轮速传感器.ppt

1、轮速传感器,姓名：王敏 学号：21122015,应用与分类,用在有关汽车制动或驱动的各类电子控制系统如 防抱死制动(ABS) 驱动防滑(ASR) 电子制动力分配(EBD) 转向制动控制(CBC) 电子稳定程序(ESP) 等系统控制均需要获取车轮的转速状况。,磁电式轮速传感器 霍尔式轮速传感器 光电式轮速传感器,分类,磁电式传感器,通过磁电作用将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号。 利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电势 优点: 不需要供电电源，电路简单， 性能稳定，输出阻抗小,磁电式传感器的工作原理,法拉第电磁感应定律：,k为比例系数，E为感应电势，为磁通。当E的单位为伏特

2、（V），的单位为韦伯（Wb），t的单位为秒（s）时，k1，这时感应电势为：,如果线圈是N匝，磁场强度是B，每匝线圈的平均长度la， 线圈相对磁场运动的速度为=dx/dt， 则整个线圈中所产生的电动势为：,不同类型的磁电式传感器,磁通量的变化实现办法: 磁铁与线圈之间做相对运动； 磁路中磁阻的变化； 恒定磁场中线圈面积的变化.,由于变磁阻式磁电传感器结构简单 牢固 工作可靠 价格便宜 被广泛用于车辆上作为检测车轮转速的轮速传感器,磁阻式磁电传感器,线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。

3、 线圈中产生感应电动势的频率作为输出，而感应电动势的频率取决于磁通变化的频率。,开磁路磁阻式转速传感器,1永久磁铁 3感应线圈 2软铁 4齿轮,在汽车上的安装,安装在前轮上,安装在后轮上,4 磁电式传感器的动态特性,一个二阶系统。 Vo为传感器外壳的运动速度，即被测物体运动速度； Vm为传感器惯性质量块的运动速度。,等效机械系统,若V(t)为惯性质量块相对外壳的运动速度,幅频特性 相频特性,式中，被测振动的角频率； n传感器运动系统的固有角频率 传感器运动系统的阻尼比,运动方程,磁电式速度传感器的频率响应特性曲线,只有n的情况下，Av()1， 相对速度V(t)的大小才可以作为被测振动速度V0

4、(t) 的量度。 因此磁电式速度传感器的频率较低，一般为1015Hz。,总结,电磁式轮速传感器结构简单、成本低、对粉尘污染不敏感，传感头不需外接电源。,优点,缺点,输出信号的幅值和频率受转速影响大，抗电磁波干扰能力差，易产生误信号。 适于车速为15 160 km/h，国内外普遍采用霍尔元件、光电式传感器，等器件组成新型的转速检测装置它们具有频率响应 高（响应频率达0P8V H 以上） ，输出幅值不变，抗电磁 干扰能力强等特点。,霍尔式的基本工作原理,一、 霍尔效应及霍尔元件 1. 霍尔效应 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，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间

5、产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。,目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、 锑化铟等半导体材料。其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、 温度性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其霍尔系数、 温度性能同N型锗。锑化铟对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小，温度系数也较小，输出特性线性度好。,霍尔元件常用材料,FL =evB,式中：e电子电荷； v电子运动平均速度； B磁场的磁感应强度。,在垂直于外磁场B的方向上放置一N型半导体薄片，通以电流I，方向如图所示。半导体薄片中的电流使自由电子在电场作用下做定向运动。此时，每个电子受

6、洛伦兹力FL的作用，FL的大小为：,FL的方向在图9-1中是向内的，此时电子除了沿电流反方向作定向运动外，还在FL的作用下漂移，结果使半导体薄片内侧面积累电子，而外侧面积累正电荷，从而形成了附加内电场EH， 称霍尔电场，该电场强度为,式中, UH为霍尔电势。,同时，每个电子所受电场力为,当电子所受洛伦兹力与霍尔电场作用力大小相等方向相反，即,时， 则,此时电荷不再向两侧面积累，达到平衡状态。,=eBv,FL =evB,霍尔效应演示,当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。,c,d,a,b,在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机

7、械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。,S,N,线性霍尔,磁铁,霍尔式轮速传感器原理,当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。,霍尔轮速传感器的安装,带有微型磁铁的霍尔传感器,钢质,霍尔,霍尔轮速传感器的其他安装方法,只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。,霍尔元件,磁铁,霍尔式轮速测量演示,n,=

8、,60,f,4,(r/min),软铁分流翼片,霍尔元件,T,光电式速度传感器概述,光电式速度传感器将速度的变化转变成光通量的变化，在通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量变化，即利用光电脉冲变成电脉冲，光电转换元件的工作原理是光电效应。,1.光电效应,所谓光电效应就是指物体吸收光能后产生的电效应。可分为3类。 （1）外光电效应。它是指物质在光的照射下发生电子逸出的现象。如光电管,光电倍增管等。 （2）内光电效应。它是指材料在光的照射下发生电阻率变化的现象。如光敏电阻，光导管等。 （3）光生伏特效应。它是指物体在光的照射下，其内部产生一定电势的现象。如光敏二极管，光敏晶体管，光电池等。,2.工

9、作原理,它是由装在轴上的带孔或缝隙的旋转盘（光电编码盘），光源，光接收器等组成，输入轴与被测轴相连接。光源发出的光通过缝隙旋转盘照射到光敏器件上，使光敏器件感光并产生电脉冲。转轴连续转动，光敏器件就输出一系列与转速及带缝隙旋转盘上缝隙数成正比的电脉冲数。在指示缝隙数一定的情况下，该脉冲数和转速成正比。,光电式速度传感器原理图 （a）光线被遮住，接收器无信号 （b）光线未被遮住，接收器有信号,优点,1、光电转速传感器为非接触式,光电转速传感器采用光学原理制造，光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。,2、光电转速传感器的结构紧凑,光电转速传感器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电转速传感器的体积小,光电转速传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会