文档介绍：传感技术与智能仪器
第5章电动势式传感器
磁电式传感器
一、概述
通过电磁感应原理将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号。
利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电势；属于机-电能量变换型传感器
特点:
不需要供电电源，电路简单，
性能稳定，输出阻抗小
只适合动态测量。通常在10-100HZ适合做机械振动测量、转速测量。
传感器尺寸大
根据电磁感应定律，匝数为 N 的线圈处在变化的磁场中所感生的电势 e 取决于穿过线圈的磁通 φ 的变化率，即：
二、基本原理
磁通变化使线圈处于磁场中
对磁场作切割磁力线相对运动
或者使磁路中的磁阻发生变化
传感器有动圈式、动磁铁式和变磁阻式等类型
磁电式传感器
恒磁通式
变磁通式
(a)是测量直线运动速度的动圈式传感器
(b)是测量角速度的动圈式传感器
(c)是测量直线速度的动磁铁式传感器
(d)是测量被测平面(需导磁)运动直线速度的变磁阻式传感器
它们都是电磁感应原理的具体实现
重点讨论动圈式传感器，其原理典型，工程应用广泛。
几种类型传感器的原理结构
磁电式传感器
右图为动圈式传感器的线圈处于永久磁铁所形成的闭合磁路工作气隙中
当此线圈相对于磁场作直线运动时，线圈上所感生的电势为：
测量直线运动速度的动圈式传感器
(3-33)
式中：B ——工作气隙中的磁感应强度；
l ——线圈的单匝长度；
v ——线圈相对于磁场的运动线速度；
θ——线圈运动方向相对于磁场方向的夹角。
磁电式传感器
此处θ=90°，故：
结构参数B，l 和 N 确定，则感应电势 e 与运动速度 v 成单值函数关系
可用输出的电势值 e 测量线圈运动的速度——速度传感器
速度和位移、速度与加速度存在积分和微分关系
速度传感器的输出可通过积分或微分的后续处理得到位移和加速度信号
利用该原理可制造出两种实用的速度传感器：
一是测量较长行程的直线速度传感器
二是测量振动速度的传感器
磁电式传感器
磁电式传感器
变磁通式磁电传感器结构图
(a) 开磁路； (b) 闭磁路
变磁通式磁电传感器
主要用途：测转速
磁电式传感器
三、基本特性
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电流Io为
式中： Rf——测量电路输入电阻；
R——线圈等效电阻。
传感器的电流灵敏度为
而传感器的电压灵敏度分别为
B值大，灵敏度也大，线圈的平均长度大也有助于提高灵敏度，但要考虑两种情况：
线圈电阻与指示器电阻匹配问题，为使指示器从传感器获得最大功率，必须使线圈的电阻等于指示器的电阻。
线圈的发热问题
非线性误差
主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。
磁电式传感器
磁电式传感器
动态特性
一个二阶系统。
Vo为传感器外壳的运动速度，即被测物体运动速度；
Vm为传感器惯性质量块的运动速度。
等效机械系统
运动方程