1、精選優質文檔-傾情為你奉上湖 南 科 技 大 學課 程 設 計課程設計名稱： 磁電感應式位移傳感器 學 生 姓 名： 學 院： 機電工程學院 專 業： 測控技術與儀器 學 號： 指 導 教 師： 楊書儀 凌啟輝 2017 年 6 月 12 日傳感器、測控電路課程設計任務書一、設計題目磁電感應式位移傳感器的設計2、 設計要求 （1）測得位移靈敏度為（2） 可測得頻率范圍為0500Hz時，最大加速度為10g。（3） 可測得頻率在0600Hz、振幅范圍為時，幅值誤差為；相位誤差在50Hz時為。（4） 工作溫度為目 錄一、 確定結構01二、 原始給定數據01三、 磁電式傳感器的參數設計計算024、 誤

2、差分析105、 測量電路的設計126、 繪制測振傳感器的電路圖147、 附錄158、 參考資料15專心-專注-專業正 文1、 確定結構所選定的結構如下圖1所示，它是為測量振動用的一種磁電式傳感器。圖1二、原始給定數據（1）測得位移靈敏度為（2）可測得頻率范圍為0500Hz時，最大加速度為10g。（3）可測得頻率在0600Hz、振幅范圍為時，幅值誤差為；相位誤差在50Hz時為。（4）工作溫度為三、磁電式傳感器的參數設計計算1、磁路計算測振傳感器的結構和給定空間的分配尺寸如圖2所示。采用磁場分割法，計算氣隙磁導和擴散磁導值。由于鋁和銅是不導磁體，相當于空氣隙一樣，圖中沒有畫出。根據磁場分布趨勢，可

3、將每一邊的磁導近似分割成如圖3所示的。兩邊磁路對稱，總磁圖2 、3導及工作點求法如下。（1） 求總磁導。磁導。它是一個界面為矩形的旋轉體，是屬于同心的圓柱與圓筒之間的磁導，如圖4所示。由圖給定的尺寸可知查新編傳感器技術手冊（李科杰主編）P358表12-2得磁導。它是一個截面為半圓（直徑為）的旋轉體，如圖5所示同理，查新編傳感器技術手冊（李科杰主編）P358表12-2得這里取平均周長，即=18.85cm圖4 圖5磁導。它是一個截面為半空心圓的旋轉體，如圖6所示。查新編傳感器技術手冊（李科杰主編）P358表12-2得這里取平均周長，取，則圖6 圖7擴散磁導為總磁導為（2） 求工作點。利用總磁導和去

4、磁曲線，用作圖法找到工作點。選用國產鋁鎳鈷永磁合金作永磁材料，其它的去磁曲線和能量曲線如圖7所示。其中解得。作出角與去磁曲線的相交點即為工作點。由圖8可知，在點處的。2、線圈設計及靈敏度估算線圈設計的根據是：滿足給定靈敏度的要求；滿足線圈電阻與負載電阻的匹配；線圈散熱；磁場反應等問題。（1）線圈的設計。取線圈直接繞在骨架上，繞完后再包兩層厚的電容紙，兩種線圈均用漆包線，其裸導線直徑，絕緣導線直徑，工作線圈最大匝數估算如下。工作線圈最大匝數為式中則補償線圈最大匝數實際線圈的匝數。因為工作線圈產生的感應電勢為 補償線圈的感應電動勢為為達到完全補償，使，則,設計時取匝，匝。（2）靈敏度的估算。線圈的

5、感應電勢為，則其有效值為總電動勢即圖8由圖8得每匝線圈的平均長度為則所以，傳感器的靈敏度為如果設計技術指標給出了靈敏度的要求，可先根據靈敏度的要求，用相反的方法去試湊線圈的匝數，經多次計算，確實達不到要求時，就要改變磁路尺寸，這樣反復多次直到滿足為止。3、 傳感器的固有頻率及阻尼度的初步估算幅頻特性本設計技術指標要求：待測頻率為時，允許幅值誤差為；相位誤差在50Hz時為。由幅頻特性可知：當取時，即能滿足，因此初步選定由，于是得。4、 傳感器的剛度和彈簧設計（1） 剛度的計算。傳感器的剛度要考慮滿足的要求，也要保證彈簧在垂直工作時，不至于產生過于嚴重的靜繞度。設為傳感器運動部分的總重量。根據各零

6、件的尺寸和所用材料的比重，可求的活動部分的總重量=0.28N，則的值為靜繞度為對于各種板簧，常常允許繞度限于，本設計測量振幅范圍為，故彈簧片得最大繞度為顯然，這個值太大了，所以這個設計是不合理的。應給與適當補償。現取，則剛度為由故（2） 彈簧的設計。本設計采用的彈簧片的結構如圖9所示。圖9 圖105、 阻尼系數的計算電磁阻尼器的結構如圖10所示。阻尼筒采用鋁材料，壁厚為。阻尼筒中感應電動勢為其中式中 為阻尼筒平均長度，且有 為阻尼筒運動速度（cm/s）； 為阻尼筒電阻，且有由該電動勢產生的電流為由電動勢產生的電流受磁場作用的洛倫茲力為從而得到相對阻尼度為6、 頻率特性的計算（1） 幅頻特性為（

7、2）相頻特性曲線分別如圖11,12 四、 誤差分析傳感器的誤差分為穩態誤差和動態誤差，對于有規律的周期性振動，只要考慮穩態誤差就可以了。根據技術指標要求，對幅值、相位和溫度誤差分別分析計算如下。1、幅值誤差在頻率為的范圍內幅值誤差為，而，計算所得，因，故滿足要求。2、相位誤差由想頻特性可知：在50Hz時，對周期振動的可視為待測波形向后移過角，則相位差，所以不滿足50Hz時的要求，需通過電路對相位進行校正。3、溫度誤差（1）溫度對剛度的影響。因平板彈簧片無計算公式，但可以借助懸臂梁的剛度公式近似估算。懸臂梁的剛度，慣性矩為所以得所以當有溫度變化時，則有式中 為彈性模量的溫度系數， 為材料的膨脹系

8、數，其值為。設為標準溫度。當工作溫度為時，；當工作溫度為時，。（2） 溫度對的影響。根據，得由于溫度的變化不影響質量的變化，故，則當時，；當時，。5、 測量電路的設計測量電路方框圖如圖13所示。（1） 積分電路設計圖13 對數幅頻特性為 如圖14，積分電路的傳遞函數為 圖14相頻特性為理想積分環節的傳遞函數為對數幅頻特性為相頻特性為對于實際電路應該有若取積分誤差，則有即。若電路為通頻帶，取，為了滿足低頻的要求，應取Hz，計算得，取，則為了使信號不致衰減太嚴重，取，。6、 繪制測振傳感器的電路圖電路框圖如下圖157、 附錄1、 裝配圖（1張）2、 零件圖（1張）3、 測控電路（1張）參考文獻：1 傳感器（第4版）.機械工業出版社.2011.12 MATLAB程序設計教程. 中國鐵道出版社，2006.63 傳感器設計基礎（課程設計與畢業設計指南）. 國防工業出版社，2007.94 新編傳感器技術手冊.國防工業出版社，2002.1工作中是付出了很多，但我也清醒地認識到自己存在的一些不足之處。在學生工作方面，我與其他輔導員相比經驗還顯欠缺，與主要