电磁分析 — 传感器 — 文章目录
电磁式传感器的分析，是量化待测物理量（位移、角度、电流等）以多高的灵敏度表现为电磁量（电感、磁通、电容）变化的领域。实务中不仅要设计灵敏度，还要把线性度、温度漂移和对外部干扰磁场的耐受性一起考虑，FEM是在制作样机前预见这些权衡的工具。
《LVDT（差动变压器式位移传感器）》一文讲解利用初级线圈与两组次级线圈的差动耦合测量位移这种经典而仍在使用的传感器。差动结构对温度和电源波动的抵消、铁芯形状与线性范围的关系、涡流损耗引起的相位偏移等，磁耦合型传感器共通的设计要点都集中在这里。
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- 涡流式位移传感器
涡流式位移传感器用线圈磁场在被测物中感应涡流，其反作用使线圈电感变化。对外径5 mm的平板线圈（20匝），把被测物视为理想导体用镜像法计算，电感在间隙0.1 mm时为原值的17%，1 mm时82%，3 mm时98%。 - 磁通门磁力计
讲解磁通门磁力计原理：被激励至饱和的软磁芯因外磁场而不对称，产生与外磁场成正比的二次谐波。用简单磁化模型的数值计算说明输出线性度与激励幅值的关系，并总结闭环工作、与其他磁传感器的比较以及分析与设计要点。 - 霍尔效应传感器
用算例讲解霍尔传感器灵敏度以及使用磁芯的电流传感器设计。厚1 µm的硅元件在1 mA、10 mT时霍尔电压6.2 mV；恒压工作时输出与迁移率成正比，InSb约为硅的58倍；磁芯气隙1 mm时每安培1.26 mT， - LVDT（差动变压器式位移传感器）
用铁芯与两个次级线圈重叠的简单模型，计算了LVDT（差动变压器）输出在多大范围内与位移成正比。次级线圈各长20 mm、铁芯长30 mm时，几何线性范围为±10 mm。铁芯端部磁通扩展1.5 mm时， - 磁气编码器
对用传感器读取N极、S极交替排列的磁尺（磁极间距1 mm，周期2 mm）的磁编码器，计算了间隙与位置误差的关系。间隙0.2 mm时信号保留表面的53%，但混入9.5%三次谐波，位置误差约30 μm。 - 磁阻传感器（AMR/GMR/TMR）
用电阻变化率和电桥输出比较AMR、GMR、TMR磁阻传感器。假想的5 V全桥输出约为62 mV、238 mV和1.7 V；作为电流传感器，距导体2 mm处10 A产生1 mT； - 罗戈斯基线圈（电流传感器）
用算例讲解罗氏线圈的原理：互感与输出电压、积分器设计、自谐振带来的带宽限制、开口间隙造成的位置误差和外部导体串扰，并总结与电流互感器的区别以及用电磁场分析评价精度的方法。 - 探测线圈（磁通测量）
从法拉第定律求输出电压、线圈自谐振、铁氧体磁芯的效果，以及还原磁通密度所需的积分与漂移，讲解以电压测量变化磁场的探测线圈。1,000匝、直径20 mm的线圈在50 Hz、1 μT磁场下输出约99 μV，