浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点Word文档格式.doc
《浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点Word文档格式.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点Word文档格式.doc(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用要点Word文档格式.doc](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-10/4/fbb4cba6-e320-4854-b2ea-b4c6bd12552b/fbb4cba6-e320-4854-b2ea-b4c6bd12552b1.gif)
1111504223
任课教师:
郑建祥博士(13179519460)
2014-05-25
浅析磁电式传感器的结构原理及其在汽车测试中的应用
摘要:
对磁电式转速传感器结构及工作原理进行了阐述,并介绍了其在汽车测试的几个方面中的应用。
关键词:
磁电式传感器汽车测试机电一体化数据采集控制装置
Abstract Themagneticsensorisbasedontheprincipleofelectromagneticsensors,bymagnetoelectricinteractionwillbemeasured(suchasvibration,displacement,speedetc.)intosensorinductionelectromotiveforce,whichisalsoknownastheinductivesensor,electricsensor.Accordingtothelawofelectromagneticinduction,theinductionelectromotiveforceinNcoil.Inductionelectromotiveforceisdeterminedfromtherateofchangeofmagneticflux.ThemagneticfluxchangeofCOcanbeachievedbymanymeans:
suchastherelativemotionbetweenthemagnetandthecoilmagneticreluctance;
change;
coilsizechangeinaconstantmagneticfield.Itcanproducedifferenttypesofmagneticsensor.Themagneticsensorisakindofmachineelectricenergyconversiontypesensor,anddoesnotneedthepowersupply,thecircuitissimple,stableperformance,strongoutputsignal,theoutputimpedanceissmall,withacertainfrequencyresponserange,suitableforvibration,speed,torquemeasurement.
引言:
作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。
在现代汽车电子控制中,传感器广泛用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中,传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控制系统的性能,为汽车性能的改善提供了有力保障。
传感器是汽车电子控制系统的信息源,是促进汽车高档化、电子化、自动化的关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
普通汽车上大约装有10-20只传感器,高级豪华轿车则更多。
传感器能及时识别外界和系统本身的变化,对温度、压力、位置、转速、体积流量等信息进行实时、准确的测量,并将信息传递给电脑进行处理,从而实现汽车各系统的电子控制。
现代社会对车辆性能的要求越来越高,促使汽车传感器技术不断发展,今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化,开发新材料、新工艺和新型传感器。
正文
一结构原理磁传感器是基于电磁传感器原理,通过磁电相互作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成感应电动势的传感器,它也被称为感应式传感器、电动式传感器。
根据电磁感应定律,N匝线圈中的感应电动势。
感应电动势的大小由磁通的变化率决定。
磁通量协的变化可以通过很多办法来实现:
如磁铁与线圈之间作相对运动;
磁路中磁阻变化;
恒定磁场中线圈面积变化等。
因此可以制造出不同类型的磁传感器。
磁传感器是一种机一电能量变换型传感器,不需要供电电源,电路简单,性能稳定,输出信号强,输出阻抗小,具有一定的频率响应范围,适合于振动、转速、扭矩等测量。
但这种传感器的尺寸和重量都较大。
磁电传感器由永久磁铁(磁钢)、线圈、弹簧、金属骨架和壳体等组成。
系统产生恒定直流磁场,磁路中工作气隙是固定不变的,因而气隙中的磁通也是恒定不变的。
它们的运动部件可以是线圈,又可分为圈式或动铁式两种结构类型。
恒磁通磁传感器结构原理图磁铁与传感器壳体固定,线圈和金属骨架(合称线圈组件)用柔软弹簧支承。
线圈组件与壳体固定,永久磁铁用柔软弹簧支承。
两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼。
动圈式和动铁式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,因此振动频率足够高(远高于传感器的固有频率)时,运动部件的惯性很大,来不及跟随振动体一起振动,近于静止不动,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。
线圈与磁铁间相对运动使线圈切割磁力线,产生与运动速度成正比的感应电动势,线圈处于工作气隙磁场中的匝数,称为工作匝数;
工作气隙中磁感应强度;
每匝线圈的平均长度。
这类传感器的基型是速度传感器,能直接测量线速度。
因为速度与位移和加速度之间有内在的联系,即它们之间存在着积分或微分关系。
因此,如果在感应电动势的测量电路中接入一积分电路,则它的输出就与位移成正比;
如果在测量电路中接人一微分电路,则它的输出就与运动的加速度成正比。
这样,这类磁传感器就可以用来测量运动的位移或加速度。
磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器,它只适合进行动态测量。
由于它有较大的输出功率,故配用电路较简单;
零位及性能稳定;
工作频带一般为10~1000Hz。
磁电式传感器具有双向转换特性,利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。
根据电磁感应定律,当W匝线圈在均恒磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:
E=-w(dΦ/dt)
根据这一原理,可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式,构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。
下图所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。
变磁通式结构
(a)旋转型(变磁));
(b)平移型(变气隙)
其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定,动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化,引起磁通变化而在线圈中产生感应电势,因此又称变磁阻式结构。
在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。
这类结构有两种,如下图所示。
恒磁通式结构(a)动圈式;
(b)动铁式
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。
气隙中的磁场均匀分布,测量线圈绕在筒形骨架上,经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。
当线圈与磁铁间有相对运动时,线圈中产生的感应电势e为
式中B——气隙磁通密度(T);
l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度)v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。
当传感器的结构确定后,式(5-2)中B、la、W都为常数,感应电势e仅与相对速度v有关。
为提高灵敏度,应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度,以提高气隙磁通密度B;
增加la和W也能提高灵敏度,但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。
为了保证传感器输出的线性度,要保证线圈始终在均匀磁场内运动。
设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸,以满足传感器基本性能要求。
根据电磁感应定律,当w匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势E与磁通变化率dΦ/dt有如下关系:
E=-w(dΦ/dt)
l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l=laW(la为每匝线圈的平均长度)
v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。
传感器的灵敏度为
2
工作原理
编辑
E=-w(dΦ/dt在恒磁通式结构中,工作气隙中的磁通恒定,感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。
图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空