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1、 电感式传感器是基于电感式传感器是基于电磁感应原理电磁感应原理，它是把被，它是把被测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、压力、流量、振动等物理参数。压力、流量、振动等物理参数。分类分类:电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型第1页/共59页6.1 自感式电感传感器自感式电感传感器 1 1、工作原理工作原理可变磁阻式可变磁阻式 原理原理:电磁感应电磁感应自感自感L L与气隙与气隙成反比，而与成反比，而与气隙导磁截面气隙导磁截面积积A A成正比。成正比。第2页/共59页变气隙式自感传感器变气隙式自感传感器L
2、0L00 输出特性输出特性非线性非线性；为获得；为获得较高灵敏度，气隙的初始值较高灵敏度，气隙的初始值0 0不宜过大。不宜过大。为获得较好的线性关系，须限制测量范围，使衔铁位移在为获得较好的线性关系，须限制测量范围，使衔铁位移在较小范围内变化，较小范围内变化，(0 0),),一般取一般取=(0.1=(0.10.2)0.2)0 0变气隙式传感器适用于微小位移的测量，测量范围：变气隙式传感器适用于微小位移的测量，测量范围：0.0010.0011 1mmmm。第3页/共59页变面积式自感传感器变面积式自感传感器AA输出特性为输出特性为线性线性，因此测量范围大。，因此测量范围大。要提高灵敏度，气隙厚度
3、要提高灵敏度，气隙厚度不能过大。不能过大。第4页/共59页螺管式自感传感器螺管式自感传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移位移(数毫米数毫米)测量。测量。工作原理工作原理：当铁芯在线圈：当铁芯在线圈中运动时，将改变中运动时，将改变磁阻磁阻，使线圈自感发生变化。使线圈自感发生变化。第5页/共59页2 2、差动式自感传感器差动式自感传感器 两个结构完全相同的自感线圈组合在一起形成差两个结构完全相同的自感线圈组合在一起形成差动结构，可提高灵敏度，改善输出特性的非线性，动结构，可提高灵敏度，改善输出特性的非线性，实际中常用。实际中常用。第6页/共
4、59页当当/11时，可将上式展开成级数：时，可将上式展开成级数：第7页/共59页差动方式时：差动方式时：灵敏度：灵敏度：为原来的两倍。为原来的两倍。比较：比较：显然，若不考虑包括显然，若不考虑包括2 2次项以上的高次项，则次项以上的高次项，则 成成比例关系，因此高次项的存在是造成非线性的原因。比例关系，因此高次项的存在是造成非线性的原因。第8页/共59页当气隙相对变化当气隙相对变化/1100 Hz；f03000 Hz放大器的通频带应放大器的通频带应为为29903010 Hz第26页/共59页解调原理解调原理同步解调同步解调 从时域看：从时域看：调制与解调的载波信号调制与解调的载波信号相同相同同
5、步解调同步解调第27页/共59页3)3)幅值调制信号的解调幅值调制信号的解调相敏检波电路相敏检波电路 相敏检波电路相敏检波电路(与滤波器配合与滤波器配合)可以将调幅波还原可以将调幅波还原成原信号波形，起解调作用；并具有鉴别信号相位成原信号波形，起解调作用；并具有鉴别信号相位的能力。的能力。下面给出典型的二极管相敏检波电路及其输入输下面给出典型的二极管相敏检波电路及其输入输出关系图出关系图。它由四个特性相同的二极管。它由四个特性相同的二极管D1D1D4D4沿同一沿同一方向串联成一个桥式回路，桥臂上有附加电阻，用于方向串联成一个桥式回路，桥臂上有附加电阻，用于桥路平衡。四个端点分别接在桥路平衡。四
6、个端点分别接在变压器变压器A A和和B B的次级线圈的次级线圈上，变压器上，变压器A A的输入为调幅波的输入为调幅波x xm m(t t)，B B的输入信号为载的输入信号为载波波y y(t t)，u uf f为输出。为输出。二极管的导通与截止完全由二极管的导通与截止完全由B B的次级的输出决定，因的次级的输出决定，因此要求此要求B B的次级的输出大于的次级的输出大于A A的次级输出。的次级输出。第28页/共59页第29页/共59页调调制制与与解解调调过过程程（波波形形转转换换）载波载波调制信号调制信号放大后的调幅波放大后的调幅波滤波后的波形滤波后的波形相敏检波后的波形相敏检波后的波形第30页/
7、共59页机电学院电感式传感器调幅与解调应用调幅与解调应用动态电阻应变仪动态电阻应变仪第31页/共59页6.2 互感式电感传感器互感式电感传感器 互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测量转换成线圈互感的变化。现象，将被测量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差差动变压器式传感器动变压器式传感器。实际中多采用。实际中多采用螺管线圈型差动变螺管线圈型差动变压器。压器。WW1W2x第32页/共59页1 1、工作原理、工作原理 第33页/共59页 传感器输出电压反映了位移的大小
8、及方向，但因传感器输出电压反映了位移的大小及方向，但因为交流信号，只有接入相应电路（为交流信号，只有接入相应电路（相敏检波、差动相敏检波、差动整流等整流等），才能提取出这两种信息。），才能提取出这两种信息。传感器输出存在一定的传感器输出存在一定的零点残余电压零点残余电压，即衔铁，即衔铁位于中间位置时输出不为零。因此，其后接电路位于中间位置时输出不为零。因此，其后接电路应采用既能反映铁芯位移大小及极性，又能补偿应采用既能反映铁芯位移大小及极性，又能补偿零点残余电压的零点残余电压的差动直流输出电路差动直流输出电路。2 2、测量电路、测量电路 第34页/共59页全波差动整流电路及波形图全波差动整流电
9、路及波形图第35页/共59页差动相敏检波电路差动相敏检波电路图中的图中的R R用于调节零点残余电压的大小。用于调节零点残余电压的大小。第36页/共59页差动变压器式传感器差动变压器式传感器特点特点：精度高精度高(0.1(0.1 m m 数量级，最高可达数量级，最高可达0.010.01 m)m)，高高精度型非线性误差可达精度型非线性误差可达0.1%0.1%线性范围大（可达线性范围大（可达 100100mmmm）稳定性好，结构简单，使用方便稳定性好，结构简单，使用方便 因包含机械结构，频率响应较低，不宜测量高频因包含机械结构，频率响应较低，不宜测量高频动态参量。动态参量。广泛应用于直线位移，或能转
10、换为位移变化的压广泛应用于直线位移，或能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。力、重量等参数的测量。第37页/共59页差动变压器位移传感器差动变压器位移传感器第38页/共59页6.3 电涡流式传感器电涡流式传感器 1 1、工作原理、工作原理:电涡流效应电涡流效应金属导体金属导体涡电流涡电流i线圈线圈涡流式电感传感器可分为高频反射式和低频透射式两类涡流式电感传感器可分为高频反射式和低频透射式两类第39页/共59页传感器线圈的等效阻抗传感器线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：若改变距离若改变距离x x，可将位移变化转换为线圈自感变化，可将位移变化转换为线圈自感变化，通过测量电路变为电压输出；若通过测
11、量电路变为电压输出；若()()改变，可进行探改变，可进行探伤或材质鉴别等伤或材质鉴别等。第40页/共59页高频反射式电涡流式传感器：高频反射式电涡流式传感器：高频高频(lMHz)lMHz)激励电流激励电流高频反射式涡流传高频反射式涡流传感器多用于位移及感器多用于位移及与位移相关的厚度、与位移相关的厚度、振动等测量。振动等测量。第41页/共59页低频透射式电涡流式传感器：低频透射式电涡流式传感器：低频透射式涡流传低频透射式涡流传感器多用于测定材感器多用于测定材料厚度。料厚度。音频音频(20kHz)激励电流激励电流第42页/共59页原理简化模型原理简化模型：线圈与被测导体等效为相互耦合的线圈与被测
12、导体等效为相互耦合的两个线圈。两个线圈。电涡流式传感器的基本特性：电涡流式传感器的基本特性：第43页/共59页u基本特性基本特性涡流形成范围涡流形成范围:径向为线圈外径的径向为线圈外径的1.81.82.52.5倍，倍，且分布不均匀；涡流贯穿深度有限，深度一般且分布不均匀；涡流贯穿深度有限，深度一般可用经验公式求得可用经验公式求得涡流强度与涡流强度与x x的关系：非线性特性，的关系：非线性特性，x/Rx/R1 1可可改善线性，提高灵敏度。改善线性，提高灵敏度。一般要求，被测金属的最小尺寸大于传感器线圈直一般要求，被测金属的最小尺寸大于传感器线圈直径的径的2 2倍；被测物为圆柱体时，其直径要求大于
13、线圈倍；被测物为圆柱体时，其直径要求大于线圈直径的直径的3.53.5倍。倍。第44页/共59页2 2、测量电路：、测量电路：谐振电路谐振电路 传感器线圈传感器线圈L L与电容与电容C C 共同组成并联谐振回路，谐共同组成并联谐振回路，谐振频率为：振频率为：线圈等效电感改变，必然导致回路阻抗或谐振频率变线圈等效电感改变，必然导致回路阻抗或谐振频率变化，化，从而从而可间接测量被测参数，对应测量电路：可间接测量被测参数，对应测量电路：调幅电路调幅电路调频电路调频电路第45页/共59页调幅电路调幅电路传感器由振荡器提供高频电源，当传感器谐振频率传感器由振荡器提供高频电源，当传感器谐振频率与电源频率相同
14、时，输出电压与电源频率相同时，输出电压u u最大。最大。第46页/共59页测量时，传感器等效电感随测量时，传感器等效电感随x x而改变，而改变，LCLC回路失谐，回路失谐，输出信号频率虽仍为电源频率，但幅值随输出信号频率虽仍为电源频率，但幅值随x x变化，即变化，即x x对输出信号存在调幅作用。对输出信号存在调幅作用。第47页/共59页调频电路调频电路 以以LCLC振荡回路的谐振频率作为输出量振荡回路的谐振频率作为输出量。鉴频器：将调频信号转换为电压信号输出。鉴频器：将调频信号转换为电压信号输出。第48页/共59页电涡流式传感器的特点电涡流式传感器的特点 非接触测量，抗干扰能力强非接触测量，抗
15、干扰能力强 灵敏度高灵敏度高 分辨力高，位移检测范围：分辨力高，位移检测范围：1 1mmmm 1010mmmm，最高分辨率可达最高分辨率可达0.1%0.1%。结构简单，使用方便，不受油液等介质影响结构简单，使用方便，不受油液等介质影响 第49页/共59页6.4 电感式传感器的应用电感式传感器的应用 电感式接近传感器（接近开关）电感式接近传感器（接近开关）第50页/共59页第51页/共59页 互感式传感器测量板材厚度互感式传感器测量板材厚度第52页/共59页电涡流传感器电涡流传感器第53页/共59页电涡流式传感器典型应用电涡流式传感器典型应用第54页/共59页无损探伤无损探伤第55页/共59页火车轮检测第56页/共59页本章小结：本章小结：1.1.三种类型电感式传感器的工作原理、结构特点三种类型电感式传感器的工作原理、结构特点 2.2.测量电路（测量电路（重点：交流电桥的调幅作用重点：交流电桥的调幅作用）3.3.传感器的应用传感器的应用第57页/共59页作业：作业：无第58页/共59页感谢您的观看。第59页/共59页