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速度傳感器
把速度轉化成電信號的器件
基本信息
| 應用于 | 汽車(chē)檢測市場(chǎng) |
| 結構 | 多采用霍爾式結構 |
| 分為 | 線(xiàn)速度傳感器和角速度傳感器 |
簡(jiǎn)介
傳感器（sensor）是一種將非電量（如速度、壓力）的變化轉變?yōu)殡娏孔兓脑?，根據轉換的非電量不同可分為壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等，是進(jìn)行測量、控制儀器及設備的零件、附件。
激光測速
隨著(zhù)現今精密制造業(yè)的崛起和節省成本的需求，非接觸測速傳感器會(huì )慢慢取接觸式測速傳感器。而現在市場(chǎng)上精度較高、最常用的非接觸激光測速傳感器就是ZLS-Px像差測速傳感器。像差測速傳感器有兩個(gè)端口：一個(gè)發(fā)射端口，發(fā)出LED光源；一個(gè)是高速拍照端口，實(shí)現CCD面積高速成像對比，通過(guò)在極短時(shí)間內的兩個(gè)時(shí)間的圖像對比，分辨被測物體移動(dòng)的距離，結合傳感器內部的算法，
實(shí)時(shí)輸出被測物體的速度。如圖所示，①LED光發(fā)射口，②攝像接收口，③、④接線(xiàn)端，⑤固定螺孔。①LED光發(fā)射口對著(zhù)被測物發(fā)射出激光，經(jīng)反射到②攝像接收口，接收到信號后傳給信號處理器，通過(guò)算法計算出它的速度。
ZLS-Px像差測速傳感器能同時(shí)測量?jì)蓚€(gè)方向的速度、長(cháng)度，不但能覺(jué)察被測體是否停止，而且能覺(jué)察被測體的運動(dòng)方向。將傳感器固定在穩定的支架上，確保轉動(dòng)物體轉動(dòng)過(guò)程不會(huì )產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)，從而能測出轉動(dòng)被測體的轉角和轉速。
速度傳感器
工作原理
盤(pán)隨膠帶運行而旋轉時(shí)，傳感器的磁感應信號輸入到控制電路中去，經(jīng)放大、整形后進(jìn)行計數。其計數值與預置數比較，判斷膠帶機的帶速，即：正常速度、打滑或超速等。同時(shí)，執行電路輸出相應的開(kāi)關(guān)信號。當觸輪隨膠帶機運行而旋轉時(shí)帶動(dòng)機內的脈沖盤(pán)，在脈沖盤(pán)旋轉時(shí)引起的磁感應信號的變化輸入到速度傳感器的控制電路中，經(jīng)電路放大、比較、整形后進(jìn)行計數。其計數值與預置數比較，判斷膠帶的帶速，同時(shí)執行電路輸出相應的開(kāi)關(guān)信號。既：在達到低于打滑速度時(shí)執行電路輸出相應的開(kāi)關(guān)信號，使主機停機。
特征
旋轉式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)。
接觸式
接觸式旋轉式速度傳感器與運動(dòng)物體直接接觸。當運動(dòng)物體與旋轉式速度傳感器接觸時(shí)，摩擦力帶動(dòng)傳感器的滾輪轉動(dòng)。裝在滾輪上的轉動(dòng)脈沖傳感器，發(fā)送出一連串的脈沖。每個(gè)脈沖代表著(zhù)一定的距離值，從而就能測出線(xiàn)速度。
接觸式旋轉速度傳感器結構簡(jiǎn)單，使用方便。但是接觸滾輪的直徑是與運動(dòng)物體始終接觸著(zhù)，滾輪的外周將磨損，從而影響滾輪的周長(cháng)。而脈沖數對每個(gè)傳感器又是固定的。影響傳感器的測量精度。要提高測量精度必須在二次儀表中增加補償電路。另外接觸式難免產(chǎn)生滑差，滑差的存在也將影響測量的正確性。
速度傳感器
非接觸式
1、光電流速傳感器
葉輪的葉片邊緣貼有反射膜，流體流動(dòng)時(shí)帶動(dòng)葉輪旋轉，葉輪每轉動(dòng)一周光纖傳輸反光一次，產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號?？捎蓹z測到的脈沖數，計算出流速。
2、光電風(fēng)速傳感器
風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)速計旋轉，經(jīng)齒輪傳動(dòng)后帶動(dòng)凸輪成比例旋轉。光纖被凸輪輪盤(pán)遮斷形成一串光脈沖，經(jīng)光電管轉換成定信號，經(jīng)計算可檢測出風(fēng)速。
旋轉式速度傳感器的性能可歸納如下：
(1).傳感器的輸出信號為脈沖信號，其穩定性比較好，不易受外部噪聲干擾，對測量電路無(wú)特殊要求。
(2).結構比較簡(jiǎn)單，成本低，性能穩定可靠。功能齊全的微機芯片，使運算變換系數易于獲得，故速度傳感器應用極為普遍。
速度傳感器
種類(lèi)
(1)光電式車(chē)速傳感器--由帶孔的轉盤(pán)兩個(gè)光導體纖維，一個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)作為光傳感器的光電三極管組成。一個(gè)以光電三極管為基礎的放大器為發(fā)動(dòng)機控制電腦或點(diǎn)火模塊提供足夠功率的信號，光電三極管和放大器產(chǎn)生數字輸出信號(開(kāi)關(guān)脈沖)。發(fā)光二極管透過(guò)轉盤(pán)上的孔照到光電二極管上實(shí)現光的傳遞與接收。
(2)磁電式車(chē)速傳感器--模擬交流信號發(fā)生器，產(chǎn)生交變電流信號，通常由帶兩個(gè)接線(xiàn)柱的磁芯及線(xiàn)圈組成。磁組輪上的逐個(gè)齒輪將產(chǎn)生一一對應的系列脈沖，其形狀是一樣的。輸出信號的振幅與磁組輪的轉速成正比(車(chē)速)，信號的頻率大小表現于磁組輪的轉速大小。發(fā)動(dòng)機控制電腦或點(diǎn)火模塊正是靠這個(gè)同步脈沖信號來(lái)確定觸發(fā)電火時(shí)間或燃油噴射時(shí)刻的。
磁電式轉速傳感器，主要是利用磁阻元件來(lái)做轉速測量的。磁阻元件有一個(gè)特性，就是其阻抗值會(huì )隨著(zhù)磁場(chǎng)的強弱而變化。通常磁電式傳感器內裝有磁性鐵，使傳感器預先帶有一定的磁場(chǎng)，當金屬的檢測齒輪靠近傳感元件時(shí)，齒輪的齒頂與齒谷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化使得傳感元件的磁阻抗也跟著(zhù)變化。但是磁阻元件的阻抗值隨溫度變化很大，用一個(gè)磁阻元件測量轉速時(shí)，溫漂影響非常厲害，這使磁阻元件的應用受到很大的限制?？墒俏覀冃∫皽y器的傳感器卻不同，它采用了2個(gè)磁阻元件，不僅補償了溫度的影響，還大大地增強了傳感器的靈敏度。
上圖所示是磁電式轉速傳感器的原理圖，由兩個(gè)磁阻元件和兩個(gè)電阻構成的電橋回路，其差動(dòng)輸出信號即檢測信號被取出后直接送到DC放大器進(jìn)行放大。這里簡(jiǎn)單地把框圖再說(shuō)明一下。為了調整兩個(gè)磁阻元件的阻抗差異，電橋回路里還加入了可調電位器作為阻抗的平衡調整。平衡電橋的輸出接DC放大器。若檢測用齒輪采用漸開(kāi)線(xiàn)齒輪時(shí)，輸出波形幾乎和正弦波差不離。信號經(jīng)過(guò)放大后，被送到整形回路進(jìn)行整形，使其變成上沿和下沿跳變得更快的矩形波。輸出回路采用集電極輸出，輸出阻抗約為330Ω左右。指示器LED會(huì )隨著(zhù)輸出波形的Hi、Lo變換而點(diǎn)滅。整個(gè)電路由5V電壓驅動(dòng)，電路內有5V電壓輸出的執行器。電源的輸入電壓與其他傳感器相同，為DC12V±2V。磁阻元件被封裝在傳感器的頂端，考慮到安裝時(shí)有方向性，所以在傳感器上標有位置對準的記號。
(3)霍爾式車(chē)速傳感器--它們主要應用在曲軸轉角和凸輪軸位置上，用于開(kāi)關(guān)點(diǎn)火和燃油噴射電路觸發(fā)，它還應用在其它需要控制轉動(dòng)部件的位置和速度控制電腦電路中。由一個(gè)幾乎完全閉合的包含永久磁鐵和磁極部分的磁路組成，一個(gè)軟磁鐵葉片轉子穿過(guò)磁鐵和磁極間的氣隙，在葉片轉子上的窗口允許磁場(chǎng)不受影響的穿過(guò)并到達霍爾效應傳感器，而沒(méi)有窗口的部分則中斷磁場(chǎng)。
(4)車(chē)輪轉速傳感器—檢測車(chē)輪轉速并將檢測結果輸出ECU，主要是的作用是在汽車(chē)制動(dòng)的控制和驅動(dòng)控制這兩方面；
(5)發(fā)動(dòng)機轉速傳感器---檢測發(fā)動(dòng)機的轉速，通常利用曲軸位置傳感器來(lái)檢測發(fā)動(dòng)機的轉速并輸出來(lái)實(shí)現的。用于燃油噴射量、點(diǎn)火提前角、動(dòng)力傳動(dòng)控制等；
(6)減速傳感器---其主要的是要檢測汽車(chē)在減速的時(shí)候的減速速度，也是將這個(gè)信號回傳到ECU，汽車(chē)制動(dòng)的控制和驅動(dòng)控制這兩方面。
(7)車(chē)速傳感器---通常是直接或者間接檢測汽車(chē)輪胎的轉速來(lái)來(lái)獲得的，主要是體現在我們可以在汽車(chē)行駛的時(shí)候可以知道自己的行駛的車(chē)速。
（8）旋轉式速度傳感器的結構和特征
旋轉式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類(lèi)。
前景
咨詢(xún)公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場(chǎng)報告顯示，2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場(chǎng)可達600億美元以上。調查顯示，東歐、亞太區和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(cháng)最快的地區，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(cháng)最快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng)，占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng)，看好通訊市場(chǎng)前景。
一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現出成熟市場(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(cháng)來(lái)自于無(wú)線(xiàn)傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統)傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無(wú)線(xiàn)傳感器在2007-2010年復合年增長(cháng)率預計會(huì )超過(guò)25%。
應用
速度傳感器將應用于汽車(chē)檢測市場(chǎng)
速度傳感器
汽車(chē)速度傳感器多采用霍爾式結構，霍爾速度傳感器是一種基于霍爾效應的磁電傳感器，具有對磁場(chǎng)敏感度高、輸出信號穩定、頻率響應高、抗電磁干擾能力強、結構簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。它主要是由特定磁極對數的永久磁鐵（一般為4或8對）、霍爾元件、旋轉機構及輸入/輸出插件等組成。其工作原理是當傳感器的旋轉機構在外驅動(dòng)作用下旋轉時(shí)，會(huì )帶動(dòng)永久磁鐵旋轉，穿過(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)將產(chǎn)生周期性變化，引起霍爾元件輸出電壓變化，通過(guò)后續電路處理形成穩定的脈沖電壓信號，作為車(chē)速傳感器的輸出信號?；魻柦Y構的速度傳感器主要電氣技術(shù)參數包括：輸出信號高電壓、低電壓、占空比、周期、上升時(shí)間、下降時(shí)間、周期脈沖數等，為了保證產(chǎn)品的性能可靠性，必須在出廠(chǎng)前對這些參數進(jìn)行定量測試。
集成化與智能化、高效自動(dòng)測量、軟件計算、圖形或數表顯示測試結果的測試系統越來(lái)越受到汽車(chē)速度傳感器生產(chǎn)企業(yè)的青睞。常用的霍爾式車(chē)速傳感器的性能測量而開(kāi)發(fā)的一種綜合檢測裝置?；诔杀究紤]，利用微處理器的高速計數器端口作為車(chē)速傳感器的數據采集，利用軟件控制實(shí)現對采集數據的計算和圖形化顯示處理。完成的檢測裝置具有測試精度高、數據通信可靠、圖表化的良好用戶(hù)界面、抗干擾能力強、檢測過(guò)程簡(jiǎn)單直觀(guān)、系統開(kāi)發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的推廣市場(chǎng)，因此速度傳感器將會(huì )在車(chē)輛速度檢測上有巨大應用前景。
其他
帶式輸送機的速度傳感器采用霍爾傳感器，其主要是利用霍爾效應實(shí)現磁電轉換的一種傳感器，霍爾效應自1879年被發(fā)現至今已有100多年的發(fā)展歷史，但其應用是在本世紀50年代，由于微電子學(xué)的快速發(fā)展，才被人們所重視和推廣使用，并且不斷地開(kāi)發(fā)了多種霍爾元件。我國從20世紀70年代開(kāi)始加大研究霍爾元件，經(jīng)過(guò)近幾十年的研究和開(kāi)發(fā)，己經(jīng)能生產(chǎn)各種性能的霍爾元件，例如：普通型、高靈敏度型、低溫度系數型、測溫測磁型和開(kāi)關(guān)式的霍爾元件。由于霍爾傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高、線(xiàn)性度好、穩定性高、體積小和耐高溫等，所以已經(jīng)廣泛應用于非電量測量自動(dòng)控制、計算機裝置和現代軍事技術(shù)等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。
參考資料
[1]
HQSK-600/10速度傳感器/打滑開(kāi)關(guān)工作原理 · 電子市場(chǎng)網(wǎng)[引用日期2016-05-19]
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