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变磁阻式传感器一、变磁阻式传感器特点变磁阻式传感器是自感式传感器的一种，自感式传感器又属于电感式传感器类别。
电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量，如位移、压力、流量、振动等，转换成线圈的自感系数L 或互感系数M 的变化,再由转换电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换。
电感式传感器具有以下特点:1、结构简单、传感器无活动的电接触点，因此工作可靠寿命长；2、灵敏度和分辨率高,能测出0。
01μm 的位移变化，传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达到数百毫伏的输出；3、线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差仅达到0.05%—0。
1％，并且稳定性也较好.同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,他在工业自动控制系统中广泛被采用；但是它有频率响应较低、不宜快速动态测控等缺点。
二、结构和工作原理变阻式传感器的结构和工作原理如图1所示，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯和衔铁都由导磁材料，如硅钢片和坡莫合金制成。
在铁芯和活动衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ。
传感器的运动部分与衔铁相连，当衔铁移动时，气隙厚度δ发生变化，从而使磁路中磁阻变化，导致电感线圈的电感值变化，这样可以由此判别被测量的位移大小.线圈的电感值L 可按如下电工学公式计算: 2M N L=R （1）式中 N ——线圈匝数；R M ——单位长度上的磁路总磁阻。
图1是变磁阻式传感器基本结构图。
图1 变磁阻式传感器基本结构图磁路总磁阻可写成：M F R =R +R δ （2） 式中F R ——铁芯磁阻；R δ——空气气隙磁阻;其中F R 和R δ可以分别由下式求出: 12F 1122L L R =A A μμ+ （3） F 02R =A δμ （4）式(3）中，第一项为铁芯磁阻,第二项为衔铁磁阻；1L ——磁通通过铁芯的长度（m ）；1A ——铁芯横截面积（m 2)；1μ——铁芯材料的导磁率（H/m ）；2L ——磁通通过衔铁的长度（m ）；2A ——衔铁横截面积（m 2);2μ——衔铁材料的导磁率(H/m)；A ——气隙横截面积（m 2）； 0μ-—空气的导磁率（4π×10.7 H/m ）。
浙江大学城市学院信息分院10192091 现代传感器技术赵梦恋，吴晓波 2008-2009学年冬学期2008年12月三、变磁阻式传感器（二）习 题3-1. 分别画出正负半周下二极管环形相敏检波电路的等效电路并据此说明其工作原理（如何反映衔铁运动的大小和方向）。
答:Z 1和Z 2为传感器两线圈的阻抗，Z 3＝Z 4构成另两个桥臂，U 为供电电压，U O 为输出。
如图(b)示。
当衔铁处于中间位置时，Z 1＝Z 2＝Z ，电桥平衡，U O ＝0。
若衔铁上移，Z 1增大，Z 2减小。
(1)如供电电压为正半周，即A 点电位高于B 点，二极管D 1、D 4导通，D 2、D 3截至，如图(a)示。
在A -E -C -B 中，C 点电位由于Z 1增大而降低；在A -F -D -B 支路中，D 点电位由于Z 2减少而增高。
因此D 点电位高于C 点，输出信号为正。
(2)如供电电压为负半周，即B 点电位高于A 点，二极管D 2、D 3导通，D 1、D 4截至，如图(b)示。
在B -C -F -A 中，C 点电位由于Z 2减少而降低；在B -D -E -A 支路中，D 点电位由于Z 1增大而增高。
因此D 点电位仍高于C 点，输出信号为正。
(c)O同理证明，衔铁下移时，输出信号总为负。
故输出信号的正负代表了衔铁位移的方向。
O (b)3-2. 试推导差动变压器的输出电压与△M 之间的关系。
答：根据变压器原理，传感器输出电压为两次级线圈感应电势之差：()212212O U E E j M M I ω∙∙∙∙=-=--当衔铁在中间位置时，若两次级线圈参数与磁路尺寸相等，则12M M M ==，0O U ∙=。
当衔铁偏离中间位置时，12M M ≠，在差动工作时，有11M M M =+∆，22M M M =-∆。
在一定范围内，12M M M ∆=∆=，差值()12M M -与衔铁位移成比例，即 21222O U E E j M I ω∙∙∙∙=-=-∆。
第一章 传感器的概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+ 所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
