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輪速傳感器
2021-09-14 09:42:19· 來源：驅(qū)動(dòng)視界
應(yīng)用與分類用在有關(guān)汽車制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)的各類電子控制系統(tǒng)如防抱死制動(dòng)(ABS)驅(qū)動(dòng)防滑(ASR)電子制動(dòng)力分配(EBD)轉(zhuǎn)向制動(dòng)控制(CBC)電子穩(wěn)定程序(ESP)等系統(tǒng)控制均需要
應(yīng)用與分類
用在有關(guān)汽車制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)的各類電子控制系統(tǒng)如
防抱死制動(dòng)(ABS)
驅(qū)動(dòng)防滑(ASR)
電子制動(dòng)力分配(EBD)
轉(zhuǎn)向制動(dòng)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。
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(dòng)、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(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電勢
優(yōu)點(diǎn):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：
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(yùn)動(dòng)的速度為υ=dx/dt，則整個(gè)線圈中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢為：
不同類型的磁電式傳感器
磁通量Ф的變化實(shí)現(xiàn)辦法:
磁鐵與線圈之間做相對運(yùn)動(dòng)；
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(jià)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(yùn)動(dòng)的部分是用導(dǎo)磁材料制成的，在運(yùn)動(dòng)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(dòng)勢。
線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率作為輸出，而感應(yīng)電動(dòng)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
在汽車上的安裝
磁電式傳感器的動(dòng)態(tài)特性
等效機(jī)械系統(tǒng)
一個(gè)二階系統(tǒng)。
Vo為傳感器外殼的運(yùn)動(dòng)速度，即被測物體運(yùn)動(dòng)速度；
Vm為傳感器慣性質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)速度。
若V(t)為慣性質(zhì)量塊相對外殼的運(yùn)動(dòng)速度
式中，ω——被測振動(dòng)的角頻率；
ωn——傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的固有角頻率
ξ——傳感器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比
磁電式速度傳感器的頻率響應(yīng)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(dòng)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(jié)
優(yōu)點(diǎn)
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。
缺點(diǎn)
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 ~ 160km/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(diǎn)。
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(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。
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(dǎo)體材料。
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(shí)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。
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，方向如下圖所示。
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(yùn)動(dòng)。
此時(shí)，每個(gè)電子受洛倫茲力FL的作用，F(xiàn)L的大小為：
FL =evB
式中：e——電子電荷；
v——電子運(yùn)動(dòng)平均速度；
B——磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
FL的方向在圖中是向內(nèi)的，此時(shí)電子除了沿電流反方向作定向運(yùn)動(dòng)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
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
此時(shí)電荷不再向兩側(cè)面積累，達(dá)到平衡狀態(tài)。
霍爾效應(yīng)演示
當(dāng)磁場垂直于薄片時(shí)，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。
在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)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(dòng)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。
霍爾式輪速傳感器原理
當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)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(shí)，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(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(dòng)，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)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(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。
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(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(dòng)，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(diǎn)
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(huì)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
3、光電轉(zhuǎn)速傳感器的抗干擾性好
光電轉(zhuǎn)速傳感器多采用LED作為光線投射部件，極少會(huì)出現(xiàn)光線停頓的情況，也不會(huì)存在燈泡燒毀等故障危險(xiǎn)。
另外，光電轉(zhuǎn)速傳感器的光源都是經(jīng)過特殊方式調(diào)制的，有極強(qiáng)的抗干擾能力，不會(huì)受普通光線的干擾。
4、光電轉(zhuǎn)速傳感器的測量能力好
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