磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運動速度變換成感應(yīng)電勢輸出的傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一種無源傳感器。

　　原理結(jié)構(gòu)

　　磁電式傳感器有時也稱作電動式或感應(yīng)式傳感器， 它只適合進(jìn)行動態(tài)測量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡單；零位及性能穩(wěn)定；工作頻帶一般為10～1000Hz。

　　磁電式傳感器具有雙向轉(zhuǎn)換特性，利用其逆轉(zhuǎn)換效應(yīng)可構(gòu)成力(矩)發(fā)生器和電磁激振器等。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)W匝線圈在均恒磁場內(nèi)運動時，設(shè)穿過線圈的磁通為Φ，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢e與磁通變化率dΦ/dt有如下關(guān)系：

　　根據(jù)這一原理，可以設(shè)計成變磁通式和恒磁通式兩種結(jié)構(gòu)型式，構(gòu)成測量線速度或角速度的磁電式傳感器。下圖所示為分別用于旋轉(zhuǎn)角速度及振動速度測量的變磁通式結(jié)構(gòu)。

　　變磁通式結(jié)構(gòu)

　　(a)旋轉(zhuǎn)型（變磁））； (b)平移型（變氣隙）

　　其中永久磁鐵1(俗稱“磁鋼”)與線圈4均固定，動鐵心3(銜鐵)的運動使氣隙5和磁路磁阻變化，引起磁通變化而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，因此又稱變磁阻式結(jié)構(gòu)。

　　變磁式結(jié)構(gòu)

　　在恒磁通式結(jié)構(gòu)中，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電勢是由于永久磁鐵與線圈之間有相對運動——線圈切割磁力線而產(chǎn)生。這類結(jié)構(gòu)有兩種，如下圖所示。

　　恒磁通式結(jié)構(gòu) (a)動圈式；(b)動鐵式

　　圖中的磁路系統(tǒng)由圓柱形永久磁鐵和極掌、圓筒形磁軛及空氣隙組成。氣隙中的磁場均勻分布，測量線圈繞在筒形骨架上，經(jīng)膜片彈簧懸掛于氣隙磁場中。

　　當(dāng)線圈與磁鐵間有相對運動時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e為

　　式中 B——氣隙磁通密度(T)；

　　l——氣隙磁場中有效匝數(shù)為W的線圈總長度(m)為l=laW(la為每匝線圈的平均長度)

　　v——線圈與磁鐵沿軸線方向的相對運動速度(ms-1)。

　　當(dāng)傳感器的結(jié)構(gòu)確定后，式(5-2)中B、la、W都為常數(shù)，感應(yīng)電勢e僅與相對速度v有關(guān)。為提高靈敏度，應(yīng)選用具有磁能積較大的永久磁鐵和盡量小的氣隙長度，以提高氣隙磁通密度B；增加la和W也能提高靈敏度，但它們受到體積和重量、內(nèi)電阻及工作頻率等因素的限制。

　　為了保證傳感器輸出的線性度，要保證線圈始終在均勻磁場內(nèi)運動。設(shè)計者的任務(wù)是選擇合理的結(jié)構(gòu)形式、材料和結(jié)構(gòu)尺寸，以滿足傳感器基本性能要求。

　　測量電路

　　磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)電勢, 且傳感器通常具有較高的靈敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器, 若要獲取被測位移或加速度信號, 則需要配用積分或微分電路。

　　設(shè)計原則

　　磁電感應(yīng)式傳感器有兩個基本元件組成:一個是產(chǎn)生恒定直流磁場的磁路系統(tǒng)，為了減小傳 感器體積，一般采用永久磁鐵;另一個是線圈，由它與磁場中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng) 電動勢與磁通變化率或者線圈與磁場相對運動速度成正比，因此必須使它們之間有一個相對運 動。作為運動部件，可以是線圈，也可以是永久磁鐵。所以，必須合理地選擇它們的結(jié)構(gòu)形式、 材料和結(jié)構(gòu)尺寸.以滿足傳感器的基本性能要求。

　　對于慣性式傳感器，具體計算時，一般是先根據(jù)使用場合、使用對象確定結(jié)構(gòu)形式和體積大 �。�即輪廓尺寸），然后根據(jù)結(jié)構(gòu)大小初步確定磁路系統(tǒng)，計算磁路以便決定磁感應(yīng)強(qiáng)度B。這樣，由技術(shù)指標(biāo)給定的靈敏度S值以及確定的B值，由S = e/v= BιN即可求得線圈的匝數(shù)N。因為 在確定磁路系統(tǒng)時，氣隙的尺寸已經(jīng)確定了，線圈的尺寸也已確定，亦即 ι已經(jīng)確定。根據(jù)這些 參數(shù)，便可初步確定線圈導(dǎo)線的直徑d。從提高靈敏度的角度來看，B值大，S值也大，因此磁路 結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)大些。只要結(jié)構(gòu)尺寸允許，磁鐵可盡量大些，并選擇B值大的永磁材料，匝數(shù)N也可 取得大些。當(dāng)然具體計算時導(dǎo)線的增加也是受其他條件制約的，各參數(shù)的選擇要統(tǒng)一考慮，盡量從優(yōu)。

　　磁電應(yīng)用

　　磁電式傳感器主要用于振動測量。其中慣性式傳感器不需要靜止的基座作為參考基準(zhǔn)，它直接安裝在振動體上進(jìn)行測量，因而在地面振動測量及機(jī)載振動監(jiān)視系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　常用地測振傳感器有動鐵式振動傳感器、圈式振動速度傳感器等。

　　(一).測振傳感器的應(yīng)用

　　航空發(fā)動機(jī)、各種大型電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、機(jī)床、車輛、軌枕振動臺、化工設(shè)備、各種水、氣管道、橋梁、高層建筑等，其振動監(jiān)測與研究都可使用磁電式傳感器。

　　(二).測振傳感器的工作特性

　　振動傳感器是典型的集中參數(shù)m、k、c二階系統(tǒng)。作為慣性(絕對)式測振傳感器，要求選擇較大的質(zhì)量塊m和較小的彈簧常數(shù)k。

　　這樣，在較高振動頻率下，由于質(zhì)量塊大慣性而近似相對大地靜止。這時，振動體(同傳感器殼體)相對質(zhì)量塊的位移y(輸出)就可真實地反映振動體相對大地的振幅x(輸入)。

　　磁電式力發(fā)生器與激振器

　　之前已指出磁電式傳感器具有雙向轉(zhuǎn)換特性，其逆向功能同樣可以利用。如果給速度傳感器的線圈輸入電量，那么其輸出量即為機(jī)械量。

　　在慣性儀器——陀螺儀與加速度計中廣泛應(yīng)用的動圈式或動鐵式直流力矩器就是上述速度傳感器的逆向應(yīng)用。它在機(jī)械結(jié)構(gòu)的動態(tài)實驗中是非常重要的設(shè)備，用以獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)的動態(tài)參數(shù)，如共振頻率、剛度、阻尼、振動部件的振型等。
除上述應(yīng)用外，磁電式傳感器還常用于扭矩、轉(zhuǎn)速等測量。

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