传感技术自学报告
“传感技术”自学报告之一
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转速测量
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班级：传感网 学号：
2013年11月17日
传感技术自学报告
目录
第1章 转速测量文献综述 ................................................................................ 1 1.1 转速测量的意义 ....................................................................................... 1 1.2 转速测量现状 ........................................................................................... 2 1.2.1 磁电式转速测量 ................................................................................ 2 1.2.2 光电式转速测量 ................................................................................ 5 1.2.3 霍尔元件转速测量 ............................................................................ 7 第2章 总体方案设计 ........................................................................................ 9 2.1 方案一 ....................................................................................................... 9 2.2 方案二 ....................................................................................................... 9 2.3 方案三 ..................................................................................................... 11 2.4 方案分析对比 ......................................................................................... 11 2.5 小结 ......................................................................................................... 11 第3章 具体设计与特性分析 .......................................................................... 11 3.1 传感器设计 ............................................................................................. 12 3.2 转换电路设计 ......................................................................................... 13 3.3 传感器总体分析 ..................................................................................... 13 3.4 使用条件和误差补偿 ............................................................................. 14 3.5 仿真实验 ................................................................................................. 16 3.6 小结 ......................................................................................................... 16 总结 .................................................................................................................... 18 参考文献 ............................................................................................................ 19 附录 .................................................................................................................... 20
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传感技术自学报告
第1章 转速测量文献综述
1.1 转速测量的意义
转速测量的应用领域：转速测量传感器应用领域非常广泛，如离心式转速仪，是机械力学的成果； 磁性式转速仪，是运用磁力和机械力的一个典范； 电动式转速仪，巧妙运用微型发电机和微型电动机将旋转运动异地拷贝； 磁电式转速仪，电流表头和传感器都是电磁学的普及运用； 闪光式转速仪，人类认识自然的同时也认识了自我，体现了人类的灵性；电子式转速仪，电子技术的千变万化，给了我们今天五彩缤纷的世界，同样也造就了满足人们各种需要的转速测量仪表。
转速测量的重要性：转速式测量传感器已经深入到我们生活的方方面面，所以转速传感器对我们人类来说非常重要。
转速测量的总体技术特点：将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式转速传感器和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速（如每小时一转以下）、高速（如每分钟数十万转）、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度的精确测量有严格的要求。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。
转速测量的技术水平：现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置，这些装置都需要汽车车速信号。因此，测量车运行速度传感器的输出信号准确性和稳定性将对这些控制单元产生极大的影响。汽车速度传感器多采用霍尔式结构，霍尔速度传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器，具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定磁极对数的永久磁铁（一般为4或8对）、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成。其工作原理是当传感器的旋转机构在外驱动作用下旋转时，会带动永久磁铁旋转，穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化，引起霍尔元件输出电压变化，通过后续电路处理形成稳定的脉冲电压信号，作为车速传感器的输出信号。霍尔结构的速度传感器主要电气技术参数包括：输出信号高电压、低电压、占空比、周期、上升时间、下降时间、周期脉冲数等，为了保证产品的性能可靠性，必须在出厂前对这些参数进行定量测试。集成化与智能化、高效自动测量、软件计算、图形或数表显示测试结果的测试系统越来越受到汽车速度传感器生产企业的青睐。常用的霍尔式车速传感器的性能测量而开发的一种综合检测装置。基于成本考虑，利用微处理器的高速计数器端口作
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为车速传感器的数据采集，利用软件控制实现对采集数据的计算和图形化显示处理。完成的检测装置具有测试精度高、数据通信可靠、图表化的良好用户界面、抗干扰能力强、检测过程简单直观、系统开发成本低等优点，具有较好的推广市场，因此速度传感器将会在车辆速度检测上有巨大应用前景。
测速传感器普遍存在的问题：不同的测速传感器有着不同的问题，如：光电式的持续工作时间不够长，容易坏掉，磁电式的测速传感器虽然具有很多优点，但是在被测物体的转速超过磁电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。
1.2 转速测量现状
按照工作原理测速式传感器可以分为测线速式传感器和测转速式传感器。由于转速测量式传感器的种类非常多所以分别以这两种传感器的典例来来进行说明：
测转速式传感器：以ZLS-Px测速传感器为例
ZLS-Px测速传感器是特别定制的一款测速传感器，传感器有2个正交测量信号输出能同时测量两个方向的速度，不但能察觉被测体是否停止，而且能觉察被测体的运动方向。将传感器固定在稳定的支架上能测出转动被测体的转角和转速，并且它是非接触的传感器，可测量无法接触的物体。除能测量速度外，还可以识别开机、关机和运动方向。 测线速式传感器：以ZLS-C50测速传感器为例
ZLS-C50测速传感器是特别定制高精度的一款测速传感器，其精度小于0.05%。它是非接触在线精密测量物体运行速度的利器。它不仅能测运行速度，还能测量运行物体左右摆动量，以及运动方向和停机状态。它不仅能测量大物体，也能测量细小物体,是目前一款性能非常优异的在线测速度传感器。
1.2.1 磁电式转速测量
（一）磁电式转速测量的基本原理：
磁电式转速传感器主要是利用磁阻元件来做转速测量的。磁阻元件有一个特性，转速表就是阻抗值会随着磁场的强弱而变化。通常磁电式传感器内装有磁性铁，使传感器预先带有一定的磁场，当金属的检测齿轮靠近传感元件时，齿轮的齿顶与齿谷所产生的磁场变化使得传感元件的磁阻抗也跟着变化。
（二）磁场的形成方式分类：
按照磁场的形成方式分类，可将磁电式传感器分为永磁型和励磁型两种。（由于磁电式传感器的分类方式有很多种，我们在此处只按照一种方式进行分类）
永磁型传感器的结构形式如下图1所示。
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图1
1-永久磁铁2、感应线圈3、软铁极靴4、传感齿轮
传感器的磁场是由永久磁铁产生的。这种传感器结构简单，成本低，使用方便，目前在数字式传感器测量中得到广泛的应用。 励磁型传感器的结构形式如下图2所示
图2
1- 励磁线圈2-感应线圈3-软铁极靴4-传感齿轮
传感器的磁场是由磁铁产生的。在这种传感器的极靴上比永磁型传感器多了一组作为励磁用的线圈，其结构形式与一般的互感式变换器相仿。这种传感器可以获得极高的电势灵敏度。但因其节后复杂，体积大，成本高，又需要外加直流励磁电源，所以除了特殊情况外，在一般的数字式转速测量中很少采用。
（三）磁电式转速测量传感器的技术指标： 如果选用凸块型（齿型），那么尺顶的表面A（部分）应做成同心圆的柱面，而不要做成无源磁电式转速传感器，是针对测速齿轮而设计的发电型传感器（无源），它不需要供电，测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感生电动势，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越高，输出频率与转速成正比。转速进一步增高，磁路损耗增大，输出电势已趋饱和，当转速超过最大值，磁路损耗加剧，电势锐减。线圈采用特殊结构，抗干扰能力增强，获得广泛应用。 （四）磁电式转速测量传感器的应用场合： 磁电式转速测量传感器的主要应用场合为：
（1）轮轴脉冲转速传感器（2）惯性加速度传感器（3）高铁车速测量 （五）磁电式转速测量传感器的不足：
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