5.1磁电感应式传感器
第5章磁电式传感器
磁电式传感器通过磁电作用将被测量转换成电信号。可分为磁电感应式传感器和霍尔式传感器。
5.1磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又叫电动式传感器或感应式传感器。它利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移和转速等）转换成电信号。它是有源传感器，不需要辅助电源就能将被测机械量转换成易于测量的电量。它输出功率大，性能稳定，有一定的工作带宽（10~1000Hz ），故应用比较广。
5.1.1 工作原理和结构类型
由电磁感应定律，W 匝是线圈在恒定磁场中运动，线圈两端感应电动势为
d d
e W
dt dt
?Φ
=-
=- （5.1.1） 其中/d dt Φ是磁通量变化率。若线圈相对于磁场的运动速度和角速度分别为v 和ω时，则
e WBlv =- （5.1.2） e WBS ω=- （5.1.3）
其中l 为每匝线圈的平均长度，B 为磁感应强度，S 为每匝线圈的平均截面积。
由（5.1.2）和（5.1.3）式可以看出，当结构参数,,,B L W S 确定后，那么感应电动势就只是,v ω的函数，且成正比，故可用来测振动和转速。
根据结构的不同，磁电感应式传感器可分为变磁通式和恒磁通式两种类型。
图5.1.1 变磁通式磁电感应式传感器的结构和工作原理
变磁通式又叫变磁阻式，可分为开磁路和闭磁路两种。开磁路变磁通式结构如图5.1.1（a ）所示。线圈3和磁铁5静止不动，2（由导磁材料制成）安装在被测旋转物理上，随被测物体1一起转动。当齿轮转动时，每转过一个齿，传感器磁路的磁阻就变化一次，磁通也变化一次，3中的感应电动势也变化一次。因此3中感应电动势的变化频率等于2上的齿数和转速的乘积。
闭磁路变磁通式结构如图5.1.1（b ）所示。被测转轴1带动椭圆形铁芯2在磁场气隙中作周期性转动，使气隙平均长度发生周期性变化，磁路的磁阻也发生周期性变化，磁通发生变化，故线圈3中感应电动势的频率正比于2的转速。
恒定磁通式又可分为动圈式和动铁式两种。图5.1.2（a ）为动圈式。永久磁铁4产生恒定磁场，它固定在传感器的壳体内。线圈3绕在金属骨架1上， 1固定在弹簧2上，2与壳体5相连。当5和4随被测物体一起振动时，由于2较软，而3和金属骨架质量太大，跟不上振动的节奏。可认为线圈3静止不动，振动能量被弹簧2吸收，磁铁4与线圈3相对运动，相当于线圈3做切割磁力线，产生与运动速度v 成正比的感应电动势
00e W B lv =- （5.1.4）
这是长方形线圈，其中0W 为线圈匝数，0B 为磁感应强度，l 为每杂线圈的平均长度。
图5.1.2（b ）为动铁式。
图5.1.2 恒磁通式磁电感应式传感器的结构和工作原理
5.1.2 动态特性分析
磁电感应式传感器只能用于测量动态的物理量，故需要研究其动态特性。描述动态特性可用微分方程和传递函数。而对于高阶复杂的机械系统，求解高阶微分方程很困难。如果引入机械阻抗的概念，用系统的传递函数描述其动态特性会很方便。
1 机械阻抗
对于图5.1.2所示的传感器系统，当测量简谐运动时，传感器相当于一个二端口网络，如图5.1.3所示，其输入量为机械量,t t v F ，输出量为电量,t t i e 。如果内部无能量损耗，则输入的机械量将全部转换为电能输出，这种传感器叫理想传感器。而实际上，传感器内部是存在损耗的，在输入端有机械阻抗，在输出端有电阻抗，分别记为m Z 和e Z ，如图5.1.4所示。
图5.1.3 理想传感器的基本框图 图5.1.4 实际传感器的基本框图
图5.1.5 二阶机械系统和二阶电路系统
图5.1.2所示的传感器系统可等效一个二阶的机械系统，如图5.1.5（a ）所示。它由质量块m ，弹簧（弹性系数c ）和阻尼器（阻尼系数b ）组成。作用在质量块m 上的合力为零，则
0m c b F F F F ++-= （5.1.5）
其中m F 为惯性力，c F 为弹性力，b F 为阻尼力，F 为驱动力。所以有
dv
m
c vdt bv F dt
++=? （5.1.6）
图5.1.5（b ）为RLC 串联电路，其电压方程为
1di L
idt Ri u dt C ++=?
这两个方程形式上相似，因此这连个系统可以相互模拟。电路系统的阻抗为
1U
Z R j L I
C ωω?
?==+
- ??
? （5.1.7）
其谐振频率为
0ω=
（5.1.7） 类比得到机械系统的机械阻抗为
m F
c Z b j m V
ωω?
?==+
- ??
? （5.1.8）
下标m 是指mechanical （机械的）。机械系统的固有频率为
0ω= （5.1.9）
2 传递矩阵
图5.1.5所示的传感器系统中，输入端是机械系统，有机械阻抗，输出端是电路系统，有电阻抗，因此可将图5.1.4所示的框图用三个二端口网络表示，如图5.1.6所示。图中的参数均为复数，箭头方向是能量流动的参考方向，并不代表实际方向。
图5.1.6磁电感应式传感器的二端口网络
1）传感器机械阻抗的传递矩阵
在图5.1.2中，将待测的物体和壳是固定在一起的，设壳的速度为0v ，质量块（阻尼器、线圈）的速度为m v ，则壳相对于质量块的速度为
0t m v v v =- （5.1.10）
对于质量块，受到的力有阻尼力b F ，弹簧力c F ，电磁力t F ，惯性力m F 。b F 、c F 和t F 与t v 有关，
m
t t t dv bv c v dt F m
dt
++=? （5.1.11）
整理得 t t t m c
bv j v F j v m ωω
-+= （5.1.12）
将0m t v v v =-代入上式得到
0t t t t c
bv j
v j v m F j v m ωωω
-++= （5.1.13）
将m c Z b j m ωω?
?
=+-
???
代入上式，得到 0t m t v Z F j mv ω+=
设正弦激励（等效外加在壳体上的驱动力）为0F j mv ω=，输入量v 为壳体相对于阻尼器的运动速度
t v ，则有
t t m
t
F F v Z v v =+??
=? （5.1.14） 将上式写成矩阵形式
101t m t F F Z v v ??
????=????????????
（5.1.15）
2）理想传感器的传递矩阵
当一个实际传感器不考虑机械阻抗时就是理想传感器。由电磁感应定律可知线圈的感应电动势为
00t t e B l v =- （5.1.16）
负号表示其阻碍作用。则
00
t
t e v B l =-
（5.1.17） 其中0B 表示气隙磁感应强度，0l 表示线圈有效长度。
设线圈中的电流为t i ，则线圈在同一磁场中受到的安培力为
00t t F B l i = （5.1.18）
将（5.1.6）式和（5.1.17）式用矩阵形式表示为
00000
01/t t t t F B l i v B l e ??????
=??????-???
???
（5.1.19）
3）传感器电阻抗的传递矩阵
传感器的电阻抗就是线圈的阻抗e Z 。磁电感应式传感器是一种电压源类型的传感器。线圈阻抗相当于理想传感器电压源的一个内阻抗，输出电流i 就是流过线圈的电流t i ，由图5.1.4可知
t t e e t
e i Z e i Z e
i i =-+=-?+??
=? （5.1.20） 用矩阵表示，则传感器中电阻抗的传递矩阵为
101t t e i i e Z e ??????
=??????-??
???? （5.1.21）
4）实际传感器的传递矩阵
实际传感器是由传感器的机械阻抗、理想传感器和传感器的电阻抗组成。将（5.1.21）式和（5.1.19）式依次代入（5.1.15）式，得到
00
00010101/101m e B l F Z i B l Z v e ??????????
=??????????-??????
???? （5.1.22）
将图5.1.2所示的传感器的传递矩阵用二端口网络表示为如图5.1.7所示。
图5.1.7 磁电感应式传感器二端口网络的等效方框图
从传感器的传递矩阵方程可以清楚地看出传感器输入量和输出量之间的关系，并清楚地表示出磁电式传感
器的双向性质。
3 传递函数
由式（5.1.22）可以得到如下方程组
00000000001m e m e Z Z Z F B l i e B l B l Z v i e B l B l ???=+-? ?
????
?=-??
（5.1.23） 由图5.1.4可知L e i Z =-?，代入上式得到
0000
001m e
m L
Z Z Z F e B l B l Z B l ??
??=-++?? ??
??? （5.1.24） 即
0000001
1m e m
L e F Z Z Z B l B l Z B l =-??++ ?
?
? （5.1.25） 因为m c Z b j m ωω?
?
=+-
???
，0ω=0F j mv ω=，则
()()()00
220000/1e L e L
L
B l e H j v b B l Z Z Z Z Z j m ωωωω=
=-??+++??-+??
???????
（5.1.26）
若L e Z Z >>则将上式简化为
()()()00220000/1e L B l e
H j v b B l Z Z j m ωωωω=
=-
??
++??-+??
???????
（5.1.27） 这就是图5.1.2所示的磁电感应式传感器的传递函数。其幅频特性如图5.1.8所示。
图5.1.8 磁电感应式传感器的幅频特性
由图5.1.8可以看出：
（1）当振动频率低于传感器的固有频率0ω时，传感器的灵敏度随频率的变化而明显地变化 （2）的难过振动频率远高于传感器的固有频率时，灵敏度接近为一常数，基本不随频率而改变。也
就是说，在这一频率范围内，传感器的输出电压与振动速度成正比。这一频段就是传感器的工作频段，或叫响应范围。这时传感器可看成一理想的速度传感器。
（3）当频率更高时，由于线圈的阻抗增加，灵敏度也将随频率的增加而下降。 5.1.3 测量电路 1 测量电路方框图
磁电感应式传感器直接输出的是感应电动势，且该类传感器具有较高灵敏度，所以一般不需要增益放大器。但是，磁电感应式传感器是速度传感器，如果要测量位移，需配用积分电路，如果要测量加速度，需配用微分电路。
实际测量电路中，通常将微分或积分电路置于两级放大器的中间，以利于级间的阻抗匹配。图 5.1.9就是测量电路的一般方框图。
图5.1.9 磁电感应式传感器测量电路方框图
2 积分电路
图5.1.10 无源积分电路
基本的无源积分电路如图5.1.10所示，输出电压为()1
o u i t dt C =
?，把()i o u u i t R
-=代入得到 ()()11
o i
o u u t dt u t dt RC RC =
-??
（5.1.28） 两边作拉氏变换[]()o o L u U s =，()()i i U s L u t dt s
??=
??
?，()()o o U s L u t dt s
??=
??
?，得到
()()()1
1
o i o C C U s U s U s s
s
ττ=
-
（5.1.29）
该电路的传递函数为
()()()
11
1
o i C U s G s U s s τ=
=
+ （5.1.30）
其中C RC τ=叫电路的时间常数。复频特性为（把上式的s 替换成j ω）
()()11/1
C G j j ωωω=
+ （5.1.31）
其中()1/1/C C RC ωτ==。当/1C ωω>>时，上式可近似为
()()
11
/C G j j ωωω'≈
（5.1.32）
这是理想的积分特性。
理想特性和实际特性之间存在误差，幅值误差为
()()
()
11111G j G j r G j ωωω'-=
=
-' （5.1.33）
当/1C ωω<<时，上式可近似为
()
12
12r RC ω≈-
（5.1.34）
可见ω越小，误差越大。
相角误差
()()()111arctan 2
G j G j RC π
φωωω'=-=
- （5.1.35）
有源积分电路如图5.1.11所示，其中反馈电路f R 的作用是为了抑制运放的失调漂移。同时积分电容C
的漏电阻和运放的输入电阻d r 应等效为与f R 并联，d r 等效为()1d d A r +，d A 为运放的开环增益。
图5.1.11 有源积分电路 图5.1.12 无源微分电路
这是一个电压并联负反馈电路。根据集成运放虚短和虚断的原理，得到输出电压为
//
0i R u u R
≈-
（5.1.36）
其中//1
//
f R R j C
ω=。于是得到复频特性方程（闭环电压增益）为 ()//
2/1f o i f R R u R G j u R j R C
ωω≈=-=+ （5.1.37）
3 微分电路
基本无源微分电路如图5.1.12所示，输出电压为o c u i R =，流过电容的电流为()i o c d u u i C dt
-=，代
入得
()i o i o o d u u du du
u RC
RC
RC dt
dt dt
-==- （5.1.38） 复频特性方程为
()11/1
o i u R j RC
D j u R j C j RC ωωωω=
==++ （5.1.39） 当1RC ω<<时，则得到近似理想特性
()1D j j RC ωω≈ （5.1.40）
显然其工作频段为1RC ω<<，此时幅值、相角误差分别为
()()21112arctan d d r RC RC ωφω?
≈-??
?≈?
（5.1.41） 可见，最大误差将出现在工作频段的高端。
第8章磁电式传感器 一、单项选择题 1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是（）。 A. 控制极内阻 B. 不等位电阻 C. 寄生直流电动势 D. 零点残余电压 2、制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化铟、 砷化铟，其原因是这些（）。 A．半导体材料的霍尔常数比金属的大 B．半导体中电子迁移率比空穴高 C．半导体材料的电子迁移率比较大 D．N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件 3、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）。 A．位移B．速度 C．加速度 D．光强 4、为了提高磁电式加速度传感器的频响范围，一般通过下面哪个措施来实现（）。
A．减小弹簧片的刚度 B. 增加磁铁的质量 C. 减小系统的阻尼力 D. 提高磁感应强度 5、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（） A．位移B．速度 C．加速度 D．光强 6、霍尔电势与（）成反比 A．激励电流 B．磁感应强度 C．霍尔器件宽度 D．霍尔器件长度7、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（） A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上 B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C．周围环境温度变化 D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配 二、多项选择题
三、填空题 1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。 2、磁电作用主要分为和两种情况。 3、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出的原理进行工作的。 4、磁电感应式传感器是以原理为基础的。 5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为。 6、霍尔效应的产生是由于运动电荷受作用的结果。 7、霍尔元件的灵敏度与和有关。 8、霍尔元件的零位误差主要包括和。 9、磁电式传感器是半导体传感器，是基于的一类传感器。 10、磁电式传感器是利用原理将运动速度转换成信号输出。 11、磁电式传感器有温度误差，通常用分路进行补偿。
磁电式转速传感器采用电磁感应原理来达到测速目的。具有输出信号大，抗干扰性能好，不需外接电源，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用。下面就让艾驰商城小编对磁电式转速传感器功能特点及技术参数来一一为大家做介绍吧。 磁电式转速传感器的特点： 磁电式转速传感器是针对测速齿轮而设计的发电型传感器（无源），测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感生电动势，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越高，输出频率与转速成正比，转速进一步增高，磁路损耗增大，输出电势已趋饱和，当转速过高时，磁路损耗加剧，电势锐减。 磁电式转速传感器的性能指标： 直流电阻：150~200（25℃） 齿轮形式：模数2~4（渐开线齿轮）使用温度：-10~+120℃ 抗振动：20g螺纹规格：M16×1（或客户要求） 测量范围：10~15000r/min（60齿） 输出信号幅值：60r/min》100mV （测试条件：发讯齿轮，齿数为60，材料为电工钢，模数为2，传感器端面距齿顶1mm）。信号幅值大小，与转速成正比，与端面和齿顶间隙的大小成反比。 输出电压波形：渐开线齿轮—近似正弦波，若齿轮略有偏心则为调幅正弦波；孔板—近似方波 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/e217906983.html,/
磁电式传感器 基本概念：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。 工作原理：磁电式传感器是基于电磁感应原理,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电式传感器。磁电式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。恒定磁通磁电式传感器由永久磁铁(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。恒磁通磁电式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，这类磁电式传感器就可以用来测量运动的位移或加速度。 工作特性：
第5章 磁电式传感器习题集与部分参考答案 5-1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线性的原因。 5-2 试述相对式磁电测振传感器的工作原理和工作频率范围。 5-3 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施；若要提高其上限又可采取什么措施？ 5-4 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理？说明其原理。 5-5 为什么磁电式传感器要考虑温度误差？用什么方法可减小温度误差？ 5-6 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件（动圈）的尺寸如图P5-1所示：D1=18mm ，D2=22mm ，L=39mm ，工作气隙宽Lg=10mm ，线圈总匝数为15000匝。若气隙磁感应强度为0.5515T ，求传感器的灵敏度。 5-6 解：已知D1=18mm ，D2=22mm ，L=39mm ，Lg=10mm ，W=15000匝，Bg=0.5515T 工作气隙的线圈匝数Wg=（总匝数W/线圈长度L ）*气隙长度Lg g g W l B K 0=，2) (210D D l +=π 5-7 某磁电式传感器固有频率为10Hz ，运动部件（质量块）重力为2.08N ，气隙磁感应强度B g =1T ，工作气隙宽度为t g =4mm ，阻尼杯平均直径D CP =20mm ，厚度t=1mm ，材料电阻率m mm /1074.128?Ω?=-ρ。试求相对阻尼系数ξ=？若欲使ξ=0.6，问阻尼杯璧厚t 应取多大？ 5-8 某厂试制一磁电式传感器，测得弹簧总刚度为18000N/m ，固有频率60Hz ，阻尼杯厚度为1.2mm 时，相对阻尼系数ξ=0.4。今欲改善其性能，使固有频率降低为20Hz ，相对阻尼系数ξ=0.6，问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大？ 5-9 已知惯性式磁电速度传感器的相对阻尼系数ξ=2/1，传感器-3dB 的下限频率为16Hz ，试求传感器的自振频率值。 5-10 已知磁电式速度传感器的相对阻尼系数ξ=0.6，求振幅误差小于2%测试时的n ωω/范围。
磁电转速传感器的工作原理和特点 发布时间：2011-06-16 来源：本站原创作者：无忧备件网 磁电式转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速的，属于非接触式转速测量仪表。磁电式转速传感器可用于表面有缝隙的物体转速测量，有很好的抗干扰性能，多用于发动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。 磁电式转速传感器的工作原理 磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。 磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。 磁电式转速传感器的特点 磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作。磁电式转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及表面有缝隙的转动体都可测量。 磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。 现在的柴油机正在经历以柴油机电控化为核心的第3 次技术飞跃。ECU 技术是柴油机电控化的核心技术之一，它采集发动机的相位、转速（ n ）、燃油压力、油门位置、温度等信号,通过一定的算法得出泵油和喷油的参数，并驱动相应的执行器工作。在ECU 中，曲轴和凸轮轴相位传感器信号是整个发动机工作时序的基础，其作用相当于芯片中的时钟。发动机的n 、喷油相位以及判缸信号等都是通过这两个传感器计算处理得出的。因此，设计一种抗干扰能力强，可靠性高的曲轴和凸轮轴传感器信号处理模块对整个柴油机电控单元来说至关重要。 常用的发动机曲轴和凸轮轴相位传感器有霍尔式传感器和磁电式传感器两种。磁电式传感器具有成本低、结构简单、耐腐蚀、耐冲击、可靠性高和稳定性好等优点,故本研究采用两个磁电式传感器分别测量6 缸发动机的曲轴和凸轮
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。有时也称作电动式或感应式传感器， 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10～1000Hz 。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，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势e 与磁通变化率d Φ/dt 有如下关系： dt d W e φ-= (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。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。 图5.1 变磁通式结构(a)旋转型（变磁阻）； (b)平移型（变气隙） 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——线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种，如图5-2所示。图(a)为动圈式，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是，线圈中产生的感应电势e 为:
图5.2 恒磁通式结构 (a)动圈式；(b)动铁式 Blv e = (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ｌ＝ｌa W （ｌa 为每匝线圈的平均长度)； ν——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。传感器的灵敏度为: Bl v e S == (5-3) 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。 一.传递矩阵 ㈠.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ν和x ，由此可列出
磁电式传感器的构成 磁电式传感器构成：磁路系统、线圈 1、磁路系统 由它产生恒定直流磁场。为了减小传感器的体积，一般都采用永久磁铁； 2、线圈 由它运动切割磁力线产生感应电动势。作为一个完整的磁电式传感器，除了磁路系统和线圈外，还有一些其它元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置等。 磁电式传感器的原理及特性 （1）工作原理 磁电式传感器的工作原理如图1 所示，它主要由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。当柴油机运行时，触发轮与传感器之间的间隙周期性变化，磁通量也会以同样的周期变化，从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。 （2）输出特性 由磁电式传感器工作原理可知，其产生的交流电压信号的频率与齿轮转速和齿数成正比。在齿数确定的情况下，传感器线圈输出的电压频率正比于齿轮的转速，其关系为 式中，n 为发动机转速，r/ s；z 为触发轮被等分的齿数；f 为磁电式传感器的输出信号频率，Hz 。 磁电式传感器的输出电压不仅与传感器和触发轮间的间隙（ d ）有关,而且与n 有关。为了设计合理的磁电式传感器信号处理模块，本研究在不同的d 以及n 条件下,通过大量的试验测出传感器的输出电压特性。 图2 为不同的n 条件下,7 X 传感器输出峰值电压与d 的关系;图3 为在不同的d 条件下,7 X 传感器输出峰值电压与n 的关系。48 X 传感器输出峰值电压信号特征也如此。从图中可看出,在同一d 条件下,传感器输出的峰值电压随n 升高而增大；在同一n 条件下,d 越小, 其输出峰值电压越高。由此可以拟合出传感器的输出峰值电压特性为式中, V 为传感器输出峰值电压,V；n 为发动机转速,r/ s；d 为传感器与触发轮间的间隙,mm；K 为与传感器有关的参数。 磁电式传感器的实验 一、实验原理： 磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，ω匝线圈中的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的磁通?的变化率：霍尔式传感器是一种磁电传感器，它利用材料的霍尔效应而制成。该传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。 二、实验所需部件： 直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。 三、实验步骤： 1．了解霍尔传感器的结构和在实验仪上的位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆形永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组成霍尔式传感器。 2．差动放大器调零。之后关闭电源，放大器增益调到最小。 3．装好测微头，调节它带动振动台位移，使霍尔片置于半圆形磁钢上下正中位置。打开电源，调节WD或微调测微头使电压表示数为0。 4．以此为起点，向上和向下位移测微头，每次0.5mm，记录输出数据，分别填入相应的表格中。 四、注意事项： 1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。 2．接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。 3．稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均须与电源地相连。
磁传感器是一种发出磁力进行检测的一种传感器，在各种领域都有广泛的应用，全球每年产值大概在10 亿美元。未来，磁传感器凭借其优势性能还将进步扩宽 应用领域。就磁传感器而言，未来将有六大发展方向。 1、高灵敏度。被检测信号的强度越来越弱，这就需要 磁性传感器灵敏度得到极大提高。应用方面包括电流传 感器、角度传感器、齿轮传感器、太空环境测量。2、 小型化、集成化、智能化。要想做到以上需求，这就需 要芯片级的集成，模块级集成，产品级集成。3、温度 稳定性。更多的应用领域要求传感器的工作环境越来越 严酷，这就要求磁传感器必须具有很好的温度稳定性，行业应用包括汽车电子行业。4、抗干扰性。很多领域 里传感器的使用环境没有任何评比，就要求传感器本身 具有很好的抗干扰性。包括汽车电子、水表等等。5、 低功耗。很多领域要求传感器本身的功耗极低，得以延 长传感器的使用寿命。应用在植入身体内磁性生物芯 片，指南针等等。6、高频特性。随着应用领域的推广，要求传感器的工作频率越来越高，应用领域包括水表、汽车电子行业、信息记录行业。 磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的 抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作。磁电式
转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及表面有缝隙的转动体都可测量。磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。所以未来磁电式传感器还将会广泛的应用，尤其是应用于发动机测速和出租车计价器中。
变频器基础知识18个问题 1、什麽是变频器？ 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、pwm和pam的不同点是什麽？ pwm是英文pulse width modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。pam是英文pulse amplitude modulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什麽不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。 4、为什麽变频器的电压与电流成比例的改变？ 非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。 5、电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对於变频器驱动,如果频率下降时电压也下降，那麽电流是否增加？ 频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%~200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.2~1.5倍，起动转矩为70%~120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。 7、v/f模式是什麽意思？ 频率下降时电压v也成比例下降，这个问题已在回答4说明。v与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置(rom)中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 8、按比例地改v和f时，电机的转矩如何变化？ 频率下降时完全成比例地降低电压，那麽由於交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定v/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择v/f模式或调整电位器等方法。 9、在说明书上写著变速范围60~6hz，即10:1，那麽在6hz以下就没有输出功率吗？ 在6hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6hz 左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为0.5~3hz. 10、对於一般电机的组合是在60hz以上也要求转矩一定，是否可以？ 通常情况下时不可以的。在60hz以上(也有50hz以上的模式)电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。 11、所谓开环是什麽意思？
磁电转速传感器的工作原理和特点 磁电式转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速的，属于非接触式转速测量仪表。磁电式转速传感器可用于表面有缝隙的物体转速测量，有很好的抗干扰性能，多用于发动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。 磁电式转速传感器的工作原理 磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。磁电式转速传感器由铁芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。 磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，和被测对象转速有关，被测物体的转速越快输出的电压也就越大，也就是说输出电压和转速成正比。但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。 磁电式转速传感器的特点 磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等环境中工作。磁电式转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及表面有缝隙的转动体都可测量。 磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作，无需润滑。磁电式转速传感器的结构紧凑、体积小巧、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。 现在的柴油机正在经历以柴油机电控化为核心的第3 次技术飞跃。ECU 技术是柴油机电控化的核心技术之一，它采集发动机的相位、转速（ n ）、燃油压力、油门位置、温度等信号,通过一定的算法得出泵油和喷油的参数，并驱动相应的执行器工作。在ECU 中，曲轴和凸轮轴相位传感器信号是整个发动机工作时序的基础，其作用相当于芯片中的时钟。发动机的n 、喷油相位以及判缸信号等都是通过这两个传感器计算处理得出的。因此，设计一种抗干扰能力强，可
一、单项选择题 1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是（）。 A. 控制极内阻 B. 不等位电阻 C. 寄生直流电动势 D. 零点残余电压 2、制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是这些 （）。 A．半导体材料的霍尔常数比金属的大 B．半导体中电子迁移率比空穴高 C．半导体材料的电子迁移率比较大 D．N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件 3、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）。 A．位移B．速度 C．加速度 D．光强 4、为了提高磁电式加速度传感器的频响范围，一般通过下面哪个措施来实现（）。 A．减小弹簧片的刚度 B. 增加磁铁的质量 C. 减小系统的阻尼力 D. 提高磁感应强度 5、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（） A．位移B．速度 C．加速度 D．光强 6、霍尔电势与（）成反比 A．激励电流 B．磁感应强度 C．霍尔器件宽度 D．霍尔器件长度 7、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（） A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上 B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀 C．周围环境温度变化 D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配 二、多项选择题 三、填空题 1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。 2、磁电作用主要分为和两种情况。 3、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出
的原理进行工作的。 4、磁电感应式传感器是以原理为基础的。 5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为。 6、霍尔效应的产生是由于运动电荷受作用的结果。 7、霍尔元件的灵敏度与和有关。 8、霍尔元件的零位误差主要包括和。 9、磁电式传感器是半导体传感器，是基于的一类传感器。 10、磁电式传感器是利用原理将运动速度转换成信号输出。 11、磁电式传感器有温度误差，通常用分路进行补偿。 12、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用发生的结果。 13、磁电式传感器是利用而在产生感应电势的原理进行工作的。 14、霍尔传感器的灵敏度与霍尔系数成正比而与成反比。 四、简答题 1、简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。 2、磁电式传感器的误差及其补偿方法是什么 3、根据图（假设控制电流垂直于纸面流进或流出并且恒定），试证明霍尔式位移传感器的输出电势U与位移x成正比关系。除了测量位移外, 霍尔式传感器还有哪些应用 4、简述霍尔电势产生的原理。 5、A.图2是元件的基本测量电路。
磁电式传感器结构图分析各种磁电式传感器介绍 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。它能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种无源传感器。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。 磁电式传感器的原理结构 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； 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。 变磁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——线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种，如下图所示。 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）。
第5章磁电式传感器 主要查找 磁电式传感器的原理分类以及少量的应用 基本原理和结构型式 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10～1000Hz。 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，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率d Φ/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。
图5.1 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 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
磁电式转速传感器测速实验 一、实验目的 了解磁电式测量转速的原理。 二、实验内容 用磁电传感器测量电机转速。 三、实验仪器 磁电式传感器、转动源模块、数显单元测转速档、直流源2－24V 。 四、实验原理 基于电磁感应原理，N 匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：d e w dt θ=- 发生变化，因此当转盘上嵌入N 个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N 次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。 五、实验注意事项 1、磁电传感器一定要对准磁钢中心。 2、由于转速表内部结构的问题，电机实际转速＝转速表显示值/6。 3、转速较低时电压表可能没有显示值。 六、实验步骤 1、磁电式转速传感器按图17－1安装传感器端面离转动盘面2mm 左右。并且将磁电传感器中心对准磁钢中心。将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin 孔和地孔。 控制0入控制输入控制输出信号输出冷却 风扇+-+-+-+- 24V SET PV SV 余姚市长江温度仪表厂MTF-808M1 UT T M2内（温度） 外（转速）开关Vi V0V0 图17-1 磁电式传感器测转速实验接线图 2、将显示开关选择转速测量档。 3、将转速电源2－24V 用引线引入到转动源模块上的24V 插孔（如图17—1），合上主控台电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。 4、由于转速表内部结构的问题，电机实际转速＝转速表显示值/6。
七、实验报告 在实验报告中填写《实验报告十七》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。 八、实验思考题 为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？ 答：磁电转速传感器对环境条件要求不高，但输出电势取决于切割磁力线的速度，转速太低时，输出电势很小，将导致无法测量。
磁电式发动机转速传感器原理与测量 一、目的和要求 1、了解磁电式发动机转速传感器的结构与原理 2、掌握发动机转速传感器的测量方法 二、实训课时 实训共安排2.0课时，其中辅导老师讲解0.5课时。 三、实训器材 1、工具：汽车数字万用表 2、设备：电控燃油喷射发动机教学实训台 3、教具：磁电式发动机转速传感器 四、原理与应用 磁电式发动机转速传感器，在利用永久磁铁作用产生的一定强度的磁场中，当转子转动时利用与转速成正比的磁头与转子外齿的间隙发生变化，从而使磁头与转子构成的磁路中磁阻发生相应的变化。其结果是流经该磁路的磁通量发生周期性增减，与磁通量的增减速度成正比的感应电压在线圈两端产生，经过其内部电路转换成电脑可以识别的电压信号，电脑根据这个电压信号来计算发动机的转速。 发动机转速传感器的测量方法 1、电阻测量法 (1)拔下发动机转速传感器插头。 (2)用数字万用表测量发动机转速传感器的两条信号线之间的阻值(800欧左右)。 (3)用数字万用表分别测发动机速度传感器两条信号线与屏蔽线之间的电阻应为无穷大。 (4)测量完插好发动机转速传感器插头。 2、电压测量法 (1)打开点火开关，不起动发动机。 (2)将万用表档位调至交流电压(一般调至20V)档测量发动机转速传感器两条信号线之间的电压此时电压为0V。 (3)起动发动机，怠速时万用表上的电压应显示1V左右，开启节气门提供发动机的转速，万用表上的电压应会随之发动机转速升高而增加。 五、实训步骤 1、拔下发动机转速传感器插头。
2、用数字万用表测量发动机转速传感器的两条信号线之间的阻值(800欧左右)。 3、用数字万用表分别测发动机速度传感器两条信号线与屏蔽线之间的电阻应为无穷大。
第七章磁电式传感器 7.1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线形的原因。 7.2 机械阻抗是什么？用机械阻抗来分析作简谐运动的线形机械系统有 什么好处？ 7.3 什么是位移阻抗、速度阻抗、加速度阻抗、位移导纳、速度导纳和加速度导纳？ 7.4 试述相对测振传感器的工作原理和工作频率范围。 7.5 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施;若要提高其上限又可采取什么措施? 7.6 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理?说明其原理。 7.7 为什么磁电式传感器要考虑温度误差?用什么方法可减小温度误差? 7.8 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件(动圈)的尺寸如图P7-1所示: D1=18mm, D2=22mm, L=39mm, 工作气隙宽Lg=10mm ,线圈总匝数为15000匝。若气隙磁感应强度为0.5515T,求传感器的灵敏度。 7.9 某磁电式传感器固有频率为10HZ,运动部件(质量块)重力为2.08N, 气隙磁感应强度Bδ=1T,工作气隙宽度为tg=4mm,阻尼杯平均直径Dcp=20mm,厚 度t=1mm,材料电阻率ρ=1.74×10ˉ? W·mm2/m。试求相对阻尼系数=? 若欲使 =0.6,问阻尼杯壁厚t应取多大? 7.10 某厂试制一电磁式传感器,测得弹簧总刚度为18000N/m,固有频率 60HZ,阻尼杯厚度为1.2mm,相对阻尼系数 =0.4。今欲改善其性能,使固有频率降低为20HZ,相对阻尼系数=0.6,问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大? 7.11 已知惯性式磁电式传感器的相对阻尼系数, 传感器-3dB的下限频 率为16HZ,试求传感器的自振频率值。
姓名____________班级____________学号____________ 实验十 磁电式传感器测转速实验 一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。掌握测量方法。 二、基本原理：磁电传感器是一种将被测物理量转换成为感应电势的有源传感器，也称为电动式传感器或感应式传感器。根据电磁感应定律，一个匝数为Ｎ的线圈在磁场中切割磁力线时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈两端就会产生出感应电势，线圈中感应电 势： 。线圈感应电势的大小在线圈匝数一定的情况下与穿过该线圈的磁通变化率成正比。当传感器的线圈匝数和永久磁钢选定(即磁场强度已定)后，使穿过线圈的磁通发生变化的方法通常有两种：一种是让线圈和磁力线作相对运动，即利用线圈切割磁力线而使线圈产生感应电势；另一种则是把线圈和磁钢部固定，靠衔铁运动来改变磁路中的磁阻，从而改变通过线圈的磁通。因此，磁电式传感器可分成两大类型：动磁式及可动衔铁式(即可变磁阻式)。本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图10—1所示。当转动盘上嵌入6个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感应电势e 产生6次的变化，感应电势e 通过放大、整形由频率表显示ｆ，转速n =10f 。 图10—1磁电传感器测转速实验原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V 直流稳压电源、电压表、频频\转速表；磁电式传感器、转动源。 四、实验步骤： 磁电式转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外(传感器探头中心与转盘磁钢对准)，其它完全与实验九相同；请按图10—2示意安装、接线并按照实验九中的实验步骤做实验。实验完毕，关闭电源。 dt d N e Φ -=
磁电式传感器的工作原理与应用 磁电式传感器是基于电磁感应原理,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电式传感器。磁电式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。恒定磁通磁电式传感器由永久磁铁(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。恒磁通磁电式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，这类磁电式传感器就可以用来测量运动的位移或加速度。
现在的柴油机正在经历以柴油机电控化为核心的第3 次技术飞跃。ECU 技术是柴油机电控化的核心技术之一，它采集发动机的相位、转速（ n ）、燃油压力、油门位置、温度等信号,通过一定的算法得出泵油和喷油的参数，并驱动相应的执行器工作。在ECU 中，曲轴和凸轮轴相位传感器信号是整个发动机工作时序的基础，其作用相当于芯片中的时钟。发动机的n 、喷油相位以及判缸信号等都是通过这两个传感器计算处理得出的。因此，设计一种抗干扰能力强，可靠性高的曲轴和凸轮轴传感器信号处理模块对整个柴油机电控单元来说至关重要。 常用的发动机曲轴和凸轮轴相位传感器有霍尔式传感器和磁电式传感器两种。磁电式传感器具有成本低、结构简单、耐腐蚀、耐冲击、可靠性高和稳定性好等优点,故本研究采用两个磁电式传感器分别测量6 缸发动机的曲轴和凸轮
轴相位信号。其中,一个磁电式传感器用于测量曲轴相位即48 X信号（ X 代表齿数，即曲轴齿轮盘被48 等分,但缺3 个齿）；另外一个磁电式传感器用于判断凸轮轴相位即7 X 信号（凸轮轴上的齿轮盘被6 等分，但上止点的位置多1 个齿）。通过对7 X 和48 X 信号的捕捉可计算发动机的n 及相位。 1．磁电式传感器的特性 （1）工作原理 磁电式传感器的工作原理如图1 所示，它主要由旋转的触发轮（被等分的齿轮盘,上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。当柴油机运行时，触发轮与传感器之间的间隙周期性变化，磁通量也会以同样的周期变化，从而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。 （2）输出特性由磁电式传感器工作原理可知，其产生的交流电压信号的频率与齿轮转速和齿数成正比。在齿数确定的情况下，传感器线圈输出的电压频率正比于齿轮的转速，其关系为 式中，n 为发动机转速，r/ s；z 为触发轮被等分的齿数；f 为磁电式传感器的输出信号频率，Hz 。
实验二十 磁电式传感器测转速实验 一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。 二、基本原理：磁电传感器是一种将被测物理量转换成为感应电势的有源传感器，也称为电动式传感器或感应式传感器。根据电磁感应定律，一个匝数为Ｎ的线圈在磁场中切割磁力线时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈两端就会产生出感应电势，线圈中感应电 势： 。线圈感应电势的大小在线圈匝数一定的情况下与穿过该线圈的磁通变化率成正比。当传感器的线圈匝数和永久磁钢选定(即磁场强度已定)后，使穿过线圈的磁通发生变化的方法通常有两种：一种是让线圈和磁力线作相对运动，即利用线圈切割磁力线而使线圈产生感应电势；另一种则是把线圈和磁钢部固定，靠衔铁运动来改变磁路中的磁阻，从而改变通过线圈的磁通。因此，磁电式传感器可分成两大类型：动磁式及可动衔铁式(即可变磁阻式)。本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图20—1所示。当转动盘上嵌入6个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感应电势e 产生6次的变 化 ，感应电势 e 通过放大、整形由频率表显示ｆ，转速n =10 f 。 图20—1磁电传感器测转速实验原理框图 三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V 直流稳压电源、电压表、频频\转速表；磁电式传感器、转动源。 四、实验步骤： 磁电式转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外(传感器探头中心与转盘磁钢对准)，其它完全与实验十九相同；请按图20—2示意安装、接线并按照实验十九中的实验步骤做实验。实验完毕，关闭电源。 dt d N e Φ -=
图20—2 磁电转速传感器测速实验安装、接线示意图 五、思考题： 磁电式转速传感器测很低的转速时会降低精度，甚至不能测量。如何创造条件保证磁电 式转速传感器正常测转速？能说明理由吗？
湖南科技大学 课程设计 课程设计名称：磁电感应式位移传感器 学生姓名： 学院：机电工程学院 专业：测控技术与仪器 学号： 指导教师：杨书仪凌启辉 2017 年 6 月 12 日
传感器、测控电路课程设计任务书 一、设计题目 磁电感应式位移传感器的设计 二、设计要求 （1）测得位移灵敏度为1700x S mV cm -=? （2）可测得频率范围为0~500Hz 时，最大加速度为10g 。 （3）可测得频率在0~600Hz 、振幅范围为5~1m mm μ±±时，幅值误差为 5%±；相位误差在50Hz 时为10。 （4）工作温度为10~80C C -
目录 一、确定结构 (01) 二、原始给定数据 (01) 三、磁电式传感器的参数设计计算 (02) 四、误差分析 (10) 五、测量电路的设计 (12) 六、绘制测振传感器的电路图 (14) 七、附录 (15) 八、参考资料 (15)
正 文 一、确定结构 所选定的结构如下图1所示，它是为测量振动用的一种磁电式传感器。 图1 二、原始给定数据 （1）测得位移灵敏度为1700x S mV cm -= （2）可测得频率范围为0~500Hz 时，最大加速度为10g 。 （3）可测得频率在0~600Hz 、振幅范围为5~1m mm μ±±时，幅值误差为 5%±；相位误差在50Hz 时为10。 （4）工作温度为10~80C C -
三、磁电式传感器的参数设计计算 1、磁路计算 测振传感器的结构和给定空间的分配尺寸如图2所示。采用磁场分割法，计算气隙磁导 G μ 和扩散磁导 p G值。由于铝和铜是不导磁体，相当于空气隙一样，图中没有画出。根据磁 场分布趋势，可将每一边的磁导近似分割成如图3所示的 123 G G G 、、。两边磁路对称，总磁 图2 、3 导G及工作点M求法如下。 （1）求总磁导G。 () 123 1 2 G G G G =++ ①磁导 1 G。它是一个界面为矩形的旋转体，是属于同心的圆柱与圆筒之间的磁导，如图4所示。由图给定的尺寸可知 33 1.65 2 27 1.35 2 0.3 R mm cm r mm cm R r cm δ == == =-= 查《新编传感器技术手册》（李科杰主编）P358表12-2得