转速传感器.ppt
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模块五模块五转速传感器转速传感器u教学情境一教学情境一磁电式转速传感器磁电式转速传感器u教学情境二教学情境二光电式转速光电式转速传感器传感器u教学情境三教学情境三霍尔转速霍尔转速传感器传感器u教学情境一教学情境一磁电式转速传感器磁电式转速传感器知识点一知识点一磁电式传感器工作原理磁电式传感器工作原理知识点二知识点二磁电感应式传感器基本特性磁电感应式传感器基本特性转速传感器是用于将旋转物体转速状转速传感器是用于将旋转物体转速状态转换为电信号的一种传感器。
态转换为电信号的一种传感器。
转速传感转速传感器可以应用在各种转速测量场合,器可以应用在各种转速测量场合,能适应能适应对旋转物体的低速、高速、稳速和瞬时速对旋转物体的低速、高速、稳速和瞬时速度等多种转速状态测量工作,并可将信号度等多种转速状态测量工作,并可将信号传导给控制部门。
传导给控制部门。
转速传感器的种类繁多,可对转速传感器的种类繁多,可对低速低速(如每如每小时一转以下)、小时一转以下)、高速高速(如每分钟数十万转)、(如每分钟数十万转)、稳速稳速(如误差仅为万分之几)和(如误差仅为万分之几)和瞬时速度瞬时速度进行进行精确的测量。
精确的测量。
转速转速电量电量机械、电气、磁、光、混合式机械、电气、磁、光、混合式模拟式模拟式数字式数字式输出信号的频率与转速成正比输出信号的频率与转速成正比或信号峰值间隔与转速成反比或信号峰值间隔与转速成反比输出信号值与转速成正比输出信号值与转速成正比磁电、光电、霍尔、电容式、磁电、光电、霍尔、电容式、变磁阻式、测速发电机变磁阻式、测速发电机知识点一知识点一磁电式传感器工作原理磁电式传感器工作原理磁磁电电感感应应式式传传感感器器:
利利用用电电磁磁感感应应定定律律将将被被测测量量(如如振振动动、位位移移、转转速速等等)转转换换成成电电信信号的一种传感器。
号的一种传感器。
无无源源传传感感器器:
不不需需要要辅辅助助电电源源,就就能能把把被被测对象的机械量转换成易于测量的电信号。
测对象的机械量转换成易于测量的电信号。
特特点点:
输输出出功功率率大大,性性能能稳稳定定,具具有有一一定定的工作带宽(的工作带宽(101000Hz)。
)。
转速转速电量电量电磁感应电磁感应知识点一知识点一磁电式传感器工作原理磁电式传感器工作原理一、原理一、原理根据电磁感应定律,当根据电磁感应定律,当N匝线圈在恒定磁场匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为内运动时,设穿过线圈的磁通为,则线圈内的,则线圈内的感应电势感应电势e与磁通变化率与磁通变化率d/dt,有如下关系:
有如下关系:
法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律二、分类二、分类恒恒磁通式磁通式和变和变磁通式磁通式。
即。
即动圈式传感器和磁阻动圈式传感器和磁阻式传感器式传感器。
由上述工作原理可知,磁电感应式传感器。
由上述工作原理可知,磁电感应式传感器只适用于动态测量只适用于动态测量。
恒恒磁通式磁通式变变磁通式磁通式分分类类动动生电动势原理生电动势原理感感生电动势原理生电动势原理动圈式动圈式磁阻式磁阻式磁磁路路系系统统产产生生恒恒定定的的磁磁场场,磁磁路路中中的的工工作作气气隙隙固固定定不不变变,因因而而气气隙隙中中磁磁通也是恒定不变的。
通也是恒定不变的。
弹弹簧簧较较软软,运运动动部部件件质质量量相对较大。
相对较大。
当当壳壳体体随随被被测测振振动动体体一一起起振振动动频频率率足足够够高高(远远大大于于传传感感器器固固有有频频率率)时时,运运动动部部件件惯惯性性很很大大,来来不不及及随随振振动动体体一一起起振振动动,近近乎乎静静止止不不动动,振振动动能能量几乎全被弹簧吸收。
量几乎全被弹簧吸收。
永永久久磁磁铁铁与与线线圈圈之之间间的的相相对对运运动动速速度度接接近近于于振振动动体体振振动动速速度度,磁磁铁铁与与线线圈圈的的相相对对运运动动切切割割磁磁力力线线,从从而而产产生生感感应应电电势势。
感感应应电电势势大大小小与与振振动动速速度度成正比。
成正比。
1、恒磁通式工作原理、恒磁通式工作原理传传感感器器壳壳体体与与被被测测振振动动体体相相连连,当当壳壳体体随随被被测测振振动动体体一一起起振振动动时时,运运动动部部件件(弹弹簧簧和和线线圈圈)来来不不及及随随振振动动体体一一起起振振动动,近近乎乎静静止止不不动动。
线线圈圈切切割割磁磁力力线线,产产生感应电势。
生感应电势。
感应电势大小与振动速度成正比感应电势大小与振动速度成正比。
1、恒磁通式工作原理、恒磁通式工作原理(aa)动圈式;()动圈式;(bb)动铁式)动铁式图图5-35-3恒磁通式磁电传感器结构原理图恒磁通式磁电传感器结构原理图1、恒磁通式:
动圈式、动铁式、恒磁通式:
动圈式、动铁式1.动圈式磁电感应式传动圈式磁电感应式传感器(恒磁通式)感器(恒磁通式)动圈式磁电感应式传感器:
这类传感器的基本动圈式磁电感应式传感器:
这类传感器的基本形式是速度传感器,能直接测量线速度或角速度形式是速度传感器,能直接测量线速度或角速度,还还可以用来测量位移或加速度。
可以用来测量位移或加速度。
可以分为可以分为线速度型和角速度型线速度型和角速度型等。
等。
图图5-15-1动圈式传感器的线速度型和角速度型动圈式传感器的线速度型和角速度型1-1-永久磁铁;永久磁铁;2-2-软磁铁;软磁铁;3-3-感性线圈;感性线圈;4-4-测测量齿轮;量齿轮;55内齿轮;内齿轮;6-6-外齿轮;外齿轮;7-7-转轴转轴(aa)开磁通;()开磁通;(bb)闭磁通)闭磁通图图5-25-2变磁通式磁电传感器结构图变磁通式磁电传感器结构图2.磁阻式传感器磁阻式传感器(变磁通式传感器或变气隙式传感器)(变磁通式传感器或变气隙式传感器)可分为可分为开磁路开磁路变磁通变磁通式传感器和式传感器和闭合磁路闭合磁路变磁变磁通式传感器。
通式传感器。
变变磁磁通通式式传传感感器器对对环环境境条条件件要要求求不不高高,能能在在-15090的的温温度度下下工工作作,也也能能在在油油、水水雾雾、灰灰尘尘等等条条件件下下工工作作。
但但它它的的工工作作频频率率下下限限较较高高,约约为为50Hz,上限可达,上限可达100Hz。
1永永久久磁磁铁铁;2软软磁磁铁铁;3感应线圈;感应线圈;4测量测量齿轮;齿轮;开磁路变磁通开磁路变磁通式:
式:
线线圈圈、磁磁铁铁静静止止不不动动,测测量量齿齿轮轮安安装装在在被被测测旋旋转转体体上上,随随被被测测体体一一起起转转动动。
每每转转动动一一个个齿齿,齿齿的的凹凹凸凸引引起起磁磁路路磁磁阻阻变变化化一一次次,磁磁通通也也就就变变化化一一次次,线线圈圈中中产产生生感应电势。
感应电势。
当齿轮的齿数当齿轮的齿数z=60时时,结结构构简简单单,但但输输出出信信号号较较小小,且且因因高高速速轴轴上上加加装装齿齿轮轮比比较较危危险险而而不不宜宜测测量高转速量高转速。
1-1-永久磁永久磁铁;2-2-软磁磁铁;3-3-感性感性线圈;圈;4-4-测量量齿轮;55内内齿轮;6-6-外外齿轮;7-7-转轴(bb)闭磁通磁通图5-25-2变磁通式磁磁通式磁电传感器感器结构构图闭磁路变磁通式:
闭磁路变磁通式:
它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成,内外齿轮齿数相同。
当转轴连接到被测转轴上时,外齿成,内外齿轮齿数相同。
当转轴连接到被测转轴上时,外齿轮不动,内齿轮随被测轴而转动,内、外齿轮的相对转动使轮不动,内齿轮随被测轴而转动,内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化,从而引起磁路中磁通的变化,使气隙磁阻产生周期性变化,从而引起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期性变化的感生电动势。
感应电势的频率与被线圈内产生周期性变化的感生电动势。
感应电势的频率与被测转速成正比。
测转速成正比。
知识知识点点二二磁电感应式传感器基本特性磁电感应式传感器基本特性三、磁电感应式传感器测量电路三、磁电感应式传感器测量电路图图5-55-5磁电传感器测量电路框图磁电传感器测量电路框图磁磁电电感感应应式式传传感感器器直直接接输输出出电电动动势势,且且通通常常具具有有高高的的灵灵敏敏度度,一般不需要高增益放大器。
一般不需要高增益放大器。
磁磁电电感感应应式式传传感感器器是是速速度度传传感感器器,若若要要获获得得被被测测位位移移或或加加速速度度信号,则需配用积分电路或微分电路。
信号,则需配用积分电路或微分电路。
u教学情境二教学情境二光电式转速传感器光电式转速传感器光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件,当发出造的一种感应接收光强度变化的电子器件,当发出的光被目标反射或阻断时,则接收器感应出相应的的光被目标反射或阻断时,则接收器感应出相应的电信号。
它包含调制光源电信号。
它包含调制光源、由光敏元件等组成的光由光敏元件等组成的光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置学系统、放大器、开关或模拟量输出装置。
光电光电光电光电器件器件器件器件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量电信号电信号电信号电信号测量测量测量测量电路电路电路电路UUUU、IIII光波:
光波:
波长波长10106nm电磁波。
电磁波。
可见光波长:
可见光波长:
380780nm;紫外线波长:
紫外线波长:
10380nm;红外线波长:
红外线波长:
780106nm。
一、光的特性一、光的特性光的特性与光源光光具具有有反反射射、折折射射、散散射射、衍衍射、干涉和吸收等性质。
射、干涉和吸收等性质。
光光的的粒粒子子性性:
光光是是以以光光速速运运动动着着的的粒粒子子(光光子子)流流,一一束束频频率率为为的的光光由由能能量量相相同同的的光光子子所所组组成成,每每个光子的能量为个光子的能量为光光的的频频率率愈愈高高(即即波波长长愈愈短短),光子的能量愈大。
光子的能量愈大。
电磁波谱图电磁波谱图一、光的特性一、光的特性光的特性与光源电磁波谱图电磁波谱图二、常用光源二、常用光源光的特性与光源常用光源常用光源发光器件发光器件物体辐射光物体辐射光白炽光源白炽光源气体放电光源气体放电光源发光二极管发光二极管激光器激光器GaP、SiC可见光可见光LEDGaAs红外红外LED二、常用光源二、常用光源光的特性与光源808nm大功率大功率LD650nmLD1.55umLD1.55umLD模块模块模块模块一、光电效应基本概念一、光电效应基本概念光电效应金属金属金属金属金属氧化物金属氧化物金属氧化物金属氧化物半导体半导体半导体半导体光照光照光照光照电子电子电子电子光光光光电电电电效效效效应应应应是是是是光光光光电电电电传传传传感感感感器器器器的的的的基基基基本本本本转转转转换换换换原理。
外光电效应和内光电效应。
原理。
外光电效应和内光电效应。
原理。
外光电效应和内光电效应。
原理。
外光电效应和内光电效应。
内光电效应内光电效应内光电效应内光电效应光照光照光照光照半导体半导体半导体半导体电子在物体电子在物体电子在物体电子在物体内部运动内部运动内部运动内部运动外光电效应外光电效应外光电效应外光电效应金属金属金属金属金属氧化物金属氧化物金属氧化物金属氧化物光照光照光照光照电子逸出电子逸出电子逸出电子逸出物体表面物体表面物体表面物体表面外外光光电电效效应应:
物物体体内内的的电电子子逸逸出物体表面向外发射的现象。
出物体表面向外发射的现象。
基基于于外外光光电电效效应应的的光光电电器器件件有有光电管、光电倍增管光电管、光电倍增管等。
等。
二、外光电效应二、外光电效应(3)逸逸出出的的光光电电子子具具有动能。
有动能。
(4)从从光光照照至至发发射射电电子,时间子,时间10-9s。
爱因斯坦光电效应方程:
爱因斯坦光电效应方程:
(1)光光电电子子能能否否产产生生,取取决决于于光光子子的的能能量量是是否否大大于于该该物物体体的的表表面电子逸出功。
面电子逸出功。
(2)入入射射光光频频谱谱成成分分一一定定时时,产生的光电流和光强成正比。
产生的光电流和光强成正
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- 转速 传感器