[科普中国]-电动式传感器

电动式传感器(inductive type transducer)是指利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出，又称感应式传感器。这种传感器的工作不需要外加电源，而是直接吸取被测物体的机械能并转换成电信号输出，它是一种典型的发电型传感器。

简介电动式传感器(inductive type transducer)是指利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出，又称感应式传感器。这种传感器的工作不需要外加电源，而是直接吸取被测物体的机械能并转换成电信号输出，它是一种典型的发电型传感器1。

特性电动式传感器主要用于测量物体的振动速度，配以积分电路或微分电路还可测量振动位移或加速度。它的优点是灵敏度高、输出功率大(可简化配套的测量电路)、性能稳定，还可制成多种结构形式以适应不同的测量场合。它与压电式传感器相比，还具有输出阻抗低的优点，这相应地降低了对绝缘和输出电路的要求并减小了连接电缆的噪声干扰。电动式传感器的缺点是易磨损，工作温度不高，频响范围有限等1。

结构电动式传感器的结构有多种：按力学原理可分为惯性式电动传感器和相对式电动传感器；按活动部件不同又可分为动钢型电动传感器和动圈型电动传感器。动钢型电动传感器一般都做成惯性式而动圈型电动式传感器则有惯性式和相对式两种。

动钢型电动传感器

它由固定于壳体上的线圈和上下由弹簧支撑的磁钢组成。外壳用磁性材料（例如铬钢）制成。磁钢发出的磁力线在线圈内从磁钢的一端出发经壳体到达磁钢的另一端构成闭合磁路。传感器的外壳刚性地固定于被测振动物体上，随之振动。由于磁钢的质量较大、弹簧较软，对于足够高的振动频率，磁钢因惯性来不及随振动物体一起振动而接近于静止。换言之，物体的振动频率远高于传感器的固有振动频率。此时，磁钢与壳体的相对位移接近于振动物体的绝对位移，线圈则切割磁力线。由法拉第电磁感应原理可知，线圈中感应电势E=V，式中为取决于磁感应强度、线圈长度和匝数的常数，V为振动速度。E与V成线性关系。当V很小时，惯性力不足以克服摩擦力而使输出电压呈现非线性。而当 V过大时,由于弹簧超出的弹性变形范围，输出又呈现饱和。

惯性式动圈型电动传感器

它的磁钢与壳体固定在一起。芯轴穿过磁钢的中心孔，并由上下两片柔软的球面弹簧片支撑在壳体上。芯轴的一端固定有线圈，另一端固定有铜质阻尼杯。因其惯性质量由线圈、阻尼杯和芯轴组成，所以相对于壳体而言，称为动圈型。这种传感器适用于测量高频振动。

相对式动圈型电动传感器

它的结构比惯性式动圈型只多了一个顶杆。但簧片的刚度不能太小，根据测量对象的不同可选用各种刚度的簧片。测量时，将传感器外壳固定于被测振动物体上，顶杆固定于不动的参考面上，并给簧片以一定预压力；或反之，传感器不动，顶杆随被测物体运动。在这种结构中线圈和磁筒之间的相对运动速度直接等于物体的振动速度,线圈以相对速度切割磁力线,使传感器输出正比于振动速度的电压信号。它的测量频率下限可达到零，因此适用于低频振动速度测量1。

应用电动式传感器广泛应用于航空、兵器工业和民用工业。在飞机的设计制造中常采用电动式传感器对一些重要部件进行振动测试。惯性式电动传感器还是机载振动监视系统的重要元件，它被直接安装于发动机上，输出信号被用于分析发动机振动的变化趋势。当振动量达到超负荷时，系统就发出警告信号。在火炮炮筒振动对射弹散布影响的研究中，相对式电动传感器是测量炮口振动速度的重要元件。此外，在对火炮自动机动规律、前冲炮管前冲后座运动规律的研究中还采用钢丝测速仪，这是一种专用的特殊结构的电动式传感器。在民用工业方面，对于各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种水管道、气管道、桥梁楼房等的振动监测或振动研究都广泛使用电动式传感器1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学