1、第7章 磁电式传感器 7.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器7.2 霍尔式传感器霍尔式传感器 7.1 磁电感应式传感器磁电感应式传感器 磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大，且性能稳定，具有一定的工作带宽（101000 Hz），所以得到普遍应用。7.1.1 磁电感应式传感器工作原理磁电感应式传感器工作原理 根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为 BlvdtdxBtdtde(7
2、-1)式中:B稳恒均匀磁场的磁感应强度；l导体有效长度；v导体相对磁场的运动速度。当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电势e与磁通变化率d/dt有如下关系：dtdWe 根据以上原理，人们设计出两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式，图7-1是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。(7-2)图7-1（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种
3、传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。图7-1(b)为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。图7-1 变磁通式磁电传感器结构图(a)开磁路；(b)闭磁路 图7-2 恒定磁通式磁电传感器结构原理图（a）动圈式；(b)动铁式 磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也
4、是恒定不变的。其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图7-2（a）和动铁式（图7-2(b)）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，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，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，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为 vlWBe0(7-3)式中：B0工作气隙磁感应强度；l每匝线圈平均长度；W线圈在工作气隙磁场中的匝数；v相对运动速度。7.1.2 磁电感应式传感器基本特性磁电感应式传感器基本特性 当测量电路接入磁电传感器电路时，如图7-3所示，磁电传感器的输出电流Io为 fofoRRlWvBRREI（7-4)式中：Rf测量电路输入电阻；R线圈等效电阻。传感器的电流灵敏度为 fooIRRlWBvIS（7-5)而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为 ffooUffofooRRlWRBvUSRRlWvRBRIU(7-6)(7-7)当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、受到机械振动或冲击时，其灵敏度将发生变化，从而产生测量误差，其相对误差为 RdRldlBdBSdSII(7-8)
