浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点.pdf
《浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点.pdf(13页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、编号:44 汽车测试技术课程论文 浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用 班级:车辆1112 姓名(及手机): 王志远(18262816053) 学号:1111504223 任课教师:郑建 祥 博士(13179519460) 2014-05-25 浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用 摘要:对磁电式转速传感器结构及工作原理进行了阐述, 并介绍了其在汽车测试的几个 方面中的应用。 关键词:磁电式传感器汽车测试机电一体化数据采集控制装置 AbstractThe magnetic sensor is based on the principle of electromagnet
2、ic sensors, by magnetoelectric interaction will be measured (such as vibration, displacement, speed etc.) into sensor induction electromotive force, which is also known as the inductive sensor, electric sensor. According to the law of electromagnetic induction, the induction electromotive force in N
3、 coil. Induction electromotive force is determined from the rate of change of magnetic flux. The magnetic flux change of CO can be achieved by many means: such as the relative motion between the magnet and the coil magnetic reluctance; change; coil size change in a constant magnetic field. It can pr
4、oduce different types of magnetic sensor. The magnetic sensor is a kind of machine electric energy conversion type sensor, and does not need the power supply, the circuit is simple, stable performance, strong output signal, the output impedance is small, with a certain frequency response range, suit
5、able for vibration, speed, torque measurement. 引言:作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为 21世纪人们在高新技术 发展方面争夺的一个制高点。在现代汽车电子控制中,传感器广泛用于发动机控制系统、底 盘控制系统、 车身控制系统和导航系统中,传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控 制系统的性能,为汽车性能的改善提供了有力保障。传感器是汽车电子控制系统的信息源, 是促进汽车高档化、电子化、 自动化的关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之 一。普通汽车上大约装有10-20 只传感器,高级豪华轿车则更多。传感器能及时识别外界和 系统本
6、身的变化,对温度、压力、位置、转速、体积流量等信息进行实时、准确的测量,并 将信息传递给电脑进行处理,从而实现汽车各系统的电子控制。现代社会对车辆性能的要求 越来越高, 促使汽车传感器技术不断发展,今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能 化和多功能化,开发新材料、新工艺和新型传感器。 正文 一 结构原理磁传感器是基于电磁传感器原理, 通过磁电相互作用将被测量(如振 动、位移、 转速等) 转换成感应电动势的传感器,它也被称为感应式传感器、电动式传感器。 根据电磁感应定律,N匝线圈中的感应电动势。感应电动势的大小由磁通的变化率决定。磁 通量协的变化可以通过很多办法来实现: 如磁铁与线圈之间作相
7、对运动; 磁路中磁阻变化; 恒 定磁场中线圈面积变化等。因此可以制造出不同类型的磁传感器。磁传感器是一种机一电能 量变换型传感器,不需要供电电源,电路简单,性能稳定,输出信号强,输出阻抗小,具有 一定的频率响应范围,适合于振动、 转速、扭矩等测量。 但这种传感器的尺寸和重量都较大。 磁电传感器由永久磁铁(磁钢)、线圈、弹簧、金属骨架和壳体等组成。系统产生 恒定直流磁场, 磁路中工作气隙是固定不变的,因而气隙中的磁通也是恒定不变的。它们的 运动部件可以是线圈,又可分为圈式或动铁式两种结构类型。恒磁通磁传感器结构原理图磁 铁与传感器壳体固定,线圈和金属骨架(合称线圈组件)用柔软弹簧支承。线圈组件与
8、壳体 固定,永久磁铁用柔软弹簧支承。两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的 电磁阻尼。 动圈式和动铁式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,因此振动频率足够高(远高于传感器的固有频率)时, 运动部件的惯性很大,来不及跟随振动体一起振动,近于静止不动, 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。线圈与磁铁间相对运动 使线圈切割磁力线, 产生与运动速度成正比的感应电动势,线圈处于工作气隙磁场中的匝数, 称为工作匝数 ; 工作气隙中磁感应强度; 每匝线圈的平均长度。 这类传感器的基型是速度传感
9、器,能直接测量线速度。因为速度与位移和加速度之 间有内在的联系,即它们之间存在着积分或微分关系。因此, 如果在感应电动势的测量电路 中接入一积分电路,则它的输出就与位移成正比; 如果在测量电路中接人一微分电路,则它 的输出就与运动的加速度成正比。这样, 这类磁传感器就可以用来测量运动的位移或加速度。 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。 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。 根据电磁感应定律,当W 匝线圈在均恒磁场内运动时,设穿
10、过线圈的磁通为,则线圈内 的感应电势e 与磁通变化率d/d t 有如下关系:E=-w(d /d t) 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。下图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。 变磁通式结构 (a)旋转型(变磁) ) ; (b)平移型(变气隙) 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
11、而产生。这类结构有两种,如下图所示。 恒磁通式结构(a)动圈式; (b)动铁式 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 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 l=laW(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) 。 当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。 为提高灵敏度, 应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量
12、小的气隙长度,以提高气隙 磁通密度 B;增加 la 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。根据电磁感应定律, 当 w 匝线圈在恒定磁场内运动时, 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 : E=-w(d /dt) 二在汽车测试中的运用 1 汽车磁电式车速传感器 磁电式传感器是利用电磁感应原理工作的,即:当闭合回路中的磁通量发生变化时,回 路中就产生感应电动势,其大小与磁通
13、量的变化率有关,即: E:感应电动势; N:导电回路中线圈的匝数; 通过改变穿越线圈磁通量的变化率就可以改变感应电动势E的变化,而在实际应用过程 当中,改变穿越线圈磁通量的变化率的方式有3种,即移动线圈、移动磁铁或改变磁阻,与 之对应的分别称为动圈式磁电传感器、动铁式磁电传感器及磁阻式磁电传感器。而在车辆上 应用最广的是磁阻式磁电传感器。下面以磁阻式磁电传感器为例来讲磁电式传感器在车辆上 的应用情况。 磁阻式磁电传感器在车辆上的应用可以用来检测发动机转速和车轮转速,一般 由传感头和齿圈组成,而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。当齿圈的齿隙与传感 器的极轴端部相对时,极轴端部与齿圈之间的空
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 浅析 磁电 传感器 结构 原理 及其 汽车 测试 中的 应用 要点
链接地址:https://www.31doc.com/p-5209939.html