转速传感器
常见的转速传感器原理
常见的转速传感器原理转速传感器是一种用于测量转子运动速度的装置，广泛应用于汽车、工业设备、航天航空等领域。
转速传感器的原理可以分为以下几种常见类型。
磁敏传感器是利用转子上的永磁体在转动时与传感器之间产生磁场变化，通过检测磁场变化来测量转速。
其中，常用的磁敏传感器包括霍尔传感器和磁阻传感器。
-霍尔传感器：霍尔传感器是利用霍尔效应原理，当转子上的永磁体通过传感器时，产生磁场变化，使得霍尔元件内部的霍尔电压发生变化，进而测量转速。
-磁阻传感器：磁阻传感器是利用转子上的永磁体与传感器之间的磁阻变化，通过测量磁阻的变化来计算转速。
通常磁阻传感器由磁阻片、线圈和磁通路组成，当转子上的永磁体通过传感器时，磁通路发生变化，使得线圈感应电压变化，从而得到转速信息。
光电传感器是利用转子上的标记与传感器之间的光电信号变化，来测量转速。
光电传感器通常由发光器件和光敏电阻组成，当转子上的标记通过传感器时，产生的光电信号经过光敏电阻转化为电压信号，从而得到转速信息。
光电传感器具有响应速度快、精度高的特点，因此在高速转动的设备中应用广泛。
电感传感器是利用转子上的铁芯与传感器之间的电感变化，来测量转速。
电感传感器通常由铁芯、线圈和驱动电路组成，当转子上的铁芯通过传感器时，铁芯与线圈之间的电感发生变化，由驱动电路测量和分析电感变化，得到转速信息。
超声波传感器是利用转子上的超声波信号与传感器之间的回波时间差，来测量转速。
通常超声波传感器由超声波发射器和接收器组成，发射器发出超声波信号，当信号与转子上的物体相遇产生回波时，接收器接收回波信号，根据回波时间差计算转速。
以上是常见的几种转速传感器原理，每种传感器原理都有其特点和适用场景，根据实际需求选择适合的传感器原理可以有效地进行转速测量。
转速传感器原理
转速传感器原理
转速传感器是一种用来检测机械设备转速的传感器，它能够将转速信号转换成电信号输出，从而实现对机械设备转速的监测和控制。
在各种机械设备中，转速传感器都扮演着重要的角色，它们的工作原理和应用场景也是非常值得我们深入了解的。
转速传感器的工作原理主要是基于霍尔效应或电磁感应原理。
在霍尔效应中，当导体通过磁场时，导体内部会产生电势差，这个现象称为霍尔效应。
而在电磁感应中，当导体相对于磁场运动时，导体内部会产生感应电动势。
这两种原理都可以被应用在转速传感器中，从而实现对转速的检测。
在实际应用中，转速传感器通常会安装在机械设备的旋转部件上，当旋转部件运动时，传感器会受到影响，从而产生相应的电信号输出。
这个输出信号会经过放大、滤波等处理后，最终被传输到监测或控制系统中，实现对转速的准确监测和控制。
转速传感器的工作原理非常简单，但是在实际应用中却有着非常广泛的应用。
比如在汽车发动机中，转速传感器可以用来检测发动机的转速，从而实现点火时机的控制；在工业生产中，转速传感
器可以用来监测机械设备的运行状态，实现设备的安全运行和故障
诊断；在风力发电场中，转速传感器可以用来监测风车叶片的转速，从而实现对风力发电机组的控制。
总的来说，转速传感器是一种非常重要的传感器设备，它的工
作原理基于霍尔效应或电磁感应原理，可以用来实现对机械设备转
速的准确监测和控制。
在各种领域中都有着广泛的应用，对于提高
机械设备的安全性和稳定性具有非常重要的意义。
希望通过本文的
介绍，能够让大家对转速传感器有更深入的了解，从而更好地应用
于实际生产和生活中。
转速传感器
霍尔效应演示
霍尔效应 d a
b
c
一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应 强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中。当有电流I流 过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势U。
1 IB IB U RH ne d d
RH 霍尔系数 霍尔电势也小，不宜制作霍尔元件。
金属的自由电子密度n太大，霍尔系数小，
光电开关的特点：小型、高速、非接 触，与TTL、 MOS等电路容易结合。
一、直射式光电转速传感器
光电式传感器由独立且相对放臵的光发射器和收光器 组成。当目标通过光发射器和收光器之间并阻断光线时， 传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装臵。
图5-6 直射式光电转速传感器结构示意图
f n N
式中：N 为圆盘开孔数； n 为转速；f 为脉冲频率
1-永久磁铁；2-软磁铁；3-感性线圈；4-测量齿轮；5内齿轮；6-外齿轮；7-转轴 （b）闭磁通 图5-2 变磁通式磁电传感器结构图
知识点二 磁电感应式传感器基本特性
三、磁电感应式传感器测量电路
磁电感应式传感器直接输出电动势，且通常具有高的灵敏度， 一般不需要高增益放大器。 磁电感应式传感器是速度传感器，若要获得被测位移或加速度 信号，则需配用积分电路或微分电路。
电涡流传感器实物图
三、电涡流式转速传感器
图5-8 电涡流式转速传感器的工作原理图
在软磁性材料的输入轴上加工一个键槽，在距输入轴表面d0处设 臵电涡流式传感器，输入轴与被测旋转轴相连。当被测旋转轴转动 时，输入轴跟随转动，从而使传感器与输入轴的距离发生电的变化。 由于电涡流式，这种变化将导致振荡回路的品质因数变化，使传感 器线圈电感随的变化而变化，它们将直接影响振荡器的电压幅值和 振荡频率。 随着输入轴的旋转，从振荡器输出的信号中包含与转 速成正比的脉冲频率信号fn,。这种传感器可实现非接触式测量， 最高测量转速可达 。
转速传感器基本常识
转速传感器基本常识转速传感器是一种用于测量某个物体转速的装置。
在工业、机械和车辆中，转速的准确测量非常重要，转速传感器因此成为了许多设备中必不可少的部件。
本文将介绍转速传感器的基本工作原理、种类、以及应用场景。
工作原理转速传感器的工作原理基于霍尔效应。
当传感器中的磁场发生变化时，传感器内部的霍尔传感器会生成电信号。
转速传感器的磁场一般由附在转子上的永磁体产生。
传感器接收到这个磁场并产生电信号，这个信号含有能够描述转子转速的信息。
通过转速传感器，我们便能够获取旋转物体的速度、加速度、以及位置。
种类磁阻式转速传感器磁阻式转速传感器是一种被广泛使用的转速传感器。
它利用永磁体在旋转过程中产生的磁场，使内部的磁敏电阻与旋转物体之间产生磁阻力。
传感器通过测量这个磁阻力来测量转速。
磁阻式转速传感器可以在各种不同的应用场合下使用。
霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器通过利用霍尔效应来测量转速。
与磁阻式转速传感器不同的是，当永磁体旋转时，传感器内部的霍尔元件会感测到磁场的变化，这个信号被转换成为电信号。
由于霍尔效应的特殊性质，这种传感器无需接触旋转物体。
光电式转速传感器光电式转速传感器则是利用光学传感器来测量旋转物体的转速。
光电式转速传感器的工作原理是，物体上的光栅状标记在旋转过程中在传感器前面流过，这个运动会导致光电元件中的电压发生变化。
传感器利用这个变化来测量物体的转速。
这种传感器在高速度旋转物体的测量中应用更为广泛。
应用场景转速传感器的应用非常广泛。
例如，水泵，发动机和变速器等许多汽车和工业设备都需要转速传感器。
下面是一些更具体的应用场景：螺旋桨技术如今，大多数船的螺旋桨转速都由转速传感器控制。
转速传感器在频繁的液体混合和机器运动的条件下运作良好。
汽车制动系统转速传感器是汽车制动系统中不可缺少的一部分。
在车轮旋转时，转速传感器会通过监控车轮旋转的速度来确保制动系统顺利工作。
能源设备可以使用转速传感器在太阳能电池板和风力涡轮机等类型的能源设备中确保更高的发电效率。
转速传感器参数
转速传感器参数转速传感器是一种测量旋转轴转速的装置。
它可以将转速转换为电信号并输出给控制系统或显示装置，从而实现对旋转设备的监测和控制。
转速传感器广泛应用于各种行业和领域，例如汽车、机械制造、航空航天等。
转速传感器的参数主要包括以下几个方面：1.工作原理：转速传感器的工作原理一般分为两种，一种是磁敏感原理，利用磁场的变化来感知旋转轴的转速；另一种是光敏感原理，利用光线的闪烁来感知旋转轴的转速。
2.测量范围：转速传感器的测量范围一般根据具体应用需求确定，可以是较小范围的，也可以是较大范围的。
测量范围通常用单位时间内旋转的圈数或角度来表示。
3.精度：转速传感器的精度是指其测量结果与真实值之间的偏差，通常以百分比或小数来表示。
精度要求高的应用领域，需要选择精度较高的转速传感器。
4.响应时间：转速传感器的响应时间是指它对旋转轴转速变化的反应速度，响应时间越短，传感器的动态性能越好。
在一些快速运动的设备中，需要选择响应时间较短的转速传感器。
5.输出信号类型：转速传感器的输出信号类型有多种，常见的包括模拟信号和数字信号。
模拟信号通常是电压或电流的连续变化，而数字信号通常是经过A/D转换后得到的离散数值。
6.安装方式：转速传感器的安装方式也有多种，可以是直接安装在旋转轴上，也可以是通过与旋转轴间隔一定距离的传动装置来间接感知转速。
7.抗干扰能力：转速传感器在工作过程中会受到外部电磁干扰的影响，因此具有较强的抗干扰能力的传感器更能保证测量的准确性和稳定性。
总结起来，转速传感器的参数包括工作原理、测量范围、精度、响应时间、输出信号类型、安装方式和抗干扰能力等。
选择适合的转速传感器需要根据具体应用需求来确定，以确保能够实现准确的测量和控制。
磁阻式转速传感器原理
磁阻式转速传感器原理磁阻式转速传感器是一种常用于测量旋转物体转速的传感器，它利用磁阻效应来实现对转速的测量。
其工作原理是基于磁阻效应，即当磁场在磁敏感材料中发生变化时，会引起磁阻的变化，从而产生电压信号。
磁阻式转速传感器通常由磁敏感材料、磁场源和信号处理电路组成。
磁敏感材料是磁阻式转速传感器的核心部件，它通常是一种磁敏感材料，如铁氧体、磁性材料等。
当旋转物体上的齿轮或磁铁经过磁敏感材料时，会改变磁场的分布，从而引起磁阻的变化。
磁场源是用来产生磁场的部件，通常是一种永磁体或电磁铁。
磁场源的作用是在磁敏感材料周围形成一个稳定的磁场，使得当旋转物体上的磁铁或齿轮经过时，能够引起磁阻的变化。
信号处理电路是用来处理磁阻式转速传感器输出的电压信号的部件，它通常包括放大、滤波、数字转换等功能，将传感器输出的微弱电压信号转换为可供外部系统使用的数字信号。
磁阻式转速传感器的工作原理是当旋转物体上的磁铁或齿轮经过磁敏感材料时，会引起磁阻的变化，从而产生电压信号。
通过信号处理电路的处理，最终可以得到与旋转物体转速相关的数字信号。
磁阻式转速传感器具有灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低等优点，因此在工业控制、汽车电子、航空航天等领域得到了广泛的应用。
它可以用来测量发动机、风扇、泵等旋转设备的转速，实现对设备运行状态的监测和控制。
总的来说，磁阻式转速传感器是一种基于磁阻效应实现转速测量的传感器，具有灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低等优点，因此在工业控制、汽车电子、航空航天等领域得到了广泛的应用。
它的工作原理是基于磁阻效应，当旋转物体上的磁铁或齿轮经过磁敏感材料时，会引起磁阻的变化，从而产生电压信号。
经过信号处理电路的处理，最终可以得到与旋转物体转速相关的数字信号。
发动机转速传感器原理
发动机转速传感器原理
发动机转速传感器是一种用于测量发动机转速的设备。
其工作原理主要基于磁敏性材料的电阻变化。
具体而言，该传感器通常由一个绕组和一个磁敏核心组成。
绕组中通有一定的电流，当传感器靠近旋转的发动机部件时，磁敏材料在磁场的作用下发生变化。
磁敏材料的电阻随着其形状的变化而变化。
当发动机转速增加时，旋转部件的转动会导致传感器靠近和远离磁敏材料，从而使磁敏材料的电阻发生变化。
通过测量电阻的变化，可以计算出发动机的转速。
这种传感器通常使用模拟信号输出，输出的电信号幅值与发动机转速成正比。
通常情况下，传感器的输出信号会通过电气或电子设备进行进一步处理和转换，以便于被仪表板上的转速表或其他相关系统读取和显示。
总之，发动机转速传感器通过测量磁敏性材料电阻的变化来检测发动机转速，从而提供有关发动机运行状况的重要信息。
转速传感器的分类
转速传感器的分类转速传感器是一种用于测量旋转物体转速的装置。
根据其工作原理和应用领域的不同，转速传感器可以分为多种类型。
本文将按照转速传感器的分类进行介绍，以帮助读者更好地了解和选择合适的转速传感器。
一、霍尔效应转速传感器霍尔效应转速传感器是一种利用霍尔元件感应磁场变化来测量转速的装置。
它通过感应磁场的变化来探测旋转物体的转速，并将转速信号转换为电信号输出。
霍尔效应转速传感器具有体积小、响应速度快、精度高等优点，广泛应用于汽车发动机、工业机械等领域。
二、电磁感应转速传感器电磁感应转速传感器是利用电磁感应原理来测量转速的装置。
它通过感应旋转物体所产生的磁场变化来测量转速，并将转速信号转换为电信号输出。
电磁感应转速传感器具有结构简单、稳定可靠等特点，广泛应用于发电机、电动机等设备中。
三、光电转速传感器光电转速传感器是利用光电效应来测量转速的装置。
它通过感应旋转物体上的反射或透过光信号的变化来测量转速，并将转速信号转换为电信号输出。
光电转速传感器具有工作稳定、抗干扰能力强等优点，广泛应用于印刷机械、纺织机械等行业。
四、电容式转速传感器电容式转速传感器是利用电容变化来测量转速的装置。
它通过感应旋转物体与电极之间的电容变化来测量转速，并将转速信号转换为电信号输出。
电容式转速传感器具有结构简单、精度高等特点，广泛应用于航空航天、船舶等领域。
五、磁电感应转速传感器磁电感应转速传感器是利用磁电效应来测量转速的装置。
它通过感应旋转物体所产生的磁场变化来测量转速，并将转速信号转换为电信号输出。
磁电感应转速传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于风力发电、轨道交通等领域。
六、声波式转速传感器声波式转速传感器是利用声波传播时间来测量转速的装置。
它通过发射声波信号，测量声波传播的时间差来计算转速，并将转速信号转换为电信号输出。
声波式转速传感器具有非接触式测量、精度高等特点，广泛应用于汽车制动系统、飞机发动机等领域。
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Abstract: The traditional sensors have no high measure precision and also can be easily affected by work sensor was designed,which got the speed of turbofan engine by measuring generator voltage. The software program especially the design of digital filter. The experiment indicates that the smart speed sensor responses rapidly,which suitable for distributed control system of turbofan engine. Key words:turbofan engine;smart speed sensor;divide frequency dynamically;digital filter EEACC:1265A;7230 doi:10. 3969 / j. issn. 1004-1699. 2011. 02. 030 environment,so it is hard to realize intelligent control of turbofan engine. For solving this problem, a smart speed was compiled by dynamically dividing frequency of speed signal. The anti-interference measures were implemented, also has high measure precision and great anti - interference performance. So the designed smart speed sensor is
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接,有效地抑制了电磁干扰㊂ 实际运用时加装屏蔽外 单纯的利用硬件抗电磁干扰, 还不能达到理想 的效果,需结合软件进行滤波器设计,进一步滤除杂 波干扰,提高测量精度㊂
2 智能转速传感器软件设计
1. 2 转速信号处理电路
图 2 现场测试装置图
软件设计主要有上电自检㊁ 故障报警㊁ 转速测 量㊁数字滤波㊁ 数据显示㊁ 总线通信几部分组成㊂ 上 电自检程序主要判断转速测量值与转速变化值是否 超出实际范围,如超出实际范围则向控制器发出故 障报警㊂ 转速测量是整个程序的核心部分, 本文利 2. 1 动态分频法 用动态分频法进行程序设计㊂ 目前转速测量的方法主要有: 测频法㊁ 测周法㊁ 测频法在高转速时精度较高, 而测周法在低转
1. 1 智能转速传感器的系统构成 智能转速传感器主要由上电自检电路㊁ 转速信 号处理电路㊁显示电路与总线接口电路等组成㊂ 智能转速传感器具有上电自检功能, 上电时电 子模拟开关先拨到上电自检测电路, 上电自检测电 先测量出这个正弦波信号的频率, 判断这个频率是 否和其设定频率一致, 如果一致则认为电路工作正 常,将电子模拟开关拨到发动机转速信号,测量发动 机的转速,并通过显示电路显示出来;若不一致则通 过 CAN 总线向控制器发出故障信号㊂ 智能转速传感器的硬件电路如图 1 所示, 现场 路产生一个固定频率的正弦波信号, ATmega128 首
智能转速传感器设计
张世英 * ,于玺兴,朱杰堂,胡 宇
( 第二炮兵工程学院,西安 710025 ) 发电机电压信号获取发动机转速的智能转速传感器,利用动态分频法进行了软件设计, 并设计了软硬件抗干扰方案㊂ 实验结 果表明,该智能传感器实时性好,测量精度高,抗干扰能力强,适用于涡扇发动机的分布式控制系统㊂
得 ωp = 0. 4 π, ωs = 0. 8 π㊂ 由双线性 Z 变换的定义 ωö ç ÷ ,可求出:Ω = 0. 726 5 ,Ω = 3. 077 7 ,且 α Ω = tan æ p s p è2 ø = 3 dB,αs = 20 dB 保持不变㊂ ( 2 ) 设计巴特沃思模拟低通滤波器 巴特沃思模拟低通滤波器如下所示 1 | G ( jΩ) | 2 = 2 1+C ( Ω2 ) N 令 λ= Ω ,得 λ p = 1 ,λ s = 4 . 236 3 ㊂ Ωp C2 = 10 10 -1
转速信号处理电路由钳位㊁放大㊁比较和光隔组 成㊂ 当电子开关接转速信号输入端时,单片机对转速 号钳制在±0. 7 V 左右,这样可以防止当转速较高时, 转速不超过 60 000 r / min,所以利用电阻 R1 与电容 C 号㊂ 由 LM358 组成的反相放大器将输入信号放大 10 过高的输入信号将电路损坏㊂ 由于所测发动机最高 组成的低通滤波电路,可以滤除高于 1 kHZ 的杂波信 倍左右,使输入信号幅值到达 ±7 V㊂ 利用 LM393 组 成时滞比较电路,比较电路的比较基准选为地,经过 比较电路,转速信号变成了方波信号,这样可以有效 防止波形不稳造成的比较不准㊂ 选用光隔 TIL117,将 路与数字电路,增强了抗干扰能力㊂ 最后将信号接入 号) [6] 来实现转速测量㊂ 单片机 ATmega128 的 ICP1 ( T / C1 输入捕捉触发信 其中 PB0 - PB7 连接 1602 的数据端 D0 - D7 , PE0 1. 3 电磁干扰抑制 PE2 连接 1602 的控制端 RS㊁RW㊁E ㊂ 利用单片机连接 LCD1602 显示测量的转速值㊂ 方波信号的幅值变为 0 ~ 3. 3 V,光隔还隔离了模拟电 信号进行处理㊂ 采用两个二极管反向并联,将输入信
摘 要:为了实现涡扇发动机的智能控制,针对传统传感器测量精度不高, 易受外界环境干扰的问题, 设计了一种通过测量
关键词:涡扇发动机;智能转速传感器;动态分频法;数字滤波器
中图分类号:V241. 7 文献标识码:A 文章编号:1004-1699 ( 2011 ) 02-0313-04 可以达到很高的测量精度, 满足弹用涡扇发动机分 布式控制的要求㊂
利用 双 线 性 Z 变 换 法 设 计 一 低 通 数 字 滤 波
衰减 α s 为 20 dB ,确定抽样频率 F S 为 5 kHz㊂ ( 1 ) 确定滤波器的技术参数
许最大衰减 α p 为 3 dB ,2 kHz 处阻带应达到的最小
,实现数字滤波㊂ 在通带边缘 1 kHz 处通带允
冲 m2 的值㊂ 第二步,用一个常数 K 来除以 m0 就可 以求得 m1 ㊂ 第三步,将 T / C1 设为每 m1 个转速频率 转速信号频率,然后换算成转速值㊂
[ 12 ]
r / min ~ 60 000 r / min, 即转子周期为 1 ms ~ 20 ms, 16 MHz㊁1 / 1 分频, 用以计数外部转速信号的周期 内部脉冲 m2 ㊂ ATmega128 内的 16 位定时计数器 T / C1 工作频率为 器 T / C3 工作频率为 16 MHz㊁1 / 64 分频, 用以计数 第一步,用测周法测量出 m0 ,即 T / C1 捕捉到一 次外部电平跳变时 ( m1 = 1 ) , T / C3 所计数的内部脉 m1 ( 转速信号由 ICP1 输入 ) ㊂ 设置 16 位定时计数 因此采用动态分频法进行转速测量, 可设置单片机
较高时 m1 较小而带来的较大误差问题, 可以达到 2. 2 软件设计 非常高的精度㊂ 由于 所 测 发 动 机 高 压 转 子 转 速 一 般 为 3 000
误差与转速无关, 这样就解决了测周法在转速
本文设计的智能转速传感器,主要受工作环境中 高频电磁干扰的影响,为了尽量降低干扰㊁减少测量误 差,除了采取相应的硬件措施外,软件上也要采取一定 措施,即数字滤波㊂ 所谓数字滤波,就是通过一定的计 算机程序,对采集的数据进行处理,从而消除或减小干 扰和噪声的影响,提高测量的可靠性和精确度[10-11] ㊂ 器
动态分频法是将被测转速的频率进行 1 / m 分
图 3 动态分频法原理图
第2 期
张世英,于玺兴等:智能转速传感器设计
15 3
整数量化造成的 ±1 误差,最大相对误差 E max = ( 1 / m2 ) ×100%
速越高,m1 越大; 转速越低, m1 越小, m2 始终保持 为一个较大的数㊂ 动态分频法的误差来自于 m2 的 (2)
信号产生一次中断, 在这次中断中读取 T / C3 数据 寄存器 TCNT3 的值 m2 ㊂ 第四步,根据式 ( 1 ) 计算出 为 50 Hz ~ 1 000 Hz, 而定时计数器 T / C3 时钟频率 图 4 为动态分频法测量转速的程序流程图㊂ 已知转子周期为 1 ms ~ 20 ms,即高压转子频率
测频 / 测周切换法㊁时钟细分法以及动态分频法 [ 9] ㊂
速时测量精度较高, 两种方法都不能在整个转速量
程内实现高精度测量㊂ 测频 / 测周切换法结合了测
频和测周的优点, 但受测频㊁ 测周法误差的影响, 精 度不可能达到很高㊂ 时钟细分法精度可以达到很 高,但是实现较为复杂㊂ 动态分频法的误差与转速 无关,可以达到很高的精度, 且易于实现, 因此本文 采用动态分频法进行转速测量㊂
收稿日期:2010-08-07 修改日期:2010-10-21
测试装置如图 2 所示㊂
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传 感 技 术 学 报 www. chinatransducers. com
第 24 卷
图 1 智能转速传感器硬件电路图
扰㊂ 模拟电路与数字电路完全分开, 用光隔进行连
壳以抑制发动机工作环境对其产生的电磁干扰[8] ㊂
第 24 卷 第 2 期 2011 年 2 月
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS