發布日期：2022-10-07 點擊率：86
磁電式傳感器是利用電磁感應原理，將輸入運動速度變換成感應電勢輸出的傳感器。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，是一種無源傳感器。
原理結構
磁電式傳感器有時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。根據電磁感應定律，當W匝線圈在均恒磁場內運動時，設穿過線圈的磁通為Φ，則線圈內的感應電勢e與磁通變化率dΦ/dt有如下關系：
根據這一原理，可以設計成變磁通式和恒磁通式兩種結構型式，構成測量線速度或角速度的磁電式傳感器。下圖所示為分別用于旋轉角速度及振動速度測量的變磁通式結構。
變磁通式結構
(a)旋轉型（變磁））； (b)平移型（變氣隙）
其中永久磁鐵1(俗稱“磁鋼”)與線圈4均固定，動鐵心3(銜鐵)的運動使氣隙5和磁路磁阻變化，引起磁通變化而在線圈中產生感應電勢，因此又稱變磁阻式結構。
變磁式結構
在恒磁通式結構中，工作氣隙中的磁通恒定，感應電勢是由于永久磁鐵與線圈之間有相對運動——線圈切割磁力線而產生。這類結構有兩種，如下圖所示。
恒磁通式結構 (a)動圈式；(b)動鐵式
圖中的磁路系統由圓柱形永久磁鐵和極掌、圓筒形磁軛及空氣隙組成。氣隙中的磁場均勻分布，測量線圈繞在筒形骨架上，經膜片彈簧懸掛于氣隙磁場中。
當線圈與磁鐵間有相對運動時，線圈中產生的感應電勢e為
式中 B——氣隙磁通密度(T)；
l——氣隙磁場中有效匝數為W的線圈總長度(m)為l=laW(la為每匝線圈的平均長度)
v——線圈與磁鐵沿軸線方向的相對運動速度(ms-1)。
當傳感器的結構確定后，式(5-2)中B、la、W都為常數，感應電勢e僅與相對速度v有關。為提高靈敏度，應選用具有磁能積較大的永久磁鐵和盡量小的氣隙長度，以提高氣隙磁通密度B；增加la和W也能提高靈敏度，但它們受到體積和重量、內電阻及工作頻率等因素的限制。
為了保證傳感器輸出的線性度，要保證線圈始終在均勻磁場內運動。設計者的任務是選擇合理的結構形式、材料和結構尺寸，以滿足傳感器基本性能要求。
測量電路
磁電式傳感器直接輸出感應電勢, 且傳感器通常具有較高的靈敏度, 所以一般不需要高增益放大器。但磁電式傳感器是速度傳感器, 若要獲取被測位移或加速度信號, 則需要配用積分或微分電路。
設計原則
磁電感應式傳感器有兩個基本元件組成:一個是產生恒定直流磁場的磁路系統，為了減小傳 感器體積，一般采用永久磁鐵;另一個是線圈，由它與磁場中的磁通交鏈產生感應電動勢。感應 電動勢與磁通變化率或者線圈與磁場相對運動速度成正比，因此必須使它們之間有一個相對運 動。作為運動部件，可以是線圈，也可以是永久磁鐵。所以，必須合理地選擇它們的結構形式、 材料和結構尺寸.以滿足傳感器的基本性能要求。
對于慣性式傳感器，具體計算時，一般是先根據使用場合、使用對象確定結構形式和體積大 小（即輪廓尺寸），然后根據結構大小初步確定磁路系統，計算磁路以便決定磁感應強度B。這樣，由技術指標給定的靈敏度S值以及確定的B值，由S = e/v= BιN即可求得線圈的匝數N。因為 在確定磁路系統時，氣隙的尺寸已經確定了，線圈的尺寸也已確定，亦即 ι已經確定。根據這些 參數，便可初步確定線圈導線的直徑d。從提高靈敏度的角度來看，B值大，S值也大，因此磁路 結構尺寸應大些。只要結構尺寸允許，磁鐵可盡量大些，并選擇B值大的永磁材料，匝數N也可 取得大些。當然具體計算時導線的增加也是受其他條件制約的，各參數的選擇要統一考慮，盡量從優。
磁電應用
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。
常用地測振傳感器有動鐵式振動傳感器、圈式振動速度傳感器等。
(一).測振傳感器的應用
航空發動機、各種大型電機、空氣壓縮機、機床、車輛、軌枕振動臺、化工設備、各種水、氣管道、橋梁、高層建筑等，其振動監測與研究都可使用磁電式傳感器。
(二).測振傳感器的工作特性
振動傳感器是典型的集中參數m、k、c二階系統。作為慣性(絕對)式測振傳感器，要求選擇較大的質量塊m和較小的彈簧常數k。
這樣，在較高振動頻率下，由于質量塊大慣性而近似相對大地靜止。這時，振動體(同傳感器殼體)相對質量塊的位移y(輸出)就可真實地反映振動體相對大地的振幅x(輸入)。
磁電式力發生器與激振器
之前已指出磁電式傳感器具有雙向轉換特性，其逆向功能同樣可以利用。如果給速度傳感器的線圈輸入電量，那么其輸出量即為機械量。
在慣性儀器——陀螺儀與加速度計中廣泛應用的動圈式或動鐵式直流力矩器就是上述速度傳感器的逆向應用。它在機械結構的動態實驗中是非常重要的設備，用以獲取機械結構的動態參數，如共振頻率、剛度、阻尼、振動部件的振型等。
除上述應用外，磁電式傳感器還常用于扭矩、轉速等測量。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 傳感器原理之半導體傳
