变气隙型差动式自感传感器衔铁下移：δ衔铁R1R2L2L1第3章变磁阻式传感器*第29页，共60页，星期日，2025年，2月5日忽略高次项：提高一倍上式中不存在偶次项，显然差动式自感传感器的非线性误差要比单个自感传感器的小得多。第3章变磁阻式传感器*第30页，共60页，星期日，2025年，2月5日差动式与单线圈电感式传感器相比，具有下列优点：①线性好；②灵敏度提高一倍，即衔铁位移相同时，输出信号大一倍；③温度变化、电源波动、外界干扰等对传感器精度的影响，由于能互相抵消而减小。第3章变磁阻式传感器*第31页，共60页，星期日，2025年，2月5日43213141-线圈2-铁芯3-衔铁4-导杆（b）变面积型（c）螺管型第3章变磁阻式传感器*第32页，共60页，星期日，2025年，2月5日第3章变磁阻式传感器采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的稳定性。右图表示传感器非线性改善的情况。图差动式自感传感器的输出特性*第33页，共60页，星期日，2025年，2月5日第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。图输出端对称电桥(ａ)一般形式；(ｂ)变压器电桥*第34页，共60页，星期日，2025年，2月5日交流电桥式测量电路R1R2Z2Z1差动的两个传感器线圈接成电桥的两个工作臂（Z1、Z2为两个差动传感器线圈的复阻抗），另两个桥臂用平衡电阻R1、R2代替。设初始时Z1=Z2=Z=R0+jωL0；R1=R2=R；。衔铁偏离中心位置后，假设Z1=Z+ΔZ;Z2=Z-ΔZ；还假设传感器线圈具有高Q值：第3章变磁阻式传感器*第35页，共60页，星期日，2025年，2月5日——衔铁在中间位置时，单个线圈的电感;R0为其损耗——单线圈电感的变化量。由于可见，电桥输出电压与Δδ有关，相位与衔铁移动方向有关。由于是交流信号，还要经过适当电路处理才能判别衔铁位移的大小及方向。第3章变磁阻式传感器*第36页，共60页，星期日，2025年，2月5日1、2为两线圈的电感特性，3为差接后电桥输出电压与位移间的特性曲线。衔铁下移2175502505075100L/mHδ/mm100251234-ΔδΔδ说明：电桥输出电压的大小与衔铁的位移量Δδ有关，相位与衔铁的移动方向有关。若设衔铁向上移动Δδ为负，则为负；衔铁向下移动Δδ为正，则为正，相位差180°。衔铁上移3第3章变磁阻式传感器*第37页，共60页，星期日，2025年，2月5日变压器式交流电桥第3章变磁阻式传感器*第38页，共60页，星期日，2025年，2月5日变压器式交流电桥测量电路如图所示，电桥两臂、为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交流变压器次级线圈的1/2阻抗。当负载阻抗为无穷大时，桥路输出电压:当传感器衔铁下移时，下面线圈的阻抗增加，而上面线圈的阻抗减小，即，此时：第3章变磁阻式传感器*第39页，共60页，星期日，2025年，2月5日若线圈的Q值很高，损耗电阻可忽略，则当衔铁向上、向下移动相同的距离时，产生的输出电压大小相等，但极性相反。由于是交流信号，要判断衔铁位移的大小及方向同样需要经过相敏检波电路的处理。变压器电桥使用元件少，输出阻抗小，电桥开路时电路呈线性，因此应用较广。第3章变磁阻式传感器*第40页，共60页，星期日，2025年，2月5日第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41页，共60页，星期日，2025年，2月5日第3章变磁阻式传感器图3.8?(ａ)谐振电路?(ｂ)谐振曲线*第42页，共60页，星期日，2025年，2月5日3.