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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

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“传感技术”自学报告之一

转速测量传感器自学报告

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2015年12月3日

传感技术自学报告

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目录

TOC\o1-3\h\z\u第1章转速测量文献综述 3

1.1转速测量的意义 3

1.2转速测量现状 3

1.2.1磁电式转速测量 5

1.2.2光电式转速测量 7

1.2.3电感式转速测量 9

第2章总体方案设计 11

2.1方案一 11

2.2方案二 12

2.3方案分析对比12

2.4小结 14

第3章具体设计与特性分析 15

3.1传感器设计 15

3.2转换电路设计 15

3.3传感器总体分析 19

3.4使用条件和误差补偿 19

3.5仿真实验 20

3.6小结 20

总结 22

参考文献 23

附录 24

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磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转化为易于测量的电信号，属于有源传感器。

根据电磁感应定律：当N匝线圈在恒定的磁场中转动时，设，穿过线圈的磁通量为Φ，则，线圈内感应电势E与磁通变化率有如下关系：

由于φ=BS,

式中，B为线圈处的磁感应强度，S为线圈围成的闭合的面积。

因此有：

根据这一原理，可将磁电感应式传感器分为两种类型：一种类型是由于闭合先去围城的面积变化引起的通过线圈的磁通变化，从而使线圈产生感应电动势；另一种类型是由于线圈处的磁感应强度发生变化，引起通过线圈的磁通量变化，从而使线圈产生感应电动势。

当测量电路接入磁电传感器电路时，如图所示。

图1-1磁电传感器输出电路简化模型

磁电传感器输出电流I0为：

式中，Rf为测量电路输入电阻，R为线圈等效电阻。因而，传感器的灵敏度为：

根据其分类情况可绘制如下关系图：

图1-2磁电感应式传感器分类图

线速度型、角速度型以及磁阻式传感器原理示意图分别如下：

图1-3几种传感器工作原理示意图

目前，磁电式传感器主要应用于以下几个方面：

振动测量：如动圈式振动速度测量传感器：

图1-4动圈式振动速度传感器结构

其输出特性曲线如下图：

图1-5 振动传感器输出特性

其中，输出特性曲线不从零点开始，因为，当VVa时，必须克服静摩擦力，才能开始运动，当VVc时，因惯性太大超过范围。

电磁流量计：

图1-6 电磁流量计示意图及相关公式

式中，D为测量管道的直径，v为电子流向的速度，利用了洛伦兹力公式及其相关性质制作而成。

光电式转速测量

光电传感器是采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件这三个部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。

图1-7 光电式转速测量传感器分类

下面分别介绍两种不同测量原理的光电式传感器：直射式转速测量传感器以及反射式转速测量传感器。

直射式转速测量传感器：其结构如下图所示：

图1-8直射式转速测量传感器结构示意图

它由开孔圆盘、光源、光敏元件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即

n=f/N

式中，n为转速，f为脉冲频率，N为圆孔开孔数

反射式转速测量传感器结构如下图所示：

图1-9反射式转速测量传感器结构示意图

它主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。

n=f

?如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反