第2-3章电感式传感器

1汇报人：AA2024-01-31第2-3章电感式传感器目录contents电感式传感器概述电感式传感器工作原理详解电感式传感器测量电路分析电感式传感器信号处理及接口技术电感式传感器性能指标评价方法电感式传感器应用案例分析301电感式传感器概述定义电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量转换为电感量变化的一种装置。工作原理当被测非电量变化时，会引起传感器中线圈的自感系数或互感系数发生变化，从而导致电感量的变化。通过测量电感量的变化，就可以确定被测非电量的大小。定义与工作原理结构与分类电感式传感器主要由线圈、铁芯和衔铁等部分组成。其中，线圈是传感器的敏感元件，铁芯和衔铁则用于增强传感器的磁场效应。结构根据工作原理和结构的不同，电感式传感器可分为自感式、互感式和电涡流式三种类型。其中，自感式传感器是利用单线圈的自感系数变化来测量被测非电量；互感式传感器则是利用两个线圈之间的互感系数变化来测量被测非电量；电涡流式传感器则是利用金属导体在交变磁场中产生的电涡流效应来测量被测非电量。分类特点电感式传感器具有结构简单、灵敏度高、测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。同时，由于电感式传感器是非接触式测量，因此具有较长的使用寿命和较好的可靠性。应用领域电感式传感器广泛应用于工业自动化、航空航天、汽车制造、电力电子等领域。例如，在工业自动化领域，电感式传感器可用于测量位移、振动、压力、流量等非电量；在航空航天领域，电感式传感器可用于飞机发动机的监测和控制系统；在汽车制造领域，电感式传感器可用于汽车轮胎气压监测、油位监测等方面；在电力电子领域，电感式传感器可用于电流测量和电能计量等方面。特点及应用领域302电感式传感器工作原理详解结构特点自感式电感传感器结构简单，主要由线圈、铁芯和衔铁等部分组成。线圈匝数多、电阻大，电感量也大，因此测量精度较高。工作原理自感式电感传感器是利用线圈自感量的变化来实现测量的。当被测非电量变化时，引起线圈自感量的变化，这一变化被转换成电信号输出。应用领域自感式电感传感器广泛应用于位移、压力、振动等物理量的测量，如汽车轮毂轴承的预紧力测量、轧钢机轧辊间隙的测量等。自感式电感传感器工作原理01互感式电感传感器是利用线圈互感量的变化来实现测量的。当被测非电量变化时，使一个线圈中的电流发生变化，从而在另一个线圈中产生感应电动势，实现非电量的电测。结构特点02互感式电感传感器由两个线圈组成，它们之间没有电的直接联系，只通过磁场耦合。因此，这种传感器具有较高的抗干扰能力和稳定性。应用领域03互感式电感传感器主要用于位移、转速、加速度等物理量的测量，如机床主轴回转精度的测量、振动筛振幅的测量等。互感式电感传感器工作原理电涡流式电感传感器是利用金属导体在交变磁场中的电涡流效应进行测量的。当被测金属导体靠近传感器线圈时，由于电涡流的作用，会使线圈的等效阻抗发生变化，从而将被测非电量转换成电信号输出。结构特点电涡流式电感传感器由线圈和金属导体两部分组成，线圈通常制成扁平状，以便于安装和测量。金属导体的形状和尺寸对传感器的灵敏度有较大影响。应用领域电涡流式电感传感器主要用于位移、厚度、表面温度等物理量的测量，如汽轮机转子与汽缸相对膨胀的测量、金属板材厚度的测量等。此外，在石油、化工等行业中，也常用于液位、流量等参数的测量。电涡流式电感传感器303电感式传感器测量电路分析利用四个桥臂的阻抗变化，在激励电压作用下使电桥输出与电感变化成比例的电压或电流信号。交流电桥基本原理交流电桥优点交流电桥应用受分布电容和寄生电容影响小，测量精度较高；可测量电感、电容、电阻等参数。适用于位移、压力、振动等物理量的测量，广泛应用于机械量电测技术中。030201交流电桥测量电路

变压器式测量电路变压器式测量电路原理利用变压器互感原理，将电感式传感器的电感量变化转换为电压或电流信号输出。变压器式测量电路特点结构简单、输出阻抗低、抗干扰能力强。变压器式测量电路应用适用于较大位移的测量，如机床主轴的位移检测等。03谐振式测量电路应用适用于微小位移、振动等物理量的测量，如加速度传感器等。01谐振式测量电路原理利用电感式传感器与电容组成谐振回路，通过测量谐振频率的变化来反映被测物理量的变化。02谐振式测量电路优点灵敏度高、测量精度高、抗干扰能力强。谐振式测量电路脉冲调宽式测量电路特点抗干扰能力强、测量范围宽、响应速度快。脉冲调宽式测量电路应用适用于快速变化的物理量测量，如转速、流量等参数的检测。脉冲调宽式测量电路原理利用电感式传感器对脉冲信号的调宽作用，将电感量的变化转换为脉冲宽度的变化进行测量。脉冲调宽式测量电路304电感式传感器信号处理及接口技术信号调理电路设计要点选用合适的放大器，对传感器输出的微弱信号进行放大，提高信号的驱动能力。设计低通、高通或带通滤波器，滤除信号中的高频噪声和干扰成分。对传感器输出的非线性信号进行线性化处理，便于后续处理和分析。采取光电隔离、电磁隔离等措施，保护信号调理电路免受外界干扰。放大电路滤波电路线性化处理隔离与保护屏蔽技术接地技术滤波技术软件抗干扰抗干扰技术措施01020304采用金属屏蔽罩、屏蔽线等措施，减少电磁场对传感器的干扰。合理设计接地系统，降低地线阻抗，防止地环路干扰。在信号输入端加入滤波器，滤除高频噪声和干扰信号。采用数字滤波、软件陷阱等技术，提高系统的抗干扰能力。模拟量接口数字量接口串行通信接口现场总线接口与微处理器接口方法将传感器输出的模拟信号转换为微处理器能够处理的模拟量输入信号。采用串行通信方式，实现传感器与微处理器之间的数据传输。将传感器输出的数字信号直接与微处理器的数字量输入端口相连。采用现场总线技术，实现传感器与微处理器之间的网络通信。将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，便于微处理器处理和传输。A/D转换器频率输出型传感器光电编码器网络化传感器直接输出与测量量成正比的频率信号，便于数字化处理和远距离传输。将传感器输出的位移、角度等模拟量转换为数字脉冲信号输出。内置网络接口和通信协议，可直接与计算机网络相连，实现数字化输出和远程监控。数字化输出实现途径305电感式传感器性能指标评价方法表示传感器输出量与输入量之间的线性关系程度。线性度传感器输出量变化与引起该变化的输入量变化之比。灵敏度在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性。重复性传感器在输入量由小到大（正行程）及由大到小（反行程）变化期间，其输入输出特性曲线不重合的程度。迟滞静态特性指标评价ABCD动态特性指标评价频率响应传感器对动态激励的响应特性，即其输出的振幅和相位随频率变化的关系。固有频率在无阻力时，传感器的自由（不加外力）振荡频率。阻尼比表示传感器受阶跃输入时，输出量达到稳态值的快慢程度，也反映了系统的振荡程度。瞬态响应传感器对突变输入信号的响应能力，通常用超调量、调节时间和峰值时间等指标来评价。可靠性在规定条件下和规定时间内，传感器完成规定功能的能力。这通常通过平均无故障时间（MTBF）和失效率等指标来评价。环境温度传感器能正常工作的温度范围。抗干扰能力传感器在电磁场、振动、冲击等外界干扰下仍能正常工作的能力。密封性对于有气密性要求的传感器，应检查其密封性能否满足要求。环境适应性及可靠性指标评价306电感式传感器应用案例分析数控机床位移监测在数控机床中，通过电感式传感器实时监测刀具和工件的位移，确保加工精度。桥梁结构健康监测将电感式传感器应用于桥梁等建筑结构的位移监测，以评估结构的健康状况。汽车悬挂系统位移检测利用电感式传感器测量汽车悬挂系统的位移，以监测悬挂系统的工作状态。位移测量应用案例123在发动机气缸中安装电感式压力传感器，实时监测气缸内的压力变化，以优化发动机性能。发动机气缸压力检测在液压系统中，利用电感式传感器测量液体的压力，以确保系统的正常运行。液压系统压力监测在航空航天领域，电感式传感器被广泛应用于各种压力测量场景，如飞机轮胎压力监测、火箭发动机推力测量等。航空航天领域压力测量压力测量应用案例在燃油系统中，通过电感式流量传感器实时监测燃油的流量，以控制燃油的消耗和排放。燃油流量测量在水处理和水资源管理中，利用电感式传感器测量水的流量，以实现水资源的合理分配和节约利用。水流量监测在工业生产中，电感式传感器被用于测量气体的流量，如煤气、天然气等，以确保生产过程的安全和效率。