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德國FHF上海壹僑優(yōu)勢供應(yīng)FHF11286101 德國FHF上海壹僑優(yōu)勢供應(yīng)FHF11286101

折疊編輯本段應(yīng)用
地磁傳感器可用于檢測車輛的存在和車型識別。利用車輛通過道路時(shí)對地球磁場的影響來完成車輛檢測的傳感器與目前常用的地磁線圈(又稱地感線圈)檢測器相比，具有安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長，對路面的破壞小(有線安裝只需要在路面開一條5毫米寬的縫，無線安裝只需要在路面打一個(gè)直徑55 毫米深150毫米的洞，當(dāng)在檢測點(diǎn)吊架或側(cè)面安裝時(shí)不用破壞路面)等優(yōu)點(diǎn)，在智能交通系統(tǒng)的信息采集中必將起到非常重要的作用。
磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入的運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢輸出。它直接將被測物體的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，工作不需要外加電源，是一種典型的有源傳感器。由于這種傳感器輸出功率較大，因而大大地簡化了配用的二次儀表電路。

磁電式傳感器有時(shí)也稱作電動(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(wěn)定;

基本信息
中文名稱
磁電式傳感器

類別
傳感器

 
工作頻帶
一般為10~1000Hz

特性
雙向轉(zhuǎn)換

目錄
1原理結(jié)構(gòu)
2工作原理
3測量電路
4設(shè)計(jì)原則
5分類
6傳遞矩陣
7磁電應(yīng)用
折疊編輯本段原理結(jié)構(gòu)
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。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)W匝線圈在均恒磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)穿過線圈的磁通為Φ，則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢e與磁通變化率dΦ/dt有如下關(guān)系:

根據(jù)這一原理，可以設(shè)計(jì)成變磁通式和恒磁通式兩種結(jié)構(gòu)型式，構(gòu)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(zhuǎn)角速度及振動(dòng)速度測量的變磁通式結(jié)構(gòu)。

變磁通式結(jié)構(gòu)

(a)旋轉(zhuǎn)型(變磁)); (b)平移型(變氣隙)

其中磁鐵1(俗稱"磁鋼")與線圈4均固定，動(dòng)鐵心3(銜鐵)的運(yùn)動(dòng)使氣隙5和磁路磁阻變化，引起磁通變化而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，因此又稱變磁阻式結(jié)構(gòu)。
變磁式結(jié)構(gòu)
變磁式結(jié)構(gòu)

在恒磁通式結(jié)構(gòu)中，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電勢是由于磁鐵與線圈之間有相對運(yùn)動(dòng)--線圈切割磁力線而產(chǎn)生。這類結(jié)構(gòu)有兩種，如下圖所示。

恒磁通式結(jié)構(gòu) (a)動(dòng)圈式;(b)動(dòng)鐵式

圖中的磁路系統(tǒng)由圓柱形磁鐵和極掌、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(jīng)膜片彈簧懸掛于氣隙磁場中。

當(dāng)線圈與磁鐵間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e為

式中 B--氣隙磁通密度(T);

l--氣隙磁場中有效匝數(shù)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(yùn)動(dòng)速度(ms-1)。

當(dāng)傳感器的結(jié)構(gòu)確定后，式(5-2)中B、la、W都為常數(shù)，感應(yīng)電勢e僅與相對速度v有關(guān)。傳感器的靈敏度為

為提高靈敏度，應(yīng)選用具有磁能積較大的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(nèi)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(nèi)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是選擇合理的結(jié)構(gòu)形式、材料和結(jié)構(gòu)尺寸，以滿足傳感器基本性能要求。

折疊編輯本段工作原理
根據(jù)電磁感應(yīng)定律, 當(dāng)w匝線圈在恒定磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí), 設(shè)穿過線圈的磁通為Φ, 則線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢E與磁通變化率dΦ/dt有如下關(guān)系: E=-w(dΦ/dt)

折疊編輯本段測量電路
磁電式傳感器直接輸出感應(yīng)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。

折疊編輯本段設(shè)計(jì)原則
磁電感應(yīng)式傳感器有兩個(gè)基本元件組成:一個(gè)是產(chǎn)生恒定直流磁場的磁路系統(tǒng)，為了減小傳 感器體積，一般采用磁鐵;另一個(gè)是線圈，由它與磁場中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。感應(yīng) 電動(dòng)勢與磁通變化率或者線圈與磁場相對運(yùn)動(dòng)速度成正比，因此必須使它們之間有一個(gè)相對運(yùn) 動(dòng)。作為運(yùn)動(dòng)部件，可以是線圈，也可以是磁鐵。所以，必須合理地選擇它們的結(jié)構(gòu)形式、 材料和結(jié)構(gòu)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(jì)算時(shí)，一般是先根據(jù)使用場合、使用對象確定結(jié)構(gòu)形式和體積大 小(即輪廓尺寸)，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)大小初步確定磁路系統(tǒng)，計(jì)算磁路以便決定磁感應(yīng)強(qiáng)度B。這樣，由技術(shù)指標(biāo)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(shù)N。因?yàn)?在確定磁路系統(tǒng)時(shí)，氣隙的尺寸已經(jīng)確定了，線圈的尺寸也已確定，亦即 ι已經(jīng)確定。根據(jù)這些 參數(shù)，便可初步確定線圈導(dǎo)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(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)大些。只要結(jié)構(gòu)尺寸允許，磁鐵可盡量大些，并選擇B值大的永磁材料，匝數(shù)N也可 取得大些。當(dāng)然具體計(jì)算時(shí)導(dǎo)線的增加也是受其他條件制約的，各參數(shù)的選擇要統(tǒng)一考慮，盡量從優(yōu)。

折疊編輯本段分類
一般分為兩種:(1)磁電感應(yīng)式(2)霍爾式

折疊霍爾式
霍爾效應(yīng)

置于磁場中的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于電流和磁場的方向會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(霍爾電勢)，原因是電荷受到洛倫茲力的作用。

定向運(yùn)動(dòng)的電子除受到洛侖茲力外，還受到霍爾電場的作用，當(dāng)fl=fE時(shí)，達(dá)到平衡，此時(shí)

基本結(jié)構(gòu)

霍爾元件的基本結(jié)構(gòu)圖如下:

基本特性

(1)額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流當(dāng)霍爾元件自身溫升10度時(shí)所流過的激勵(lì)電流以元件最大溫升為限制所對應(yīng)的激勵(lì)電流

(2)輸入電阻和輸出電阻激勵(lì)電極間的電阻電壓源內(nèi)阻

(3)不等位電勢和不等位電阻當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí)，若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，此時(shí)測得的空載霍爾電勢。不等位電勢就是激勵(lì)電流經(jīng)不等位電阻所產(chǎn)生的電壓。

(4)寄生直流電勢

(5)霍爾電勢溫度系數(shù)

誤差補(bǔ)償

(1)零點(diǎn)誤差:

不等位電勢:①電極引出時(shí)偏斜，②半導(dǎo)體的電阻特性(等勢面傾斜)造成。③激勵(lì)電極接觸不良。

寄生直流電勢:由于霍耳元件是半導(dǎo)體，外接金屬導(dǎo)線時(shí)，易引起PN節(jié)效應(yīng)，當(dāng)電流為交流電時(shí)，整個(gè)霍耳元件形成整流效應(yīng)，PN節(jié)壓降構(gòu)成寄生直流電勢，帶來輸出誤差。

補(bǔ)償方法

制作工藝上保證電極對稱、歐姆接觸

電路補(bǔ)償

(2)霍爾元件的溫度補(bǔ)償

誤差原因:溫度變化時(shí)，KH,Ri(輸入電阻)變化

補(bǔ)償辦法

1.對溫度引起的I進(jìn)行補(bǔ)償。采用恒流源供電。但只能減小由于輸入電阻隨溫度變化所引起的激勵(lì)電流的變化的影響。

2.對KHI乘積項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。采用恒流源與輸入回路并聯(lián)電阻。如圖所示:

折疊應(yīng)用
(1)霍爾式位移傳感器工作原理圖:如圖所示

(2)幾種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu):如圖所示:

(3)霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作示意圖及電路圖:如圖所示:

折疊編輯本段傳遞矩陣
一.傳遞矩陣

一.機(jī)械阻抗下圖(a)所示的質(zhì)量為m、彈簧剛度為k，阻尼系數(shù)為c的單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)在力F作用下產(chǎn)生的振動(dòng)速度和位移分別為v(圖中即ν)和x，由此可列出力平衡方程

下圖(b)所示的由電阻R、電感L和電容C組成的串聯(lián)電路，設(shè)電源電壓為u，回路電流為i、電荷為q。由此可列出電壓平衡方程

這兩個(gè)微分方程式雖然機(jī)電內(nèi)容不同，但形式相同。因此，這兩個(gè)系統(tǒng)為一對相似系統(tǒng)。一個(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)求解它的微分方程來討論其動(dòng)態(tài)特性，故上述兩相似系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性必然*，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電模擬。

一對相似系統(tǒng)

(a)單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng);(b)RLC串聯(lián)電路

在電路中存在著電阻抗，它是將電流與電壓聯(lián)系起來的一個(gè)參數(shù)，可以設(shè)想，如同電路中的電阻抗一樣，假設(shè)機(jī)械系統(tǒng)存在"機(jī)械阻抗"ZM。類似于電系統(tǒng)，由*個(gè)式子可得

可見ZM是將機(jī)械系統(tǒng) 中某一點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)響 應(yīng)與引起這個(gè)運(yùn)動(dòng)的力聯(lián)系起來的一個(gè)參數(shù)。由此可得，作簡諧運(yùn)動(dòng)的線性機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械阻抗的定義為

機(jī)械阻抗ZM(復(fù)數(shù))=激振力(復(fù)數(shù))/運(yùn)動(dòng)響應(yīng)(復(fù)數(shù))

引用機(jī)械阻抗概念來分析機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，就可以用簡單的代數(shù)方法求得描述動(dòng)態(tài)特性的傳遞函數(shù)，而不必求解微分方程。