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輪速傳感器

2021-09-14 09:42:19·  來源：驅動視界  
　
應用與分類用在有關汽車制動或驅動的各類電子控制系統(tǒng)如防抱死制動(ABS)驅動防滑(ASR)電子制動力分配(EBD)轉向制動控制(CBC)電子穩(wěn)定程序(ESP)等系統(tǒng)控制均需要
應用與分類
用在有關汽車制動或驅動的各類電子控制系統(tǒng)如
防抱死制動(ABS)
驅動防滑(ASR)
電子制動力分配(EBD)
轉向制動控制(CBC)
電子穩(wěn)定程序(ESP)
等系統(tǒng)控制均需要獲取車輪的轉速狀況。

分類
磁電式輪速傳感器
霍爾式輪速傳感器
光電式輪速傳感器
磁電式傳感器
通過磁電作用將被測量（如振動、轉速、扭矩）轉換成電勢信號。利用導體和磁場發(fā)生相對運動而在導體兩端輸出感應電勢
優(yōu)點:不需要供電電源，電路簡單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小
磁電式傳感器的工作原理
法拉第電磁感應定律：

如果線圈是N匝，磁場強度是B，每匝線圈的平均長度la，線圈相對磁場運動的速度為υ=dx/dt，則整個線圈中所產生的電動勢為：
不同類型的磁電式傳感器
磁通量Ф的變化實現辦法:
磁鐵與線圈之間做相對運動；
磁路中磁阻的變化；
恒定磁場中線圈面積的變化.
由于變磁阻式磁電傳感器結構簡單 牢固 工作可靠 價格便宜被廣泛用于車輛上作為檢測車輪轉速的輪速傳感器
磁阻式磁電傳感器
線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測物連接而運動的部分是用導磁材料制成的，在運動中，它們改變磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁通量，在線圈中產生感應電動勢。
線圈中產生感應電動勢的頻率作為輸出，而感應電動勢的頻率取決于磁通變化的頻率。
開磁路磁阻式轉速傳感器


在汽車上的安裝
磁電式傳感器的動態(tài)特性
等效機械系統(tǒng)
一個二階系統(tǒng)。
Vo為傳感器外殼的運動速度，即被測物體運動速度；
Vm為傳感器慣性質量塊的運動速度。
若V(t)為慣性質量塊相對外殼的運動速度
式中，ω——被測振動的角頻率；
ωn——傳感器運動系統(tǒng)的固有角頻率
ξ——傳感器運動系統(tǒng)的阻尼比
磁電式速度傳感器的頻率響應特性曲線
只有ω>>ωn的情況下，Av(ω)≈1，相對速度V(t)的大小才可以作為被測振動速度V0 (t)的量度。
因此磁電式速度傳感器的頻率較低，一般為10～15Hz。
總結
優(yōu)點
電磁式輪速傳感器結構簡單、成本低、對粉塵污染不敏感，傳感頭不需外接電源。
缺點
輸出信號的幅值和頻率受轉速影響大，抗電磁波干擾能力差，易產生誤信號。
適于車速為15 ~ 160km/h，國內外普遍采用霍爾元件、光電式傳感器，等器件組成新型的轉速檢測裝置它們具有頻率響應高（響應頻率達0P8V H 以上），輸出幅值不變，抗電磁干擾能力強等特點。
霍爾式的基本工作原理
一、 霍爾效應及霍爾元件
1. 霍爾效應
置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，這種現象稱霍爾效應。
該電勢稱霍爾電勢。
霍爾元件常用材料
目前常用的霍爾元件材料有：鍺、硅、砷化銦、 銻化銦等半導體材料。
N型鍺容易加工制造，其霍爾系數、 溫度性能和線性度都較好。
N型硅的線性度最好，其霍爾系數、 溫度性能同N型鍺。
銻化銦對溫度最敏感，尤其在低溫范圍內溫度系數大，但在室溫時其霍爾系數較大。
砷化銦的霍爾系數較小，溫度系數也較小，輸出特性線性度好。
在垂直于外磁場B的方向上放置一N型半導體薄片，通以電流I，方向如下圖所示。
半導體薄片中的電流使自由電子在電場作用下做定向運動。
此時，每個電子受洛倫茲力FL的作用，FL的大小為：
FL =evB
式中：e——電子電荷；
v——電子運動平均速度；
B——磁場的磁感應強度。
FL的方向在圖中是向內的，此時電子除了沿電流反方向作定向運動外，還在FL的作用下漂移，結果使半導體薄片內側面積累電子，而外側面積累正電荷，從而形成了附加內電場EH，稱霍爾電場，該電場強度為

當電子所受洛倫茲力與霍爾電場作用力大小相等方向相反，即

此時電荷不再向兩側面積累，達到平衡狀態(tài)。
霍爾效應演示
當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內側偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。
在被測轉速的轉軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。
齒盤的轉動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉速。
霍爾式輪速傳感器原理
當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。
霍爾輪速傳感器的安裝
霍爾輪速傳感器的其他安裝方法
只要黑色金屬旋轉體的表面存在缺口或突起，就可產生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產生轉速信號。
光電式速度傳感器概述
光電式速度傳感器將速度的變化轉變成光通量的變化，在通過光電轉換元件將光通量的變化轉換成電量變化，即利用光電脈沖變成電脈沖，光電轉換元件的工作原理是光電效應。
1.光電效應
所謂光電效應就是指物體吸收光能后產生的電效應。
可分為3類。
（1）外光電效應。
它是指物質在光的照射下發(fā)生電子逸出的現象。
如光電管,光電倍增管等。
（2）內光電效應。
它是指材料在光的照射下發(fā)生電阻率變化的現象。
如光敏電阻，光導管等。
（3）光生伏特效應。
它是指物體在光的照射下，其內部產生一定電勢的現象。
如光敏二極管，光敏晶體管，光電池等。
光電式速度傳感器概述
2.工作原理
它是由裝在軸上的帶孔或縫隙的旋轉盤（光電編碼盤），光源，光接收器等組成，輸入軸與被測軸相連接。
光源發(fā)出的光通過縫隙旋轉盤照射到光敏器件上，使光敏器件感光并產生電脈沖。
轉軸連續(xù)轉動，光敏器件就輸出一系列與轉速及帶縫隙旋轉盤上縫隙數成正比的電脈沖數。
在指示縫隙數一定的情況下，該脈沖數和轉速成正比。
光電式速度傳感器原理圖
（a）光線被遮住，接收器無信號 （b）光線未被遮住，接收器有信號
優(yōu)點
1、光電轉速傳感器為非接觸式
光電轉速傳感器采用光學原理制造，光電轉速傳感器的測量無需與被測量對象接觸，不會對被測量軸形成額外的負載，因此光電轉速傳感器的測量誤差更小，精度更高。
2、光電轉速傳感器的結構緊湊
光電轉速傳感器的結構緊湊，主要由投射光線部件、接收光線部件也就是光敏元件和放大元件等組成，因此光電轉速傳感器的體積小
3、光電轉速傳感器的抗干擾性好
光電轉速傳感器多采用LED作為光線投射部件，極少會出現光線停頓的情況，也不會存在燈泡燒毀等故障危險。
另外，光電轉速傳感器的光源都是經過特殊方式調制的，有極強的抗干擾能力，不會受普通光線的干擾。
4、光電轉速傳感器的測量能力好
光電轉速傳感器的可采用光纖封裝，光電轉速傳感器的運行穩(wěn)定，有良好的可靠性，測量的精度較高。 
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