传感器
单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度,与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器,我们都统称为速度传感器。
旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。
接触式
接触式旋转式速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时,摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器,发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值,从而就能测出线速度。
接触式旋转速度传感器结构简单,使用方便。但是接触滚轮的直径是与运动物体始终接触着,滚轮的外周将磨损,从而影响滚轮的周长。而脉冲数对每个传感器又是固定的。影响传感器的测量精度。要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路。另外接触式难免产生滑差,滑差的存在也将影响测量的正确性。
非接触式
非接触式旋转式速度传感器与运动物体无直接接触,非接触式测量原理很多,以下仅介绍两点,供参考。
1、光电流速传感器
叶轮的叶片边缘贴有反射膜,流体流动时带动叶轮旋转,叶轮每转动一周光纤传输反光一次,产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数,计算出流速。
2、光电风速传感器
风带动风速计旋转,经齿轮传动后带动凸轮成比例旋转。光纤被凸轮轮盘遮断形成一串光脉冲,经光电管转换成定信号,经计算可检测出风速。
非接触式旋转速度传感器寿命长,无需增加补偿电路。但脉冲当量不是距离整数倍,因此速度运算相对比较复杂。
旋转式速度传感器的性能可归纳如下:
1、传感器的输出信号为脉冲信号,其稳定性比较好,不易受外部噪声干扰,对测量电路无特殊要求。
2、结构比较简单,成本低,性能稳定可靠。功能齐全的微机芯片,使运算变换系数易于获得,故速度传感器应用极为普遍。
(1)光电式车速传感器
由带孔的转盘两个光导体纤维,一个发光二极管,一个作为光传感器的光电三极管组成。一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号,光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲)。发光二极管透过转盘上的孔照到光电二极管上实现光的传递与接收。
(2)磁电式车速传感器
模拟交流信号发生器,产生交变电流信号,通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲,其形状是一样的。输出信号的振幅与磁组轮的转速成正比(车速),信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。发动机控制电脑或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发电火时间或燃油喷射时刻的。
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,就是其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。但是磁阻元件的阻抗值随温度变化很大,用一个磁阻元件测量转速时,温漂影响非常厉害,这使磁阻元件的应用受到很大的限制。可是我们小野测器的传感器却不同,它采用了2个磁阻元件,不仅补偿了温度的影响,还大大地增强了传感器的灵敏度。
上图所示是磁电式转速传感器的原理图,由两个磁阻元件和两个电阻构成的电桥回路,其差动输出信号即检测信号被取出后直接送到DC放大器进行放大。这里简单地把框图再说明一下。为了调整两个磁阻元件的阻抗差异,电桥回路里还加入了可调电位器作为阻抗的平衡调整。平衡电桥的输出接DC放大器。若检测用齿轮采用渐开线齿轮时,输出波形几乎和正弦波差不离。信号经过放大后,被送到整形回路进行整形,使其变成上沿和下沿跳变得更快的矩形波。输出回路采用集电极输出,输出阻抗约为330Ω左右。指示器LED会随着输出波形的Hi、Lo变换而点灭。整个电路由5V电压驱动,电路内有5V电压输出的执行器。电源的输入电压与其他传感器相同,为DC12V±2V。磁阻元件被封装在传感器的顶端,考虑到安装时有方向性,所以在传感器上标有位置对准的记号。
(3)霍尔式车速传感器
它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上,用于开关点火和燃油喷射电路触发,它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成,一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙,在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器,而没有窗口的部分则中断磁场。
(4)车轮转速传感器
检测车轮转速并将检测结果输出ECU,主要是的作用是在汽车制动的控制和驱动控制这两方面;
(5)发动机转速传感器
检测发动机的转速,通常利用曲轴位置传感器来检测发动机的转速并输出来实现的。用于燃油喷射量、点火提前角、动力传动控制等;
(6)减速传感器
其主要的是要检测汽车在减速的时候的减速速度,也是将这个信号回传到ECU,汽车制动的控制和驱动控制这两方面。
(7)车速传感器
通常是直接或者间接检测汽车轮胎的转速来来获得的,主要是体现在我们可以在汽车行驶的时候可以知道自己的行驶的车速。
(8)旋转式速度传感器的结构和特征
旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。
(9)接触式旋转速度传感器
接触式旋转速度传感器结构简单,使用方便,因此传感器使用中必须施加一定的正压力或着滚轮表面采用摩擦力系数大的材料,尽可能减小滑差。 咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。
一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。
速度传感器其实与我们的距离近在咫尺,如今的汽车都装有发动机控制、自动驾驶、稻香系统等装置,而这些装置都需要汽车车速信号,速度传感器就是控制这些装置的。通过以上对速度传感器的整理分类,希望可以帮助大家适当的学习一些有关速度传感器的一些应用知识,并有利于大家在以后的使用过程中解决出现一些小的问题。
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