磁電式傳感器

磁電式傳感器利用電磁感應原理將輸入運動速度變換成感應電勢輸出，是一種有源傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機械能轉換成易于測量的電信號。并且，它具有雙向轉換特性，利用其逆轉換效應可構成力（矩）發生器和電磁激振器等。有時磁電式傳感器也稱作電動式或感應式傳感器， 它只適合進行動態測量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡單；零位及性能穩定；工作頻帶一般為10～1000Hz。

• 磁電式傳感器的構成

  • 磁電式傳感器構成：磁路系統、線圈

    1、磁路系統

    由它產生恒定直流磁場。為了減小傳感器的體積，一般都采用*磁鐵；

    2、線圈

    由它運動切割磁力線產生感應電動勢。作為一個完整的磁電式傳感器，除了磁路系統和線圈外，還有一些其它元件，如殼體、支承、阻尼器、接線裝置等。

• 磁電式傳感器的原理及特性

  • （1）工作原理

    磁電式傳感器的工作原理如圖1 所示，它主要由旋轉的觸發輪（被等分的齒輪盤,上面有多齒或缺齒）和相對靜止的感應線圈兩部分組成。當柴油機運行時，觸發輪與傳感器之間的間隙周期性變化，磁通量也會以同樣的周期變化，從而在線圈中感應出近似正弦波的電壓信號。

     

    （2）輸出特性

    由磁電式傳感器工作原理可知，其產生的交流電壓信號的頻率與齒輪轉速和齒數成正比。在齒數確定的情況下，傳感器線圈輸出的電壓頻率正比于齒輪的轉速，其關系為

     

    式中，n 為發動機轉速，r/ s；z 為觸發輪被等分的齒數；f 為磁電式傳感器的輸出信號頻率，Hz 。

    磁電式傳感器的輸出電壓不僅與傳感器和觸發輪間的間隙（ d ） 有關,而且與n 有關。為了設計合理的磁電式傳感器信號處理模塊，本研究在不同的d 以及n 條件下,通過大量的試驗測出傳感器的輸出電壓特性。

    圖2 為不同的n 條件下,7 X 傳感器輸出峰值電壓與d 的關系;圖3 為在不同的d 條件下,7 X 傳感器輸出峰值電壓與n 的關系。48 X 傳感器輸出峰值電壓信號特征也如此。從圖中可看出,在同一d 條件下,傳感器輸出的峰值電壓隨n 升高而增大；在同一n 條件下,d 越小, 其輸出峰值電壓越高。由此可以擬合出傳感器的輸出峰值電壓特性為

     

    式中, V 為傳感器輸出峰值電壓,V；n 為發動機轉速,r/ s；d 為傳感器與觸發輪間的間隙,mm；K 為與傳感器有關的參數。

     

     

• 磁電式傳感器的實驗

  • 一、實驗原理：

    磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉為感應電動勢的傳感器，所以也稱為感應式傳感器。根據電磁感應定律，ω匝線圈中的感應電動勢e的大小取決于穿過線圈的磁通?的變化率：霍爾式傳感器是一種磁電傳感器，它利用材料的霍爾效應而制成。該傳感器是由工作在兩個環形磁鋼組成的梯度磁場和位于磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出。霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。

    二、實驗所需部件：

    直流穩壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、電壓表、測微頭。

    三、實驗步驟：

    1．了解霍爾傳感器的結構和在實驗儀上的位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號。霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓形*磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組成霍爾式傳感器。

    2．差動放大器調零。之后關閉電源，放大器增益調到zui小。

    3．裝好測微頭，調節它帶動振動臺位移，使霍爾片置于半圓形磁鋼上下正中位置。打開電源，調節WD或微調測微頭使電壓表示數為0。

    4．以此為起點，向上和向下位移測微頭，每次0.5mm，記錄輸出數據，分別填入相應的表格中。

    四、注意事項：

    1．實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。

    2．接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內導線斷裂。

    3．穩壓電源不要對地短路。所有單元電路的地均須與電源地相連。

    4．一旦調整好，測量過程中不能移動磁路系統。

    5．直流激勵電壓須嚴格限定在2V，不能任意加大，以免損壞霍爾元件。

• 磁電式傳感器的技術參數

  • 1． 輸出波形：近似于正弦波

    2． 輸出信號幅值：當傳感器鐵芯和被測齒輪齒頂間間隙＆=0.5mm，齒數z=60，齒輪模數m=2及40轉/分時，輸出電壓V≥70mV

    3． 測量范圍：0-49999Hz

    4． 使用時間：連續使用

    5． 環境溫度： -20 ～ 65 ℃

    6． 相對濕度：≤ 65%

    7． 輸出尺寸：二線制（雙芯屏蔽線）

    8. 輸出信號：4-20MA

• 磁電式傳感器的應用

  • 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，它直接安裝在振動體上進行測量，因而在地面振動測量及機載振動監視系統中獲得了廣泛的應用。