第5磁电式传感器.ppt
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1、第5章 磁电式传感器,,磁电式传感器的传递矩阵和动态特性,1.2,第5章 磁电式传感器,磁电式传感器的应用,5.4,4.4,,第5章 磁电式传感器,磁电式传感器是利用电磁感应原理,将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源,就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号,是一种有源传感器。 磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器, 它只适合进行动态测量。由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;零位及性能稳定;工作频带一般为101000Hz。,第一节 基本原理和结构型式,,第5章 磁电式传感器,磁电式传感器具有双向转换特性,利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。
2、 根据电磁感应定律,当W匝线圈在均恒磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为,则线圈内的感应电势e与磁通变化率d/dt有如下关系:,(5-1),根据这一原理,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。图5.1所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。,,第5章 磁电式传感器,图5.1 变磁通式结构 (a)旋转型(变磁); (b)平移型(变气隙),,第5章 磁电式传感器,其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化,引起磁通变化而在线圈中产生感应电势,因此又称变磁阻式结构。 在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通
3、恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种,如图5-2所示。,,图5.2 恒磁通式结构 (a)动圈式;(b)动铁式,第5章 磁电式传感器,,第5章 磁电式传感器,图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。气隙中的磁场均匀分布,测量线圈绕在筒形骨架上,经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。 当线圈与磁铁间有相对运动时,线圈中产生的感应电势e为,(5-2),式中 B气隙磁通密度(T); l气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m) 为llaW(la为每匝线圈的平均长度) v线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。,,第5章 磁电式传感器,当
4、传感器的结构确定后,式(5-2)中B、la、W都为常数,感应电势e仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为 为提高灵敏度,应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度,以提高气隙磁通密度B;增加a和W也能提高灵敏度,但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。 为了保证传感器输出的线性度,要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸,以满足传感器基本性能要求。,(5-3),,第5章 磁电式传感器,一.传递矩阵 .机械阻抗图5.3(a)所示的质量为m、弹簧刚度为k,阻尼系数为c的单自由度机械振动系统。设在力F作用下产生的振动速度和位移分别为v(图中即)
5、和x,由此可列出力平衡方程,第二节 磁电式传感器的传递矩阵和动态特性,(5-4),,图5.3(b)所示的由电阻R、电感L和电容C组成的串联电路,设电源电压为u,回路电流为i、电荷为q。由此可列出电压平衡方程 这两个微分方程式虽然机电内容不同,但形式相同。因此,这两个系统为一对相似系统。一个系统可以根据求解它的微分方程来讨论其动态特性,故上述两相似系统的动态特性必然一致,可以实现机电模拟。,第5章 磁电式传感器,(5-5),,图5.3 一对相似系统 (a)单自由度机械振动系统;(b)RLC串联电路,第5章 磁电式传感器,,第5章 磁电式传感器,在电路中存在着电阻抗,它是将电流与电压联系起来的一个
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