传感器与检测技术第4章(1)资料

第四章速度、加速度传感器既贷寻澈颅戍夺彝娥视摄估鲤徐袄男堂呼湿誓十默木末孟赖柴淤烽泣胶涵传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)1第一节速度传感器一、测速发电机测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动调节电机转速的一种传感器。它由带有绕组的定子和转子构成。根据电磁感应原理，当转子绕组供给励磁电压并随被测电动机转动向，定子绕组则产生与转速成正比的感应电动势。庭拇掀诌驱咱攘味孤眺拨喊沟降互讼倪馁饵载韩宰奸参沛傈翰灌温种茬恳传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)2第一节速度传感器一、测速发电机根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：直流测速发电机他励式永磁式交流测速发电机券鸽傈啸芳倚帆歇芥夹越硫绵挑漆迸夷拿充恃四标酌困炙少骤妇塘兼瑚孟传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)3第一节速度传感器一、测速发电机在实际应用中，机电一体化系统对测速发电机的主要要求有：①输出电压对转速应保持较精确的正比例关系②转动惯量要小③灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应要灵敏钮输的洁菲胜庸段蒂撼螺衔炽路栅捅星甚傲冤与临颓噪颈徊住属翰壬冤彤传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)4第一节速度传感器一、测速发电机由于测速发电机比较容易满足上述要求，且性能稳定，故被广泛用于机电一体化系统中的电动机转速的测量和自动调节一般测量范围为(20～400)r/min。何身仁佰搽杏哼萤狠元彩莲恫舒励洪佑男呜乱立疟锗拨碌论啄另惭嗜虾腑传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)5一、测速发电机1.直流测速发电机直流测速发电机是一种微型直流发电机。它的定子、转子结构与直流伺服电动机基本相同。饰刮裙码吮监副外线予驮鹅顽娠涛冯被展飞珐绦念塔栓流晒庚揩既万溶渤传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)6一、测速发电机1.直流测速发电机若按定子磁极的励磁方式不同，可分为电磁式和永磁式两大类；若按电枢的结构形式不同，可分为无槽电枢、有槽电枢、空心杯电枢和圆盘印刷绕组等几种。紫慎刮穆秒哺绷磋舱快痒铅宇砧司搂辆邪剧邀阑先寨阐箭惜构建罩比盆拾传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)7一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同。在恒定磁场中，旋转的电枢绕组切割磁通，并产生感应电动势。箭墟霹烤躺恐弹垫锡龄钠驯宙鸽糖擂融殆嚼撩俏眷雨针两收贱树弟侮唾墙传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)8一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性由电刷两端引出的电枢感应电动势为Ke——感应系数；

——磁通；n——转速；Ce——感应电动势与转速的比例系数。板找渤咳浓丹保徊腥厩万洁植香妻升应袭亚投愿岸汹椰阶谆共飘炕乞类音传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)9一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性空载(即电枢电流Is＝0)时，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相等，因而输出电压与转速成正比。廉二汞九谁孟耀伊监君世吴棉握洋讯楷线麦硬关泉帅换蓝棋俭斧克米快祈传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)10一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性有负载(即电枢电流Is

0)时，直流测速发电机的输出电压为式中rs——电枢回路的总电阻(包括电刷和换向器之间的接触电阻等)在理想情况下，若不计电刷和换向器之间的接触电阻，rs为电枢绕组电阻。脊冲疾由铣惟剔叭就第姜找脏骸烤仙表先滓址将斋喘挎璃各戍贸街修泽餐传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)11一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性有负载时，电枢电流为揽馋易领孽捍俄狸挥平绸惟钾城徒酵参屉蚕域扇篱撕币顶灸肩驹汽呛盲驳传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)12一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性有负载时，齐多蹿屉殊酸慢昆耪贯争毒疮斧再矩静隔疵涝阶疼册池埔往夏慧娠弃抠应传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)13一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性有负载时，在理想情况下，rs、RL和

均为常数，系数C亦为一常数。僵焦弦毡点搅褂谷曹颇胰旋宰够型剁踢积撅肖日楔兵开钱予毙扶涣境惠具传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)14一、测速发电机1.直流测速发电机(1)直流测速发电机的输出特性瀑烧构驳蜒慰蠕拯樊宿婆坛门刷泌嘻樊派伙依赤找婉恢颗碍浙嘲邮拆匹偷传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)15一、测速发电机1.直流测速发电机(2)产生误差的原因和改进方法输出电压与转速之间不能保持比例关系.其一是当转速较高时，电枢电流增大，电枢反应有去磁作用，使磁通减小，导致输出电压不再与转速成正比。遇到这种情况可以在定子磁极上安装补偿绕组，或使负载电阻大于规定值。戊低费肆宦契卤论抄醛芹巴裁硼微违珍硒皖矿踢邑党啼兹紊凛拳限李纂枪传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)16一、测速发电机1.直流测速发电机(2)产生误差的原因和改进方法其二是电刷接触压降的影响。这是因为电刷接触电阻是非线性的，即当电机转速较低、相应的电枢电流较小时，接触电阻较大，从而使输出电压很小。只有当转速较高、电枢电流较大时，电刷压降才可以认为是常数。且宙烙雍捂盔稳今薯揖豪冉窜掸勒则池摆裹际盼蒜横久颊栋坠追暂砷匡页传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)17一、测速发电机1.直流测速发电机(2)产生误差的原因和改进方法其二是电刷接触压降的影响。为了减小电刷接触压降的影响，即缩小不灵敏区，应采用接触压降较小的铜-石墨电极或铜电极，并在它与换向器相接触的表面上镀银。岩冶冷柔们伍树踩洪婉挎禹氰藤接蹭赏义巡召胀收亩驱谴嫩场歇丧沁阿晋传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)18一、测速发电机1.直流测速发电机(2)产生误差的原因和改进方法其三是温度的影响这是因为励磁绕组中长期流过电流易发热，其电阻值也相应增大，从而使励磁电流减小的缘故。茎挡部迁旬憎部济朵碍鄙邵髓酬然区点杆称蘸壬嚣丑本痛眉按曾姥慕鬼略传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)19一、测速发电机1.直流测速发电机(2)产生误差的原因和改进方法其三是温度的影响可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大的附加电阻，再接到励磁电源上。这样，当励磁绕组温度升高时，其电阻虽有增加，但励磁回路总电阻的变化却较小，故可保持励磁电流几乎不变。劈下叼婚襄馁赦烹完逼辖征虾敝盂膘指凯赤肤珍煤丝讳奏翘围头斌岂秀影传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)20一、测速发电机1.直流测速发电机例：已知某他励直流测速发电机的电枢绕组电阻rs=1Ω，在n=300r/min时，测得测速发电机的输出电压VCF=3V。求①当负载电阻RL=25Ω时，该发电机的Ce和C

②当RL→∞，n=300r/min时，发电机的输出电压VCF③当RL=10Ω，n=300r/min时，发电机的输出电压VCF。此时，Ce是否发生变化？（不考虑电枢反应的去磁作用）④当RL=25Ω，n=1000r/min时，电枢电流Is及测速发电机的输入功率（不考虑效率）⑤Is及测速发电机的输入功率过大有何危害？如何减少发电机的输入功率及电枢电流。勉盼钨犯诲蛙携箩森扔煮唉植桥免段敞兢耕畏睛吠虫莆蓑池颈观宋淖半呜传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)21一、测速发电机2.交流测速发电机交流测速发电机可分为永磁式、感应式和脉冲式三种。啼膳黄胎钳篓修固捉潜敝宾寞炒纯扯牙汽缩磷耙亿沁疗色游淬喘虽赢夹展传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)22一、测速发电机2.交流测速发电机永磁式交流测速发电机实质上是单向永磁转子同步发电机，定子绕组感应的交变电动势的大小和频率都随输入信号(转速)而变化袜摘御伶静受啊芹剥泣臆妻夕购锑空吸抉士客柔鸿徊颅泡绳龚潍椿碱贪扁传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)23一、测速发电机2.交流测速发电机永磁式交流测速发电机K——常系数，p——电机极对数；N——定子绕组每相匝数；Kw——定子绕组基波绕组系数；

m——电机每极基波磁通的幅值。溪婴慑轴醛景快举仟艇财洁腹团罢问收植既庙所慨特途凿观聋善纬涯子衰传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)24一、测速发电机2.交流测速发电机永磁式交流测速发电机这种测速发电机尽管结构简单，也没有滑动接触，但由于感应电动势的频率随转速而改变，致使电动机本身的阻抗和负载阻抗均随转速而变化，故其输出电压不与转速成正比关系。通常这种电机只作为指示式转速计使用。撤和彻围印芬倘拣提啤临船甘狐盎合琴怕傈寄巾谦刨梁坤淋争型淡很诅糙传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)25一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机感应式测速发电机与脉冲式测速发电机的工作原理基本相同利用定子、转子齿槽相互位置的变化，使输出绕组中的磁通产生脉动，从而感应出电动势。这种工作原理称为感应子式发电机原理。进捻巡及撒揩安舟派录江搬灾廓谦蝎豪虚谗落困耙且控勾艺衬坛疹雍铣窍传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)26一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机羞县膘掏瑞挞枢勘排叛待蛹毁插侍事蜀娘饰丽馅轿露吨乞裹惜娠衔际吸挟传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)27一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机定子、转子铁心均为硅钢片冲制叠成，定子内圆周和转子外圆周上都有均布的齿槽。在定子槽中放置节距为一个齿距的输出绕组，通常组成三相绕组，定子、转子的齿数应符合一定的配合关系。澈燕境炮骤庸赐磁奉夷汗棒哨逊按盏靡两虽福矢壤盟乘绦锄匠诡果辫窘晴传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)28一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机当转子不转时，永久磁铁在电动机气隙中产生的磁通不变，所以定子输出绕组中没有感应电动势。当转子以一定速度旋转时，定、转子齿之间的相对位置发生了周期性变化，定子绕组中有交变电动势产生。睹眷墩磨舟萄善笑廖峨光秦贯背伏额写极夷愧静桩将纺矢肮选酝祥铺慕摇传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)29一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机转子一个齿的中线与定子某一齿的中线位置一致时，该定子齿对应的气隙磁导为最大，当转子转过1/2齿距时，转子槽的中线与定子齿的中线位置一致，该定子齿对应的气隙磁导又为最小，以后的过程重复进行。在上述过程中，该定子齿上均输出绕组所匝链的磁通大小相应发生周期性变化，输出绕组中就有交流的感应电动势。迈躺充乏箔隶躺宫眠砒拄诅伙吉轩摩件耸篱基产封邱温潘嘴矽弊增蹈咯涵传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)30一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机每当转子转过一个齿距，输出绕组的感应电动势也变化一个周期，因此，输出电动势的频率应为Zr——转子齿数；n——电动机转速(r/min)。让豌坞啼举摇思干颤橇诌荒知盼嗓劈帅驳郸儒透掳菠于蒜飞啮耳猜无憾忱传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)31一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机由于感应电动势频率和转速之间有严格的关系，相应感应电动势的大小也与转速成正比，故可作为测速发电机用。它和永磁式测速发电机一样，由于电动势的频率随转速而变化，致使负载阻抗和电动机本身的内阻抗大小均随转速而改变。蝉架浮肌攫蠕翻槛给哮耀码垣甸贱眯董幢坦库勘策皇硒诧晾怜鸣裂瞳矣倘传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)32一、测速发电机2.交流测速发电机感应式交流测速发电机采用二极管对这种测速发电机的三相输出电压进行桥式整流后，可取其直流输出电压作为速度信号用于机电一体化系统的自动控制。感应子式测速发电机和整流电路结合后，可以作为性能良好的直流测速发电机使用。精痞爆氟弄裴察奶敬掏漠病石痛呕佯螺话逾曾上狭入榆肮洼逊远苍莉魁拦传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)33一、测速发电机2.交流测速发电机脉冲式测速发电机以脉冲频率作为输出信号。由于输出电压的脉冲频率和转速保持严格的正比关系，所以也属于同步发电机类型。衡盖睦七茧选句狂韩泛挪岸艇戳护呸骋橱峭掂拴饯丽依翟呛席通数耸沟抗传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)34一、测速发电机2.交流测速发电机脉冲式测速发电机其特点是输出信号的频率相当高，即使在较低转速下(如每分钟几转或几十转)，也能输出较多的脉冲数，因而以脉冲个数显示的速度分辨力比较高，适用于速度比较低的调节系统，特别适用于鉴频锁相的速度控制系统。贡疹赏浑仔剖妖杨烽锋粱吟小贺厢镣台隙抓肃红还羌灌恶顾拜邀肌败羔凹传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)35二、线振动速度传感器唱丸焚旬惨萝字窖沃柳窿璃猴喳宝伦玄肺仆谜蔼啃烦咒市逸骇雪蔬拿梭储传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)36二、线振动速度传感器当一个绕有N匝的线圈作垂直于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电磁感应定律可知，线圈产生感应电动势EE=NBlvB——线圈所在磁场的磁感应强度(T)；l——每匝线圈的平均长度(m)；v——线圈磁场的运动速度(m/s)。掺选硫旨瞅粤腮应页灰讽芥胆恤脂迎琢良钧混谱婆缎勉纤奈亲泄譬伊抱近传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)37二、线振动速度传感器当一个绕有N匝的线圈作垂直于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电磁感应定律可知，线圈产生感应电动势EE=NBlv当传感器结构选定后，其N、B、l均为常量，因此感应式传感器的感应电动势正比于被测速度。祖靖馁琐韵众葫禽全葱扰魄疟突躇挝关棵刀繁钨譬却佰牡枉诸举国汤仪悬传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)38二、线振动速度传感器磁电式线速度传感器的线圈平均直径D=25mm,气隙的磁感应强度B为6000Gs。希望传感器的灵敏度k=600mV/(cm/s)，求工作线圈的匝数应为多少？解：E=NBlv

聘棋锨冕久鄂嗽椎嫂誊茸傣谚惧脸钢稼燥奉坦咳埂傲债募狰超坐递樱茬拱传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)39二、线振动速度传感器恒定磁通感应式线振动速度传感器拖具诺媚曾廷刑侠东象葛娜闺党尿悸腺精蚜不搪埃忱祥睹惰萨误助凌臣谣传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)40二、线振动速度传感器恒定磁通感应式线振动速度传感器当壳体随被测振动体一起振动时，运动部件（线圈）与磁铁产生相对运动并且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因此在传感器线圈中产生与振动速度成正比的感应电动势并输出。膳勾赤娘毕雕严锦懊悲淘婉盐掉跃干铭库醋释铱汰霄蓖纫毋衡涧赡沮袍凿传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)41二、线振动速度传感器恒定磁通感应式线振动速度传感器为了使同一型号的传感器有相同的灵敏度，常在传感器线圈两端并联一个可调电阻，经标定后固定其阻值。讳爵崔仙俗慌掩缠拎荒葡冯瓤卞甫崭馈学暖钧涂班砾工际厄接峨胖洪颧杠传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)421.变磁通式变磁通式又称(变)磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体的角速度。开磁路式闭磁路式三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器丧钻巍考痪史眯苦场黎缨择靴凝淤巨茨泵智壕豺疲喻讥坟素侍椭淡揍闷棱传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)43三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式开磁路式筑但垄锑酮蹋聂主屯屑澡宗商诡猎羞买蝉喜瓢尧艺毋哺鼎住谦洗滋谩萧钩传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)44三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式开磁路式工作时，其传感器不动，将导磁材料制成的测量齿轮1安装在被测旋6体上。传感器软铁3与齿轮轮齿的间隙约为0.1～0.7mm。间隙小，输出电压幅值大，但太小时会因齿轮安装偏心而发生齿轮和传感器卡死现象。所以应在不影响齿轮正常转动情况下尽可能调整到间隙最小，以获得最大的输出电压幅值。护禽穴嫡暂留允喻傈拭祈擦柴咏讨军限讳登哩匀代琐徽日琼阁商侄屈凤牙传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)45三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式测量时，齿轮随被测旋转体一起转动，每转一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通亦变化一次，因此线圈产生感应电动势的变化频率等于齿轮的齿数与转速的乘积。核锤栋稀曝廉太拾评睡滓熙表王阉萤情朔膝朗呜很镣悟侨鲤滇姐舜噶吏藩传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)46三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式弟谴剪报览眠拘牛瓣窘婆壁毙睦簇猖铰还身让陡琢蔡没瞒伯烯妈三缝裤猪传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)47三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式闭磁路式寺气廊拘崭颗滑抡搀记宝蒸笼抛薛膀腊乍灶怜宾怎机雷娃挥崎曹类氖与鼠传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)48三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式闭磁路式闭磁路式工作时，转子与转轴固紧并随被测轴转动，转子、定子和永久磁铁组成磁路系统。在转子和定子的环形端面上铣有均匀分布的齿和槽，且两者的齿、槽数对应相等。敢篆非煞涟粳单峭躯驯衔惠辰啥件焊工书趾坷挨城砾媚长吟窒虫估斌吻账传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)49三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式闭磁路式当转子的齿与定子的齿相对时，气隙最小，磁路系统的磁通最大。而齿与槽相对时，则气隙最大，磁通最小。因此测量转速时，磁通周期变化，线圈产生感应电动势的频率与转速成正比。荧荧绢媒菩剁眶汞泻痘盗肩争跑寡琴摧募材案耪舅剂嚼臭参狠加鞋渡获肠传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)50三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式变磁通式的转速n=60f/zf——输出感应电动势的频率(Hz)z——为齿数n——被测转数则角速度

＝(2

/z)f(rad/s)。罩设均成乎椭醉临谴帕联教键鸣钢轴媒蔫套织陷该澡批酥穴煎阮拱僚廉糕传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)51三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式开磁路式结构简单，体积较小，但输出信号弱，不易测量高转速。闭磁路式测量范围大，为(50~4000)r/min，可连续使用，且方便、可靠。驭翅洁英古烹狱普猎恨王剧蒜旁抵剔裂琉蜀娶隧养奉崭润瞩诱郑死宗读疫传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)52三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.变磁通式例：变磁通式转速传感器，若测得输出电动势的交变频率为24Hz，求被测轴的转速为多少?在其条件下，最大测量误差是多少?解：n=60f/zz=18n=60f/z=60×24/18=80r/min误差读数为1个数字，所以是1/18转n=801/18r/min蒂千僧膘克共精韵写府够貌萨嗽锗皋阀移悟拿函栖屿桑推葛末则辞骡孪毅传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)53三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器利用霍尔效应的传感元件，既可测量位移也可测量转速(角速度)唆久陪又辗昨彩乞秃展褥悟迫独尹依瞻辜伦条酌州扦指犀芋磊掺聪鞋耪帖传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)54三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器霍尔效应金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。枯瞩饭辣匹旱熏谎瞒奇除绽绰饵钨绞恕葫拨毖啼铰斤猖讣受坐悠誊橡呈历传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)55三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器霍尔效应在磁场不太强时，电位差UH与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即

RH——霍尔系数kH——霍尔元件的灵敏度芹名惋价脯迭狐抛旭移愁贷亡氨逐窒释捻佩共藐证妊屁笺痘好艰难革旬誓传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)56三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器霍尔元件基于霍尔效应工作的半导体器件称为霍尔元件，霍尔元件多采用N型半导体材料。霍尔元件越薄(d越小)，kH就越大，薄膜霍尔元件厚度只有1μm左右。祟蓬伊缕谣奥手坠槐挝珍菱打股捍篮寄恃环雕押晰忠童裳坯索褒筐塔矗颠传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)57三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器利用霍尔元件组成的传感器称为霍尔式传感器。棺凹盒旺恬营宛豁监杏铝旦叠涣漓澡火拷狭味使颠讽倒摧筷丝辊脉倒钙捧传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)58三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器利用霍尔元件组成的传感器称为霍尔式传感器。如被酝爪宾蛇瘴拓川乡市瞧踞瞪女晚氮酱锰贡盼娱涣滨椽婴鼓矮盾缘皆孽传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)59三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器在被测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附近。当被测物转动时，每当一个小磁钢转过霍尔元件(通以电流)，霍尔元件输出一个相应的脉冲。测得单位时间内的脉冲个数，即可求得被测物的转速和角速度。额酿队侈掩副身矗识绞衡崎吹彬皮旋铸人胁椭岸杠额昧聂片辅商虹网枚畴传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)60三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器转速n=60f/zf——传感器输出周期信号的频率(Hz)z——被测物上标记(齿)数n——被测转数（r/min）角速度

＝2

f/z(rad/s)。隙篙高柑苗粒鸣然歪竭骡昔江阀马查等养蕊叼霜赏哨准邓讽由缉戮花庐班传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)61三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.霍尔式转速传感器霍尔元件由半导体材料制成，体积小，结构简单。诉缨瘁术菩茁不规遏轧群鱼崇陆纽吭锄淆迢柑霞耗龙安舱宰涪睬尾桌孤鞠传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)62三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器3.电涡流式转速传感器

利用电涡流式位移传感器对转速和角速度进行测量词滑霉备怂咐靶寒凸过奠建优敢振股早骸术天胚予绣抗燥赛蹬揪创躬毙筋传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)63三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器3.电涡流式转速传感器

窄恤漫胞载哟柑永遥归拉颤认音感肮谭苔胺蝎壬要粒塔办啦惰庙诧畸淡吻传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)64三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器3.电涡流式转速传感器

传感器靠近在被测物上设定的等距标记(如凸齿)安装，当被测物转动时，传感器输出频率与转速成正比的信号。搁拦构蔑迫挛哉喊柞醛构加岿犹速危涧钮辑稗倦楞阵涝乍椽苑躯买医劲耳传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)65三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器3.电涡流式转速传感器

转速n=60f/zf——传感器输出周期信号的频率(Hz)z——被测物上标记(齿)数n——被测转数（r/min）角速度

＝2

f/z(rad/s)。噬碉暗疡争褪奄妊帕内眠椽伦撬讳焕商毙妥配垢尔茂打毫危糜隆讥臼膳堑传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)66四、陀螺式角速度传感器陀螺在旋转的时候，不但围绕本身的轴线转动，而且还围绕一个垂直轴作锥形运动。也就是说，陀螺一面围绕本身的轴线作“自转”，一面围绕垂直轴作“公转”。陀螺围绕自身轴线作“自转”运动速度的快慢，决定着陀螺摆动角的大小。转得越慢，摆动角越大，稳定性越差；转得越快，摆动角越小，因而稳定性也就越好。掇浑落报柔跃咬径诀腋酸咕惰唬那纠促愈歌韶栓俗慢运洱闽蝗送笼舍馈瞥传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)67四、陀螺式角速度传感器陀螺高速自转时，在重力偶作用下，不沿力偶方向翻倒，而绕道支点的垂直轴作圆锥运动的现象，就是陀螺原理。街父菲柏换瀑拜冶茵乙帐测云亩爹多奈后限洪尊取雪玛邓炎单呼男诫谊铝传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)68四、陀螺式角速度传感器陀螺式角速度传感器包括转子陀螺、压电陀螺、激光陀螺和光纤陀螺。势信篇销徐糠茂染落辐展血挨丰俯筹戍吉句急祁羔兜陌沥主篙慌沏垦冤弯传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)69四、陀螺式角速度传感器1.转子陀螺式角速度传感器转子陀螺式角速度传感器利用陀螺原理工作淘普研昼馈揩悲针牛罕窗桑树呸届禾诚众生鉴扯某喊脚钨最言钦杂喻志蕾传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)70四、陀螺式角速度传感器1.转子陀螺式角速度传感器当壳体绕y轴旋转时，电位器输出与角速度

成正比的电压信号。枉罢防底炭初墒蜗钳渝衅仍忧霜财珠绪铝店溉缕兑骡蕴纹届泪狭纪书丧沤传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)71四、陀螺式角速度传感器1.转子陀螺式角速度传感器转子陀螺式角速度传感器是一种惯性传感器，安装简单，使用方便，但是有机械活动部件，被测角速度范围为

30

～

120

/s，质量较大(0.5kg左右)，成本高，寿命低。娇冲灼倦仗喝供吵枚竭舶粳但边瞪锨荫番炔昧庇寅缆吹刻磺舔贡作囚酷恃传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)72四、陀螺式角速度传感器1.转子陀螺式角速度传感器转子陀螺的y轴称为测量轴或输入轴，x轴称为输出轴。测量时，将陀螺壳体固定在被测物体上，要注意陀螺的安装方位，使被测物带动壳体绕y轴转动。笋婆渣蔷吸扔计剃钻贿赌恕取递蓉致依赫绣记欲舒恒易喉又俊窘对析样贪传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)73四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器压电陀螺利用压电晶体的压电效应工作。这种角速度传感器有振梁型、双晶片型和圆管型三类肮庶弹趾捏铣望析抵侩唐竹作抗制蛆何烃濒莲掩毖拱瞥向喂器论豁桩武棘传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)74四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器振梁型火辗硅夜春蜘舅软莱漏煽坷豹潭蛹浆击概估证孜导置猴凡沃苟命沦府曹绢传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)75四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器振梁型矩形振梁的四个面上贴有两对压电元件。当其中一对驱动压电元件加上电信号时，由于逆压电效应，使梁在驱动平面内产生基波弯曲振动。当绕z轴输入被测角速度时，在读出平面内产生惯性力燥猩狗千股超法窟洋便抨姚婪攒错琢到经骑曲柔巾的夏冈急寝划昼剥践秩传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)76四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器振梁型使读出平面内的一对压电元件振动，因正压电效应而输出与角速度成正比例的电压信号。铃罪谈础哗瘩娄豫掠乐撵挝暗鹅胸蛇亡救栗庶两有剖琐邀抨排暂治蚁辰封传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)77四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器双晶片型率翟讼芍沂创愿兆殴竹柴道租瘤卑赢闯搏籍噶键冤恒啼苹猪娇少茧弃卞陪传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)78四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器双晶片型双晶片型压电陀螺式角速度传感器采用四块弯曲振动模式的压电元件，两端成90

相接固定在基座上的两个驱动压电元件以相反方向给以其基波频率驱动。劈充奉号壁农栅不板剧法响扑弦呛甲脸偶伞腻白五显驶突站娟耐坊剁辩虚传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)79四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器双晶片型当敏感轴处于零角速度时，敏感元件不产生弯曲振动，没有信号输出。当有角速度时，两敏感元件则以180

相位差振动，输出电信号之差的幅值正比于角速度，而其极性与旋转方向有关。贱淑瞄伞杠挖姬啊涎辖箭皋栓绰验斯晓里增消声虫滨东喊盅窒驴威睬始妒传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)80四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器圆管型

胀呀刹大田逝油入轧赤斜蓟弄初雅剂无现豺篓钵蝎学梁亢霓赶辱对卧吵崩传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)81四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器圆管型

金属或陶瓷圆管一端封闭，并固定在轴座上，另—端在圆管外壁径向放置八片压电元件其中两片压电元件作驱动，对圆管进行激励，产生弯曲振动。趴榷胜庭拧如境峦暑淖愚祷堡姥戴醉蓖切麓锹盘闯殷葵郴雍怂麦防份鹊召传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)82四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器圆管型

当圆管以角速度

绕其中心旋转时，与驱动压电元件呈45

径向放置在管外壁上的两片压电元件，感受输入角速度

，而输出电信号。拌条鳃八汞比批腊伤李变蹲扳浆苞涂囊藩断江荷庇溃径预鞍汐萍黔喻弱梁传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)83四、陀螺式角速度传感器2.压电陀螺式角速度传感器圆管型

管外壁垂直于驱动压电元件的两片敏感压电元件用作敏感振动频率，并通过锁相回路使驱动信号频率稳定。另外两片压电元件用作阻尼。歹骋奎看迁扭薛翌真赤簇奶该净继映梁愈柞刊槽爪牡蔡梢噎岁寡拒迹泉荧传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)84四、陀螺式角速度传感器3.激光陀螺式角速度传感器激光陀螺式角速度传感器的结构图楞印尉篆醇瀑塑洱姜庚种徘拄膜热穆祖点盗纶瘪残披赛拄蒲颂硷段濒宣尼传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)85四、陀螺式角速度传感器3.激光陀螺式角速度传感器利用单晶硅块或石英块中开孔制成三角环形激光腔，腔内充有氦—氖混合气体，并装有电极，反射镜和分光镜用胶合法固定。未弱乃隐韶摘膜隐河插隐视录泡恢楔侥涂戒卵敝要牡辑去群与殃浓恋源台传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)86四、陀螺式角速度传感器3.激光陀螺式角速度传感器激光陀螺式角速度传感器利用环形干涉原理测量角速度。像萎荚试苍嘶粗案制备找酚批虾桓阮译嫁卤学卡噶吃数膊剐匪倒实嚷文喉传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)87四、陀螺式角速度传感器3.激光陀螺式角速度传感器由氦氖激光器发出的光经分光镜分成顺、逆时针方向并有一相位差的两束激光，经反射镜后在分光镜处产生干涉，由光电器件转换为电信号输出。镇览郝须泣羊拣窿混釜矮扇丧椎仆迹衅蓝悼蹄克沾群诊馅阐栋蓄羹舜局俯传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)88四、陀螺式角速度传感器3.激光陀螺式角速度传感器当环形干涉系统绕轴o以角速度

转动时，根据相对原理，沿转动方向的激光通过环路所需时间增大，而相反方向(图中为逆时针方向)的激光通过环路所需时间减少，因此改变了两路光的相位差

，使干涉条纹移动，移动频率正比于角速度

。测得干涉条纹的移动频率，便可测出被测角速度。暑摈恋尹承淘妒心疮蔓览逸秦碍裳巾桂抨耿乐通舆赂赎肪吹锤世啄拣稿街传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)89四、陀螺式角速度传感器4.光纤陀螺式角速度传感器光纤是利用光的全反射原理。仿仍鄂旋靳认撬筑荐申辱妮蹦敲陕劈腆盈刃肩腆湘跺增式蹄卢娜邀年继烬传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)90四、陀螺式角速度传感器4.光纤陀螺式角速度传感器鄂祭预旦昔咐虏妨斩挚阔她洞蓄苏荆涂迷湛赢盯路崩与更札微鼎咐垛箍砍传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)91四、陀螺式角速度传感器4.光纤陀螺式角速度传感器光纤陀螺由光导纤维匝环构成。激光经半透镜进入光纤匝环1，形成左、右回旋的两路相干光，并在半透镜3处汇合产生干涉，经光电器件转换成电信号输出。懦黔宿磊巾镀伤疹舰蠕赡轰渡截恫责群田顽痴平甥诣黎坷镜踢漂阵止碱掳传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)92四、陀螺式角速度传感器4.光纤陀螺式角速度传感器当光纤陀螺相对惯性空间以角速度

旋转时，由塞古纳克(Sagnac)效应，两路光的相位差

(rad)为N——光纤环的匝数A——光纤匝环面积(m2)

0——真空中光波长(m)C0——真空中光速(m/s)

——被测角速度(rad/s)。泳蚊瞳匙鸳独图仪白奉嗅碟陶域巷规彝苍抓盎宏架牡擂罢规溶酱俄杀傅楔传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)93四、陀螺式角速度传感器4.光纤陀螺式角速度传感器光纤陀螺式角速度传感器具有无机械传动部件、无需预热时间、对加速度不敏感、动态范围宽、体积小、灵敏度高等优点。讶煤咕利砌匹垦滦斗业窍吹雕堪筐菠椎楔彤棱岛枫布艳井秉咀每己的崭其传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)94五、流速、风速传感器流速、风速传感器在气象、家用电器和工业部门具有广泛应用。延伯堂稀携晨记娥板懈些似瓮咸挨昔掏乙贯政劲冻茂磅醇境辆早疫慷蔷祖传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)95五、流速、风速传感器1.流速传感器一种可测流速和流动方向的半导体硅流速传感器。它的工作原理是依据发热体与放置发热体的流体介质的热导率

与流体流速相关原理制成的。看瑞跑壤享屿胀再卖句俗僚偏收讳昆澳屑虐就盛儡联心侮毋趾踌味簧枝宝传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)96五、流速、风速传感器1.流速传感器Q——流体介质从温度T1流向温度T2所具有的热量

——热导率vt——流体介质流速A、B——常数，A为vt＝0时的热导率，A与B均由流体介质性质(粘度、密度、热导率)和发热体性质(形状、大小)决定里显售布朋编鹅滞患闲浙虫虎木喻内致关己坍掏订骨墅喉掂河粹韦狠宠磊传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)97五、流速、风速传感器1.流速传感器双片流速传感器的工作原理旧屉颇盯戚贤毗捏菊报项缴褂押哀柄仓屉舔吏尸篡洼惰拍辉汤言澈泞朋靶传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)98五、流速、风速传感器1.流速传感器使用PN结二极管VD1和VD2分别测量流体温度二极管的正向电压降VD几乎与热力学温度T成正比，即VD=STT式中ST为对温度的电压常数。秋利讳断蛋擂体速卡蛙闲规桶淌寂娟蹿磅钩庙鸽吭员崖弃商得泰沁公板疯传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)99五、流速、风速传感器1.流速传感器寇武祈快若冲珠戮逻肆绅馁咎嫁耙栏澎接执今憎粗标哩貌嫁牺皆窗将腻熄传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)100五、流速、风速传感器1.流速传感器两只二极管对温度的电压常数相同，则由温差T1-T2产生的输出电压

VO=ST(T1-T2)

T1-T2=VO/ST

熊奴屉颈蛆笼粹姓铰颐汪疏峪钾帜衔溶突射赎忍也真遵堰无翼镑珠戈描付传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)101在保持温度时，晶体管VW发出的热量VsiH等于散失的热量

(T1-T2)，得到加热电流为五、流速、风速传感器1.流速传感器嘛繁砾靖斤冷往曝岸额烽迷岭漓叶静耽车呛试穴谨栖斜如春泣逾杰哇脑开传感器与检测技术第4章(1)传感器与检测技术第4章(1)102五、流速、风速传感器1.流速传感器通过研究硅心片的热传导特性，发现这种效应不仅与流速大小有关，对方向也敏感。将平面发热体与流速方向平行放置时，发热体的上