磁電式傳感器

1、第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器1第七章第七章 磁電式傳感器磁電式傳感器磁磁電式傳感器的基本工作原理電式傳感器的基本工作原理磁電式振動傳感器磁電式振動傳感器磁磁電式傳感器設(shè)計基礎(chǔ)電式傳感器設(shè)計基礎(chǔ)磁磁電式傳感器的應(yīng)用電式傳感器的應(yīng)用主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器27.1 概述概述基本原理：基本原理：利用電磁感應(yīng)原理，將輸入利用電磁感應(yīng)原理，將輸入(運動速度運動速度)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成線圈中感應(yīng)電動勢輸出的傳感器。成線圈中感應(yīng)電動勢輸出的傳感器。特點：特點：有源傳感器：不需要激勵電源有源傳感器：不需要激勵電源;具有機電雙向轉(zhuǎn)換特性具有機電雙向轉(zhuǎn)換特性;具有較大的輸出功率具有

2、較大的輸出功率;只適于動態(tài)測量。只適于動態(tài)測量。第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器3工作原理工作原理由電磁感應(yīng)定律，當(dāng)由電磁感應(yīng)定律，當(dāng)W匝線圈在均恒磁場中運動時，匝線圈在均恒磁場中運動時，設(shè)穿過線圈的磁通為設(shè)穿過線圈的磁通為，則線圈的感應(yīng)電動勢，則線圈的感應(yīng)電動勢e為為：導(dǎo)線在恒定磁場中導(dǎo)線在恒定磁場中作直線運動，并切作直線運動，并切割磁力線，感生電割磁力線，感生電勢為：勢為：sinsinWBlvdtdxWBle：導(dǎo)線運動方向與磁場方向之間的夾角；：導(dǎo)線運動方向與磁場方向之間的夾角；第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器4線圈在恒定磁場中作直線運動，感生電勢為：線圈在恒定磁場中作直線運動，感

3、生電勢為：sinsinWBlvdtdxWBleB：磁場磁感應(yīng)強度；：磁場磁感應(yīng)強度；l:每匝線圈的有效長度每匝線圈的有效長度：線圈運動方向與磁場方向之間的夾角；線圈運動方向與磁場方向之間的夾角；v:線圈與磁場之間的相對運動速度，線圈與磁場之間的相對運動速度，m/s線圈相對磁場旋轉(zhuǎn)并切割磁力線，感生電勢為：線圈相對磁場旋轉(zhuǎn)并切割磁力線，感生電勢為：)sin(sinWBSdtdWBSe S：每匝線圈的圍成的面積：每匝線圈的圍成的面積：線圈平面法線方向與磁場方向之間的夾角；線圈平面法線方向與磁場方向之間的夾角；:線圈與磁場之間的相對運動角速度線圈與磁場之間的相對運動角速度第第七七章章磁磁電電式式傳傳

4、感感器器5兩種基本類型兩種基本類型恒定磁通式：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。圈相對永久磁鐵運動并切割磁力線產(chǎn)生。變磁通式：變磁通式：磁鐵、線圈均不動，感應(yīng)電勢由變化的磁通產(chǎn)磁鐵、線圈均不動，感應(yīng)電勢由變化的磁通產(chǎn)生，如下圖所示的轉(zhuǎn)速測量。生，如下圖所示的轉(zhuǎn)速測量。1一永久磁鐵一永久磁鐵2一軟磁鐵一軟磁鐵3一感應(yīng)線圈一感應(yīng)線圈4一測量齒輪一測量齒輪第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器6第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器7被被 測測 物物SN 7.2 磁電式振動傳感器磁電式振動傳感器一、工作原理與動

5、態(tài)特性一、工作原理與動態(tài)特性殼體線圈永久磁鐵彈簧第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器8動鐵式振動傳感器演示動鐵式振動傳感器演示振動非常緩慢時：磁鐵隨殼體運動；振動非常緩慢時：磁鐵隨殼體運動；快速振動時：磁鐵相對殼體運動幅度快速振動時：磁鐵相對殼體運動幅度加大，相位相反。加大，相位相反。第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器9動圈式傳感器用于振動測試第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器101、構(gòu)成、構(gòu)成永久磁鐵永久磁鐵:產(chǎn)生磁場產(chǎn)生磁場線圈：感生出電動勢線圈：感生出電動勢彈簧：彈性恢復(fù)彈簧：彈性恢復(fù)阻尼器阻尼器電磁阻尼：線圈金電磁阻尼：線圈金屬骨架在磁場中運屬骨架在磁場中運動，產(chǎn)生感應(yīng)渦流，動，產(chǎn)

6、生感應(yīng)渦流，而受到反方向的作而受到反方向的作用力。用力。空氣阻尼：空氣阻尼：殼體殼體:提供閉合磁路提供閉合磁路、磁屏蔽磁屏蔽mckx0 xm動態(tài)特性分析動態(tài)特性分析二階系統(tǒng)表示二階系統(tǒng)表示第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器11注意：位移符號與書上不同！注意：位移符號與書上不同！1001yyy第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器12設(shè)：設(shè)：x0-振動體的絕對位移；振動體的絕對位移；xm-質(zhì)量塊的絕對位移質(zhì)量塊的絕對位移ttmxkdtdxcdtxdm22)()(0022xxkxxdtdcdtxdmmmm運動正方向向上，所有力（包括慣性力）假設(shè)正方運動正方向向上，所有力（包括慣性力）假設(shè)正方向向上

7、，根據(jù)力平衡原理，有：向向上，根據(jù)力平衡原理，有：dtdD 令02)()(xkcDxkcDmDm則：質(zhì)量塊相對于外殼（或被測物）的位移：質(zhì)量塊相對于外殼（或被測物）的位移：第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器1302)()(xkcDxkcDmDm則：mkc2mk0令：令：第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器14若振動體作簡諧振動，將若振動體作簡諧振動，將D=j 代入：代入：02020021)(jjxxt得：振幅比：振幅比：第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器15頻率特性：頻率特性：當(dāng)當(dāng) 0時：時：00 xxt090當(dāng)當(dāng) 0時：時：210 xxt00當(dāng)當(dāng) 0時：時：10 xxt0180第第七七章

8、章磁磁電電式式傳傳感感器器160第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器17質(zhì)量體受力（力傳感器）質(zhì)量體受力（力傳感器）第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器18基座受力（運動傳感器）基座受力（運動傳感器）第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器19測力傳感器測力傳感器00.11.04.01.00.12.010520.70.50.2測振動測振動第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器202、討、討 論論1）當(dāng)）當(dāng) 3 0 時，時，xt/x0 1xt x0,m近似看作靜止不動近似看作靜止不動;=-1800。2）阻尼比阻尼比 的影響：的影響： 增大增大 （0.7左右），可以減小共振峰，改善低左右），可以減小共振

9、峰，改善低頻響應(yīng)；頻響應(yīng)；3）固有頻率）固有頻率 0的影響：降低的影響：降低 0 ，擴(kuò)大低頻段。，擴(kuò)大低頻段。4）理想情況，當(dāng)）理想情況，當(dāng) 0線圈中的感應(yīng)電勢：線圈中的感應(yīng)電勢： e=WBlv靈敏度：靈敏度：s=WBl第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器21例題例題1：設(shè)計一個磁電式振動速度傳感器，要求：設(shè)計一個磁電式振動速度傳感器，要求振動頻率為振動頻率為50Hz時，最大振幅誤差不超過時，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。，求傳感器的固有頻率及輸出的相位。解：解：當(dāng)當(dāng) 0時，時，10 xxt 1)；LD1D2D3th第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器40 7

10、.4 參數(shù)設(shè)計參數(shù)設(shè)計一、固有頻率的確定一、固有頻率的確定mk01）為了保證精度，要求：）為了保證精度，要求： / 032）為了改善低頻響應(yīng)性能，可以采取的措施：）為了改善低頻響應(yīng)性能，可以采取的措施：K、m 0注意：注意：K 靜撓度靜撓度, m 傳感器變重傳感器變重3）根據(jù)最大容許幅值誤差來確定彈簧剛度；）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。）合理選擇固有頻率。第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器41彈簧剛度計算彈簧剛度計算mkf21021kkk兩彈簧選擇原則：兩彈簧選擇原則：使質(zhì)量塊處于中間位置。使質(zhì)量塊處于中間位置。彈簧剛度：彈簧剛度：垂直放置：上面彈簧的剛度比下面

11、的小。垂直放置：上面彈簧的剛度比下面的小。mfK202兩個彈簧并聯(lián)：第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器42阻尼系數(shù)計算阻尼系數(shù)計算電磁阻尼（金屬骨架為阻尼器）：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渦流并受到磁場力的作用，力的方向與運動方向相反。第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器43阻尼器阻尼器阻尼器的作用：衰減自由振動，降低共振峰，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。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：

12、阻尼系數(shù)與阻尼比的關(guān)系為：理想的阻尼比為：理想的阻尼比為：第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器44阻尼器阻尼器阻尼器阻尼器電磁阻尼器電磁阻尼器空氣阻尼器空氣阻尼器金屬杯阻尼器Dcp:金屬杯平均直徑；金屬杯平均直徑；lg:氣隙深度；氣隙深度；t: 金屬杯的壁厚；金屬杯的壁厚； : 金屬材料的電阻率。金屬材料的電阻率。第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器45空氣阻尼器（在杯底開空調(diào)節(jié)阻尼）空氣阻尼器（在杯底開空調(diào)節(jié)阻尼）第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器467. 5 應(yīng)用應(yīng)用磁電式振動傳感器的特點：磁電式振動傳感器的特點：1）輸出阻抗小；）輸出阻抗小；2）對絕緣、放大器的要求不高；）對絕緣、放大

13、器的要求不高；3）信號強，噪聲干擾相對較小，可忽略；）信號強，噪聲干擾相對較小，可忽略；4）體積、重量大，有磨損；）體積、重量大，有磨損；5）工作溫度不高（）工作溫度不高（120C)；6）頻率響應(yīng)不高）頻率響應(yīng)不高(102000Hz)。（以上相對壓電式而言）（以上相對壓電式而言）第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器47監(jiān)測振動監(jiān)測振動第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器48飛機振動模態(tài)分析飛機振動模態(tài)分析飛機地面振動飛機地面振動實驗系統(tǒng)原理實驗系統(tǒng)原理方框圖方框圖第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器49逆向應(yīng)用逆向應(yīng)用-電磁激振器電磁激振器第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器50逆向應(yīng)用逆向應(yīng)

14、用-電磁激振器電磁激振器功率放大器功率放大器第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器51逆向應(yīng)用逆向應(yīng)用-電磁激振器電磁激振器在激光切割機、數(shù)控剪板機、折彎機等大型設(shè)備上振動測試在激光切割機、數(shù)控剪板機、折彎機等大型設(shè)備上振動測試 第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器52轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速測量第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器53磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。當(dāng)安裝在被測轉(zhuǎn)軸上的如圖所示。當(dāng)安裝在被測轉(zhuǎn)軸上的齒輪（導(dǎo)磁體）旋轉(zhuǎn)時，其齒依次齒輪（導(dǎo)磁體）旋轉(zhuǎn)時，其齒依次通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，從通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與而在線

15、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)電壓與磁通由于感應(yīng)電壓與磁通的變化率成的變化率成比例，即比例，即 ( (W是線圈匝數(shù)）是線圈匝數(shù)）故隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，故隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時，電壓幅值當(dāng)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。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。電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器。tWudd0第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器54扭矩測量扭矩測量12

16、測量儀表ut第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器55測試原理測試原理：在轉(zhuǎn)軸上固定兩個齒輪：在轉(zhuǎn)軸上固定兩個齒輪1和和2，它們的材質(zhì)、尺寸、齒，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和和4對著齒對著齒頂安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時，兩線圈輸出信號相同，相位差為零。頂安裝。當(dāng)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。扭轉(zhuǎn)角的增加而加大，其大小與相對扭轉(zhuǎn)

17、角、扭矩成正比。第第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器56本章要點本章要點1）磁電式傳感器（振動傳感器）的工作原理）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)特點結(jié)構(gòu)組成：永久磁鐵、線圈、彈簧、阻尼器（電磁阻結(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、動鐵式結(jié)構(gòu)形式：動圈式、動鐵式3）二階系統(tǒng)表示：）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）典型應(yīng)用：振動監(jiān)測、轉(zhuǎn)速、扭距測量2022020021)(）（）（振幅比為：xxt作業(yè)：作業(yè)：7 73 3，7 75 5第

18、第七七章章磁磁電電式式傳傳感感器器57用導(dǎo)磁材料制成的物體運動時，改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈用導(dǎo)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。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：磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器有兩種：1.1.開磁路開磁路開磁路結(jié)構(gòu)簡單，空氣磁阻大。開磁路結(jié)構(gòu)簡單，空氣磁阻大。2.2.閉磁路閉磁路磁回路由轉(zhuǎn)軸、內(nèi)外齒輪、線圈回到磁鐵閉合。當(dāng)轉(zhuǎn)軸與被測軸一起磁回路由轉(zhuǎn)軸、內(nèi)外齒輪、線圈回到磁鐵閉合。當(dāng)轉(zhuǎn)軸與被測軸一起轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和磁鐵一起轉(zhuǎn)動，內(nèi)外齒輪的相對運動使磁轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)齒輪和磁鐵一起轉(zhuǎn)動，內(nèi)外齒輪的相對運動使磁路氣隙發(fā)生變化，因而磁阻變化并使穿過線圈的磁通量發(fā)生周期性變路氣隙發(fā)生變化，因而磁阻變化并使穿過線圈的磁通量發(fā)生周期性變化，在線圈中產(chǎn)生周期變化的感應(yīng)電勢。其特點是磁路磁阻小，輸出化，在線圈中產(chǎn)生周期變化的感應(yīng)電勢。其特點是磁路磁阻小，輸出信號大，受被測軸振動干擾小信號大，受被測軸振動干擾小。 第第