傳感器與檢測技術(shù)第4章

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1、第四章第四章 速度、加速度傳感器速度、加速度傳感器2第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機v測速發(fā)電機是機電一體化系統(tǒng)中用于測量和測速發(fā)電機是機電一體化系統(tǒng)中用于測量和自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的一種傳感器。自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的一種傳感器。v它由帶有繞組的它由帶有繞組的定子定子和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子構(gòu)成。根據(jù)電磁構(gòu)成。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組供給勵磁電壓并隨被感應(yīng)原理，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組供給勵磁電壓并隨被測電動機轉(zhuǎn)動向，測電動機轉(zhuǎn)動向，定子繞組則產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成定子繞組則產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的感應(yīng)電動勢正比的感應(yīng)電動勢。3第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機v根據(jù)勵磁電流的種類

2、，測速發(fā)電機可分為：根據(jù)勵磁電流的種類，測速發(fā)電機可分為：v直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機v他勵式他勵式v永磁式永磁式v交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機4第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機v在實際應(yīng)用中，機電一體化系統(tǒng)對測速發(fā)電在實際應(yīng)用中，機電一體化系統(tǒng)對測速發(fā)電機的主要要求有：機的主要要求有：v輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精確的正比例關(guān)輸出電壓對轉(zhuǎn)速應(yīng)保持較精確的正比例關(guān)系系v轉(zhuǎn)動慣量要小轉(zhuǎn)動慣量要小v靈敏度要高，即測速發(fā)電機的輸出電壓對靈敏度要高，即測速發(fā)電機的輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)要靈敏轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)要靈敏5第一節(jié)第一節(jié) 速度傳感器速度傳感器一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電

3、機v由于測速發(fā)電機比較容易滿足上述要求，且由于測速發(fā)電機比較容易滿足上述要求，且性能穩(wěn)定，故被廣泛用于機電一體化系統(tǒng)中性能穩(wěn)定，故被廣泛用于機電一體化系統(tǒng)中的電動機轉(zhuǎn)速的測量和自動調(diào)節(jié)的電動機轉(zhuǎn)速的測量和自動調(diào)節(jié)v一般測量范圍為一般測量范圍為(20400)r/min。6一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機v直流測速發(fā)電機是一種微型直流發(fā)電機。它直流測速發(fā)電機是一種微型直流發(fā)電機。它的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流伺服電動機基本相的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流伺服電動機基本相同。同。7一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機v若按定子磁極的勵磁方式不同，可分為若按定子磁

4、極的勵磁方式不同，可分為電磁電磁式式和和永磁式永磁式兩大類；兩大類；v若按電樞的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為若按電樞的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為無槽電樞無槽電樞、有槽電樞有槽電樞、空心杯電樞空心杯電樞和和圓盤印刷繞組圓盤印刷繞組等幾等幾種。種。8一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性v直流測速發(fā)電機的工作原理與一般直流發(fā)電直流測速發(fā)電機的工作原理與一般直流發(fā)電機相同。在恒定磁場中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切機相同。在恒定磁場中，旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。9一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機

5、直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性v由電刷兩端引出的電樞感應(yīng)電動勢為由電刷兩端引出的電樞感應(yīng)電動勢為SeeEKnC nKe感應(yīng)系數(shù)；感應(yīng)系數(shù)； 磁通；磁通；n轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速；Ce感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)。感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)。10一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性v空載空載(即電樞電流即電樞電流Is0)時，直流測速發(fā)電時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動勢相等，因而機的輸出電壓和電樞感應(yīng)電動勢相等，因而輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。CFSeVEC n11一、

6、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性v有負(fù)載有負(fù)載(即電樞電流即電樞電流Is 0)時，直流測速發(fā)電時，直流測速發(fā)電機的輸出電壓為機的輸出電壓為v式中式中 rs電樞回路的總電阻電樞回路的總電阻(包括電刷包括電刷和換向器之間的接觸電阻等和換向器之間的接觸電阻等)v在理想情況下，若不計電刷和換向器之間在理想情況下，若不計電刷和換向器之間的接觸電阻，的接觸電阻，rs為電樞繞組電阻。為電樞繞組電阻。CFSS SVEI r12一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸

7、出特性v有負(fù)載時，電樞電流為有負(fù)載時，電樞電流為CFSLVIR13一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性v有負(fù)載時，有負(fù)載時，CFSS SVEI rSeeEKnC nCFSLVIR1/eCFSLCVnCnrR1/eSLCCrR14一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性v有負(fù)載時，有負(fù)載時，CFVCn1/eSLCCrRv在理想情況下，在理想情況下，rs、RL和和 均為常數(shù)，系數(shù)均為常數(shù)，系數(shù)C亦為一常數(shù)。亦為一常數(shù)。15一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電

8、機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(1)直流測速發(fā)電機的輸出特性直流測速發(fā)電機的輸出特性16一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(2)產(chǎn)生誤差的原因和改進方法產(chǎn)生誤差的原因和改進方法v輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間不能保持比例關(guān)系輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間不能保持比例關(guān)系.v其一是當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，電樞電流增大，電樞其一是當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，電樞電流增大，電樞反應(yīng)有反應(yīng)有去磁作用去磁作用，使磁通減小使磁通減小，導(dǎo)致輸出電，導(dǎo)致輸出電壓不再與轉(zhuǎn)速成正比。壓不再與轉(zhuǎn)速成正比。v遇到這種情況可以在定子磁極上安裝遇到這種情況可以在定子磁極上安裝補償繞補償繞組組，或使負(fù)載電阻大于規(guī)定值。，或使負(fù)載電阻大于規(guī)定

9、值。17一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(2)產(chǎn)生誤差的原因和改進方法產(chǎn)生誤差的原因和改進方法v其二是其二是電刷接觸壓降電刷接觸壓降的影響。的影響。v這是因為這是因為電刷接觸電阻電刷接觸電阻是非線性的，即當(dāng)電是非線性的，即當(dāng)電機轉(zhuǎn)速較低、相應(yīng)的電樞電流較小時，接觸機轉(zhuǎn)速較低、相應(yīng)的電樞電流較小時，接觸電阻較大，從而使輸出電壓很小。只有當(dāng)轉(zhuǎn)電阻較大，從而使輸出電壓很小。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速較高、電樞電流較大時，電刷壓降才可以速較高、電樞電流較大時，電刷壓降才可以認(rèn)為是常數(shù)。認(rèn)為是常數(shù)。18一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(2)產(chǎn)生誤差的原因和改進方法

10、產(chǎn)生誤差的原因和改進方法v其二是其二是電刷接觸壓降電刷接觸壓降的影響。的影響。v為了減小電刷接觸壓降的影響，即縮小不靈為了減小電刷接觸壓降的影響，即縮小不靈敏區(qū)，應(yīng)采用敏區(qū)，應(yīng)采用接觸壓降較小的銅接觸壓降較小的銅-石墨電極石墨電極或銅電極或銅電極，并在它與換向器相接觸的表面上，并在它與換向器相接觸的表面上鍍銀鍍銀。19一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(2)產(chǎn)生誤差的原因和改進方法產(chǎn)生誤差的原因和改進方法v其三是其三是溫度溫度的影響的影響v這是因為勵磁繞組中長期流過電流易這是因為勵磁繞組中長期流過電流易發(fā)熱發(fā)熱，其其電阻值也相應(yīng)增大電阻值也相應(yīng)增大，從而，從而使勵磁電

11、流減小使勵磁電流減小的緣故。的緣故。20一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機(2)產(chǎn)生誤差的原因和改進方法產(chǎn)生誤差的原因和改進方法v其三是溫度的影響其三是溫度的影響v可在直流測速發(fā)電機的繞組回路中可在直流測速發(fā)電機的繞組回路中串聯(lián)一個串聯(lián)一個電阻值較大的附加電阻電阻值較大的附加電阻，再接到勵磁電源上再接到勵磁電源上。這樣，當(dāng)勵磁繞組溫度升高時，其電阻雖有這樣，當(dāng)勵磁繞組溫度升高時，其電阻雖有增加，但勵磁回路總電阻的變化卻較小，故增加，但勵磁回路總電阻的變化卻較小，故可保持勵磁電流幾乎不變?？杀３謩畲烹娏鲙缀醪蛔儭?1一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機1.直流測速發(fā)電機直流測速

12、發(fā)電機例：已知某他勵直流測速發(fā)電機的電樞繞組電阻例：已知某他勵直流測速發(fā)電機的電樞繞組電阻rs=1，在，在n=300r/min時，測得測速發(fā)電機的輸出電壓時，測得測速發(fā)電機的輸出電壓VCF=3V。求。求當(dāng)負(fù)載電阻當(dāng)負(fù)載電阻RL=25時，該發(fā)電機的時，該發(fā)電機的Ce和和C 當(dāng)當(dāng)RL，n=300r/min時，發(fā)電機的輸出電壓時，發(fā)電機的輸出電壓VCF當(dāng)當(dāng)RL=10，n=300r/min時，發(fā)電機的輸出電壓時，發(fā)電機的輸出電壓VCF 。此時，。此時， Ce是否發(fā)生變化？（不考慮電樞反應(yīng)的去磁作用）是否發(fā)生變化？（不考慮電樞反應(yīng)的去磁作用）當(dāng)當(dāng)RL=25，n=1000r/min時，電樞電流時，電樞電流

13、Is及測速發(fā)電機的輸及測速發(fā)電機的輸入功率（不考慮效率）入功率（不考慮效率） Is及測速發(fā)電機的輸入功率過大有何危害？如何減少發(fā)電機及測速發(fā)電機的輸入功率過大有何危害？如何減少發(fā)電機的輸入功率及電樞電流。的輸入功率及電樞電流。22一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v交流測速發(fā)電機可分為交流測速發(fā)電機可分為永磁式永磁式、感應(yīng)式感應(yīng)式和和脈脈沖式?jīng)_式三種。三種。23一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v永磁式交流測速發(fā)電機永磁式交流測速發(fā)電機v實質(zhì)上是實質(zhì)上是單向永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機單向永磁轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機，定子繞，定子繞組感應(yīng)的組感應(yīng)的交變電動勢交變

14、電動勢的大小和頻率都隨輸入的大小和頻率都隨輸入信號信號(轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速)而變化而變化24一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v永磁式交流測速發(fā)電機永磁式交流測速發(fā)電機604.444.4460WmWmpnfpEfNKNKnKnK常系數(shù)，常系數(shù)，p電機極對數(shù)；電機極對數(shù)；N定子繞組每相匝數(shù)；定子繞組每相匝數(shù)；Kw定子繞組基波繞組系數(shù)；定子繞組基波繞組系數(shù)； m電機每極基波磁通的幅值。電機每極基波磁通的幅值。25一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v永磁式交流測速發(fā)電機永磁式交流測速發(fā)電機v這種測速發(fā)電機盡管結(jié)構(gòu)簡單，也沒有滑動這種測速發(fā)電機盡管結(jié)構(gòu)簡單，也

15、沒有滑動接觸，但由于感應(yīng)電動勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而改接觸，但由于感應(yīng)電動勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而改變，致使電動機本身的阻抗和負(fù)載阻抗均隨變，致使電動機本身的阻抗和負(fù)載阻抗均隨轉(zhuǎn)速而變化，故其轉(zhuǎn)速而變化，故其輸出電壓不與轉(zhuǎn)速成正比輸出電壓不與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。關(guān)系。v通常這種電機只作為指示式轉(zhuǎn)速計使用。通常這種電機只作為指示式轉(zhuǎn)速計使用。26一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式測速發(fā)電機與脈沖式測速發(fā)電機的工感應(yīng)式測速發(fā)電機與脈沖式測速發(fā)電機的工作原理基本相同作原理基本相同v利用定子、轉(zhuǎn)子齒槽相互位置的變化，使輸利用定子、轉(zhuǎn)子齒槽相互位置

16、的變化，使輸出繞組中的磁通產(chǎn)生脈動，從而感應(yīng)出電動出繞組中的磁通產(chǎn)生脈動，從而感應(yīng)出電動勢。這種工作原理稱為勢。這種工作原理稱為感應(yīng)子式發(fā)電機原理感應(yīng)子式發(fā)電機原理。27一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機28一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v定子、轉(zhuǎn)子鐵心均為硅鋼片沖制疊成，定子定子、轉(zhuǎn)子鐵心均為硅鋼片沖制疊成，定子內(nèi)圓周和轉(zhuǎn)子外圓周上都有均布的齒槽。內(nèi)圓周和轉(zhuǎn)子外圓周上都有均布的齒槽。v在定子槽中放置節(jié)距為一個齒距的在定子槽中放置節(jié)距為一個齒距的輸出繞組輸

17、出繞組，通常組成三相繞組，定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)應(yīng)符通常組成三相繞組，定子、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)應(yīng)符合一定的配合關(guān)系。合一定的配合關(guān)系。29一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，永久磁鐵在電動機氣隙中產(chǎn)，永久磁鐵在電動機氣隙中產(chǎn)生的磁通不變，所以定子輸出繞組中沒有感生的磁通不變，所以定子輸出繞組中沒有感應(yīng)電動勢。應(yīng)電動勢。v當(dāng)轉(zhuǎn)子以一定速度旋轉(zhuǎn)時當(dāng)轉(zhuǎn)子以一定速度旋轉(zhuǎn)時，定、轉(zhuǎn)子齒之間，定、轉(zhuǎn)子齒之間的相對位置發(fā)生了周期性變化，定子繞組中的相對位置發(fā)生了周期性變化，定子繞組中有交變電動勢產(chǎn)生。有交變電動勢產(chǎn)生。30一、測

18、速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v轉(zhuǎn)子一個齒的中線與定子某一齒的中線位置轉(zhuǎn)子一個齒的中線與定子某一齒的中線位置一致時，該定子齒對應(yīng)的氣隙磁導(dǎo)為最大，一致時，該定子齒對應(yīng)的氣隙磁導(dǎo)為最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/2齒距時，轉(zhuǎn)子槽的中線與定齒距時，轉(zhuǎn)子槽的中線與定子齒的中線位置一致，該定子齒對應(yīng)的氣隙子齒的中線位置一致，該定子齒對應(yīng)的氣隙磁導(dǎo)又為最小，以后的過程重復(fù)進行。磁導(dǎo)又為最小，以后的過程重復(fù)進行。v在上述過程中，該定子齒上均輸出繞組所匝在上述過程中，該定子齒上均輸出繞組所匝鏈的磁通大小相應(yīng)發(fā)生周期性變化，鏈的磁通大小相應(yīng)發(fā)生周

19、期性變化，輸出繞輸出繞組組中就有中就有交流的感應(yīng)電動勢交流的感應(yīng)電動勢。31一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距，輸出繞組的感應(yīng)電每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距，輸出繞組的感應(yīng)電動勢也變化一個周期，因此，輸出電動勢的動勢也變化一個周期，因此，輸出電動勢的頻率應(yīng)為頻率應(yīng)為60rZ nf Zr轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)；n電動機轉(zhuǎn)速電動機轉(zhuǎn)速(r/min)。32一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v由于由于感應(yīng)電動勢頻率感應(yīng)電動勢頻率和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速之間有嚴(yán)格的關(guān)之間

20、有嚴(yán)格的關(guān)系，相應(yīng)感應(yīng)電動勢的大小也與轉(zhuǎn)速成正比，系，相應(yīng)感應(yīng)電動勢的大小也與轉(zhuǎn)速成正比，故可作為測速發(fā)電機用。故可作為測速發(fā)電機用。v它和永磁式測速發(fā)電機一樣，由于它和永磁式測速發(fā)電機一樣，由于電動勢的電動勢的頻率隨轉(zhuǎn)速而變化頻率隨轉(zhuǎn)速而變化，致使，致使負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗和和電動機電動機本身的內(nèi)阻抗本身的內(nèi)阻抗大小均隨轉(zhuǎn)速而改變。大小均隨轉(zhuǎn)速而改變。33一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v感應(yīng)式交流測速發(fā)電機感應(yīng)式交流測速發(fā)電機v采用二極管采用二極管對這種測速發(fā)電機的三相對這種測速發(fā)電機的三相輸出電輸出電壓進行橋式整流壓進行橋式整流后，可取其后，可取其直流輸出電壓直流

21、輸出電壓作作為速度信號用于機電一體化系統(tǒng)的自動控制。為速度信號用于機電一體化系統(tǒng)的自動控制。v感應(yīng)子式測速發(fā)電機感應(yīng)子式測速發(fā)電機和和整流電路整流電路結(jié)合后，可結(jié)合后，可以作為性能良好的直流測速發(fā)電機使用。以作為性能良好的直流測速發(fā)電機使用。34一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機v脈沖式測速發(fā)電機脈沖式測速發(fā)電機v以脈沖頻率作為輸出信號。由于輸出電壓的以脈沖頻率作為輸出信號。由于輸出電壓的脈沖頻率和轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，所以脈沖頻率和轉(zhuǎn)速保持嚴(yán)格的正比關(guān)系，所以也屬于同步發(fā)電機類型。也屬于同步發(fā)電機類型。35一、測速發(fā)電機一、測速發(fā)電機2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電

22、機v脈沖式測速發(fā)電機脈沖式測速發(fā)電機v其特點是輸出信號的頻率相當(dāng)高，即使在較其特點是輸出信號的頻率相當(dāng)高，即使在較低轉(zhuǎn)速下低轉(zhuǎn)速下(如每分鐘幾轉(zhuǎn)或幾十轉(zhuǎn)如每分鐘幾轉(zhuǎn)或幾十轉(zhuǎn))，也能輸，也能輸出較多的脈沖數(shù)，因而以脈沖個數(shù)顯示的出較多的脈沖數(shù)，因而以脈沖個數(shù)顯示的速速度分辨力比較高度分辨力比較高，適用于速度比較低的調(diào)節(jié)適用于速度比較低的調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)，特別適用于，特別適用于鑒頻鎖相鑒頻鎖相的速度控制系統(tǒng)。的速度控制系統(tǒng)。36二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器37二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器v當(dāng)一個繞有當(dāng)一個繞有N匝的線圈作垂直于磁場方向相匝的線圈作垂直于磁場方向相對運動時，線圈切

23、割磁力線，由法拉第電磁對運動時，線圈切割磁力線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EE=NBlvB線圈所在磁場的磁感應(yīng)強度線圈所在磁場的磁感應(yīng)強度(T)；l每匝線圈的平均長度每匝線圈的平均長度(m)；v線圈磁場的運動速度線圈磁場的運動速度(m/s)。38二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器v當(dāng)一個繞有當(dāng)一個繞有N匝的線圈作垂直于磁場方向相匝的線圈作垂直于磁場方向相對運動時，線圈切割磁力線，由法拉第電磁對運動時，線圈切割磁力線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)定律可知，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EE=NBlvv當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)選定后，其當(dāng)傳感器結(jié)

24、構(gòu)選定后，其N、B、l均為均為常量，因此感應(yīng)式傳感器的常量，因此感應(yīng)式傳感器的感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢正比于被測速度正比于被測速度。39二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器v磁電式線速度傳感器的線圈平均直徑磁電式線速度傳感器的線圈平均直徑D=25mm,氣氣隙的磁感應(yīng)強度隙的磁感應(yīng)強度B為為6000Gs。希望傳感器的靈敏度。希望傳感器的靈敏度k=600mV/(cm/s)，求工作線圈的匝數(shù)應(yīng)為多少？，求工作線圈的匝數(shù)應(yīng)為多少？解：解：E=NBlv 40二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器v恒定磁通感應(yīng)式線振動速度傳感器恒定磁通感應(yīng)式線振動速度傳感器41二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器v

25、恒定磁通感應(yīng)式線振動速度傳感器恒定磁通感應(yīng)式線振動速度傳感器v當(dāng)殼體隨被測振動體一起振動時，當(dāng)殼體隨被測振動體一起振動時，運動部件運動部件（線圈線圈）與）與磁鐵磁鐵產(chǎn)生相對運動產(chǎn)生相對運動v并且并且永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度接接近于近于振動體振動速度振動體振動速度v因此在傳感器線圈中產(chǎn)生與因此在傳感器線圈中產(chǎn)生與振動速度振動速度成正比成正比的的感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢并輸出。并輸出。42二、線振動速度傳感器二、線振動速度傳感器v恒定磁通感應(yīng)式線振動速度傳感器恒定磁通感應(yīng)式線振動速度傳感器v為了使同一型號的傳感器有相同的靈敏度，為了使同一型號的傳感器有相同的靈敏

26、度，常在傳感器線圈兩端并聯(lián)一個可調(diào)電阻，經(jīng)常在傳感器線圈兩端并聯(lián)一個可調(diào)電阻，經(jīng)標(biāo)定標(biāo)定后固定其阻值。后固定其阻值。431.變磁通式變磁通式v變磁通式又稱變磁通式又稱(變變)磁阻式或變氣隙式，常用磁阻式或變氣隙式，常用來測量旋轉(zhuǎn)物體的來測量旋轉(zhuǎn)物體的角速度角速度。v開磁路式開磁路式v閉磁路式閉磁路式三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器44三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v開磁路式開磁路式45三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變

27、磁通式v開磁路式工作時，其傳感器不動，將導(dǎo)磁材開磁路式工作時，其傳感器不動，將導(dǎo)磁材料制成的測量齒輪料制成的測量齒輪1安裝在被測旋安裝在被測旋6體上。體上。傳感器軟鐵傳感器軟鐵3與齒輪輪齒的間隙約為與齒輪輪齒的間隙約為0.10.7mm。間隙小，輸出電壓幅值大，但太。間隙小，輸出電壓幅值大，但太小時會因齒輪安裝偏心而發(fā)生齒輪和傳感器小時會因齒輪安裝偏心而發(fā)生齒輪和傳感器卡死現(xiàn)象。所以應(yīng)在不影響齒輪正常轉(zhuǎn)動情卡死現(xiàn)象。所以應(yīng)在不影響齒輪正常轉(zhuǎn)動情況下盡可能調(diào)整到間隙最小，以獲得最大的況下盡可能調(diào)整到間隙最小，以獲得最大的輸出電壓幅值。輸出電壓幅值。46三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變

28、磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v測量時，齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)體一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)測量時，齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)體一起轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，磁通亦一個齒，傳感器磁路磁阻變化一次，磁通亦變化一次，因此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的變化變化一次，因此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的變化頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積。頻率等于齒輪的齒數(shù)與轉(zhuǎn)速的乘積。47三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式48三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v閉磁路式閉磁路式49三、變磁通式、霍爾式和

29、電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v閉磁路式閉磁路式v閉磁路式工作時，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸固緊并隨被測閉磁路式工作時，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸固緊并隨被測軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子、定子和永久磁鐵組成磁路系軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子、定子和永久磁鐵組成磁路系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端面上銑有均勻分統(tǒng)。在轉(zhuǎn)子和定子的環(huán)形端面上銑有均勻分布的齒和槽，且兩者的齒、槽數(shù)對應(yīng)相等。布的齒和槽，且兩者的齒、槽數(shù)對應(yīng)相等。50三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v閉磁路式閉磁路式v當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒與定子的齒相對時，氣隙最小，當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒與定子的齒相對時，氣隙最小

30、，磁路系統(tǒng)的磁通最大。而齒與槽相對時，則磁路系統(tǒng)的磁通最大。而齒與槽相對時，則氣隙最大，磁通最小。因此測量轉(zhuǎn)速時，磁氣隙最大，磁通最小。因此測量轉(zhuǎn)速時，磁通周期變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率與通周期變化，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速成正比。51三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v變磁通式的轉(zhuǎn)速變磁通式的轉(zhuǎn)速 n=60f/z f輸出感應(yīng)電動勢的頻率輸出感應(yīng)電動勢的頻率(Hz) z為齒數(shù)為齒數(shù) n被測轉(zhuǎn)數(shù)被測轉(zhuǎn)數(shù)v則角速度則角速度 (2 /z)f (rad/s)。52三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式

31、、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式v開磁路式結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，但輸出信號開磁路式結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，但輸出信號弱，不易測量高轉(zhuǎn)速。弱，不易測量高轉(zhuǎn)速。v閉磁路式測量范圍大，為閉磁路式測量范圍大，為(504000)r/min，可連續(xù)使用，且方便、，可連續(xù)使用，且方便、可靠?？煽?。53三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器1.變磁通式變磁通式例：例：變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器，若測得輸出電動勢的交變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器，若測得輸出電動勢的交變頻率為變頻率為24Hz，求被測軸的轉(zhuǎn)速為多少，求被測軸的轉(zhuǎn)速為多少?在其條在其條件下，最大測量誤差是多少件下，最

32、大測量誤差是多少?解：解： n=60f/zz=18n=60f/z=6024/18=80r/min誤差讀數(shù)為誤差讀數(shù)為 1個數(shù)字，所以個數(shù)字，所以是是1/18轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)n=80 1/18 r/min54三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v利用霍爾效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也利用霍爾效應(yīng)的傳感元件，既可測量位移也可測量轉(zhuǎn)速可測量轉(zhuǎn)速(角速度角速度)55三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)v金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流

33、流金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。56三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)在磁場不太強時，電位差在磁場不太強時，電位差UH與電流強度與電流強度I和磁感應(yīng)強度和磁感應(yīng)強度B成正成正比，與板的厚度比，與板的厚度d成反比，即成反比，即 RH霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)kH霍爾元件的靈敏度霍爾元件的靈敏度 HHHIBUUk IBd57三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感

34、器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v霍爾元件霍爾元件v基于霍爾效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件稱為霍爾元基于霍爾效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件稱為霍爾元件，霍爾元件多采用件，霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體材料?；魻栃桶雽?dǎo)體材料?；魻栐奖≡奖?d越小越小)，kH就越大，薄膜霍爾元件就越大，薄膜霍爾元件厚度只有厚度只有1m左右。左右。58三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v利用霍爾元件組成的傳感器稱為霍爾式傳感利用霍爾元件組成的傳感器稱為霍爾式傳感器。器。59三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度

35、傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v利用霍爾元件組成的傳感器稱為霍爾式傳感利用霍爾元件組成的傳感器稱為霍爾式傳感器。器。60三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v在被測物上粘有多對小磁鋼，霍爾元件固定在被測物上粘有多對小磁鋼，霍爾元件固定于小磁鋼附近。于小磁鋼附近。v當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)一個當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)一個小磁鋼小磁鋼轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過霍爾霍爾元件元件(通以電流通以電流)，霍爾元件輸出一個相應(yīng)的，霍爾元件輸出一個相應(yīng)的脈沖脈沖。測得單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，即可求。測得單位

36、時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，即可求得被測物的轉(zhuǎn)速和角速度。得被測物的轉(zhuǎn)速和角速度。61三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n=60f/z f傳感器輸出周期信號的頻率傳感器輸出周期信號的頻率(Hz) z被測物上標(biāo)記被測物上標(biāo)記(齒齒)數(shù)數(shù) n被測轉(zhuǎn)數(shù)（被測轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）v角速度角速度 2 f /z (rad/s)。62三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器2.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器v霍爾元件由半導(dǎo)體材料制成，體積小，結(jié)構(gòu)霍爾元件由半導(dǎo)體材料制成，體積小，結(jié)構(gòu)簡

37、單。簡單。63三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 v利用電渦流式位移傳感器對轉(zhuǎn)速和角速度進利用電渦流式位移傳感器對轉(zhuǎn)速和角速度進行測量行測量64三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 65三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 v傳感器靠近在被測物上設(shè)定的等距標(biāo)記傳感器靠近在被測物上設(shè)定的等距標(biāo)記(如如凸齒凸齒)安裝，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時，傳感器輸出安裝

38、，當(dāng)被測物轉(zhuǎn)動時，傳感器輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比的信號。頻率與轉(zhuǎn)速成正比的信號。66三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器三、變磁通式、霍爾式和電渦流式速度傳感器3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 v轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n=60f/z f傳感器輸出周期信號的頻率傳感器輸出周期信號的頻率(Hz) z被測物上標(biāo)記被測物上標(biāo)記(齒齒)數(shù)數(shù) n被測轉(zhuǎn)數(shù)（被測轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）v角速度角速度 2 f /z (rad/s)。67四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器v陀螺在旋轉(zhuǎn)的時候，不但圍繞本身的軸線轉(zhuǎn)陀螺在旋轉(zhuǎn)的時候，不但圍繞本身的軸線轉(zhuǎn)動，而且還圍繞一個垂直軸作錐形運動。也動，而且還圍繞一個垂直軸作

39、錐形運動。也就是說，陀螺一面圍繞本身的軸線作就是說，陀螺一面圍繞本身的軸線作“自自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)”，一面圍繞垂直軸作，一面圍繞垂直軸作“公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)”。v陀螺圍繞自身軸線作陀螺圍繞自身軸線作“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”運動速度的快運動速度的快慢，決定著陀螺擺動角的大小。轉(zhuǎn)得越慢，慢，決定著陀螺擺動角的大小。轉(zhuǎn)得越慢，擺動角越大，穩(wěn)定性越差；轉(zhuǎn)得越快，擺動擺動角越大，穩(wěn)定性越差；轉(zhuǎn)得越快，擺動角越小，因而穩(wěn)定性也就越好。角越小，因而穩(wěn)定性也就越好。68四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器v陀螺高速自轉(zhuǎn)時，在重力偶作用下，不沿力陀螺高速自轉(zhuǎn)時，在重力偶作用下，不沿力偶方向翻倒，而繞道支點的垂直軸作圓錐運偶方向翻倒，而繞

40、道支點的垂直軸作圓錐運動的現(xiàn)象，就是陀螺原理。動的現(xiàn)象，就是陀螺原理。69四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器v陀螺式角速度傳感器包括陀螺式角速度傳感器包括轉(zhuǎn)子陀螺轉(zhuǎn)子陀螺、壓電陀壓電陀螺螺、激光陀螺激光陀螺和和光纖陀螺光纖陀螺。70四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器1.轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器v轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器利用陀螺原理工作轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器利用陀螺原理工作 71四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器1.轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器v當(dāng)殼體繞當(dāng)殼體繞y軸旋轉(zhuǎn)時，電位器輸出與角速度軸旋轉(zhuǎn)時，電位器輸出與角速度 成正比的電壓

41、信號。成正比的電壓信號。72四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器1.轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器v轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器是一種慣性傳感器，轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器是一種慣性傳感器，安裝簡單，使用方便，但是有機械活動部件，安裝簡單，使用方便，但是有機械活動部件，被測角速度范圍為被測角速度范圍為 30 120 /s，質(zhì)量較，質(zhì)量較大大(0.5kg左右左右)，成本高，壽命低。，成本高，壽命低。73四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器1.轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器轉(zhuǎn)子陀螺式角速度傳感器v轉(zhuǎn)子陀螺的轉(zhuǎn)子陀螺的y軸稱為軸稱為測量軸測量軸或或輸入軸輸入軸，x軸軸稱為稱為輸出軸輸出軸

42、。v測量時，將陀螺殼體固定在被測物體上，要測量時，將陀螺殼體固定在被測物體上，要注意陀螺的安裝方位，使被測物帶動殼體繞注意陀螺的安裝方位，使被測物帶動殼體繞y軸轉(zhuǎn)動。軸轉(zhuǎn)動。74四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v壓電陀螺利用壓電晶體的壓電效應(yīng)工作。壓電陀螺利用壓電晶體的壓電效應(yīng)工作。v這種角速度傳感器有這種角速度傳感器有振梁型振梁型、雙晶片型雙晶片型和和圓圓管型管型三類三類75四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v振梁型振梁型76四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓

43、電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v振梁型振梁型v矩形振梁矩形振梁的四個面上貼有的四個面上貼有兩對壓電元件兩對壓電元件。v當(dāng)其中一對驅(qū)動壓電元件加上電信號時，由當(dāng)其中一對驅(qū)動壓電元件加上電信號時，由于于逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)，使梁在驅(qū)動平面內(nèi)產(chǎn)生，使梁在驅(qū)動平面內(nèi)產(chǎn)生基波基波彎曲振動彎曲振動。v當(dāng)繞當(dāng)繞z軸輸入被測角速度時，在讀出平面內(nèi)軸輸入被測角速度時，在讀出平面內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)生慣性力慣性力77四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v振梁型振梁型v使使讀出平面讀出平面內(nèi)的一對壓電元件內(nèi)的一對壓電元件振動振動，因，因正壓正壓電效應(yīng)電效應(yīng)而輸

44、出與角速度成正比例的而輸出與角速度成正比例的電壓信號電壓信號。78四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v雙晶片型雙晶片型79四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v雙晶片型雙晶片型v雙晶片型壓電陀螺式角速度傳感器雙晶片型壓電陀螺式角速度傳感器采用四塊采用四塊彎曲振動模式的彎曲振動模式的壓電元件壓電元件，兩端成，兩端成90 相接相接v固定在基座上的兩個固定在基座上的兩個驅(qū)動壓電元件驅(qū)動壓電元件以相反方以相反方向給以其向給以其基波頻率驅(qū)動基波頻率驅(qū)動。80四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角

45、速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v雙晶片型雙晶片型v當(dāng)敏感軸處于零角速度時，當(dāng)敏感軸處于零角速度時，敏感元件敏感元件不產(chǎn)生不產(chǎn)生彎曲振動，沒有信號輸出。彎曲振動，沒有信號輸出。v當(dāng)有角速度時，兩當(dāng)有角速度時，兩敏感元件敏感元件則以則以180 相位相位差振動，差振動，輸出電信號之差的幅值輸出電信號之差的幅值角速角速度度，而其極性與旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。，而其極性與旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。81四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v圓管型圓管型 82四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳

46、感器v圓管型圓管型 v金屬或陶瓷圓管一端封閉，并固定在軸座上，金屬或陶瓷圓管一端封閉，并固定在軸座上，另另端在圓管外壁徑向放置八片壓電元件端在圓管外壁徑向放置八片壓電元件v其中其中兩片壓電元件兩片壓電元件作作驅(qū)動驅(qū)動，對圓管進行激勵，對圓管進行激勵，產(chǎn)生產(chǎn)生彎曲振動彎曲振動。83四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v圓管型圓管型 v當(dāng)圓管以角速度當(dāng)圓管以角速度 繞其中心旋轉(zhuǎn)時，與驅(qū)動繞其中心旋轉(zhuǎn)時，與驅(qū)動壓電元件呈壓電元件呈45 徑向放置在管外壁上的兩片徑向放置在管外壁上的兩片壓電元件壓電元件，感受輸入角速度，感受輸入角速度 ，而，而輸出

47、電信輸出電信號號。84四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器2.壓電陀螺式角速度傳感器壓電陀螺式角速度傳感器v圓管型圓管型 v管外壁垂直于驅(qū)動壓電元件的兩片敏感壓電管外壁垂直于驅(qū)動壓電元件的兩片敏感壓電元件用作敏感振動頻率，并通過鎖相回路使元件用作敏感振動頻率，并通過鎖相回路使驅(qū)動信號頻率穩(wěn)定。驅(qū)動信號頻率穩(wěn)定。v另外兩片壓電元件用作阻尼。另外兩片壓電元件用作阻尼。85四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器3.激光陀螺式角速度傳感器激光陀螺式角速度傳感器v激光陀螺式角速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖激光陀螺式角速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖86四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器3.激光陀螺式角速度

48、傳感器激光陀螺式角速度傳感器v利用單晶硅塊或石英塊中開孔制成三角環(huán)形利用單晶硅塊或石英塊中開孔制成三角環(huán)形激光腔，腔內(nèi)充有氦激光腔，腔內(nèi)充有氦氖混合氣體，并裝有氖混合氣體，并裝有電極，反射鏡和分光鏡用膠合法固定。電極，反射鏡和分光鏡用膠合法固定。87四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器3.激光陀螺式角速度傳感器激光陀螺式角速度傳感器v激光陀螺式角速度傳感器利用環(huán)形干涉原理激光陀螺式角速度傳感器利用環(huán)形干涉原理測量角速度。測量角速度。88四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器3.激光陀螺式角速度傳感器激光陀螺式角速度傳感器v由由氦氖激光器氦氖激光器發(fā)出的光經(jīng)分光鏡分成發(fā)出的光經(jīng)分光

49、鏡分成順、逆順、逆時針時針方向并有一相位差的方向并有一相位差的兩束激光兩束激光，經(jīng)反射，經(jīng)反射鏡后在分光鏡處產(chǎn)生干涉，由鏡后在分光鏡處產(chǎn)生干涉，由光電器件光電器件轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為電信號輸出。為電信號輸出。89四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器3.激光陀螺式角速度傳感器激光陀螺式角速度傳感器v當(dāng)環(huán)形干涉系統(tǒng)繞軸當(dāng)環(huán)形干涉系統(tǒng)繞軸o以以角速度角速度 轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動時，根據(jù)相對原理，沿轉(zhuǎn)動方向的激光通過環(huán)路根據(jù)相對原理，沿轉(zhuǎn)動方向的激光通過環(huán)路所需時間增大，而相反方向所需時間增大，而相反方向(圖中為逆時針圖中為逆時針方向方向)的激光通過環(huán)路所需時間減少，因此的激光通過環(huán)路所需時間減少，因此改變了改

50、變了兩路光的相位差兩路光的相位差，使干涉條紋移動，使干涉條紋移動，移動頻率正比于角速度移動頻率正比于角速度 。v測得干涉條紋的移動頻率，便可測出被測角測得干涉條紋的移動頻率，便可測出被測角速度。速度。90四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器4.光纖陀螺式角速度傳感器光纖陀螺式角速度傳感器v光纖是利用光的全反射原理。光纖是利用光的全反射原理。 91四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器4.光纖陀螺式角速度傳感器光纖陀螺式角速度傳感器92四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器4.光纖陀螺式角速度傳感器光纖陀螺式角速度傳感器v光纖陀螺由光纖陀螺由光導(dǎo)纖維匝環(huán)光導(dǎo)纖維匝環(huán)構(gòu)成。構(gòu)成

51、。v激光經(jīng)激光經(jīng)半透鏡半透鏡進入進入光纖匝環(huán)光纖匝環(huán)1，形成左、右，形成左、右回旋的兩路相干光，并在回旋的兩路相干光，并在半透鏡半透鏡3處匯合產(chǎn)處匯合產(chǎn)生干涉，經(jīng)光電器件轉(zhuǎn)換成電信號輸出。生干涉，經(jīng)光電器件轉(zhuǎn)換成電信號輸出。 93四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器4.光纖陀螺式角速度傳感器光纖陀螺式角速度傳感器v當(dāng)光纖陀螺相對慣性空間以角速度當(dāng)光纖陀螺相對慣性空間以角速度 旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)時，由塞古納克由塞古納克(Sagnac)效應(yīng)，兩路光的相位效應(yīng)，兩路光的相位差差 (rad)為為 008 ANCN光纖環(huán)的匝數(shù)光纖環(huán)的匝數(shù)A光纖匝環(huán)面積光纖匝環(huán)面積(m2) 0真空中光波長真空中光波長(

52、m)C0真空中光速真空中光速(m/s) 被測角速度被測角速度(rad/s)。94四、陀螺式角速度傳感器四、陀螺式角速度傳感器4.光纖陀螺式角速度傳感器光纖陀螺式角速度傳感器v光纖陀螺式角速度傳感器具有無機械傳動部光纖陀螺式角速度傳感器具有無機械傳動部件、無需預(yù)熱時間、對加速度不敏感、動態(tài)件、無需預(yù)熱時間、對加速度不敏感、動態(tài)范圍寬、體積小、靈敏度高等優(yōu)點。范圍寬、體積小、靈敏度高等優(yōu)點。95五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 v流速、風(fēng)速傳感器在氣象、家用電器和工業(yè)流速、風(fēng)速傳感器在氣象、家用電器和工業(yè)部門具有廣泛應(yīng)用。部門具有廣泛應(yīng)用。96五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.

53、流速傳感器流速傳感器v一種可測流速和流動方向的一種可測流速和流動方向的半導(dǎo)體硅流速傳半導(dǎo)體硅流速傳感器感器。v它的工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的它的工作原理是依據(jù)發(fā)熱體與放置發(fā)熱體的流體介質(zhì)的熱導(dǎo)率流體介質(zhì)的熱導(dǎo)率 與流體流速相關(guān)原理制與流體流速相關(guān)原理制成的。成的。97五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器1212()()()tQTTAB vTTQ流體介質(zhì)從溫度流體介質(zhì)從溫度T1流向溫度流向溫度T2所具有所具有的熱量的熱量 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率vt流體介質(zhì)流速流體介質(zhì)流速A、B常數(shù)，常數(shù)，A為為vt0時的熱導(dǎo)率，時的熱導(dǎo)率，A與與B均由流體介質(zhì)性質(zhì)均由流體介質(zhì)性質(zhì)(粘

54、度、密度、熱粘度、密度、熱導(dǎo)率導(dǎo)率)和發(fā)熱體性質(zhì)和發(fā)熱體性質(zhì)(形狀、大小形狀、大小)決定決定98五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v雙片流速傳感器的工作原理雙片流速傳感器的工作原理 99五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v使用使用PN結(jié)二極管結(jié)二極管VD1和和VD2分別測量流體溫分別測量流體溫度度v二極管的正向電壓降二極管的正向電壓降VD幾乎與熱力學(xué)溫度幾乎與熱力學(xué)溫度T成正比，即成正比，即VD=STTv式中式中ST為對溫度的電壓常數(shù)。為對溫度的電壓常數(shù)。 100五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器1

55、01五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v兩只二極管對溫度的電壓常數(shù)相同，則由溫兩只二極管對溫度的電壓常數(shù)相同，則由溫差差T1-T2產(chǎn)生的輸出電壓產(chǎn)生的輸出電壓 VO=ST(T1-T2) T1-T2 =VO/ST 102v在保持溫度時，晶體管在保持溫度時，晶體管VW發(fā)出的熱量發(fā)出的熱量VsiH等于散失的熱量等于散失的熱量 (T1-T2)，得到加熱電流為，得到加熱電流為 12()()/HtSiAB vTTV()OtSTVAB vV S五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器S12()HV iTT12()()tAB vTT103五、流速、風(fēng)速

56、傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器()OHtSTViAB vV Sv通過研究硅心片的熱傳導(dǎo)特性，發(fā)現(xiàn)這種效通過研究硅心片的熱傳導(dǎo)特性，發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)不僅與流速大小有關(guān)，對方向也敏感。將應(yīng)不僅與流速大小有關(guān)，對方向也敏感。將平面發(fā)熱體與流速方向平行放置時，發(fā)熱體平面發(fā)熱體與流速方向平行放置時，發(fā)熱體的上游端會先冷一些。的上游端會先冷一些。104五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 105五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 106

57、五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v流速傳感器的測量電路流速傳感器的測量電路107五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v流速傳感器的典型特性曲線流速傳感器的典型特性曲線v輸出信號值的輸出信號值的大小與流速的大小與流速的平方根成正比平方根成正比 108五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 1.流速傳感器流速傳感器v為確定其測量誤差和測量范圍，對為確定其測量誤差和測量范圍，對10mm見見方的方的Al2O3陶瓷襯底上裸露放置的晶體管硅陶瓷襯底上裸露放置的晶體管硅心片心片進行進行測量，對流速為測量，對流速為(1100)m/s的的氣體和流

58、速為氣體和流速為(0.0012)m/s的液體，測的液體，測量誤差小于量誤差小于1%109五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 2.風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器v三環(huán)式風(fēng)速計三環(huán)式風(fēng)速計110五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 2.風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器v三環(huán)式風(fēng)速計三環(huán)式風(fēng)速計v風(fēng)環(huán)轉(zhuǎn)動用齒輪風(fēng)環(huán)轉(zhuǎn)動用齒輪4減速，風(fēng)速減速，風(fēng)速60m/s時，圓時，圓盤每秒旋轉(zhuǎn)一周。透鏡盤每秒旋轉(zhuǎn)一周。透鏡1夾著圓盤夾著圓盤3，上下，上下均接有光纖，圓盤均接有光纖，圓盤3的突出部位的突出部位2使光纖發(fā)使光纖發(fā)射的光以脈沖方式通斷。圓盤射的光以脈沖方式通斷。圓盤3轉(zhuǎn)動與風(fēng)速轉(zhuǎn)動與風(fēng)速成比例，可通過檢測受光光纖發(fā)回

59、的脈沖信成比例，可通過檢測受光光纖發(fā)回的脈沖信號測出平均風(fēng)速。號測出平均風(fēng)速。111五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 2.風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器v三環(huán)式風(fēng)速計三環(huán)式風(fēng)速計v風(fēng)速風(fēng)速(210)m/s時，誤差為時，誤差為0.5m/sv風(fēng)速風(fēng)速(1060)m/s時，誤差在時，誤差在3%范圍之內(nèi)范圍之內(nèi)112五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 2.風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器v箭頭式平均風(fēng)向計箭頭式平均風(fēng)向計113五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 2.風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器v箭頭式平均風(fēng)向計箭頭式平均風(fēng)向計v其圓盤其圓盤3上開有二進制孔。與風(fēng)速計一樣，上開有二進制孔。與風(fēng)速計一樣，用多個透鏡

60、單元來檢測圓盤的位置狀態(tài)，能用多個透鏡單元來檢測圓盤的位置狀態(tài)，能測出風(fēng)向。測出風(fēng)向。114五、流速、風(fēng)速傳感器五、流速、風(fēng)速傳感器 2.風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器v一般，風(fēng)速計、風(fēng)向計均設(shè)置在高塔上，易一般，風(fēng)速計、風(fēng)向計均設(shè)置在高塔上，易受雷擊損壞，使用光纖后得到解決。受雷擊損壞，使用光纖后得到解決。115習(xí)題習(xí)題1. 某他勵直流測速發(fā)電機的電樞繞組電阻某他勵直流測速發(fā)電機的電樞繞組電阻rs=5，在，在n=500r/min、負(fù)載電阻、負(fù)載電阻RL=100時，測得測速發(fā)時，測得測速發(fā)電機的輸出電壓電機的輸出電壓VCF=5V。求。求 該發(fā)電機的該發(fā)電機的Ce和和C n=1000r/min時，發(fā)電機的輸出電壓時，發(fā)電機的輸出電壓VCF、電樞、電樞電流電流Is及輸入功率、轉(zhuǎn)矩（不考慮效率）及輸入功率、轉(zhuǎn)矩（不考慮效率）2. 利用電渦流位移傳感器和頻率計數(shù)器測某軸的轉(zhuǎn)利用電渦流位移傳感器和頻率計數(shù)器測某軸的轉(zhuǎn)速。欲使頻率計所讀頻率的數(shù)值等于速。欲使頻率計所讀頻率的數(shù)值等于1/2轉(zhuǎn)速的數(shù)轉(zhuǎn)速的數(shù)值（如值（如f=25Hz，表示，表示n=50r/min）。問齒盤的齒數(shù)）。問齒盤的齒數(shù)z為多少？若使為多少？若使f的數(shù)值等于的數(shù)值等于n，z又為多少？又為多少？