磁電式傳感器

磁電式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將輸入運(yùn)動(dòng)速度變換成感應(yīng)電勢(shì)輸出，是一種有源傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測(cè)對(duì)象的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)。并且，它具有雙向轉(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。有時(shí)磁電式傳感器也稱(chēng)作電動(dòng)式或感應(yīng)式傳感器， 它只適合進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡(jiǎn)單；零位及性能穩(wěn)定；工作頻帶一般為10～1000Hz。

• 磁電式傳感器的構(gòu)成

  • 磁電式傳感器構(gòu)成：磁路系統(tǒng)、線圈

    1、磁路系統(tǒng)

    由它產(chǎn)生恒定直流磁場(chǎng)。為了減小傳感器的體積，一般都采用*磁鐵；

    2、線圈

    由它運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。作為一個(gè)完整的磁電式傳感器，除了磁路系統(tǒng)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(zhuǎn)的觸發(fā)輪（被等分的齒輪盤(pán),上面有多齒或缺齒）和相對(duì)靜止的感應(yīng)線圈兩部分組成。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)輪與傳感器之間的間隙周期性變化，磁通量也會(huì)以同樣的周期變化，從而在線圈中感應(yīng)出近似正弦波的電壓信號(hào)。

     

    （2）輸出特性

    由磁電式傳感器工作原理可知，其產(chǎn)生的交流電壓信號(hào)的頻率與齒輪轉(zhuǎn)速和齒數(shù)成正比。在齒數(shù)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(zhuǎn)速，其關(guān)系為

     

    式中，n 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/ s；z 為觸發(fā)輪被等分的齒數(shù)；f 為磁電式傳感器的輸出信號(hào)頻率，Hz 。

    磁電式傳感器的輸出電壓不僅與傳感器和觸發(fā)輪間的間隙（ d ） 有關(guān),而且與n 有關(guān)。為了設(shè)計(jì)合理的磁電式傳感器信號(hào)處理模塊，本研究在不同的d 以及n 條件下,通過(guò)大量的試驗(yàn)測(cè)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(guān)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(guān)系。48 X 傳感器輸出峰值電壓信號(hào)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(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,r/ s；d 為傳感器與觸發(fā)輪間的間隙,mm；K 為與傳感器有關(guān)的參數(shù)。

     

     

• 磁電式傳感器的實(shí)驗(yàn)

  • 一、實(shí)驗(yàn)原理：

    磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器，所以也稱(chēng)為感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，ω匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小取決于穿過(guò)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(yīng)而制成。該傳感器是由工作在兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)和位于磁場(chǎng)中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通以恒定電流時(shí)，霍爾元件就有電勢(shì)輸出。霍爾元件在梯度磁場(chǎng)中上、下移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢(shì)V取決于其在磁場(chǎng)中的位移量X，所以測(cè)得霍爾電勢(shì)的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。

    二、實(shí)驗(yàn)所需部件：

    直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動(dòng)放大器、電壓表、測(cè)微頭。

    三、實(shí)驗(yàn)步驟：

    1．了解霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)和在實(shí)驗(yàn)儀上的位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號(hào)。霍爾片安裝在實(shí)驗(yàn)儀的振動(dòng)圓盤(pán)上，兩個(gè)半圓形*磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組成霍爾式傳感器。

    2．差動(dòng)放大器調(diào)零。之后關(guān)閉電源，放大器增益調(diào)到zui小。

    3．裝好測(cè)微頭，調(diào)節(jié)它帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)位移，使霍爾片置于半圓形磁鋼上下正中位置。打開(kāi)電源，調(diào)節(jié)WD或微調(diào)測(cè)微頭使電壓表示數(shù)為0。

    4．以此為起點(diǎn)，向上和向下位移測(cè)微頭，每次0.5mm，記錄輸出數(shù)據(jù)，分別填入相應(yīng)的表格中。

    四、注意事項(xiàng)：

    1．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)應(yīng)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(nèi)導(dǎo)線斷裂。

    3．穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路。所有單元電路的地均須與電源地相連。

    4．一旦調(diào)整好，測(cè)量過(guò)程中不能移動(dòng)磁路系統(tǒng)。

    5．直流激勵(lì)電壓須嚴(yán)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(shù)參數(shù)

  • 1． 輸出波形：近似于正弦波

    2． 輸出信號(hào)幅值：當(dāng)傳感器鐵芯和被測(cè)齒輪齒頂間間隙＆=0.5mm，齒數(shù)z=60，齒輪模數(shù)m=2及40轉(zhuǎn)/分時(shí)，輸出電壓V≥70mV

    3． 測(cè)量范圍：0-49999Hz

    4． 使用時(shí)間：連續(xù)使用

    5． 環(huán)境溫度： -20 ～ 65 ℃

    6． 相對(duì)濕度：≤ 65%

    7． 輸出尺寸：二線制（雙芯屏蔽線）

    8. 輸出信號(hào)：4-20MA

• 磁電式傳感器的應(yīng)用

  • 磁電式傳感器主要用于振動(dòng)測(cè)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(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量，因而在地面振動(dòng)測(cè)量及機(jī)載振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。