時，使線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，產(chǎn)生相應(yīng)的電動勢。32§7.3設(shè)計基礎(chǔ)磁電傳感器的基本組成磁鐵設(shè)計材料（永磁合金）尺寸工作點磁路系統(tǒng)線圈永久磁鐵導磁殼體彈簧阻尼器33一、材料選擇低剩磁Br、高矯頑力Hc材料：鎳鉻合金、鐵氧體，適用于磁路短、工作氣隙大的情況，能得到較大的氣隙磁感應(yīng)強度，傳感器磁場穩(wěn)定。高剩磁Br、低矯頑力Hc材料：鎳鋼、鈷鋼、鉻鋼，適用于磁路長、工作氣隙小的情況，能得到較大的氣隙磁感應(yīng)強度，結(jié)構(gòu)為細長，傳感器磁場不穩(wěn)定。34二、磁路計算矯頑力Hc：剩余磁感應(yīng)強度Br：最大磁能積(BH)m：HBBrHc35永久磁鐵的工作點HB0ABDO’確定原則：使永久磁鐵盡可能工作在最大磁能積上，此時磁鐵體積最小。磁導線36永久磁鐵的尺寸由工作點D（B、H）值計算磁鐵尺寸：由磁通連續(xù)性定理：SNδ磁路基爾霍夫第一定律：37永久磁鐵的尺寸磁路工作點的正切角為：在確定好磁鐵的截面積后，可以確定磁鐵的長度。38永久磁鐵的尺寸磁鐵的體積：39工作氣隙設(shè)計1）保證線圈窗口面積容納足夠的線圈匝數(shù)；2）保證均勻而較強的氣隙磁場；3）氣隙深度lg大于4倍的氣隙寬度δ。Bδlg40三、線圈組件（骨架、線圈繞組）設(shè)計保證線圈在氣隙中活動自如，有：lg：氣隙深度；lp：振動位移的峰峰值。LD1D2D3th線圈骨架41線圈組件（骨架、線圈繞組）設(shè)計f1：有效利用系數(shù)，f1=0.95；dw：帶絕緣層導線直徑；h：線圈厚度；f2：填充系數(shù)(>1)；LD1D2D3th42§7.4參數(shù)設(shè)計一、固有頻率的確定43Conclusions：1）為了保證精度，要求：/

0>32）為了改善低頻響應(yīng)性能，可以采取的措施：K↓、m↑→

0↓注意：K↓→靜撓度↑,m↑→傳感器變重3）根據(jù)最大容許幅值誤差來確定彈簧剛度；4）合理選擇固有頻率。44彈簧剛度計算兩彈簧選擇原則：使質(zhì)量塊處于中間位置。彈簧剛度：垂直放置：下面剛度的大，上面的小。45阻尼系數(shù)計算電磁阻尼（金屬骨架為阻尼器）：金屬骨架在磁場中作相對運動并切割磁力線時，感生渦流并受到磁場力的作用，力的方向與運動方向相反。46阻尼器阻尼器的作用：衰減自由振動，降低共振峰，改善頻率響應(yīng)特性，提高測試精度。阻尼系數(shù)與阻尼比的關(guān)系為：理想的阻尼比為：47阻尼器阻尼器電磁阻尼器空氣阻尼器金屬杯阻尼器Dcp:金屬杯平均直徑；lg:氣隙深度；t:金屬杯的壁厚；:金屬材料的電阻率。48空氣阻尼器（在杯底開空調(diào)節(jié)阻尼）49§7.5應(yīng)用磁電式振動傳感器的特點：1）輸出阻抗??；2）對絕緣、放大器的要求不高；3）信號強，噪聲干擾可忽略；4）體積、重量大，有磨損；5）工作溫度不高（<120°C)；6）頻率響應(yīng)不高(10~2000Hz)。（以上相對壓電式而言）50監(jiān)測振動51飛機地面振動實驗系統(tǒng)原理方框圖52飛機振動模態(tài)分析53逆向應(yīng)用---電動激振器54轉(zhuǎn)速測量55磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。當安裝在被測轉(zhuǎn)軸上的齒輪（導磁體）旋轉(zhuǎn)時，其齒依次通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成比例的交流電壓信號u0。由于感應(yīng)電壓與磁通φ的變化率成比例，即

(W是線圈匝數(shù)）故隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當轉(zhuǎn)速低到一定程度時，電壓幅值會減小到無法檢測出來的程度。故這種傳感器不適合于低速測量。為提高低轉(zhuǎn)速的測量效果，可采用電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器。56扭矩測量12測量儀表ut57如圖(

磁電感應(yīng)式扭矩傳感器)所示，在轉(zhuǎn)軸上固定兩個齒輪1和2，它們的材質(zhì)、尺寸、齒形和齒數(shù)均相同。永久磁鐵和線圈組成的磁電式檢測頭3和4對著齒頂安裝。當轉(zhuǎn)軸不受扭矩時，兩線圈輸出信號相同，相位差為零。轉(zhuǎn)軸承受扭矩后，相位差不為零，且隨兩齒輪所在橫截面之間相對扭轉(zhuǎn)角的增加而加大，其大小與相對扭轉(zhuǎn)角、扭矩成正比。58本章要點1）磁電式傳感器（振動傳感器）的工作原理2）結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)組成：永久磁鐵、線圈、彈簧、阻尼器（電磁阻尼：金屬骨架在磁場中運動產(chǎn)生、空氣阻尼）、殼體結(jié)構(gòu)形式：動圈式、動鐵式3）二階系統(tǒng)表示：4）典型應(yīng)用：振動監(jiān)測、轉(zhuǎn)速、扭距測量59作業(yè)：7－3，7－560用導磁材料制成的物體運動時，改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁通量，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器有兩種：1.開磁路

開磁路結(jié)構(gòu)簡單，空氣磁阻大。