輪速傳感器.ppt

1、輪速傳感器,姓名：王敏 學(xué)號：21122015,應(yīng)用與分類,用在有關(guān)汽車制動或驅(qū)動的各類電子控制系統(tǒng)如 防抱死制動(ABS) 驅(qū)動防滑(ASR) 電子制動力分配(EBD) 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速狀況。,磁電式輪速傳感器 霍爾式輪速傳感器 光電式輪速傳感器,分類,磁電式傳感器,通過磁電作用將被測量（如振動、轉(zhuǎn)速、扭矩）轉(zhuǎn)換成電勢信號。 利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)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(yīng)定律：,k為比例系數(shù)，E為感應(yīng)電勢，為磁通。當(dāng)E的單位為伏特

2、（V），的單位為韋伯（Wb），t的單位為秒（s）時，k1，這時感應(yīng)電勢為：,如果線圈是N匝，磁場強(qiáng)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=dx/dt， 則整個線圈中所產(chǎn)生的電動勢為：,不同類型的磁電式傳感器,磁通量的變化實現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(dǎo)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

3、 線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的頻率作為輸出，而感應(yīng)電動勢的頻率取決于磁通變化的頻率。,開磁路磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器,1永久磁鐵 3感應(yīng)線圈 2軟鐵 4齒輪,在汽車上的安裝,安裝在前輪上,安裝在后輪上,4 磁電式傳感器的動態(tài)特性,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(zhì)量塊的運動速度。,等效機(jī)械系統(tǒng),若V(t)為慣性質(zhì)量塊相對外殼的運動速度,幅頻特性 相頻特性,式中，被測振動的角頻率； n傳感器運動系統(tǒng)的固有角頻率 傳感器運動系統(tǒng)的阻尼比,運動方程,磁電式速度傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線,只有n的情況下，Av()1， 相對速度V(t)的大小才可以作為被測振動速度V0

4、(t) 的量度。 因此磁電式速度傳感器的頻率較低，一般為1015Hz。,總結(jié),電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、對粉塵污染不敏感，傳感頭不需外接電源。,優(yōu)點,缺點,輸出信號的幅值和頻率受轉(zhuǎn)速影響大，抗電磁波干擾能力差，易產(chǎn)生誤信號。 適于車速為15 160 km/h，國內(nèi)外普遍采用霍爾元件、光電式傳感器，等器件組成新型的轉(zhuǎn)速檢測裝置它們具有頻率響應(yīng) 高（響應(yīng)頻率達(dá)0P8V H 以上） ，輸出幅值不變，抗電磁 干擾能力強(qiáng)等特點。,霍爾式的基本工作原理,一、 霍爾效應(yīng)及霍爾元件 1. 霍爾效應(yīng) 置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間

5、產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢稱霍爾電勢。,目前常用的霍爾元件材料有：鍺、硅、砷化銦、 銻化銦等半導(dǎo)體材料。其中N型鍺容易加工制造，其霍爾系數(shù)、 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(shù)、 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(nèi)溫度系數(shù)大，但在室溫時其霍爾系數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線性度好。,霍爾元件常用材料,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(yīng)強(qiáng)度。,在垂直于外磁場B的方向上放置一N型半導(dǎo)體薄片，通以電流I，方向如圖所示。半導(dǎo)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

6、洛倫茲力FL的作用，F(xiàn)L的大小為：,FL的方向在圖9-1中是向內(nèi)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(jié)果使半導(dǎo)體薄片內(nèi)側(cè)面積累電子，而外側(cè)面積累正電荷，從而形成了附加內(nèi)電場EH， 稱霍爾電場，該電場強(qiáng)度為,式中, UH為霍爾電勢。,同時，每個電子所受電場力為,當(dāng)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,時， 則,此時電荷不再向兩側(cè)面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。,=eBv,FL =evB,霍爾效應(yīng)演示,當(dāng)磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。,c,d,a,b,在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機(jī)

7、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(zhuǎn)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(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。,S,N,線性霍爾,磁鐵,霍爾式輪速傳感器原理,當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。,霍爾輪速傳感器的安裝,帶有微型磁鐵的霍爾傳感器,鋼質(zhì),霍爾,霍爾輪速傳感器的其他安裝方法,只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。,霍爾元件,磁鐵,霍爾式輪速測量演示,n,=

8、,60,f,4,(r/min),軟鐵分流翼片,霍爾元件,T,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(zhuǎn)變成光通量的變化，在通過光電轉(zhuǎn)換元件將光通量的變化轉(zhuǎn)換成電量變化，即利用光電脈沖變成電脈沖，光電轉(zhuǎn)換元件的工作原理是光電效應(yīng)。,1.光電效應(yīng),所謂光電效應(yīng)就是指物體吸收光能后產(chǎn)生的電效應(yīng)。可分為3類。 （1）外光電效應(yīng)。它是指物質(zhì)在光的照射下發(fā)生電子逸出的現(xiàn)象。如光電管,光電倍增管等。 （2）內(nèi)光電效應(yīng)。它是指材料在光的照射下發(fā)生電阻率變化的現(xiàn)象。如光敏電阻，光導(dǎo)管等。 （3）光生伏特效應(yīng)。它是指物體在光的照射下，其內(nèi)部產(chǎn)生一定電勢的現(xiàn)象。如光敏二極管，光敏晶體管，光電池等。,2.工

9、作原理,它是由裝在軸上的帶孔或縫隙的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤照射到光敏器件上，使光敏器件感光并產(chǎn)生電脈沖。轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，光敏器件就輸出一系列與轉(zhuǎn)速及帶縫隙旋轉(zhuǎn)盤上縫隙數(shù)成正比的電脈沖數(shù)。在指示縫隙數(shù)一定的情況下，該脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速傳感器為非接觸式,光電轉(zhuǎn)速傳感器采用光學(xué)原理制造，光電轉(zhuǎn)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(fù)載，因此光電轉(zhuǎn)速傳感器的測量誤差更小，精度更高。,2、光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)緊湊,光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速傳感器的體積小,光電轉(zhuǎn)速傳感器多采用LED作為光線投射部件，極少會出現(xiàn)光線停頓的情況，也不會