1、1 现代测试技术 课程考核论文 班级N11-3F学号24111900274 姓名 黄安序号01_ _年_月_日 速度传感器 摘要 二十一世纪的高效发展中，信息时代已然来临，掌握信息的重要性日益重要，在人们在日常生活， 生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前 2 我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近 20 年来，电子技术日新月异，计算机的普及和应用把人类带到了信息时代，各种电器设备充满了人 们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信 息技术中主 要技术之一，在国民
2、经济建设中占据有极其重要的地位。 关键词光电效应 光电元件 光电特性 传感器分类 传感器应用 目录 正文 分类 1、转轴式的，由转轴将速度传递出来，至 V V个小的发电机，很小的那种，根据发 电机所建 立的电压，推算出转速 2、电磁感应式，在转动的轴上安装齿轮，外侧是电磁线圈，转动是由于轮齿间隙 通过，得 到方波变化的电压，再推算出转速 三、定义 单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度，与之相对应 的就有线速度 传感器和角速度传感器，我们都统称为速度传感器。 四、原理 1、旋转式速度传感器的结构和特征 旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。 (1).(1).接触式
3、旋转式速度传感器与运动物体直接接触，这类传感器的工作原理如图 6 6 所示。当 运动物体 与旋转式速度传感器接触时， 摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的 转动脉冲传感器， 发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值，从而就能测 出线速度 V V。 图、1 设 D D 为滚轮直径，单位为 mmmm 滚轮每转输出nD D 个脉冲，则 1 1 个脉冲代表着勺 距离值。设在时间 t t 内脉冲计数为 n n,则线速度 v v 为 n 3 转动脉冲传感器产生脉冲的方式由表及里光电、磁电、电感应等多种。 每个脉冲代表的距离(mmmm 称为脉冲当量。为了计算方便，脉冲当量常设定为距 离 mmmm
4、的整数 倍，这是正确使用传感器的关键。 接触式旋转速度传感器结构简单，使用方便。但是接触滚轮的直径是与运动物体 始终接触 着，滚轮的外周将磨损，从而影响滚轮的周长。而脉冲数对每个传感器又是 固定的。影响传感 器的测量精度。要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路。 另外接触式难免产生滑差， 滑差的存在也将影响测量的正确性。 因此传感器使用中必 须施加一定的正压力或着滚轮表面采 用摩擦力系数大的材料，尽可能减小滑差。 (2).(2).非接触式 旋转式速度传感器与运动物体无直接接触，非接触式测量原理很多，以下仅介绍 两点，供 参考。 1.1.光电流速传感器 如图 7 7 所示，叶轮的叶片边缘贴有
5、反射膜，流体流动时带动叶论旋转，页轮每转 动一周光 纤传输反光一次，产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数，计算出流速。 使脉冲数与叶轮 转速再与流速建立关系。利用标定曲线 V=kn+cV=kn+c 计算流速 V V。其中：k k 为变换系数：c c 为预置值， n n 为叶轮转速。可将叶轮的转速直接换算成流速。 4 图、2 2.2.光电风速传感器 非接触式旋转速度传感器寿命长，无需增加补偿电路。但脉冲当量不是距离 (mm(mm 整数倍，因此速度运算相对比较复杂。 旋转式速度传感器的性能可归纳如下: (1).(1).传感器的输出信号为脉冲信号，其稳定性比较好，不易受外部噪声干扰，对 测量电路
6、无特殊要求。 (2).(2).结构比较简单，成本低，性能稳定可靠。功能齐全的微机芯片，使运算变换 系数易于获得，故目前速度传感器应用极为普遍。 2 磁电式速度传感器 磁电式速度传感器为惯性式速度传感器，其工作原理为：当有一线圈在穿过其 磁通发生变 化时，会产生感应电动势，电动势的输出与线圈的运动速度成正比 1弹簧 2 壳体 3阻尼环 4磁钢 5 线圈 6 芯轴 图、3 磁电式传感器的结构有两种，一种是绕组与壳体连接，磁钢用弹性元件支承，另一 种是磁钢与壳体连接，绕组用弹性元件支承。常用的是后者，图 13.1613.16 为磁电式速度 计的典型 结构。 在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢
7、 4 4 与壳体 2 2 一起随 5 被测系统的振动而振动，装在芯轴 6 6 上的线圈 5 5 和阻尼环 3 3 组成惯性 系统的质量块 并在磁场中 运动。弹簧片 1 1 径向刚度很大、轴向刚度很小，使惯性系统既得到可靠的 径向支承，又保证有 很低的轴向固有频率。阻尼环一方面可增加惯性系统质量，降 低固有频率，另一方面在磁场中运动产生的阻尼力使振动系统具有合理的阻尼. . 因线圈是作为质量块的组成部分，当它在磁场中运动时，其输出电压与线圈切割 磁力线的 速度成正比。前已指出，由基础运动所引起的受迫振动，当 wwnwwn 时，质 量块在绝对空间中近乎静止，从而被测物(它和壳体固接)与质量块的相对
8、位移、 相对速度就分别近似其绝对位移和绝对速度。这样，绝对式速度计实际上是先由惯性 系统将被 测物体的振动速度 z1(t)z1(t)(符号见图)转换成质块一壳体的相对速度 zO1(t)zO1(t)，而后用磁电变换原理， 将 z01(t)z01(t)转换成输出电压的。 从图可以看出，为了扩展速度拾振器的工作频率下限，应采用E=0.50.7=0.50.7 的阻 尼比，在幅值误差不超过 5%15%1 勺情况下，工作下限可扩展到 w/wn=1.7w/wn=1.7。这样的阻尼比 也有助于 迅速衰减意外瞬态扰动所引起的瞬态振动。但这时的相频特性曲线与频率不 成线性关系，因此，在低频 范围内无法保证相位的精
9、确度。 磁电式传感器还可以做成相对式的， 见图 13.1713.17，用来测量振动系统中两部件之 间的相对 振动速度，壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器 内部的 线圈与磁钢 产生相对运动，发出相应的电动势来。 1 顶杆 2 弹簧片 3磁钢 4 线圈 5 引岀线 6 壳体 图 13.17 磁电式相对速度传感器 图、4 在实际使用中，为了能够可以测量较低的频率，希望尽量降低绝对式速度计的固有频 率，但过 大的质量块和过低的弹簧刚度使其在重力场中静变形很大。这不仅引起结 构上的困难，而且易受交叉振动的干扰。因此，其固有频率一般取为101015Hz15Hz。上 限测量频率决定于传
10、感器的惯性部分质量，一般在1kHz1kHz 以下。 6 磁电式振动速度传感器的优点是不需要外加电源，输出信号可以不经调理放大即 可远距离 传送，这在实际长期监测中是十分方便的。另一方面，由于磁电式振动速 度传感器中存在机械运动部件， 它与被测系统同频率振动， 不仅限制了传感器的测量 上限， 而 且 其疲劳极限造成传感器的寿命比较短。在长期连续测量中必须考虑传感 器的寿命，要求传感器 的寿命大于被测对象的检修周期。 五、总结 由于微电子技术和微机械加工技术发展，传感器正向微型化、多功能化，智能化 方向发展。 微型化传感器利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、 数据处理装置集成封 装
11、在一块芯片上。这将成为一种趋势。 六、文献 1李希文等传感器与信号调理技术西安电子科技大学出版社2008.12 2吴建平传感器原理及应用 机械工业出版社2008.11 3陈建元传感器技术 机械工业出版社 2008.10 4郁有文传感器原理及工程应用 西安电子科技大学出版社 2008.7 张洪润实传感器应用设计300 例（上册）北京航空航天大学出版社2008.10 周旭现代传感器技术国防工业出版社2007.1.1 7范茂军传感器技术国防工业出版社2008.8 8谢文和刘蕊传感器及其应用（第二版）高等教育出版社 2009.4 9陈林星无线传感器网络技术与应用电子工业出版社 2009.4 10纪宗南现代传感器应用技术和实用线路中国电力出版社2009.1
