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量(如振動、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動勢的傳感器，它也被稱為感應(yīng)式傳感器、電動式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，N匝線圈中的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢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實現(xiàn):如磁鐵與線圈之間作相對運(yùn)動;磁路中磁阻變化;恒定磁場中線圈面積變化等。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，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出信號強(qiáng)，輸出阻抗小，具有一定的頻率響應(yīng)范圍，適合于振動、轉(zhuǎn)速、扭矩等測量。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，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)動部件可以是線圈，又可分為圈式或動鐵式兩種結(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發(fā)生相對運(yùn)動而產(chǎn)生的電磁阻尼。動圈式和動鐵式的工作原理是完全相同的，當(dāng)殼體隨被測振動體一起振動時，由于彈簧較軟，運(yùn)動部件質(zhì)量相對較大，因此振動頻率足夠高(遠(yuǎn)高于傳感器的固有頻率)時，運(yùn)動部件的慣性很大，來不及跟隨振動體一起振動，近于靜止不動，振動能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間的相對運(yùn)動速度接近于振動體振動速度。線圈與磁鐵間相對運(yùn)動使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運(yùn)動速度成正比的感應(yīng)電動勢，線圈處于工作氣隙磁場中的匝數(shù)，稱為工作匝數(shù);工作氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度;每匝線圈的平均長度。

這類傳感器的基型是速度傳感器，能直接測量線速度。因為速度與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)電動勢的測量電路中接入一積分電路，則它的輸出就與位移成正比;如果在測量電路中接人一微分電路，則它的輸出就與運(yùn)動的加速度成正比。這樣，這類磁傳感器就可以用來測量運(yùn)動的位移或加速度。