磁电式传感器工作原理解析

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动势为

式中 B——稳恒均匀磁场的磁感应强度；

l——导体有效长度；

v——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，则线圈内的感应电动势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系：

根据以上原理，人们设计出两种磁电式传感器结构：变磁通式和恒磁通式。变磁通式又称为磁阻式。图10-1所示是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。图10-1a所示为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电动势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。图10-1b所示为闭磁路变磁通式传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。显然，感应电动势的频率与被测转速成正比。

图10-1 变磁通式磁电传感器结构图

a）开磁路 b）闭磁路 1—永久磁铁 2—软磁铁 3—感应线圈 4—测量齿轮 5—内齿轮 6—外齿轮 7—转轴(www.xing528.com)

磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（见图10-2a）和动铁式（见图10-2b）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，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，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，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电动势为

e=-B₀lWv

式中 B₀——工作气隙磁感应强度；

l——每匝线圈平均长度；

W——线圈在工作气隙磁场中的匝数；

v——相对运动速度。

图10-2 恒磁通式磁电传感器结构原理图

a）动圈式 b）动铁式