可变磁场强度之水平线性补偿方法及其线圈

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三线制lvdt原理

三线制lvdt原理三线制LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是一种紧凑、精密的传感器，常用于测量线性位移、加速度和压力等物理量。

它由一个主线圈、两个次线圈和一个铁芯组成。

当物体发生位移时，主线圈感应到交流激励电源的激励信号，次线圈则分别感应到两个次级磁场。

通过测量次线圈之间的差值电压，可以得到物体的位移大小。

三线制LVDT的工作原理基于法拉第电磁感应定律。

当交变电流通过主线圈时，会在铁芯中产生磁场，这个磁场将传导到次线圈中。

通过改变铁芯在主线圈和次线圈之间的位置，可以调整次线圈中的感应磁场的强度。

当没有位移时，两个次线圈中感应到的磁场强度相等。

而当物体发生位移时，主线圈感应到的磁场强度会发生变化，进而引起次线圈中感应到的磁场强度也发生变化。

通过测量次线圈之间的差值电压，可以计算出物体的位移。

为了更好地理解三线制LVDT的工作原理，我们可以进一步解释它的工作步骤。

首先，主线圈在感应激励电源的交变电流驱动下产生一个交变磁场。

这个磁场将透过铁芯传导到次线圈中。

次线圈中感应到的磁场取决于铁芯的位置。

当物体不发生位移时，铁芯居中，两个次线圈中感应到的磁场强度相等，差电压为零。

但当物体发生位移时，铁芯的位置发生变化。

例如，当物体向右移动时，铁芯会靠近右侧次线圈，导致右侧次线圈感应到的磁场强度增加，而左侧次线圈感应到的磁场强度减小。

这样，次线圈之间将会产生一个差值电压，这个电压的大小与物体位移的大小成正比。

三线制LVDT可以通过比例电路将测量信号转换为标准输出信号，例如0~10V 或4~20mA的电流。

另外，通过改变激励信号的频率，可以进一步提高LVDT 的测量分辨率和灵敏度。

三线制LVDT具有许多优点。

首先，它的结构简单，体积小巧，易于安装和使用。

其次，它具有高精度和重复性，能够提供高稳定性的测量结果。

此外，由于它不直接接触被测对象，因此不会产生摩擦和磨损，从而延长了其使用寿命。

(完整版)磁通门技术

程4szewczykr课题组为我们呈现了一种双轴微型化磁通门传感器这种传感器的铁芯由铁钴合金制造并且依托于pcb多层技术同时为磁通门的进一步微型化提供了依据guillermovelascoquesada等人设计了一种大电流测量装置并且通过增加开关电源和产生磁补偿电流开关使得在功率方面取得了很大的提高
μ(t)=μ0m+μ2mcos4πf1t +μ4mcos8πf1t +...(5)
式中:μ0m为μ(t)的常值分量;μ2mμ4m分别为μ(t)的各偶次谐波分量幅值。
将式(5)代入式(4),得：
e =2π× f1W2SHm[(μ0m+0.5μ2m)sin2πf1t +1.5×(μ2m+μ4m)sin6πf1t +2.5×(μ4m+μ6m)sin10πf1t +... (6)
磁通门技术
国内外研究现状
磁通门是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的一种传感器。磁通门传感器也称磁强计，由探头和接口电路组成，具有分辨率高(最高可达10-11T)、测量弱磁场范围宽(在10-8T以下)、可靠、简易、经济、耐用、能够直接测量磁场的分量和适于在高速运动系统中使用等特点。磁通门传感器的研究起始于1928年，几年后才出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计，它被用来测量1mT以下的直流或低频交流磁场。1936年，Aschenbrenner和Goubau称达到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大战中，用于军事探潜的磁通门传感器有了较大的发展。
式中:Hm为激磁磁场强度幅值;f1为激磁电源频率。则式(1)变为
e =2π× μW2SHmsin(2π t) (3)
这是理想变压器效应的数学模型。

常见磁传感器及原理和应用

H=(B/μo)-M式中B是磁感应强度；M是磁化强度；μo是真空磁导率。在线性各向同性磁介质中，M与H成正比，即M＝xmH，xm是磁介质的磁化率。于是上式表为B＝μo（1＋xm）H＝μoμrH式中μr＝1＋xm称为磁介质的相对磁导率。
磁学量的单位
CGSE，又称静电单位制（electrostatic units）简称ESU 基本量为长度、质量和时间。基本单位为cm、g和s。通过库仑定律，并令k＝1确定电荷单位，库仑。电场强度E、极化强度P和电位移D量纲都相同。安培环路定律和法拉第电磁感应定律分别确定磁感应强度B和磁场强度H，量纲不同，真空中也不相等，真空磁导率μ0=1/c2。
霍尔传感器的测量电路和误差分析
霍尔传感器的测量电路霍尔元件的基本测量电路如图。控制电流I由电压源E供给，R是调节电阻，用以根据要求改变I的大小。所施加的外电场B一般与霍尔元件的平面垂直。控制电流也可以是交流电。
霍尔元件的基本测量电路
霍尔传感器的误差分析 • 霍尔元件对温度的变化很敏感，因此，霍尔元件的输入电阻、输出电阻、
• 图a是在输入回路进行温度补偿； • 图b是在输出回路进行温度补偿。
• 在安装测量电路时，热敏元件最好和霍尔元件封装在一起或尽量靠近，以使二者的温度变化一致。
（a）在输入回路进行补偿
（b）在输出回路进行补偿
采用热敏元件的温度补偿电路
（3）不等位电势的补偿 • 不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势。实用
L 0t N2A
l
微型集成磁通门
交叉磁芯结构的2轴磁通门传感器结构示意图
美国的KVH公司
超导量子干涉磁强计
１９６２年英国约瑟夫逊在理论上预言了约瑟夫逊效应，几年后由实验证实。该效应是指在两超导体之间插入纳米厚度的绝缘体，超导电子对能够穿过绝缘体，超导体／绝缘体／超导体称为约瑟夫逊结，约瑟夫逊结有直流和交流约瑟夫逊效应。在约瑟夫逊效应的超导状态，磁场也具有重要作用，相耦合的电或磁也将发生电磁效应。基于超导体的约瑟夫逊效应，利用超导量子干涉器件（SQUIDsuperconducting quantum interferometric device）可以对各种物理量做超精密测量。

[整理]圆线圈与亥姆霍兹线圈轴线上磁场的测量

圆线圈与亥姆霍兹线圈轴线上磁场的测量加灰色底纹部分是预习报告必写部分圆线圈和亥姆霍兹线圈磁场描绘是一般综合性大学和工科院校物理实验教学大纲中重要实验之一。

通过该实验可以使学生学习并掌握对弱磁场的测量方法，验证磁场的迭加原理，按教学要求描绘出磁场的分布图。

本实验仪器选用先进的玻莫合金磁阻传感器，测量圆线圈和亥姆霍兹线圈磁场。

该传感器与传统使用的探测线圈、霍尔传感器相比，具有灵敏度高、抗干扰性强、可靠性好及便于安装等诸多优点，可用于实验者深入研究弱磁场和地球磁场等，是描绘磁场分布的最佳升级换代产品。

【实验目的】1. 了解和掌握用一种新型高灵敏度的磁阻传感器测定磁场分布的原理；2. 测量和描绘圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布，验证毕—萨定理；【实验仪器】1．516FB 型磁阻传感器法磁场描绘仪（见图5）套（共2件）：2．仪器技术参数：① 线圈有效半径：cm 0.10R =，单线圈匝数：匝100N =； ② 数显式恒流源输出电流：mA 0.199~0连续可调；稳定度为字1%2.0±；③ 数显式特斯拉计：μT 1 ,μT 1999~0 2,μT 1.0 ,μT 9.199~0 1分辨率量程分辨率量程；④ 测试平台：mm 160300⨯；⑤ 交流市电输入： Hz 50 %,10V 220AC ±。

【实验原理】 1．磁阻效应与磁阻传感器：物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。

对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。

磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。

它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。

薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式： θρ-ρ+ρ=θρ⊥⊥2cos )()(∥ （1）其中//ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。

传感器简答

1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？2、什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。

(要求每种特性至少列出2种常用指标)1、答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。

静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中不含有时间变量。

传感器的静态特性的性能指标主要有： ① 线性度：非线性误差maxL FSL 100%Y γ∆=±⨯ ② 灵敏度：yn xd S=d③ 迟滞：max HFSH 100%Y γ∆=⨯ ④ 重复性：maxRFSR 100%Y γ∆=±⨯⑤ 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。

2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。

知识点：传感器的动态特性 3、答：传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。

通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

知识点：传感器的静态特性 4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。

传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。

其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。

(完整版)磁通门技术

用电流传感器作为电气设备绝缘在线检测系统的采样单元，已得到业内人士的共识。目前，电流传感器有多种类型，如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力系统使用环境的特殊性，许多传感器存在自身的局限性。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究试验表明，基于“零磁通原理”的小电流传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求。本文所述小电流传感器即是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强等优点[1]。
e=( )=－2π× f1W2S (2μ2msin4πf1t +4μ4msin8πf1t +6μ6msin12πf1t +...) (8)
式(8)证明只要铁心磁导率μ随激磁磁场强度而变,感应电势中就会出现随环境磁场强度而变的偶次谐波增量e(HOL)。
当铁心处于周期性过饱和工作状态时,e(HOL)将显著增大。利用这种物理现象就可以测量环境磁场。但与变压器效应相比较,其感应线圈输出的磁通门信号。e(HOL)相当微弱。为实现精确测量,可设计成差分输出探头来消除磁通门探头变压器效应的感应电势。
磁通门是一种磁测量传感器。由于它在动目标中可以极敏感地感应地磁强度,早在本世纪30年代就被应用于航磁测量部门。近20年来,在物理学、电子技术、金属冶炼等方面取得的巨大成果,使磁通门在弱磁测量、抗电磁干扰、耐高温、可靠性、寿命、价格方面取得了前所未有的进展。在地质勘探和石油钻井中,包括磁通门在内的敏感元件提供的有关钻头前进方向的信息,使按设计井身轨迹实现高质量定向—水平钻井成为可能。
磁通门技术原理

磁电式传感器

洛伦兹力FB为
FB evB
v —半导体电子运动的速度；
e —电子的电荷量。
霍尔电场产生的电场力FH为
FH
eE H
eU H w
电流密度 j n,env 是单位体积中的载流子数。则流经载流体的电流
I jwd nevwd
将电子速度 v 代I 入式（7-20）, 则霍IB ned
由上可见：当传感器的结构确定后，B.S、W、均l为定值，
因此，感应电势e与相对速度（或 v）成正比。
根据上述基本原理，磁电式传感器可分为两种基本类型 : 变磁通式；恒定磁通式。
1. 变磁通式
永久磁铁与线圈均不动, 感应电势是由变化的磁通产生的。如图7-1所示的转速传感器。
●结构特点:
永久磁铁、线圈和外壳均固定不动，齿轮安装在被测旋转体轴上。当齿轮转动时，齿轮与软铁磁轭之间的气隙距离随之变化，从而导致气隙磁阻和穿过气隙的主磁通发生变化。
一、工作原理:
根据电磁感应定律, 线圈两端的感应电势e正比于匝链线圈的磁通的变化率, 即
e W d
dt
Φ—匝链线圈的磁通；W—线圈匝数。
★若线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线时, 则线圈两端产生的感应电势e为
e WBl dx sin WBlvsin
dt
B—磁场的磁感应强度；x—线圈与磁场相对运动的位移； v—线圈与磁场相对运动的速度；θ—线圈运动方向与磁场方向之间的夹角； W—线圈的有效匝数； l—每匝线圈的平均长度。
霍尔转速表的其他安装方法霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起, 就可产生磁场强度的脉动, 从而引起霍尔电势的变化, 产生转速信号。
霍尔式无触点汽车电子点火装置

《应用地球物理学》主要知识点

一、名词1.正演（问题）：由“源”求“场”。

即给定地球物理模型，通过数值计算或物理模拟，得出相应的地球物理场。

目的是认识和掌握地球物理场的特征与场源之间的对应关系。

2.反演（问题）：由“场”求“源”。

即根据已知的地球物理场，求解可能的地球物理解释，即地下地质结构的过程。

即已知异常的分布特征和变化规律，求场源的赋存状态。

3.重力勘探：通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造和寻找矿产的一种物探方法。

其基础是地壳中不同岩、矿石间的密度差异。

物理学基础为牛顿万有引力。

4.零长弹簧：当弹簧受拉时,所受拉力与弹簧长度成正比的弹簧。

5.零点漂移：在相对重力测量中，由于重力仪灵敏系统的弹性疲劳、温度补偿不完全等因素，仪器读数的零点值随时间而不断变化称为零点漂移。

6.重力场强度：规定单位质量的物体在场中某一点所受的重力作用作为衡量场本身强弱的标准，这个单位质量所受的重力称为该点的重力场强度。

7.大地水准面：以平静海平面的趋势延伸到各大陆之下所构成的封闭曲面，作为地球的基本形状。

8.自由空间重力异常9.布格重力异常10.均衡重力异常11.重力梯级带：指重力异常图上等值线平行排列的密集带。

它主要反映构造断裂的升降或大规模的不同密度岩石的接触带。

12.三度体：各方向上都为有限量的物体，如球体。

13.二度体：某一方向无限延伸，而在该方向上埋藏深度、截面形状、大小和物性特点都稳定不变的物体。

14.特征点法：指根据异常曲线上的一些点或特征点（如极大值点、零值点、拐点）的异常值及相应的坐标求取场源体的几何或物性参数的一中反演方法。

但仅适用于剩余密度为常数的几何形体。

15.磁法勘探：岩、矿石间的磁性差异将引起正常地磁场的变化（即磁异常），通过观测和研究磁异常来寻找有用的矿产或查明地下地质构造的勘探方法称为磁法勘探。

它是以地壳中各种岩、矿石间的磁性差异为物质基础的。

16.磁异常：实际上测得的地球磁场强度和理论磁场强度之差称地磁异常，即磁异常。

电磁场理论基础课后答案

2-13. （教材 2-19）一个半径为 a 的导体球壳充满密度为
的电荷，已知电场分布为
求球内的电荷密度解： ρ r ε ·E 球壳内无电场 4πa ρ ρ ρ
内内
及球壳内外侧面上的面电荷密度。 · Ar r ε A 3r r · r r ·3 6ε Ar
q 4πε d
q 4πε d q 4πε d q 4πε d q 4πε d
1 4π 1 4πa 1 4πa 1 4πa
1 ∂Φ R ∂n Φ · nds
Φ
∂ 1 ds ∂n R 1 4πa 1 4πa
q 4πε d Φds Φds
1 4π
1 Φ·n R
Φ
1 ds R
· Φdv · Edv
1 4πa
h h ∂f h ∂u
h h
f
1 h h h
h h ∂f h ∂u ，
1-14. （教材 1-18）证明 · 证明： ∂ ∂ ∂ x y z ·r ∂y ∂z ∂x x ∂ ∂x x y z ∂ ∂ ∂y ∂z y z
3
r
0
1-15. 在圆柱坐标系、圆球坐标系中分别计算拉梅系数，并写出梯度、散度、旋度的表达式。解：圆柱坐标系中， x y h h h Φ ·A ρ cos φ ρ sin φ z z cos φ sin φ 1 ρ sin φ ρ cos φ 1 ρ ∂Φ ∂ρ φ ∂Φ ρ ∂φ z ∂Φ ∂z ∂ ρA ∂z 1 ∂ ρA ρ ∂ρ 1 ∂ A ρ ∂φ ∂ A ∂z ρ
6 / 45
中国科学技术大学电子科学与技术系电磁场理论
Q
q
√2 2
1 4
2-6.
（教材 2-7）求半径为 a、电量为 Q 的均匀带电球面所产生的电位、电场强度和该系统的总储能。解： E r 0 Q E r 4πε r U r U r W a Q 4πε r Q 4πε a a Q 8πε a 的均匀带电球体相距为 d

常用磁场测量方法全文

（三）传感器使用（测量）测绘通电螺线管轴线上磁感强度分布曲线B~X图 1、再次调整工作电压和补偿电压，确认K2断开时， Uso=2.500V , Uo=0.0mV 2、合上K2, 调整励磁电流Im=200mA 3、移动霍尔传感器从X=0.00cm(1.00cm）~30.00cm, 间隔1.00cm, 每位置上换向测量各1次，记录U1和 U2(U1>0, U2<0) 注意: 测量中随时考察U1与|U2|, 发现差值较大时例如>0.5mV 即刻重新检查和调整工作电压和补偿电压使符合要求。
1946年布洛赫和柏塞尔同时发明核磁共振技术，因此共获1952年诺贝尔物理学奖。这种方法测量准确度可达，非常适合磁场的精密测量，广泛应用于生物医学。电子顺磁共振中，因电子的磁旋比比质子的大660倍，可测极微弱的磁场。
H
B
T1
T2
（三）霍耳效应法
1879年，美国霍普金斯大学二年级研究生霍耳发现霍耳效应。
I
B
f
f
b
dvBiblioteka U=RIB/dfeE , f=eVB R=±1/ne
1959年第一个商品化的霍耳器件问世， 1960年就发展成近百种成为通用型的测量仪器，测量范围的恒磁场或高频磁场，误差，尤其适合小间隙空间测量。
检测线圈旋转, 振动（发电机原理法） 1. 单线圈旋转 2. 单线圈振动 3. 双线圈旋转 4. 双线圈振动
（二）磁通门法
1930年出现利用磁性材料饱和特性的磁通门法，用于探矿，军事，航天等领域，主要测10高斯以下弱磁场。
Us
U
K1
2
1
3
+
-
1
2
3
V+

LVDT工作原理

LVDT工作原理LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是一种常见的线性位移传感器，广泛应用于工业自动化、航空航天、仪器仪表等领域。

LVDT工作原理是基于电磁感应的原理，通过测量线圈中感应出的电压来确定物体的位移。

LVDT由一个固定的中央线圈和两个对称的外部线圈组成。

中央线圈通常被称为主线圈，而外部线圈被称为次级线圈。

当一个交流电源通过主线圈时，它产生一个交变磁场。

当物体位移时，磁场会穿过次级线圈，从而在次级线圈中产生感应电动势。

感应电动势的大小与物体位移成正比。

为了更好地理解LVDT的工作原理，我们可以将其分为三个部分：主线圈、次级线圈和铁芯。

主线圈是一个中心固定的线圈，通过一个交流电源供电。

次级线圈是两个对称的线圈，它们位于主线圈的两侧。

铁芯是一个可以移动的铁制物体，它连接到被测量的物体上。

当物体位于LVDT的中心位置时，磁场通过次级线圈的面积是相等的，因此感应电动势也是相等的。

但是，当物体发生位移时，磁场只会通过其中一个次级线圈的面积，而另一个次级线圈的面积则会减小。

这样，感应电动势的大小就会发生变化，从而可以通过测量感应电动势的大小来确定物体的位移。

为了测量感应电动势的大小，通常会使用一个称为调谐器的电路。

调谐器的作用是将感应电动势转换为直流电压，以便于测量。

调谐器通常包括一个变压器和一个整流器。

变压器用于将感应电动势的大小放大，而整流器则将交流电信号转换为直流电信号。

通过测量调谐器输出的直流电压，我们可以确定物体的位移。

通常，LVDT的输出电压与物体的位移成线性关系。

因此，可以通过校准LVDT来确定输出电压与位移之间的精确关系。

除了测量线性位移之外，LVDT还可以用于测量压力、力、扭矩等物理量。

只需将被测量的物理量转化为位移，并将其连接到LVDT的铁芯上即可。

总结起来，LVDT是一种基于电磁感应原理的线性位移传感器。

它由主线圈、次级线圈和铁芯组成。