03变磁阻式传感器

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1、第3章变磁阻式传感器第3章变磁阻式传感器二.测量电路1.电桥电路自感式传感器常用的交流电桥有以下几种。图3.6输出端对称电桥(ａ)一般形式；(ｂ)变压器电桥第3章变磁阻式传感器(1)输出端对称电桥图3.6(a)为输出端对称电桥的一般形式。图中Z1、Z2为传感器两线圈阻抗，为外接电阻，通常。设工作时，，电源电势为E，于是(3-20)输出电压幅值和阻抗分别为第3章变磁阻式传感器(3-21)(3-22)式(3-20)经变换和整理后可写成(3-23)式中Q——电感线圈的品质因数，。第3章变磁阻式传感器由式(3-23)可见，电桥输出电

2、压包含着与电源同相和正交的两个分量；而在实际使用时，希望只存在同相分量。通常由于，因此要求线圈有较高的Q值，这时(3-24)图(b)是图(a)的变型，称为变压器电桥。它以变压器两个次级作为电桥平衡臂。显然，其输出特性同(a)。由于变压器次级的阻抗通常远小于电感线圈的阻抗，常可忽略，于是输出阻抗式(3-22)变为第3章变磁阻式传感器(3-25)图(b)与图(a)相比，使用元件少，输出阻抗小，电桥开路时电路呈线性，因此应用较广。图3.7电源端对称电桥第3章变磁阻式传感器(2)电源端对称电桥如图3.7所示，电桥输出电压为设工作时，

3、则有(3-26)输出电压幅值和阻抗分别为(3-27)第3章变磁阻式传感器这种电桥由于变压器次级接地，可避免静电感应干扰，但由于开路时电桥本身存在非线性，故只适用于示值范围较小的测量。当采用交流电桥作测量电路时，输出电压的极性反映了传感器衔铁运动的方向。(3-28)第3章变磁阻式传感器2.谐振电路谐振电路如图3.8(a)所示。图中Z为传感器线圈，E为激励电源。设图(b)中曲线1为图(a)回路的谐振曲线。若激励源的频率为f，则可确定其工作在A点。当传感器线圈电感量变化时，谐振曲线将左右移动，工作点就在同一频率的纵坐标直线上

4、移动(例如移至B点)，于是输出电压的幅值就发生相应变化。这种电路灵敏度很高，但非线性严重，常与单线圈自感式传感器配合，用于测量范围小或线性度要求不高的场合。第3章变磁阻式传感器图3.8(ａ)谐振电路(ｂ)谐振曲线3.恒流源电路这种电路与大位移(螺管式)自感传感器配用，见图3.9。传感器线圈用恒流源激励，ｕ1是衔铁在螺管线圈内移动时线圈两端的电压，ｕ2是与ｕ1反相、幅值恒定的电压，ｕ0为电路输出电压。于是，ｕ0＝ｕ1-ｕ2。ｕ2的作用是抵消电压的非线性部分，使输出电压呈线性。由图可见，当衔铁刚进入传感器线圈时，其电压灵敏度d

5、U/dｌa较低，线性也较差。当ｌa>ｌ′后，灵敏度提高，线性改善，进入工作区域。第3章变磁阻式传感器第3章变磁阻式传感器图3.9大位移自感式传感器工作原理(ａ)电原理图；(ｂ)输出特性第3章变磁阻式传感器4.调频电路图3.10电感调频式位移传感器结构图1—谐振电容；2—调频振荡器；3—电感线圈；4—磁性套筒；5—导杆(衔铁)第3章变磁阻式传感器当传感器线圈电感L发生变化时，调频振荡器的输出频率相应变化。利用阶梯形无骨架线圈，可使衔铁的位移变化与输出频差变化呈线性关系。传感器的结构见图3.10。由于输出为频率信号，这种电路的抗

6、干扰能力很强，电缆长度可达1km，特别适合于野外现场使用。第3章变磁阻式传感器5.相敏检波电路相敏检波电路是常用的判别电路。下面以带二极管式环形相敏检波的交流电桥为例介绍该电路的作用。图3.11相敏检波电路(ａ)带相敏检波的交流电桥；(ｂ)实用电路第3章变磁阻式传感器如图3.11(a)所示，Z1、Z2为传感器两线圈的阻抗，Z3＝Z4构成另两个桥臂，U为供桥电压，U为输出。当衔铁处于中间位置时，Z1＝Z2＝Z，电桥平衡，U＝0。若衔铁上移，Z1增大，Z2减小。如供桥电压为正半周，即A点电位高于B点，二极管D1、D4导通，

7、D2、D3截止。在A—E—C—B支路中，C点电位由于Z1增大而降低；在A—F—D—B支路中，D点电位由于Z2减小而增高。因此D点电位高于C点，输出信号为正第3章变磁阻式传感器如供桥电压为负半周，B点电位高于A点，二极管D2、D3导通，D1、D4截止。在B—C—F—A支路中，C点电位由于Z2减小而比平衡时降低；在B—D—E—A支路中，D点电位则因Z1增大而比平衡时增高。因此D点电位仍高于C点，输出信号仍为正。同理可以证明，衔铁下移时输出信号总为负。于是，输出信号的正负代表了衔铁位移的方向。实际采用的电路如图3.11(b)所示。

8、L1、L2为传感器的两个线圈，C1、C2为另两个桥臂。电桥供桥电压由变压器B的次级提供。R1、R2、R3、R4为四个线绕电阻，用于减小温度误差。C3为滤波电容，Rw1为调零电位器，Rw2为调倍率电位器，输出信号由电压表V指示。第3章变磁阻式传感器三.自感式传感器的误差1.输出特性的非线性各