汽車傳感器原理與應(yīng)用 課件 第5章 汽車底盤控制系統(tǒng)傳感器

汽車底盤控制系統(tǒng)傳感器第5章5.1概述汽車底盤控制系統(tǒng)如圖所示，系統(tǒng)中的傳感器用于牽引力控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、防抱制動系統(tǒng)等底盤控制系統(tǒng)中。變速器控制系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、加速/制動踏板位置傳感器、加速度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、冷卻液溫度傳感器、油溫傳感器等。防抱制動系統(tǒng)用傳感器主要有：輪速傳感器、車速傳感器，通過輪速傳感器檢測車輪轉(zhuǎn)速，使汽車在緊急制動時，使車輪能獲得最大制動效率，同時保證車輪不被抱死、側(cè)滑，使汽車在整個制動過程中保持良好的行駛穩(wěn)定性和方向可操作性；懸架控制系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、橫擺角速度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等；動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用傳感器主要有：車速傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、油壓傳感器等。5.2加速/制動踏板傳感器5.2.1電位計式踏板傳感器1．電位計式踏板傳感器的結(jié)構(gòu)電位計式踏板傳感器的結(jié)構(gòu)：兩個傳感器是滑動觸點(diǎn)傳感器，安裝在同一根軸上，滑動觸點(diǎn)傳感器的電阻和傳送至變速器控制單元的電壓隨著踏板位置的變化而變化。2．電位計式踏板傳感器的工作原理電位計傳感器本質(zhì)上是有一個滑動觸點(diǎn)的滑動變阻器，包括固定阻值的電阻部件和可移動的電刷兩部分。一般性的電位計傳感器的工作原理為：將機(jī)械位移、壓力或加速度等變量轉(zhuǎn)換為與之成一定函數(shù)規(guī)律的電刷滑動，電位計輸出與電刷滑動觸點(diǎn)的移動位置成正比可變電阻，因此通過測量電位計輸出電阻值就可以得到待測量。主要分辨脈沖和次要分辨脈沖的延續(xù)比，取決于電刷和導(dǎo)線直徑的比。若電刷的直徑太小，尤其使用軟合金時，會促使形成磨損平臺；若直徑過大，則只要有很小的磨損就將使電位計有更多的匝短路，一般取電刷與導(dǎo)線直徑比為10可獲得較好的效果。階梯誤差和分辨率的大小都是由繞線電位計本身的工作原理所決定的，是一種原理性誤差，它決定了電位計可能達(dá)到的最高精度。在實(shí)際設(shè)計中，為改善階梯誤差和分辨力，需增加匝數(shù)，即減小導(dǎo)線直徑或增加骨架長度(如采用多圈螺旋電位計)。

5.2.2霍爾式踏板傳感器1．霍爾式踏板傳感器的結(jié)構(gòu)豐田車系所采用的霍爾式踏板傳感器主要由磁鐵和霍爾IC芯片組成，霍爾IC芯片安裝在踏板的芯軸上固定不動，兩個磁鐵安裝在踏板的旋轉(zhuǎn)部件上，可隨踏板一起動作。為保證信號的可靠，一般采用冗余設(shè)計，在踏板芯軸上安裝了兩個霍爾IC芯片，相當(dāng)于兩個踏板傳感器，在工作時，可同時向變速器控制單元輸送兩個踏板信號?；魻柺郊铀?制動踏板傳感器與整車控制器(VCU)之間的線路連接：VCPA1和VCPA2是兩個霍爾式踏板傳感器的電源線，由整車控制器電壓轉(zhuǎn)換電路提供±5V直流電壓，EPA1和EPA2是兩個傳感器的搭鐵線，VPA1和VPA2是兩個傳感器的信號線，兩個霍爾式踏板傳感器根據(jù)加速/制動踏板位置產(chǎn)生的電壓信號由這兩根線傳送給整車控制器。

2．霍爾式踏板傳感器的工作原理霍爾式位置傳感器是一種應(yīng)用霍爾原理研制的位置傳感器。當(dāng)電流垂直于外磁場方向通過導(dǎo)電體時，在垂直于電流和磁場的方向，物體兩側(cè)產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。按照霍爾IC的功能可分為線性霍爾和開關(guān)霍爾，前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。前者輸出的模擬量與磁場成正比，用于各種參量的測量；后者輸出數(shù)字量為高、低電平，常用于計數(shù)。線性霍爾可分為傳統(tǒng)的平面霍爾芯片，感應(yīng)垂直方向的磁力線；三軸霍爾芯片，感應(yīng)平行方向的磁力線。線性霍爾電路由霍爾元件、差分放大器和射極跟隨器組成，輸出模擬量。其輸出電壓與加在霍爾元件上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成比例。線性霍爾傳感器，主要有微開(Micronas)公司的HAL815、英飛凌(Infineon)公司的TLE4997，以及國內(nèi)杭州中霍公司的ZH49E、南京高旭公司的CS49E。TLE4997采用模擬輸出，其額定輸出噪聲比競爭對手產(chǎn)品低兩倍。在整個溫度范圍內(nèi)(-40℃~150℃)的偏置漂移穩(wěn)定性是市場上其他傳感器的2至3倍。三軸霍爾芯片，與傳統(tǒng)平面霍爾技術(shù)僅能感應(yīng)垂直于芯片表面的磁場強(qiáng)度不同，其既可以感應(yīng)垂直方向也可以感應(yīng)平行于芯片表面的磁場強(qiáng)度。三軸霍爾芯片生產(chǎn)廠商，主要奧地利微電子(AustriaMicrosystems)公司，其代表產(chǎn)品是AS5040，邁來芯(Melexis)公司，其代表產(chǎn)品是MLX90316、MLX90360，微開(Micronas)公司，其代表產(chǎn)品是HAL3625。

表征當(dāng)前角度值的數(shù)字信號再通過DA轉(zhuǎn)換器變回模擬信號。最后的輸出信號可以在模擬輸出、PWM輸出中選擇。輸出傳輸曲線是完全可編程的(例如偏移值、增益、箝位電平等參數(shù))。MLX90360芯片可以非接觸式的感應(yīng)在360°內(nèi)的旋轉(zhuǎn)位置，其功能框圖見兩種不同原理的加速/制動踏板位置傳感器的性能對比表性能電位計式霍爾式變化量位移-電阻位移-電勢可靠性接觸式，易磨損非接觸式，可靠性高成本低稍高(不需要PCB)尺寸大中等(不需要PCB)接口模擬信號(僅有)模擬和數(shù)字信號線性度很好，0.05%~0.1%好，1%分辨率差，0.025~0.05mm好，15bit標(biāo)定容易中等溫漂可以忽略可被補(bǔ)償噪聲差好錯誤報警無可實(shí)現(xiàn)多種安全報警冗余增加電阻帶，但同步磨損非常方便封裝2個傳感器5.3角速度傳感器5.3.1振動型角速度傳感器1．振動型角速度傳感器的結(jié)構(gòu)角速度傳感器的主動穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ASC)的部件，是一種預(yù)防安全系統(tǒng)，通過根據(jù)行車狀態(tài)分別控制4個車輪的制動力，控制前后力和橫向力，以抑制車輛在臨界狀態(tài)行車的危險舉動。此系統(tǒng)應(yīng)用在防抱制動系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)上時還追加了橫G傳感器、主油缸壓力傳感器、蓄壓器壓力傳感器。主動穩(wěn)定控制系統(tǒng)的工作狀況舉例：主動穩(wěn)定控制系統(tǒng)在改變4輪制動力與側(cè)滑力的平衡時，使車輛產(chǎn)生側(cè)轉(zhuǎn)矩，來控制車輛姿勢。振動型角速度傳感器的結(jié)構(gòu)：有內(nèi)、外兩個框架，內(nèi)框架通過一對內(nèi)撓性軸連接在外框架上，外框架通過一對與內(nèi)撓性軸正交的外撓性軸連接在殼體上。內(nèi)框架上有一沉金的質(zhì)量塊，用來平衡整個框架系統(tǒng)。外框架兩側(cè)的上方是一對驅(qū)動電極，用來驅(qū)動整個框架系統(tǒng)，內(nèi)框架兩側(cè)的上方是一對敏感電極，用來敏感框架的角振動。2．振動型角速度傳感器的工作原理振動型角速度傳感器工作原理：在振動型角速度傳感器上，作為振子的四方體的相鄰兩面上，粘接有兼起驅(qū)動和檢測作用的壓電元件，當(dāng)電壓加到壓電元件上時，就會使振子振動，當(dāng)將旋轉(zhuǎn)又加到振動著的金屬柱上時，按其轉(zhuǎn)速就會產(chǎn)生哥氏力。5.3.2音叉型角速度傳感器1．音叉型角速度傳感器的結(jié)構(gòu)音叉形角速度傳感器的作用是檢測車輛垂直軸周圍的旋轉(zhuǎn)角速度。傳感器本體為音叉形，各振子由振動部分和檢測部分構(gòu)成，兩者方向上相差90°，但制成為一個整體。音叉上粘接有壓電陶瓷片(PZT)，當(dāng)電壓加到各振子上時，PZT就會產(chǎn)生應(yīng)變，反之，使之產(chǎn)生變形時就會產(chǎn)生電壓。利用PZT可以測出振動與旋轉(zhuǎn)引起的振子變形。經(jīng)過運(yùn)算得出車身的滑移角度，因?yàn)橐呀撬俣戎祵r間積分，在傳感器測出的角速度值包含誤差時，其誤差也對時間積分，所以逐漸變大。2．音叉型角速度傳感器的工作原理音叉型角速度傳感器由一懸空于玻璃基片上的硅結(jié)構(gòu)組成。在玻璃基片上沉積了一層金屬，用此作為電路接口。硅結(jié)構(gòu)有兩慣性質(zhì)量塊，由梁結(jié)構(gòu)順序支撐，梁固定在玻璃基片的固定點(diǎn)上。在外驅(qū)動質(zhì)量塊上施加電壓，兩質(zhì)量塊在靜電力作用下產(chǎn)生橫向、平面內(nèi)的振蕩運(yùn)動。沿輸入軸作用的角速度Ω垂直于質(zhì)量塊的運(yùn)動速度矢量，由此產(chǎn)生的哥氏力將質(zhì)量塊中的一塊推出運(yùn)動平面，另一塊推進(jìn)運(yùn)動平面。音叉型角速度傳感器電子線路的設(shè)計反映了傳感器工作可行性的基本要求，以及驅(qū)動回路和敏感回路的相互作用。驅(qū)動回路由一個自激振蕩器電路組成，它可提供產(chǎn)生靜電力的電壓，驅(qū)動敏感質(zhì)量產(chǎn)生運(yùn)動速度?；芈窓z測敏感質(zhì)量的位置，將位置信號經(jīng)過適當(dāng)交流放大與相位調(diào)制來實(shí)現(xiàn)并維持驅(qū)動幅值恒定。保持驅(qū)動幅值的高精度恒定是穩(wěn)定標(biāo)定因數(shù)所必需的。驅(qū)動回路從敏感質(zhì)量運(yùn)動中可精確獲得對基本頻帶解調(diào)所需的基準(zhǔn)信號。5.4加速度傳感器5.4.1壓阻式加速度傳感器1．壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)整個傳感器由一塊硅片(包括敏感質(zhì)量塊和懸臂梁)和兩塊玻璃鍵合而成，從而形成質(zhì)量塊的封閉腔，以保護(hù)質(zhì)量塊并限制沖擊和減振。在懸臂梁上，通過擴(kuò)散法集成了壓阻。當(dāng)質(zhì)量塊運(yùn)動時懸臂梁彎曲，于是壓阻的阻值就發(fā)生變化。加速度傳感器的一個重要性質(zhì)是離軸靈敏度，即器件應(yīng)該對某一個方向的加速度敏感，而對其他方向的加速度不敏感。2．壓阻式加速度傳感器的工作原理當(dāng)力作用于固體材料時，固體材料的電阻率將發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。利用固體的壓阻效應(yīng)原理制成的傳感器稱為壓阻式傳感器，主要用于壓力、加速度、拉力、質(zhì)量、應(yīng)變、真空度、流量等物理量的測量和控制。主要有壓阻式壓力傳感器和壓阻式加速度傳感器。利用硅的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)快、測量精度高、穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬、易于小型化和能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)等特點(diǎn)半導(dǎo)體材料晶體在應(yīng)力的作用下時，除了形變發(fā)生變化外，其能帶結(jié)構(gòu)也相應(yīng)的發(fā)生變化，從而使載流子的遷移率和載流子密度也隨之變化，半導(dǎo)體材料的電阻率也發(fā)生變化。這種在應(yīng)力作用下，電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做壓阻效應(yīng)。表征壓阻效應(yīng)強(qiáng)弱的物理參數(shù)是壓阻系數(shù)，即單位應(yīng)力作用下電阻率的相對變化量。壓阻式加速度傳感器具有線性度好、測量范圍大、信號處理簡單、微型化、工藝成熟等諸多特點(diǎn)。與其他類型的加速度傳感器一樣，壓阻式加速度傳感器可以簡化為質(zhì)量塊、彈簧和阻尼器的二階單自由度振蕩系統(tǒng)。彈簧等價于壓阻式加速度傳感器中的懸臂梁，彈性系數(shù)為k；氣體阻尼為c；m為質(zhì)量塊的質(zhì)量。將壓阻式加速度傳感器固定在被測物體上，當(dāng)被測物的加速度為a，質(zhì)量塊m受到慣性力ma的作用，質(zhì)量塊發(fā)生位移，若滿足傳感器的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體的運(yùn)動頻率，其位移大小與加速度大小成正比，通過測量質(zhì)量塊的位移，即可得到被測物的加速度。壓阻式加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)是硅懸臂梁結(jié)構(gòu)，主要有單懸臂梁結(jié)構(gòu)和雙端固支懸臂梁結(jié)構(gòu)。壓阻式加速度傳感器的質(zhì)量塊在加速度的慣性力作用下產(chǎn)生位移，使固定在懸臂梁上的壓敏電阻發(fā)生形變，電阻率發(fā)生變化，壓敏電阻的阻值也相應(yīng)的變化。通過測試電阻的變化量，可以得到加速度的大小。由于電阻的變化量很小，難以用萬用表直接精確測量，通常采用惠斯通電橋電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓或者電流，再經(jīng)過放大電路放大后測量?；菟雇姌蚋鶕?jù)電橋電源的不同，分為直流電橋和交流電橋。壓阻式傳感器與其它傳感器相比有很多優(yōu)點(diǎn)：1）頻率響應(yīng)高。2）精度高。3）微型化。4）靈敏度高。5）可靠性高，沒有運(yùn)動組件。壓阻式加速度傳感器的缺點(diǎn)：壓阻式加速度傳感器是用半導(dǎo)體材料制成的，半導(dǎo)體材料易受溫度影響，因此在溫度變化大的環(huán)境使用時，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。5.4.2電容式加速度傳感器1．電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)多層金屬結(jié)構(gòu)單片集成三軸電容式加速度傳感器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。該傳感器結(jié)構(gòu)由檢測X、Y軸向敏感質(zhì)量塊、Z軸向敏感質(zhì)量塊、梳齒敏感電極、四個L型支撐梁、兩個一字型支撐梁和錨點(diǎn)構(gòu)成。其中，X、Y軸敏感電極采用4層金屬均勻式結(jié)構(gòu)，水平軸向質(zhì)量塊由固定在錨點(diǎn)的四個L型梁支撐。Z軸敏感電極采用三層金屬交錯梳齒結(jié)構(gòu)，Z軸質(zhì)量塊由固定在錨點(diǎn)的撓性一字梁支撐。Y軸向檢測電容等效示意圖。為了有效地降低系統(tǒng)噪聲并提高系統(tǒng)靈敏度，每一個可動梳齒被兩個固定梳齒所環(huán)繞。整個傳感器結(jié)構(gòu)左右互相對稱。

Z軸三層金屬交錯梳齒結(jié)構(gòu)示意圖。其中，CZ1和CZ3并聯(lián)，CZ2和CZ4并聯(lián)。當(dāng)存在Z軸方向加速度時，CZ1和CZ3并聯(lián)且在Z軸向的電容增大；CZ2和CZ4并聯(lián)且在Z軸向的電容減小相等的量，CZ1和CZ3并聯(lián)后與CZ2和CZ4并聯(lián)的電容再進(jìn)行串聯(lián)，形成Z軸向加速度檢測的完全差分檢測電容電路。

2．電容式加速度傳感器的工作原理電容式加速度傳感器是通過電容值的變化進(jìn)行測量加速度、振動、壓力等信號的裝置，是現(xiàn)在主流的加速度傳感器之一，按照敏感機(jī)理不同可分為改變重疊面積或改變間距類型；按照電容改變的結(jié)構(gòu)不同，可分類為平行極板式和梳齒式兩種結(jié)構(gòu)。平行極板電容式加速度傳感器的質(zhì)量塊底部和襯底之間都有一個電極，形成平行極板電容，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度時產(chǎn)生位移，引起平行極板間面積或間距發(fā)生變化，進(jìn)而引起電容量發(fā)生變化。

梳齒型加速度傳感器是電容式加速度傳感器中經(jīng)常用來測量電容變化的傳感器之一，由于梳齒型傳感器可以采用表面硅加工技術(shù)制備，可很好地與檢測電路集成在單一芯片上，減小寄生電容的影響，有效提高系統(tǒng)靈敏度，但由于采用表面硅加工技術(shù)，致使質(zhì)量塊厚度小、質(zhì)量輕，輸出電容變化的信號小，對外圍信號檢測電路要求較高，需要增加可動梳齒與固定梳齒的數(shù)目以達(dá)到增大輸出電容值變化的目的。5.4.3諧振式加速度傳感器1．諧振式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)硅諧振式加速度傳感器主要包括：質(zhì)量塊、雙端固定音叉(DETF)、梳齒結(jié)構(gòu)、微杠桿結(jié)構(gòu)(力放大結(jié)構(gòu))、錨點(diǎn)等。其中DETF諧振器由驅(qū)動端和檢測端構(gòu)成，驅(qū)動端由可動梳齒電極與內(nèi)部固定電極構(gòu)成，用來為諧振器提供激勵信號；檢測端由可動梳齒電極與外部固定梳齒電極構(gòu)成，用來感知諧振器頻率的變化。2．諧振式加速度傳感器的工作原理硅諧振式加速度傳感器的工作原理為：質(zhì)量塊在加速度作用下產(chǎn)生慣性力，該作用力經(jīng)微杠桿結(jié)構(gòu)放大n倍后傳遞到DETF諧振器上，使得DETF諧振梁的頻率發(fā)生變化，通過檢測諧振頻率變化量即可得到加速度值。諧振式加速度傳感器是通過檢測輸出諧振頻率的變化來間接檢測所感受的加速度，高精度、實(shí)時性好的頻率測量電路是衡量諧振式加速度傳感器性能的重要指標(biāo)。頻率測量主要有模擬測量法和數(shù)字測量法[18]。模擬法測頻一般是將頻率量轉(zhuǎn)化為比較直觀的電壓、電流等進(jìn)行測量。對于一個周期性方波信號，當(dāng)幅度恒定不變時，它的有效電壓值是由占空比決定的：基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的數(shù)字化頻率測量系統(tǒng)主要包括處理芯片、存儲芯片、前置信號處理、串傳送等。比較器的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)化為同頻方波，即轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便被FPGA芯片識別，系統(tǒng)中增加了存儲器用來存儲下載程序，使系統(tǒng)可以掉電調(diào)試。FPGA中央處理芯片對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率計算，結(jié)果經(jīng)過串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)保存顯示。頻率測量算法的時序邏輯，該算法原理為：在同一時間閘門內(nèi)，對標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號和被測信號的周期同時進(jìn)行計數(shù)，最終由兩個計數(shù)值計算出被測信號頻率。為提高精度，對標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號均采用了上升沿和下降沿同時計數(shù)方式。具體實(shí)施過程為：利用計時器確定一個預(yù)設(shè)閘門信號，通過被測計數(shù)的上升沿去同步預(yù)設(shè)閘門，確定一個實(shí)際閘門信號，確保了實(shí)際閘門信號長度是被測信號周期的整數(shù)倍。根據(jù)實(shí)際閘門信號，利用標(biāo)準(zhǔn)時鐘的連續(xù)兩次上升沿，產(chǎn)生門控信號用以控制標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)；利用被測信號上升沿產(chǎn)生被測門控信號，控制對被測信號的計數(shù)。5.5轉(zhuǎn)矩傳感器電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體上基于齒輪齒條式轉(zhuǎn)向方式，通過電動機(jī)產(chǎn)生助力，主要由車速傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、電流傳感器、MCU，電動機(jī)、電磁離合器以及減速機(jī)構(gòu)等組成。5.5.1接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器1．電阻應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器，在輸入扭矩Ti的作用下，3的表面將會產(chǎn)生壓縮或者拉伸形變，那么3表面上所貼的電阻

和

方向上的應(yīng)變數(shù)值相等，但符號相反，皆為

，

、

和粘貼在3背面的

、

組成全橋測量電路，該全橋上的4個結(jié)點(diǎn)a、b、c、d(位于背面)處的信號通過相應(yīng)的4個信號滑環(huán)和電刷引出。電阻應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器原理：導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下會產(chǎn)生機(jī)械形變，其電阻值也將隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片傳感器正是基于應(yīng)變效應(yīng)制成，它包括電阻應(yīng)變片、彈性元件和測量轉(zhuǎn)換電橋電路等等。應(yīng)變片可以分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類，其中前者又可細(xì)分為金屬絲式、箔式、薄膜式和半導(dǎo)體應(yīng)變片等。當(dāng)在被測物表面貼上應(yīng)變片時，一旦有外力作用，應(yīng)變片的敏感柵將隨被測物一起發(fā)生形變，其電阻值也就發(fā)生變化，但是用ECU直接去計算此時應(yīng)變片阻值的變化是很困難也很不精確的，這是由于一個在高阻值的基準(zhǔn)上附加零點(diǎn)幾歐變化的小電阻，其分辨率很低。在非平衡電阻電橋中，用電阻應(yīng)變片式傳感器來代替某一橋臂電阻，或幾個相應(yīng)的橋臂電阻，當(dāng)該應(yīng)變片阻值變化時，電橋即失去平衡，此時，ECU可根據(jù)電橋的輸出電壓即可計算出被測值。非平衡電橋可分為單臂、雙臂、全橋等結(jié)構(gòu)。2．電位計式轉(zhuǎn)矩傳感器電位計式轉(zhuǎn)矩傳感器又稱為變阻器式轉(zhuǎn)矩傳感器，它是在滑動變阻器的原理基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的場合加以改進(jìn)的，分為線繞式和非線繞式兩種電阻傳感器，其中后者又可分為薄膜電位器，導(dǎo)電塑料電位器和光電電位器三種。該類型轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理是：當(dāng)觸頭裝置H與環(huán)形電阻器10處內(nèi)表面沒有磨損的位置接觸時，緊壓的彈簧6對螺栓5施加一定的預(yù)緊力，使得圓形滾動部件4在繞螺栓5中軸滾動時，又與環(huán)形電阻器10緊緊接觸，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動，而當(dāng)觸頭裝置H旋轉(zhuǎn)到環(huán)形電阻器10上有磨損的位置3處時，圓形滾動部件4即會有與環(huán)形電阻器10內(nèi)表面脫離的趨勢，但通過螺栓5間接施加預(yù)緊力的彈簧6使得圓形滾動部件4沿半徑向外運(yùn)動至與環(huán)形電阻器10內(nèi)表面接觸的位置，此時彈簧6的長度變長，以保持觸頭裝置H與環(huán)形電阻器10時時接觸，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，而當(dāng)觸頭裝置H離開此磨損位置3滑動到正常位置后，觸頭裝置H又回到原先的狀態(tài)，保持和環(huán)形電阻器10內(nèi)表面的平穩(wěn)接觸，這樣固定電刷B處下方的電路就可以持續(xù)穩(wěn)定地輸出正比于旋轉(zhuǎn)扭矩變化大小的電壓信號另一種常見的電位計式傳感器，它主要由扭桿彈簧、轉(zhuǎn)角位移變換機(jī)構(gòu)和電位計組成，扭桿彈簧其主要作用是傳遞駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤上的扭矩，并將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的轉(zhuǎn)角值。5.5.2非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器1．光電式轉(zhuǎn)矩傳感器光電式轉(zhuǎn)矩傳感器采用非接觸式測量方法，其原理就是將光通量的變化轉(zhuǎn)換成電信號強(qiáng)度的變化。光電式傳感器的理論基礎(chǔ)就是光電轉(zhuǎn)換器件的光電效應(yīng)，即半導(dǎo)體材料的許多電學(xué)參數(shù)特性都會因?yàn)槭艿焦庹斩l(fā)生變化。該結(jié)構(gòu)測量流程為，當(dāng)彈性軸以一定扭矩轉(zhuǎn)動時，兩個光電開關(guān)處分別得到不同信號，經(jīng)過濾波和相位差處理算法后，輸出信號并顯示出當(dāng)前轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。當(dāng)彈性軸4不受扭矩作用時，前后兩個光柵盤存在一初始相位差，當(dāng)有一定轉(zhuǎn)矩作用時，兩個光柵盤之間的相位差信息即隨著扭矩作用的增加而變大，此扭矩大小和彈性軸兩端的相對轉(zhuǎn)角差關(guān)系為：2．磁電式轉(zhuǎn)矩傳感器磁電式轉(zhuǎn)矩傳感器以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，又被稱為感應(yīng)式傳感器或者電動式傳感器，是一種將待測物體的機(jī)械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號。磁電式轉(zhuǎn)矩傳感器主要由軸套、線圈、磁性材料、扭桿彈簧和輸出軸組成。圖中所描述的為一種采用“E”字型磁極結(jié)構(gòu)的傳感器，其中間為激勵磁極，兩側(cè)為待測磁極，距離為L，在旋轉(zhuǎn)軸上貼附有一條凹凸不平的Co基非晶態(tài)合金薄帶，薄帶與激勵磁極關(guān)系如圖所示。當(dāng)激勵磁極繞組通以一定頻率的電流時，由于非晶態(tài)合金的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣，因此磁力線由激磁繞組出發(fā)，分別往兩邊，沿著合金薄條一直穿過兩側(cè)的待測磁極繞組，最終回到激磁端，形成閉合磁路。3．逆磁致伸縮式轉(zhuǎn)矩傳感器根據(jù)磁彈性耦合理論，當(dāng)由許多磁疇組成的磁致伸縮材料受到拉伸時，每個磁疇的易磁化方向改為沿著拉伸應(yīng)力方向，而當(dāng)該材料受到擠壓時，易磁化方向則改為垂直于擠壓受力方向。

a)b)將薄片形制的逆磁致伸縮式材料通過粘貼或者濺射的方式，將其以極高的強(qiáng)度與待測軸粘貼一體，這樣，待測軸因受轉(zhuǎn)矩力作用而產(chǎn)生的形變將直接表現(xiàn)在該逆磁致伸縮材料上，大大提高了信號的穩(wěn)定性和計測精確度。4．磁阻式轉(zhuǎn)矩傳感器磁阻式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器主要有信號盤式和集磁環(huán)式兩種。信號盤式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器由三個鐵質(zhì)齒輪信號盤來測量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角，基本原理還是利用扭桿彈簧兩端面的相對轉(zhuǎn)角來計算系統(tǒng)所受的轉(zhuǎn)矩。該傳感器工作原理為：輸入軸1與扭桿彈簧2通過花鍵連接，輸出軸6與扭桿彈簧之間也是通過花鍵連接，為了使扭桿彈簧2不產(chǎn)生軸向位移，扭桿彈簧2通過銷7固定于輸入軸1上。信號盤1與輸入軸相固結(jié)，隨輸出軸轉(zhuǎn)動。信號盤2與信號盤3與輸入軸隨輸出軸轉(zhuǎn)動，并且信號盤2比信號盤3多一個齒。通過測量信號盤1和信號盤2轉(zhuǎn)過的角度差來計算扭桿彈簧受的扭矩，通過測量信號盤2和信號盤3轉(zhuǎn)過的角度來計算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)過的絕對角度。集磁環(huán)式轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)子是多級性環(huán)形磁鐵，與輸入軸固定，隨輸入