磁电式传感器工作原理.ppt

第7章磁电式传感器
磁电感应式传感器
霍尔式传感器
磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用电磁感应原理将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源, 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号,是一种有源传感器。由于它输出功率大, 且性能稳定,具有一定的工作带宽(10~1000 Hz),所以得到普遍应用。
磁电感应式传感器工作原理
根据电磁感应定律, 当导体在稳恒均匀磁场中,沿垂直磁场方向运动时,导体内产生的感应电势为
(7-1)
式中: B——稳恒均匀磁场的磁感应强度;
l——导体有效长度;
v——导体相对磁场的运动速度。
当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时,设穿过线圈的磁通为φ,则线圈内的感应电势e与磁通变化率dφ/dt有如下关系:
根据以上原理,人们设计出两种磁电式传感器结构:变磁通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式, 图7-1是变磁通式磁电传感器,用来测量旋转物体的角速度。
(7-2)
图7-1(a)为开磁路变磁通式:线圈、磁铁静止不动, 测量齿轮安装在被测旋转体上,随被测体一起转动。每转动一个齿, 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次,磁通也就变化一次, 线圈中产生感应电势,其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单,但输出信号较小,且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。
图7-1(b)为闭磁路变磁通式传感器,它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成,内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时,外齿轮不动,内齿轮随被测轴而转动,内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化,从而引起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期性变化的感应电动势。显然, 感应电势的频率与被测转速成正比。
图7-1 变磁通式磁电传感器结构图
(a) 开磁路; (b) 闭磁路
图7-2 恒定磁通式磁电传感器结构原理图
(a) 动圈式; (b) 动铁式
磁路系统产生恒定的直流磁场,磁路中的工作气隙固定不变,因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈(动圈式),也可以是磁铁(动铁式),动圈式(图7-2(a))和动铁式(图7-2(b))的工作原理是完全相同的。当壳体随被测振动体一起振动时,由于弹簧较软,运动部件质量相对较大, 当振动频率足够高(远大于传感器固有频率)时,运动部件惯性很大,来不及随振动体一起振动, 近乎静止不动,振动能量几乎全被弹簧吸收,永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度,磁铁与线圈的相对运动切割磁力线, 从而产生感应电势为
(7-3)
式中:B0——工作气隙磁感应强度; 
l——每匝线圈平均长度; 
W——线圈在工作气隙磁场中的匝数; 
v——相对运动速度。