1现代传感器技术基础与应用-3..ppt

铁磁材料制成的转轴，具有压磁效应，在受转矩作用后，沿拉应力方向磁阻减小，沿压应力方向磁阻增大。 （2）压磁式转矩传感器 * （2）压磁式转矩传感器 在转轴附近相互垂直放置两个铁芯线圈A、B，使其开口端与被测转轴保持1～2mm的间隙，从而由导磁的轴将磁路闭合。 AA沿轴向，BB垂直于轴向。在铁芯线圈A中通以50 Hz的交流电，形成交变磁场。 * 转轴未受转矩作用时，其各向磁阻相同，BB方向正好处于磁力线的等位中心线上，因而铁芯B上的绕组不会产生感应电势。 当转轴受转矩作用时，其表面上出现各向异性磁阻特性，磁力线将重新分布，而不再对称，因此在铁芯B的线圈上产生感应电势。 （2）压磁式转矩传感器 * 转矩愈大，感应电势愈大，在一定范围内，感应电势与转矩成线性关系。这样就可通过测量感应电势e来测定轴上转矩的大小。 压磁式转矩传感器是非接触测量，使用方便，结构简单可靠，基本上不受温度影响和转轴转速限制，而且输出电压很高(可达10V)。 （2）压磁式转矩传感器 * 根据材料力学，当转轴受转矩作用时，其上两截面间的相对扭转角与转矩成比例，因此可以通过测量扭转角来测量转矩。 根据这一原理，可以制成光电式、相位差式、振弦式转矩传感器等。 （3）扭转角式转矩测量 * （3）扭转角式转矩测量－光电式转矩传感器 在转轴上安装两个光栅圆盘，两个光栅盘外侧设有光源和光敏元件。 无转矩作用时，两光栅的明暗条纹相互错开，完全遮挡住光路，因此放置于光栅一侧的光敏元件接收不到来自光栅盘另一侧的光源的光信号，无电信号输出。 当有转矩作用于转轴上时，由于轴的扭转变形，安装光栅处的两截面产生相对转角，两片光栅的暗条纹逐渐重合，部分光线透过两光栅而照射到光敏元件上，从而输出电信号。 * （3）扭转角式转矩测量－磁电相位差式转矩传感器 在被测转轴相距L的两端处各安装一个齿形转轮，靠近转轮沿径向各放置一个感应式脉冲发生器(在永久磁铁上绕一固定线圈而成)。 当转轮的齿顶对准永久磁铁的磁极时，磁路气隙减小，磁阻减小，磁通增大；当转轮转过半个齿距时，齿谷对准磁极，气隙增大，磁通减小，变化的磁通在感应线圈中产生感应电势。 * 无转矩作用时，转轴上安装转轮的两处无相对角位移，两个脉冲发生器的输出信号相位相同。 当有转矩作用时，两转轮之间就产生相对角位移，两个脉冲发生器的输出感应电势出现与转矩成比例的相位差。 （3）扭转角式转矩测量－磁电相位差式转矩传感器 * （3）扭转角式转矩测量－振弦式转矩传感器 在被测轴上相隔距离L的两个面上固定安装着两个测量环，两根振弦分别被夹紧在测量环的支架上。 当轴受转矩作用时，两个测量环之间产生一相对转角，并使两根振弦中的一根张力增大，另一根张力减小，张力的改变将引起振弦自振频率的变化。自振频率与所受外力的平方根成正比，因此测出两振弦的振动频率差，就可知转矩大小。 * 扭矩传感器 * 3.6 压电式加速度传感器（自学） * * * * * * * * * 3.2.2 E形膜片 周边固定的圆形平膜片（硅杯），在设计计算时，假设平膜片最大挠度　　　　（膜片厚度），因而采用小挠度理论；同时假设压力均匀作用于平膜片表面。 实际中在考虑膜片弯曲同时，也要考虑中心面拉伸影响。针对平膜片因大挠度所产生的非线性误差问题，可以在平膜片（硅杯）中心制作一个硬中心，因硅杯成“E”字型，称作E形膜片。 * E形膜片的硬中心将均布压力转换为集中力，在小位移下易产生较高应力。相对平膜片，增加了有效面积，在膜片应变式压力传感器中有广泛应用。 3.2.2 E形膜片 * 图为E形膜片的应力分布，最大弯曲应力在r=R和r=r0膜片上表层处，计算公式为 3.2.2 E形膜片 * E形膜片改善了平膜片因大挠度带来的非线性误差问题。 常采用E形膜片作为差压传感器的敏感器件，差压传感器不同于压力传感器，所测差压值（压差）比较小，而在膜片两侧有很高的静压值，要有过压保护装置。 3.2.2 E形膜片 * 3.3 压电式压力传感器 自学 * 3.4 光纤压力传感器 在光通信系统中，光纤用作远距离传输光波信号的载体。光纤传感技术是随光通信技术发展逐步形成的。 与其他类型的传感器相比，光纤传感器有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲等优点，而且易于联接计算机、结构简单、体积小、耗电少。 * 3.4.1 光纤基础知识 1.光纤的结构 光纤是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构成的光通路。 光纤由折射率n1较大(光密介质)的纤芯，和折射率n2较小(光疏介质)的包层构成的双层同心圆柱结构。 光纤的基