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速度傳感器
把速度轉(zhuǎn)化成電信號的器件
基本信息
| 應(yīng)用于 | 汽車檢測市場 |
| 結(jié)構(gòu) | 多采用霍爾式結(jié)構(gòu) |
| 分為 | 線速度傳感器和角速度傳感器 |
簡介
傳感器（sensor）是一種將非電量（如速度、壓力）的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓脑鶕?jù)轉(zhuǎn)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(shè)備的零件、附件。
velocity
在機器人自動化技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)運動速度測量較多，而且直線運動速度也經(jīng)常通過旋轉(zhuǎn)速度間接測量。例如：測速發(fā)電機可以將旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)變成電信號，就是一種速度傳感器。測速機要求輸出電壓與轉(zhuǎn)速間保持線性關(guān)系，并要求輸出電壓陡度大，時間及溫度穩(wěn)定性好。測速機一般可分為直流式和交流式兩種。直流式測速機的勵磁方式可分為他勵式和永磁式兩種，電樞結(jié)構(gòu)有帶槽的、空心的、盤式印刷電路等形式，其中帶槽式最為常用。
激光測速
隨著現(xiàn)今精密制造業(yè)的崛起和節(jié)省成本的需求，非接觸測速傳感器會慢慢取接觸式測速傳感器。而現(xiàn)在市場上精度較高、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端口：一個發(fā)射端口，發(fā)出LED光源；一個是高速拍照端口，實現(xiàn)CCD面積高速成像對比，通過在極短時間內(nèi)的兩個時間的圖像對比，分辨被測物體移動的距離，結(jié)合傳感器內(nèi)部的算法，
實時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接線端，⑤固定螺孔。①LED光發(fā)射口對著被測物發(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，通過算法計算出它的速度。
ZLS-Px像差測速傳感器能同時測量兩個方向的速度、長度，不但能覺察被測體是否停止，而且能覺察被測體的運動方向。將傳感器固定在穩(wěn)定的支架上，確保轉(zhuǎn)動物體轉(zhuǎn)動過程不會產(chǎn)生過大的振動，從而能測出轉(zhuǎn)動被測體的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。
速度傳感器
工作原理
盤隨膠帶運行而旋轉(zhuǎn)時，傳感器的磁感應(yīng)信號輸入到控制電路中去，經(jīng)放大、整形后進(jìn)行計數(shù)。其計數(shù)值與預(yù)置數(shù)比較，判斷膠帶機的帶速，即：正常速度、打滑或超速等。同時，執(zhí)行電路輸出相應(yīng)的開關(guān)信號。當(dāng)觸輪隨膠帶機運行而旋轉(zhuǎn)時帶動機內(nèi)的脈沖盤，在脈沖盤旋轉(zhuǎn)時引起的磁感應(yīng)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(shù)。其計數(shù)值與預(yù)置數(shù)比較，判斷膠帶的帶速，同時執(zhí)行電路輸出相應(yīng)的開關(guān)信號。既：在達(dá)到低于打滑速度時執(zhí)行電路輸出相應(yīng)的開關(guān)信號，使主機停機。
特征
旋轉(zhuǎn)式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類。
接觸式
接觸式旋轉(zhuǎn)式速度傳感器與運動物體直接接觸。當(dāng)運動物體與旋轉(zhuǎn)式速度傳感器接觸時，摩擦力帶動傳感器的滾輪轉(zhuǎn)動。裝在滾輪上的轉(zhuǎn)動脈沖傳感器，發(fā)送出一連串的脈沖。每個脈沖代表著一定的距離值，從而就能測出線速度。
接觸式旋轉(zhuǎn)速度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。但是接觸滾輪的直徑是與運動物體始終接觸著，滾輪的外周將磨損，從而影響滾輪的周長。而脈沖數(shù)對每個傳感器又是固定的。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
2、光電風(fēng)速傳感器
風(fēng)帶動風(fēng)速計旋轉(zhuǎn)，經(jīng)齒輪傳動后帶動凸輪成比例旋轉(zhuǎn)。光纖被凸輪輪盤遮斷形成一串光脈沖，經(jīng)光電管轉(zhuǎn)換成定信號，經(jīng)計算可檢測出風(fēng)速。
旋轉(zhuǎn)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(wěn)定性比較好，不易受外部噪聲干擾，對測量電路無特殊要求。
(2).結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低，性能穩(wěn)定可靠。功能齊全的微機芯片，使運算變換系數(shù)易于獲得，故速度傳感器應(yīng)用極為普遍。
速度傳感器
種類
(1)光電式車速傳感器--由帶孔的轉(zhuǎn)盤兩個光導(dǎo)體纖維，一個發(fā)光二極管，一個作為光傳感器的光電三極管組成。一個以光電三極管為基礎(chǔ)的放大器為發(fā)動機控制電腦或點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(shù)字輸出信號(開關(guān)脈沖)。發(fā)光二極管透過轉(zhuǎn)盤上的孔照到光電二極管上實現(xiàn)光的傳遞與接收。
(2)磁電式車速傳感器--模擬交流信號發(fā)生器，產(chǎn)生交變電流信號，通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。磁組輪上的逐個齒輪將產(chǎn)生一一對應(yīng)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(zhuǎn)速成正比(車速)，信號的頻率大小表現(xiàn)于磁組輪的轉(zhuǎn)速大小。發(fā)動機控制電腦或點火模塊正是靠這個同步脈沖信號來確定觸發(fā)電火時間或燃油噴射時刻的。
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，主要是利用磁阻元件來做轉(zhuǎn)速測量的。磁阻元件有一個特性，就是其阻抗值會隨著磁場的強弱而變化。通常磁電式傳感器內(nèi)裝有磁性鐵，使傳感器預(yù)先帶有一定的磁場，當(dāng)金屬的檢測齒輪靠近傳感元件時，齒輪的齒頂與齒谷所產(chǎn)生的磁場變化使得傳感元件的磁阻抗也跟著變化。但是磁阻元件的阻抗值隨溫度變化很大，用一個磁阻元件測量轉(zhuǎn)速時，溫漂影響非常厲害，這使磁阻元件的應(yīng)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(zhuǎn)速傳感器的原理圖，由兩個磁阻元件和兩個電阻構(gòu)成的電橋回路，其差動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。這里簡單地把框圖再說明一下。為了調(diào)整兩個磁阻元件的阻抗差異，電橋回路里還加入了可調(diào)電位器作為阻抗的平衡調(diào)整。平衡電橋的輸出接DC放大器。若檢測用齒輪采用漸開線齒輪時，輸出波形幾乎和正弦波差不離。信號經(jīng)過放大后，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會隨著輸出波形的Hi、Lo變換而點滅。整個電路由5V電壓驅(qū)動，電路內(nèi)有5V電壓輸出的執(zhí)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，考慮到安裝時有方向性，所以在傳感器上標(biāo)有位置對準(zhǔn)的記號。
(3)霍爾式車速傳感器--它們主要應(yīng)用在曲軸轉(zhuǎn)角和凸輪軸位置上，用于開關(guān)點火和燃油噴射電路觸發(fā)，它還應(yīng)用在其它需要控制轉(zhuǎn)動部件的位置和速度控制電腦電路中。由一個幾乎完全閉合的包含永久磁鐵和磁極部分的磁路組成，一個軟磁鐵葉片轉(zhuǎn)子穿過磁鐵和磁極間的氣隙，在葉片轉(zhuǎn)子上的窗口允許磁場不受影響的穿過并到達(dá)霍爾效應(yīng)傳感器，而沒有窗口的部分則中斷磁場。
(4)車輪轉(zhuǎn)速傳感器—檢測車輪轉(zhuǎn)速并將檢測結(jié)果輸出ECU，主要是的作用是在汽車制動的控制和驅(qū)動控制這兩方面；
(5)發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器---檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，通常利用曲軸位置傳感器來檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速并輸出來實現(xiàn)的。用于燃油噴射量、點火提前角、動力傳動控制等；
(6)減速傳感器---其主要的是要檢測汽車在減速的時候的減速速度，也是將這個信號回傳到ECU，汽車制動的控制和驅(qū)動控制這兩方面。
（8）旋轉(zhuǎn)式速度傳感器的結(jié)構(gòu)和特征
旋轉(zhuǎn)式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類。
（9）接觸式旋轉(zhuǎn)速度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，因此傳感器使用中必須施加一定的正壓力或著滾輪表面采用摩擦力系數(shù)大的材料，盡可能減小滑差。
速度傳感器
速度傳感器
速度傳感器
前景
咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。
一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計會超過25%。
應(yīng)用
速度傳感器將應(yīng)用于汽車檢測市場
速度傳感器
汽車速度傳感器多采用霍爾式結(jié)構(gòu)，霍爾速度傳感器是一種基于霍爾效應(yīng)的磁電傳感器，具有對磁場敏感度高、輸出信號穩(wěn)定、頻率響應(yīng)高、抗電磁干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特點。它主要是由特定磁極對數(shù)的永久磁鐵（一般為4或8對）、霍爾元件、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及輸入/輸出插件等組成。其工作原理是當(dāng)傳感器的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在外驅(qū)動作用下旋轉(zhuǎn)時，會帶動永久磁鐵旋轉(zhuǎn)，穿過霍爾元件的磁場將產(chǎn)生周期性變化，引起霍爾元件輸出電壓變化，通過后續(xù)電路處理形成穩(wěn)定的脈沖電壓信號，作為車速傳感器的輸出信號?；魻柦Y(jié)構(gòu)的速度傳感器主要電氣技術(shù)參數(shù)包括：輸出信號高電壓、低電壓、占空比、周期、上升時間、下降時間、周期脈沖數(shù)等，為了保證產(chǎn)品的性能可靠性，必須在出廠前對這些參數(shù)進(jìn)行定量測試。
集成化與智能化、高效自動測量、軟件計算、圖形或數(shù)表顯示測試結(jié)果的測試系統(tǒng)越來越受到汽車速度傳感器生產(chǎn)企業(yè)的青睞。常用的霍爾式車速傳感器的性能測量而開發(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(shù)器端口作為車速傳感器的數(shù)據(jù)采集，利用軟件控制實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信可靠、圖表化的良好用戶界面、抗干擾能力強、檢測過程簡單直觀、系統(tǒng)開發(fā)成本低等優(yōu)點，具有較好的推廣市場，因此速度傳感器將會在車輛速度檢測上有巨大應(yīng)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(yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，霍爾效應(yīng)自1879年被發(fā)現(xiàn)至今已有100多年的發(fā)展歷史，但其應(yīng)用是在本世紀(jì)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，并且不斷地開發(fā)了多種霍爾元件。我國從20世紀(jì)70年代開始加大研究霍爾元件，經(jīng)過近幾十年的研究和開發(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(shù)型、測溫測磁型和開關(guān)式的霍爾元件。由于霍爾傳感器的特點是靈敏度高、線性度好、穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等，所以已經(jīng)廣泛應(yīng)用于非電量測量自動控制、計算機裝置和現(xiàn)代軍事技術(shù)等各個工業(yè)領(lǐng)域。
參考資料
[1]
HQSK-600/10速度傳感器/打滑開關(guān)工作原理 · 電子市場網(wǎng)[引用日期2016-05-19]
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
