磁电感应型传感器的工作原理及应用

磁学传感器

磁电感应式传感器是利用电磁感应原理,将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。它利用的是导体和磁场发生相对运动时会在导体两端输出感应电动势的特性,是一种机-电能量变换型传感器,不需要供电电源,电路简单,性能稳定,输出阻抗小,又具有一定的频率响应范围(一般为10～1 000 Hz),已得到普遍应用。

根据电磁感应定律,当导体在稳恒均匀磁场中,沿垂直磁场方向运动时,导体内产生的感应电势为

其中,B 为稳恒均匀磁场的磁感应强度;l为导体有效长度;v 为导体相对磁场的运动速度。

当一个W 匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时,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:(www.xing528.com)

由式(3.30)可知,线圈感应电动势e的大小取决于线圈匝数和穿过线圈磁通量的变化率。而磁通量的变化率又与所加的磁场强度、磁路磁阻以及线圈相对于磁场的运动速度有关,改变上述任意一个参数,均会导致线圈产生的感应电动势发生变化,从而也可以得到相应的不同结构形式的磁电感应式传感器。磁电感应式传感器一般可以分为动圈式、动磁铁式和磁阻式三类。其中动圈式传感器的结构如图3.45所示,当弹簧感应到一个速度时,线圈在磁场中做直线运动,从而切割磁力线,因此它所产生的感应电动势为

其中,B 为磁场的磁感应强度(单位为T);l为单匝线圈的有效长度;W 为有效线圈的匝数,即均匀磁场内参与切割磁力线的线圈匝数;vy为敏感轴(y 轴)方向相对于磁场的速度(单位为m/s)。当传感器的结构参数(B、l、W)选定时,感应电动势e的大小正比于线圈运动速度vy,因为直接可以测到线圈的运动速度,故这种传感器亦称为速度传感器。

图3.45　动圈式传感器的结构