传感器设计实例.
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位移传感器设计
---------丁书玲 ---------S1407074
注：文本框可根据需求改变颜色、移动位置；文字可编辑
目录
位移传感 器原理 传感器结 构的选择 输入与输 出关系 性能改善 方法 注意事项
位移传感器原理
移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属 感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测 物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测 量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按 被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为 模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型 和结构型两种。
位移传感器举例
Hale Waihona Puke Baidu
1.电位器式位移传感器
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值 的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减 小则表明了位移的方向
电涡流式位移传感器
由于受到交变磁场影响 的导体中产生的电涡流 起到调节线圈原来阻抗 的作用
霍尔式位移传感器
霍尔电压随磁场强度的变化而变化， 磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低
本课题主要研究磁轴承的稳定悬浮 在许多电机的应用中使用霍尔传感器，但是在本 实验中，由于需要在电机不通电的情况下测量 位移，所以不能应用霍尔传感器。 本课题选用了电涡流式传感器，测量精度高，可 以检测出电机内部的微小位移变化。
本课题位移传感器结构
电涡流位移传感器原理
根据法拉第电磁感应原理，块状金属 导体置于变化的磁场中或在磁场中作切 割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋 状的感应电流，此电流叫电涡流，以上 现象称为电涡流效应
性能改善方法
由于本课题测量的转轴是四自由度的，所以在测量径 向时需要使用四个电涡流传感器，轴的径向振动测量 时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，否则由于轴的 挠度，得到的值会有偏差 。 探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面（正对 探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周 面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面现象 （如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范围内不 能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在0.4 um至 0.8um之间
电涡流位移传感器输入输出特性曲线
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头 线圈在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当 被测金属体靠近这一磁场,则在此金属表面产生 感应电流,与此同时该电涡流场也产生一个方向 与头部线圈方向相反的交变磁场,由于其反作用， 使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变线 圈的有效阻抗，这一变化与金属体磁导率、电 导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率 以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有 关.
注意事项
不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附 加误差，因此对被测体表面应该平整光滑，不 应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷 电涡流效应主要集中在被测体表面，如果由于 加工过程中形成残磁效应，以及淬火不均匀、 硬度不均匀、金相组织不均匀、结晶结构不均 匀等都会影响传感器特性
工作过程
当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化， Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过 检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化，最终完成 机械位移(间隙)转换成电压(电流)
本课题选用的是HZ891XL电涡流位移传感器 其输入输出遵循线性变化 变化率为8v/mm
---------丁书玲 ---------S1407074
注：文本框可根据需求改变颜色、移动位置；文字可编辑
目录
位移传感 器原理 传感器结 构的选择 输入与输 出关系 性能改善 方法 注意事项
位移传感器原理
移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属 感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测 物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测 量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按 被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为 模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型 和结构型两种。
位移传感器举例
Hale Waihona Puke Baidu
1.电位器式位移传感器
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值 的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减 小则表明了位移的方向
电涡流式位移传感器
由于受到交变磁场影响 的导体中产生的电涡流 起到调节线圈原来阻抗 的作用
霍尔式位移传感器
霍尔电压随磁场强度的变化而变化， 磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低
本课题主要研究磁轴承的稳定悬浮 在许多电机的应用中使用霍尔传感器，但是在本 实验中，由于需要在电机不通电的情况下测量 位移，所以不能应用霍尔传感器。 本课题选用了电涡流式传感器，测量精度高，可 以检测出电机内部的微小位移变化。
本课题位移传感器结构
电涡流位移传感器原理
根据法拉第电磁感应原理，块状金属 导体置于变化的磁场中或在磁场中作切 割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋 状的感应电流，此电流叫电涡流，以上 现象称为电涡流效应
性能改善方法
由于本课题测量的转轴是四自由度的，所以在测量径 向时需要使用四个电涡流传感器，轴的径向振动测量 时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，否则由于轴的 挠度，得到的值会有偏差 。 探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面（正对 探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周 面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面现象 （如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范围内不 能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在0.4 um至 0.8um之间
电涡流位移传感器输入输出特性曲线
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头 线圈在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当 被测金属体靠近这一磁场,则在此金属表面产生 感应电流,与此同时该电涡流场也产生一个方向 与头部线圈方向相反的交变磁场,由于其反作用， 使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变线 圈的有效阻抗，这一变化与金属体磁导率、电 导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率 以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有 关.
注意事项
不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附 加误差，因此对被测体表面应该平整光滑，不 应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷 电涡流效应主要集中在被测体表面，如果由于 加工过程中形成残磁效应，以及淬火不均匀、 硬度不均匀、金相组织不均匀、结晶结构不均 匀等都会影响传感器特性
工作过程
当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化， Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过 检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化，最终完成 机械位移(间隙)转换成电压(电流)
本课题选用的是HZ891XL电涡流位移传感器 其输入输出遵循线性变化 变化率为8v/mm