磁電式傳感器的工作原理與應(yīng)用

磁傳感器是基于電磁傳感器原理,通過磁電相互作用將被測(cè)量(如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器，它也被稱為感應(yīng)式傳感器、電動(dòng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，N匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由磁通的變化率決定。磁通量協(xié)的變化可以通過很多辦法來(lái)實(shí)現(xiàn):如磁鐵與線圈之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng);磁路中磁阻變化;恒定磁場(chǎng)中線圈面積變化等。因此可以制造出不同類型的磁傳感器。磁傳感器是一種機(jī)一電能量變換型傳感器，不需要供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出信號(hào)強(qiáng)，輸出阻抗小，具有一定的頻率響應(yīng)范圍，適合于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量。但這種傳感器的尺寸和重量都較大。

磁電傳感器由永久磁鐵(磁鋼)、線圈、彈簧、金屬骨架和殼體等組成。系統(tǒng)產(chǎn)生恒定直流磁場(chǎng)，磁路中工作氣隙是固定不變的，因而氣隙中的磁通也是恒定不變的。它們的運(yùn)動(dòng)部件可以是線圈，又可分為圈式或動(dòng)鐵式兩種結(jié)構(gòu)類型。恒磁通磁傳感器結(jié)構(gòu)原理圖磁鐵與傳感器殼體固定，線圈和金屬骨架(合稱線圈組件)用柔軟彈簧支承。線圈組件與殼體固定，永久磁鐵用柔軟彈簧支承。

兩者的阻尼都是由金屬骨架和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電磁阻尼。動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式的工作原理是完全相同的，當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈簧較軟，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大，因此振動(dòng)頻率足夠高(遠(yuǎn)高于傳感器的固有頻率)時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件的慣性很大，來(lái)不及跟隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，近于靜止不動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近于振動(dòng)體振動(dòng)速度。線圈與磁鐵間相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)速度成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈處于工作氣隙磁場(chǎng)中的匝數(shù)，稱為工作匝數(shù);工作氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度;每匝線圈的平均長(zhǎng)度。

這類傳感器的基型是速度傳感器，能直接測(cè)量線速度。因?yàn)樗俣扰c位移和加速度之間有內(nèi)在的聯(lián)系，即它們之間存在著積分或微分關(guān)系。因此，如果在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量電路中接入一積分電路，則它的輸出就與位移成正比;如果在測(cè)量電路中接人一微分電路，則它的輸出就與運(yùn)動(dòng)的加速度成正比。這樣，這類磁傳感器就可以用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的位移或加速度。