速传感器学习.pptx

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1、二、工作原理分1.磁感应式2.光电式3.零尔式4.舌簧开关式5 磁阻式第1页/共53页第2页/共53页第3页/共53页磁感应式传感器的工作原理如图所示，磁力线穿过的路径为：永久磁铁N极定子与转子间的气隙转子凸齿转子凸齿与定子磁头间的气隙磁头轭铁永久磁铁S极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性地发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。第4页/共53页图图8-12 信号转子的齿与信号线圈三种典型相对位置信号转子的齿与信号线圈三种典型相对位置第5页/共53页当转子转到凸齿的中心线与磁头的中心线对齐时（图b），虽然转

2、子凸齿与磁头间的气隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量最大，但是，由于磁通量不可能继续增加，磁通量变化率为零，因此感应电动势E为零。当转子沿顺时针方向继续旋转，凸齿离开磁头时（图c），凸齿与磁头间的气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量减少，所以感应电动势E为负值，如下图中曲线所示。当凸齿转到将要离开磁头边缘时，磁通量急剧减少，磁通量变化率达到负向最大值，感应电动势E也达到负向最大值。第6页/共53页图图8-13 交流信号发生的原理交流信号发生的原理第7页/共53页第二节 磁电感应式速度传感器 原理:利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势 第8页/共53页电磁感应定

3、律当当匝线圈在恒定磁场运动时匝线圈在恒定磁场运动时 ,设穿过线圈的磁通量为设穿过线圈的磁通量为,则线圈则线圈内的感应电动势与磁通量变化率内的感应电动势与磁通量变化率有如下关系有如下关系UA感应线圈两端输出电压Uind感应电压感应线圈的匝数x转动位置空气间隙第9页/共53页类型变磁通变磁通(量量)式式:空气间隙空气间隙变化，线圈或磁铁不动，即变化，线圈或磁铁不动，即恒磁通恒磁通(量量)式式:空气间隙空气间隙不变化，线圈或磁铁运动，即不变化，线圈或磁铁运动，即线圈与磁铁产生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势线圈与磁铁产生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势转速转速n n、感应线圈中感应出近似于正

4、弦波的电动势的频率与感、感应线圈中感应出近似于正弦波的电动势的频率与感应线圈匝数的关系为：应线圈匝数的关系为：式中，式中，nn转子转速，转子转速，r/minr/min；f f正弦波频率，正弦波频率，HzHz；Z Z转子齿数。转子齿数。第10页/共53页当当转转至至B B位位置置时时，信信号号线线圈圈中中通通过过最最大大的的磁磁通通量量，但但其其变变化化率率为为0 0，因因而而感感应电压为零。应电压为零。当当转转至至C C位位置置时时，信信号号线线圈圈中中磁磁通通量量的的减减小小率率达达到到最最大大，信信号号线线圈圈中中产产生生负负方方向向的的最最大感应电压。大感应电压。永永久久磁磁铁铁的的磁磁

5、感感线线经经转转子子、信信号号线线圈圈、托托架架构构成成回回路路。转转子子由由分分电电器器轴轴带带动动旋旋转转，利利用用凸凸齿齿和和托托架架之之间间的的间间隙隙变变化化，使使通通过过信信号号线线圈圈的的磁磁通通量量发发生生变变化化，从从而而使使线线圈圈中中产产生生感感应应电电压压来来产产生生检检测测信信号号。当当转转子子的的凸凸齿齿转转到到A A位位置置时时，信信号号线线圈圈中中的的磁磁通通量量的的变变化化率率达达到到最最大大，信信号号线线圈圈中中产产生生最最大的感应电压。大的感应电压。第11页/共53页第二节 磁电感应式速度传感器 利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势 图图8-1 磁电式

6、传感器结构原理图磁电式传感器结构原理图1线圈线圈 2运动部分运动部分 3永久磁铁永久磁铁第12页/共53页图8-2 运算电路图第13页/共53页磁电式转速传感器一般用于动态转速测量，不适用于慢的转速测量，因为这时的输出电压信号接近于零。磁电式转速传感器的优点是成本低、具有良好的电磁兼容和防无线电干扰能力，而且为无源元器件，在测点处不需要信号处理的保护电路，而且工作温度范围宽；其缺点是输出信号与转速有关，对于静态无效，而且对空气间隙的波动敏感。第14页/共53页磁电式转速传感器在汽车上的应用较多，主要应用在：发动机转速传感器、判缸传感器、变速器输入传感器、变速器输出传感器（车速传感器）、轮速传感

7、器等第15页/共53页速度传感器的应用 a)外形外形 b)结构结构图图8-10 装入分电器的脉冲信号式转速传感器的结构装入分电器的脉冲信号式转速传感器的结构1分火头分火头 2基准信号线圈基准信号线圈 3信号转子信号转子 4角度信号线圈角度信号线圈 5内齿轮内齿轮 6外齿轮外齿轮第16页/共53页第17页/共53页图图8-11 脉冲信号发生装置的结构脉冲信号发生装置的结构1信号转子信号转子 2信号线圈信号线圈 3托架托架 4永久磁铁永久磁铁 5磁通磁通第18页/共53页图图8-15 电磁式转速传感器的结构电磁式转速传感器的结构1永久磁铁永久磁铁 2线圈线圈3M141.25螺纹螺纹 4齿轮齿轮第1

8、9页/共53页图图8-16 柴油发动机的转速表电路图柴油发动机的转速表电路图第20页/共53页图图8-18 电磁感应式车速传感器的安装电磁感应式车速传感器的安装1输出轴输出轴 2停车锁定齿轮停车锁定齿轮 3车速传感车速传感器器第21页/共53页第三节 光电式速度传感器 通过光电转换元件将光能转换成电能 光敏二极管、光敏晶体管及光电池 第22页/共53页图图8-3 硅光电池的结构示意图硅光电池的结构示意图第23页/共53页 图图8-4 光敏二极管光敏二极管第24页/共53页图图8-5 光敏晶体管光敏晶体管第25页/共53页图图8-6 光电转速传感器原理光电转速传感器原理1光源光源 2、4、6透镜

9、透镜 3半透明膜片半透明膜片 5被测轴被测轴 7光电管光电管第26页/共53页图图8-7 直射型光电式转速计的工作原理直射型光电式转速计的工作原理1被测轴被测轴 2圆盘圆盘 3光源光源 4光电管光电管第27页/共53页一般安装在分电器内或曲轴前端，由信号发生器和带光孔的信号盘组成，如图所示。信号盘与分电器轴或曲轴一起转动，信号盘外圈有360条光刻缝隙，传感器装在分电器内时产生曲轴转角1。的信号。稍靠内有间隔60。均布的6个光孔，产生曲轴转角120。的信号，其中一个光孔稍宽，用以产生相对于1缸上止点的信号。第28页/共53页图图8-14 装入分电器内部的光电式转速传感器装入分电器内部的光电式转速

10、传感器1信号处理装置信号处理装置 2光敏二极管光敏二极管 3发光二极管发光二极管4转子转子 5盖板盖板 6转子板转子板 7120用二极管用二极管81用二极管用二极管 91信号检测窗（信号检测窗（360个）个）10120信号检测窗（信号检测窗（6个）个）第29页/共53页信号发生器安装在分电器壳体上。由两只发光二极管、两只光敏二极管和电路组成。两只发光二极管正对着两只光敏二极管，信号盘上有光孔，起透光和遮光交替变化的作用，使信号发生器输出脉冲信号。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被挡住时，光敏二极管电压为0。这些电压信号经电路部分整形放大后输送给ECU，E

11、CU根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。第30页/共53页光电式车速传感器光电式车速传感器的结构如图3-75所示，它用于数字式速度表上，由发光二极管（LED）、光敏三极管以及装在速度表驱动轴上的遮光板构成。第31页/共53页图图8-28 光电式车速传感器的工作原理光电式车速传感器的工作原理1光电耦合元件光电耦合元件 2发光二极管发光二极管 3遮光板遮光板 4电压（电压（5V）5光敏晶体管光敏晶体管 6传感器输出信号传感器输出信号 7搭铁搭铁第32页/共53页第四节 电磁脉冲式转速传感器 图图8-9 电磁脉冲式转速计电磁脉冲式转速计第33页/共53页图图8-30 磁阻元件式车速传感器的构造磁阻

12、元件式车速传感器的构造1混合集成电路混合集成电路 2多极磁环多极磁环第34页/共53页图图8-31 磁阻元件式车速传感器的工作原理磁阻元件式车速传感器的工作原理1变速器变速器 2多极磁环多极磁环 3磁阻元件磁阻元件 4磁力线磁力线第35页/共53页第36页/共53页笛簧开关式转速传感器第37页/共53页 当当磁磁铁铁靠靠近近笛笛簧簧开开关关时时，在在磁磁力力线线的的作作用用下下，使使触触点点带带磁磁性性。触触点点的的磁磁性性，与与磁磁铁铁近近侧侧极极性性相相反反，从从而而使使笛笛簧簧开开关关触触点点靠靠本本身身磁磁性性吸吸引引，使使开开关关导通导通。第38页/共53页磁铁随分电器轴转动后，当只

13、有一端靠近笛簧开关时，触点则不受磁力线的影响，触点分开。这样，两个笛簧开关在分电器轴上的磁铁作用下，相互以180的相位差进行通、断变换，把发动机转速信息输入电控单元ECU。第39页/共53页舌簧开关式第40页/共53页第41页/共53页霍尔式转速传感器由美国物理学家霍尔由美国物理学家霍尔18791879年发现金属材料有霍尔效应年发现金属材料有霍尔效应半导体材料中霍尔效应更明显半导体材料中霍尔效应更明显用于：测电流、磁场、压力、加速度、振动、转速、位移等用于：测电流、磁场、压力、加速度、振动、转速、位移等图图8-24 霍尔轮速传感器磁路霍尔轮速传感器磁路第42页/共53页霍尔效应置于磁场中的静止

14、载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平等于电流导体上平等于电流I I和磁场和磁场B B方向上的两个面之间产生电动势方向上的两个面之间产生电动势U UH H，这种现象，这种现象称为霍尔效应。称为霍尔效应。U UH H=kIB=kIB第43页/共53页 UH霍尔常数，；I控制电流，C/s；B磁感应强度，；d霍尔元件的厚度，m。第44页/共53页根据霍尔电压的计算公式可知，若改变磁感应强度B的有无或强弱，则霍尔电压相应变化，即有无或强弱变化。利用轴上的转盘或齿轮就可改变磁感应强度的变化频率，根据频率的变化即可检测到转速

15、的快慢。第45页/共53页第46页/共53页霍尔式转速传感器在汽车上的应用主要有：发动机转速传感器、判缸传感器（或上止点传感器）、变速器输入轴传感器、变速器输出轴传感器（车速传感器）、轮速传感器等。汽车上采用霍尔式转速传感器可分为两大类：一类是采用触发叶片式、另一种采用触发轮齿式。第47页/共53页采用触发叶片式，是改变磁场感应强度的有无，从而使霍尔电压有无波动变化。当信号发生器上的叶片进入永久磁铁与霍尔组件之间的气隙时，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，此时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当信号发生器的触发叶片的缺口部分进入永久磁铁和霍尔组件之间的气隙时，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。第48

16、页/共53页采用触发轮齿式是改变磁场感应强度的强弱，从而使霍尔电压强弱波动。触发轮齿式转速传感器工作原理是永磁铁的磁力线穿过霍尔器件通向齿轮，齿轮提供了磁路。当齿轮位于图a所示位置时，穿过霍尔器件的磁力线分散，磁场相对较弱。当齿轮位于图b所示位置时，穿过霍尔器件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔器件的磁力线密度发生变化，因此引起霍尔电压的变化，霍尔器件将输出一个毫伏级的交变电压。该交流信号需经由电子电路转换成标准的脉冲电压。第49页/共53页（a）磁场较弱 （b）磁场较强第50页/共53页图图8-25 霍尔轮速传感器电子线路框图霍尔轮速传感器电子线路框图第51页/共53页图图8-29 车速表的电路框图车速表的电路框图第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页