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1、§ 7.1概述基本原理：利用电磁感应原理，将输入（运动速度）转 换成线圈中感应电动势输出的传感器。 特点： 有源传感器：不需要提供电源; 具有双向转换特性；具有较大的输出功率;只适用于动态测量。工作原理由电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场中运动时, 设穿过线圈的磁通为（P，则线圈的感应电动势e为：e = W 凹dtA线圈在恒定磁场中作直线运动，并切割磁力线，感0：运动方向与磁场方向之间的夹角;v:线圈与磁场之间的相对运动速度，m/sA线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线，感生电势为:s：每匝线圈的围成的面积0：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角;两种基本类型恒定磁通式:"工
2、作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。变磁通式:ini"磁铁、线圈均不动，感应电势由变化的磁通产 生，如图示转速测量：1 一永久磁铁2_软磁铁3感应线4一测量齿轮§ 72磁电式振动传感器一、工作原理与动态特性被测物磁电弍施劲俾感器克体永一久陋轶动铁式振动传感器演示振动非常缓慢时：磁铁随壳体运动； 快速振动时：磁铁相对壳体运动幅度 加大，相位相反。动圈式传感器用于振动测试构成永久磁铁:产生磁场线圈：感生出电动势弹簧：弹性恢复 阻尼器动态特性分析二阶系统表不"电磁阻尼：线圈金属骨架在磁场中运动，产生感应涡流,瞬反方向的作"空
3、气阻尼:壳体:提供闭合磁路、 磁屏蔽注意：位移符号与书上不同!设：X。振动体的绝对位移；xm质量块的绝对位移两者间相对位移:运动正方向向上，所有力（包括惯性力）假设正方 向向上，根据力平衡原理，有：令D =2QmkV m若振动体作简谐振动，将D=j3代入：（仝）2得企g =吆兀1-（仝）2 +2用f）振幅比：°勺%频率特性:(空)2尸丁 +右木目位滞后炉=W丄汪一1(3)2当o=0时:当 G)=G)o时：当 O»G)0时:0二0°I 0 I0=18(?时,可得到不同的曲线。CO当召=0. 90质量体受力（力传感器）fvzd2Zmdt2H(f)at1/k1 (/肿+
4、用(/)A(f)1/kfi - (/ / Z)22 4- w / X)2基座受力（运动传感器）演示 Z1(t)H(f) =(/S2i-(/Z)2+jW/Z)护7d+ C二一 N)+ K(z -) = 0 dratAf) =(/X)20.1测振动测力传感器0.11.04.0当(D>> (D 0 ( (0 >3 (0 0 )时，x/XqIXxt Q Xo，m近似看彳乍静止木盘J心=1800关于工作频段："阻尼比g的影响：增大© (0.7左右),可 以减小共振峰，改善低瘢响应。"固有频率3 0的影响：降低3°,扩大低频段。理想情况，当<
5、0»(00"线中的感应电势:e=WBlv"灵敏度：<1芻彎蛊1惚电式振动速度传感器，要求 萼更频率峯OHz时,最去振幅議畫不超亦5 %, g=06,求传感器的固有频率及输出的相位。解：当（>> 0）0 时,po Igv0707,会出现共振峰。f/fo解续:严）20.95=解得：工=3 87;= 113.7°69。丿1-实际输出特性速度太低（小于Va），惯性力不足以克服摩擦力 速度太高（大于Vc），惯性太大，超出弹簧弹性范围:、结构特点动铁式：线圈组件与传感器壳体固定，永 久磁铁用柔软的弹簧支撑，又称惯性式。动圈式：永久磁铁与传感器壳体固
6、定，线 组件用柔软的弹簧支撑。"与动铁式相比，惯性质量小，增加阻尼 比。直接式"壳体固定于惯性系统部件，其顶杆 与另一部件表面接触。某型动铁式振动传感器结构电鱸头封头播子组舍实物： 振动速度传感器/属于惯性式传感器。是利 用磁电感应原理把振动信号 变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。/将传感器安装在机器上， 在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。/与二次仪表相配接，即可显示振动速度或位移j的大小。也可以输送到其它二次 仪表或交流电压表进行测量。动圈式动圈式演示动圈原理动圈式
7、磁电传感湍角速搜塑卜磁钢2-线圈动圈式振动传感器结构动圈式传感器结构:1弹簧;2壳体；3阻 尼环;4磁钢;5线圈；in6芯轴A在测振时，传感器固定 或紧压于被测物体，磁 钢4与壳体2起随被测 系统的振动而振动。A装在芯轴6上的线圈5和 阻尼环3组成惯性系统的 质量块并在磁场中运动O直接式振动传感器A用途：用来测量振动 系统中两部件之间的相 对振动速度。连接方式：壳体固定于一 部件上，线圈与顶杆相对固 定，而顶杆与另一部件相接 触，依靠弹簧片回复原位。当两部件相对运动时，使线 与磁钢产生相对运动，产 生相应的电动势。i顶杆2弹簧片3-a钢4-线5引出线6壳体§ 7. 3设计基础磁路系统
8、磁电传感器 的基本组成?弹簧r永久磁铁导磁壳体阻尼器材料（永磁合金） 磁铁设计寸尺寸I工作点亠、材料选择高剩磁欧、低矫顽力He材料：镰钢、钻 钢、锯钢，适用于磁路长、工作气隙小 的情况，能得到较大的气隙磁感应强度, 结构为细长，传感器磁场不稳定。低剩磁吸、高矫顽力材料：镰锯合金、 铁氧体，适用于磁路短、工作气隙大的 情况，能得到较大的气隙磁感应强度, 传感器磁场稳定。、磁路计算I永久磁铁的尺寸确定原则：使永久磁铁尽可能工作在最大磁能 积上，此时磁铁体积最小。由工作点D （B、H）值计算磁铁尺寸:由磁通连续性定理:补漏石兹系修®磁路基尔;ft富夫第一定律:L2:修正芽永久磁铁的尺寸永久
9、磁铁的尺寸磁路工作点的正切角为:tan oc = 22-Hm永久磁铁的尺寸永久磁铁的尺寸taiaczm y <-rkaBgSgS”0倍"在确定好磁铁的截面积后，可以确定磁铁永久磁铁的尺寸永久磁铁的尺寸.r =§ m Uu k BsS3 a §§匕HQ匕HQH磁铁的体积:m工作气隙设计1)保证线圈窗口面积容纳足够的线圈匝数;2）保证均匀而较强的气隙磁场；3）气隙深度lg大于4倍的气隙宽度6。三、线圈组件（骨架、线圈绕组）设计保证线圈在气隙中活动自如，有h=D匸 R2线圈 D2 D>2骨架tlg：气隙深度;lp：振动位移的峰峰值。t Tj h1i
10、1“D1rD2L线圈组件(骨架、线圈绕组)设计绕组母层Lffi：有效利用系数，f>0.95；d,v：带绝缘层导线直径;h：线圈厚度； 块填充系数(>1);t Tj h11i Lr°1rD2D3§ 7.4参数设计固有频率的确定玉（空）2Conclusions：1）为了保证精度，要求：E«）o>32）为了改善低频响应性能，可以釆取的措施:"KJ、mff g)oJ注意：KJ-静挠度传感器变重3）根据最大容许幅值误差来确定弹簧刚度;4）合理选择固有频率。弹簧刚度计算弹簧刚度:网十弓单蜜族些虫两弹簧选择原则：使质量块处于中间位置。垂直放置：下面刚
11、度的大，上面的小。阻尼系数计算电磁阻尼（金属骨架为阻尼器）：金属骨架在磁场中作相对运动并切割磁力线时，感生 涡流并受到磁场力的作用，力的方向与运动方向相反。阻尼器阻尼器的作用：衰减自由振动，降低共振峰, 改善频率响应特性，提高测试精度。阻尼系数与阻尼比的关系为：理想的阻尼比为:阻尼器电磁阻尼器 阻尼器Yl空气阻尼器.后:QD:金属杯平均直径；L崔隙深度； t:金属杯的壁厚；金杯尼属阻器P：金属材料的电阻率。空气阻尼器（在杯底开空调节阻尼）§7.5应用磁电式振动传感器的特点:1）输出阻抗小;2)对绝缘、放大器的要求不高;3）信号强，噪声干扰可忽略;4)体积、重量大,有磨损;5）工作温度
12、不高（120° C）；6）频率响应不高（102000Hz）。（以上相对压电式而言）监测振动飞机地面振动实验系统原理方框图传感器警告灯飞机振动模态分析逆向应用电动激振器式憎弹簧图8.7电动式激振器转速测量车专連旳=空Z磁电感应式转速传感器的结构原理 如图所示。当安装在被测转轴上的 齿轮（导磁体）旋转时，其齿依次 通过永久磁铁两磁极间的间隙，从 而在线圈上感应出频率和幅值均与 轴转速成比例的交流电压信号叫O由于感应电压与磁通0的变化率成比例，即是线圈匝数）故随着转速下降输出电压幅值减小, 当转速低到一定程度时，电压幅值 会减小到无法检测出来的程度。故这种传感器不适合于低速测量OCa)1-
13、永久磁铁2-导磁齿轮14-38磁电式转速度传感器A为提高低转速的测量效果，可采用 电涡流式转速传感器。扭矩测量U磁电感应式扭矩传感器如图（磁电感应式扭矩传感器）所示，在转轴上固定两个齿轮1和2,它们的材质、尺寸、齿形和齿数均相同。永久磁铁和线圈组成的磁电式检测头3和4对着齿顶安装。当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。转轴承受扭矩后，相位差不为零，且 随两齿轮所在横截面之间相对扭转角的增加而加大，其大小与相 对扭转角、扭矩成正比。本章要点1）磁电式传感器（振动传感器）的工作原理 2）结构特点"结构组成：永久磁铁、线圈、弹簧、阻尼器（电磁阻 尼：金属骨架在磁场中运动产生、空
14、气阻尼）、壳体"结构形式：动圈式、动铁式3）二阶系统表示: 4）典型应用：振动监测、转速、扭距测量巾畐作业：73, 752. ±.? iM. *ULXWM 2.A*JJR1UkMi*lwaAIL r.ati 戈 3叭“ a 4帜Mfx.1 AW用导磁材料制成的物体运动时，改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈 的磁通量，使线圈产生感应电动势。磁阻式转速传感器有两种：.开磁路开磁路结构简单，空气磁阻大。2闭磁路磁回路由转轴、内外齿轮、线圈回到磁铁闭合。当转轴与被测轴一起 转动时，转轴上的内齿轮和磁铁一起转动，内外齿轮的相对运动使磁 路气隙发生变化，因而磁阻变化并使穿过线圈的磁通量发生周期性变 化，在线圈中产生周期变化的感应电势。其特点是磁路磁阻小，输出 信号大，受被测轴振动干扰小。