一种磁敏传感器综合演示实验仪制造技术

一种磁敏传感器综合演示实验仪，属于仪器仪表领域。特别涉及磁敏传感器与电动机结合揭示电动机运动状态模拟与数字开环检测和闭环控制特性研究型教学演示仪器。演示仪由机箱，角度传感器测量系统、位移测试系统、电机闭环测试系统，安装测试仪表、操控键盘、切换开关和接线插孔的前面板，带有单片机处理电路的配线线路板构成。本仪器能给出角度传感器转轴转动时的相应角度标准示数，能准确实现位移测量，可以观察演示电机转动如何转变成直线位移的过程。通过任意选择替换不同检测原理测速传感器的备品，能观察不同敏感元件检出信号特性以及成品齿轮测速传感器的检测特性。能检出与电机转速成正比的模拟量输出电压信号特性；能检测电机通电电流大小以及研究功率闭环控制时给出反馈电压信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于仪器仪表领域。特别涉及磁敏传感器原理与特性展示，以及传感器与电动机结合揭示电动机运动状态模拟与数字开环检测和闭环控制特性研究的教学演示仪器。
技术介绍
信息、通讯、计算机技术的融通与结合是21世纪科技发展的总体趋势。传 感器技术是信息拾取、信号传输，实现自动化检测与控制的关键纽带，传感器的 品质很大程度决定着测控系统的精确程度。磁敏传感器是传感器
中具有 独特属性的一个重要分支，随着当代科学技术的发展，磁敏传感与检测技术成为 现代信息技术中极为重要的检测手段，其应用涉及到国民经济众多领域，属于机 电一体化基础元器件。磁敏传感器主要特点是触发磁场与磁敏感元件非接触信号 感应，具有无触点、无磨损、无电噪声、高灵敏度，高分辨率，高可靠性、高重 复性、传感器使用寿命长等特点。利用磁敏感元件开发的传感器结构简单轻巧、 可适用于水、油、汽、粉尘、高低温、振动、冲击等多种工业恶劣环境，各主要 制造工艺易于标准化控制、性能价格比优异等特点。特别适用于现代工业检测 及自动控制的应用。磁学是物理学的一个重要分支，磁场检测与磁传感技术是现代磁学的重要应 用和发展方向。磁敏感材料、器件、磁电子技术凝聚着许多近代物理思想与基础 效应，通过不同的传感器将与磁场变化相关联的各种运动形式转化为电信号输 出，是跨学科的综合性高新技术。如何将科技前沿技术，物理思想明确、演示效 果直观、基础教学与应用技术关联密切、学习型与研究创新型内容有机结合，引 入到大、中学基础物理实验、演示实验或专业实验中，以最直观、最生动的方式 展示当代科技的前沿成果与基本物理原理结合的内在联系。而目前在国内外各高 校的物理实验教学中，与磁检测技术相关的基础实验几乎是空白，只有少数几种 有关磁传感器的实验，但实验内容单一，综合性和可研究性不强，急需内容新颖 与当代科技发展相适应全新理念的基础实验予以填充。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一台磁敏传感器特性研究新型教学实验仪器，通过无触 点角度传感器、倾斜角传感器、微位移传感器、测速传感器、磁编码器、电流传 感器的特性测量，展示以磁敏感为转换机理系列传感器的属性与特点。将传感器 检测技术与电动机模拟量、数字量检测，开环检测与闭环控制，速度闭环、位置 闭环、功率闭环等自动化基础实验有机融入该基础实验平台。一种磁敏传感器综合演示实验仪，由演示实验仪机箱,角度传感器测量系统、 位移测试系统、电机闭环测试系统，安装测试仪表、操控键盘、切换开关和接线 插孔的前面板，带有单片机处理电路的配线线路板构成。本专利技术演示实验仪的基本功能如图1所示，整体外形如图2照片所示。角度传感器测量系统如图3所示，包括基座架l、固定外刻度盘2、内刻 度盘3、角度测试台转轴4、固定架5、倾斜角传感器6、顶部紧固螺丝7、角度 传感器固定架8、固定螺丝9、磁敏角度传感器IO、固定螺丝ll、磁敏角度传感 器转轴12、止动螺丝13、紧固螺丝14。具有360°角度分度的固定外刻度盘2 固定在基座1上，具有沿直径180°对称位置分别安装2个游标分度尺的内刻度 盘3同心紧固在角度测试台转轴4上，转轴穿过滑动配合孔安装在基座架上部。 当转轴相对与固定架转动时，通过内、外刻度盘给出的示数可以准确给出相对转 的角度。在转轴4一端固定一个倾斜角传感器固定架5，圆形倾斜角传感器6滑 动配合安装在固定架5上，由顶部紧固螺丝7固定倾斜角传感器的相对位置。角 度传感器固定架8通过3个固定螺丝9与转轴4同心固定在基座1的另一侧。磁 敏角度传感器10由2个固定螺丝11同心安装在固定架8上。磁敏角度传感器转 轴12同心插入角度测试台转轴4另一端滑动配合孔中，由止动螺丝13固定。这 样可以给出角度传感器转轴转动时的相应角度标准示数。角度传感器测量装置由 2个紧固螺丝14固定在演示仪机箱的上表面上。微位移传感器测量系统如图4所示，包括千分尺主尺15、支架16、磁敏 微位移传感器17、螺丝18、支架19、微位移传感器移动轴20、紧固螺丝21、 移动尺22;千分尺主尺15固定在支架16上，磁敏微位移传感器17由螺丝18 固定在支架19上，支架16与支架19之间的距离由微位移传感器移动轴20与千 分尺15在有效量程范围内的位置确定，通过紧固螺丝21固定在演示仪机箱的上 表面上。当千分尺刻度轮转动时，移动尺22会推动带有弹性恢复力的微位移传 运动，准确实现位移测量。为了观测磁敏齿轮测速传感器、磁编码器的特性，同时利用磁敏传感器对电 机运动特性进行研究，电机闭环测试系统如图5所示。选用双通轴直流无刷电机 23，由电机固定架24、 25通过螺丝紧固于仪器上端面。在双通轴直流电机23 — 端，同轴安装一个磁编码器26，该磁编码器输出双路90。位相差矩型方波和每 360° l个脉冲零位信号。本专利技术设置2个同步带轮，其中1个同步带轮27安装 固定在电机23的另一端输出长轴靠近电机侧，另一个同步带轮28固定在含轴承 与转轴的轴承座29上，轴承座将同步带30与2个同步带轮张紧，由2个螺丝 31固定在实验仪上表面，保持2个同步带轮直线联接。由此可以演示电机转动 如何转变成直线位移的过程。紧连同步带轮27，在电机轴上安装了一个导磁材料齿轮32，不同敏感元件， 包括电感线圈型、霍尔效应型、电涡流型、半导体磁敏电阻型、自旋阀巨磁电阻 型、隧道结巨磁电阻型、磁阻抗型磁敏齿轮测速传感器33，选择一种备件固定 在T字型固定架34上，2个紧固螺丝35将固定架34保持测速传感器与导磁齿 轮32在同一条过中心的等高线的情况下固定在实验仪的上表面。本实验可以通 过任意选择替换不同检测原理测速传感器的备品，观察不同敏感元件检出信号特 性以及成品齿轮测速传感器的检测特性。柔性联轴器36 —端由固定螺丝联接电机23长轴最外端，另一端由螺丝固定 小型测速发电机37，测速发电机37由T型固定架38通过2个紧固螺丝39等同 心轴固定在实验仪的表面上。当电机23带动测速发电机37转动时，可以检出与 电机转速成正比的模拟量输出电压信号特性。电流传感器40串联于电机23通电 回路中，用于检测电机通电电流大小以及研究功率闭环控制时给出反馈电压信 号。本专利技术实验仪前面板如图6所示，指针电压表41显示电机的工作电压；数 字电压表42显示测速发电机的输出电压;数字电压表43显示传感器的工作电压； 数字电压表44显示传感器的输出电压；、数字电流表45显示传感器的输出电流； 液晶显示表46用于闭环控制中功能提示、转速显示、计长显示等；16键功能输 入键盘47用于闭环控制功能选择设置。双向开关48置于"on电机控制"实验 仪置于"闭环控制"电机系统处于闭环特性研究状态；双向开关50置于"加负载"， 电机加入模拟电子负载，并可调节负载大小，置于"空载"时，电机系统处于不 加负载工作状态；多圈旋钮51通过调节电压控制开环状态下电机转速；模拟负 载旋钮52用于控制闭环工作状态下，加在电机23驱动的测速发电机37上模拟电子负载，可分别研究模拟量与数字量电机闭环控制以及速度闭环与功率闭环控制的工作状态与特性研究；复位按键开关53用于电机闭环控制系统清零复位； 传感器工作电压调节旋钮54:可对角度传感器与微位移传感器的工作电压连续 从0调到24V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁敏传感器综合演示实验仪，其特征是由演示实验仪机箱，角度传感器测量系统、位移测试系统、电机闭环测试系统，安装测试仪表、操控键盘、切换开关和接线插孔的前面板，带有单片机处理电路板与配线线路板构成；整个实验仪能够实现磁敏角度传感器特性研究，磁敏倾斜角传感器特性研究，磁敏微位移传感器特性研究，磁敏齿轮测速传感器特性研究，磁编码器特性研究，测速发电机特性研究。实现电动机转动传感器模拟量、数字量检测特性研究；以及单片机程序控制实现开环检测与闭环控制，包括速度闭环、位置闭环、功率闭环特性研究。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田跃，李杰，黄筱玲，张朝晖，赵雪丹，高翠翠，王丹丹，李桧，方少波，裴屹杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]