浅谈变磁阻式传感器的原理及应用 论文

《传感器原理及应用》

期中论文

题目：浅谈变磁阻式传感器的原理及应用

摘要

随着信息时代的到来，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。

信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理，而信息的采集离不开传感

器技术。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。作为新型

传感器的一种——变磁阻式传感器，对其深入研究也就更加愈加重要。本文磁阻

式传感器的基本概念入手，着重讨论了电感式、变压器式和电涡流式三种传感器

的工作原理、输出特性、测量电路及其在生活中的实际应用。旨在帮助我们利用

传感器知识更好的改善生活，提高生活质量，从而促进社会进步。

关键词：变磁阻式传感器电感式变压器式电涡流式原理应用

Abstract

With the advent of the information age, information technology played a decisive role on social development, scientific progress.The foundation of information technology includes information collection,information transmission and information processing,and information collection cannot ignore the sensor technology. In recent years, the sensor is in the stage of development from traditional to new. Magnetic resistance sensor as a kind of new type of sensor, the research of it is becoming more and more important. This paper started with the basic concept of magnetic resistance sensor,and discussed the inductive, transformer and the eddy current type of the sensor's working principle,output characteristics,measurement circuit and the actual application in the ing sensors aimed at helping us improve life,also to promote social progress.

Keywords：magnetic resistance sensor; inductive; transformer; eddy current type; working principle application

1.变磁阻式传感器

1.1变磁阻式传感器定义

变磁阻式传感器，利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的传感器。可用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。既可用于动态测量，也可用于静态测量。实质上是一种机电转换装置，在自动控制系统中应用十分广泛，是非电量测量的重要传感器之一。

1.2变磁阻式传感器分类

根据转换原理，分为电感式（自感L 变化）、变压器传感式（互感M 变化）、电涡流式（L 、M 都变化）传感器；根据结构形式，分为气隙型、面积型、螺管型传感器。本文主要按转换原理分类，逐个进行介绍。

1.3变磁阻式传感器的优缺点

具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨力大，能分辨0.01 m μ的位移变化；重复性好，线性度优良；能实现远距离传输、记录、显示和控制。

有两个不足：灵敏度、线性度和测量范围相互制约；存在交流零位信号，不宜高频动态测量。

2.电感式传感器

2.1工作原理

电感式传感器，是利用线圈自感量的变化来实现测量的。它的结构由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化。因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。 线圈中电感量：M

N IN L I R Φ==，其中N 是线圈匝数，M R 是总磁阻。且M f R R R δ=+ 121221F l l R A A μμ=+++ 02R A

δδμ= （0μ是磁导率，δ是空气气隙）

因为F R R δ<< 02m R R A δδμ≈= 所以2

202AN N L R δμδ

≈= 若气隙截面积A 保持不变，则L 为δ的单值函数，构成变气隙厚度式自感传感器； 保持气隙间距δ不变，A 随被测量（如位移）变化，构成变气隙面积式自感传感器。 传感器灵敏度：20022N A dL S d μδδ

==- S 与气隙长度的平方成反比，δ愈小，S 愈高，同时存在非线性误差。为减小此误差，通常规定在较小间隙变化范围内使用，一般取0/0.1δδ∆≤。这种传感器适用于较小位移（0.001~1mm ）的测量。

2.2输出特性

气隙厚度0δ时自感系数：2

002AN L μδ

=。 当衔铁上移δ∆时，传感器气隙减小δ∆，即0δδδ=-∆，则输出电感为

2000002()1AN L L L L μδ

δδδ=+∆==∆-∆- 当01δδ∆时，用泰勒级数展开成级数形式：

20000

[1()...]L L δδδδδδ∆∆∆∆=+++；当衔铁随被测的初始位置向下移动δ∆时，同理有20000[1()...]L L δδδδδδ∆∆∆∆=+++ 忽略高次项线性处理得：00

L L δδ∆∆=±，因此既可确定衔铁位置又可确定方向。

电感灵敏度：000

1/L K L δδ∆=∆= 2.3测量电路

自感式传感器实现了把被测量的变化为电感量的变化。为了测出电感量的变化，就要用转换电路把电感量的变化转换成电压（或电流）的变化，最常用的转换电路如下：（1）变压器电桥电路：基本原理是输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化。

（2）相敏检波电路：基本原理是输出电压经相敏检波可反映位移的大小和方向。

（3）调频电路：基本原理是传感器电感的变化引起输出电压频率f 的变化。