第九章 转速传感器
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 。
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重要传感器。
它通过检测发动机曲轴的转速，将转速信号转换成电信号，再传输给发动机控制单元，以实现对发动机工作状态的监测和控制。
本文将介绍发动机转速传感器的工作原理及其在发动机控制系统中的应用。
发动机转速传感器的工作原理主要基于霍尔效应。
当发动机曲轴转动时，传感器内部的霍尔元件会受到磁场的影响而产生电压信号。
这个电压信号随着曲轴转速的变化而变化，通过信号调理电路进行处理后，最终输出一个与曲轴转速成比例的脉冲信号。
这个脉冲信号会被发动机控制单元接收并进行处理，用于计算发动机的转速。
通过对转速的监测，发动机控制单元可以实时调整点火时机和燃油喷射量，以确保发动机在各种工况下都能保持良好的工作状态，提高燃油经济性和降低排放。
发动机转速传感器在发动机控制系统中起着至关重要的作用。
它不仅可以提供发动机转速的准确数据，还可以为发动机控制单元提供其他相关信息，如曲轴位置、加速踏板位置等，以帮助发动机控制单元更精准地控制发动机工作状态。
除了在汽车发动机上的应用，发动机转速传感器也被广泛应用于船舶、飞机、工程机械等领域。
在这些领域，发动机的工作环境更加苛刻，对发动机转速传感器的稳定性和可靠性要求更高。
因此，发动机转速传感器的设计和制造需要考虑到各种工作环境的影响，以确保其能够稳定可靠地工作。
总的来说，发动机转速传感器是发动机控制系统中不可或缺的重要组成部分。
它通过测量发动机转速，为发动机控制单元提供必要的数据，以实现对发动机工作状态的监测和控制。
在未来，随着汽车和其他交通工具的智能化发展，发动机转速传感器的性能和稳定性将会得到进一步提升，以满足更加严苛的工作环境和更高的工作要求。
第九章 机械量电测法
二、悬臂梁
①等载面梁 图9-3-2（a） EMBED Equation.3 EMBED Equation.DSMT4
②等强度梁 图9-3-2（b） EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
振弦式传感器、振梁式传感器（6.3节）
间接法――以弹性元件作为敏感器，将拉力或压力转换为应变或位移，再用应变传感器或位移传感器把应变或位移转换为电量。
9.3.1力敏感器
一、实心轴和空心圆轴图9-3-1
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
四应变片接成电桥的输出电压
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
1、受力圆柱上沿轴向和周向粘贴应变片 图9-3-3
EMBED Equation.DSMT4
2、等强度梁上下两表面粘贴应变片 图9-3-4
紫铜环感应电压 EMBED Equation.3
感应电流 EMBED Equation.3
紫铜环电流产生磁场 EMBED Equation.3
线圈中感应电压 EMBED Equation.3
线圈输出电压 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
2°剪切型 图9-2-6（b） 压电晶体作为弹性元件
3°弯曲型 图9-2-5（c）
二、磁电式传感器配接绝对振动敏感器
可动部分与固定部分用弹簧片或弹性元件相连，
可动部分为活动线圈（质量m），
固定部分为外壳和磁钢与被测振动体相连，
线圈相对磁钢的运动产生感应电压。
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
转速传感器的工作原理
转速传感器的工作原理转速传感器的工作原理是什么？1、盘式传感器工作原理：一般在盘上刻上见光不见光部分，也可用齿轮的（精度不高），然后用光电开关进行采集，当旋转的盘或齿轮盘上挡光部分变成不挡光部分，光电开关会响应输出高低电平，输出的电平的频率正比与转速，测出频率就测出了转速，也可将频率转化成电压或电流信号。
2、霍耳传感器工作原理：在旋转体上等分加上磁铁，传感器正对磁铁固定，当旋转中，传感器和磁体重合，感应一次，输出脉冲跳变，转速越快，也是频率输出越高，输出的电平的频率正比与转速，测出频率就测出了转速，也可将频率转化成电压或电流信号。
转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。
转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。
其核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低,功能更完善。
通过与其它类型齿转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小以及线性特性具有很好的一致性，感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。
当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。
一般常用有码盘的(光电效应),和霍耳(磁效应)的两种,原理基本是:1码盘一般在盘上刻上见光不见光部分,也可用齿轮的(精度不高),然后用光电开关进行采集,当旋转的码盘或齿轮盘上挡光部分变成不挡光部分,光电开关会响应输出高低电平,输出的电平的频率正比与转速,测出频率就测出了转速,也可将频率转化成电压或电流信号...2 霍耳的,也是在旋转体上等分加上磁铁,传感器正对磁铁固定,当旋转中,传感器和磁体重合,感应一次,输出脉冲跳变,转速越快,也是频率输出越高,输出的电平的频率正比与转速,测出频率就测出了转速,也可将频率转化成电压或电流信号...脉冲信号式转速传感器的工作原理脉冲周期法测量位置信号一个周期的时间，以获得固定角度的时间来计算速度。
转速传感器种类原理及发展趋势
转速传感器种类、原理及发展趋势将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。
转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。
按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。
前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。
转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速（如每小时一转以下）、高速（如每分钟数十万转）、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度的精确测量有严格的要求。
常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机。
下面浅析这几种传感器。
一．光电式转速传感器光电式转速传感器对转速的测量，主要是通过将光线的发射与被测物体的转动相关联，再以光敏元件对光线的进行感应来完成的。
光电式转速传感器从工作方式角度划分，分为透射式光电转速传感器和反射式光电转速传感器两种。
1、投射式光电转速传感器投射式光电转速传感器设有读数盘和测量盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。
投射式光电转速传感器在测量物体转速时，测量盘会随着被测物体转动，光线则随测量盘转动不断经过各条缝隙，并透过缝隙投射到光敏元件上。
投射式光电转速传感器的光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。
投射式光电转速传感器的脉冲信号，通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测量对象的转速状态。
2、反射式光电转速传感器反射式光电转速传感器是通过在被测量转轴上设定反射记号，而后获得光线反射信号来完成物体转速测量的。
反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线透过透镜和半透膜入射到被测转轴上，而当被测转轴转动时，反射记号对光线的反射率就会发生变化。
反射式光电转速传感器内装有光敏元件，当转轴转动反射率增大时，反射光线会通过透镜投射到光敏元件上，反射式光电转速传感器即可发出一个脉冲信号，而当反射光线随转轴转动到另一位置时，反射率变小光线变弱，光敏元件无法感应，即不会发出脉冲信号。
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。
转速传感器该如何选择？
转速传感器该如何选择？什么是转速传感器？转速传感器是一种用于检测旋转物体速度的传感器。
它们通常被用于工业、汽车和航空等领域中。
转速传感器的工作原理是根据测量物体上的一些特殊标记或开关的旋转次数来计算出旋转速度。
转速传感器的工作原理在转速传感器中，通常有一个圆盘或齿轮将传感器和测量物件连接在一起。
圆盘上通常设有一系列凸起，通过对凸起计数并算出每秒旋转的次数，就能够计算出物体的旋转速度。
转速传感器种类转速传感器有不同种类，使用时需根据实际需要进行选择。
以下是一些常见的转速传感器种类：磁电式传感器磁电式传感器是一种基于磁性材料的传感器。
当被测物体在磁电式传感器附近旋转时，磁性物质会产生磁场变化，并在传感器中激发电子，最终以电压输出。
光电式传感器光电式传感器是一种利用光电效应来实现旋转测量的传感器。
其中通过在物体上安装一个光学传感器，在测量物体旋转时会产生光线强度变化，从而输出信号。
接触式传感器接触式传感器是一种通过接触测量物体旋转的传感器。
其中将传感器安装在物体表面，通过对传感器和物品之间的接触计数来计算旋转次数。
如何选择转速传感器？在选择转速传感器时，需要考虑以下几个方面：测量对象在选择转速传感器时，首先要考虑测量对象的性质。
例如，如果测量的是液体或者粉末等颗粒状物体，就需要考虑传感器材质的耐腐蚀性。
测量范围转速传感器的测量范围是指传感器能够测量的最高旋转速度。
当需要测量更高的速度时，我们需要选择相应的高精度传感器。
精度和稳定性改善精度和稳定性是增强测量过程稳定性的重要方法。
在选择转速传感器时，要考虑传感器的精度和稳定性等。
输出类型在选择转速传感器时，要考虑传感器的输出类型。
常见的输出类型有模拟输出和数字输出两种，可以根据实际情况来选择。
环境适应性在选择转速传感器时，需要考虑传感器的环境适应性。
通常需要考虑传感器的工作温度范围，以及是否能适应恶劣的环境。
总结转速传感器是一种常见的工业自动化设备。
在选择转速传感器时，首先要根据测量对象的具体情况以及测量范围等因素来进行选择。
汽车用传感器：车身传感技术 第9章《转速传感器》PPT教学课件
车身传感技术
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9.8 光电式车速传感器
采用车速传感器的数 字式速度表的结构和 方框图
荧光管、微型计算机及 集成电路
荧光管根据车速传感器 输出的脉冲信号显示车 速，并把其它信号输入 到里程表、燃油表
车身传感技术
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9.8 光电式车速传感器
速度表电路
脉冲信号→整形→计数电路→记忆电路 定时电路输出信号→计数电路计测时间和记忆电路记忆时间 记忆电路输出信号→显示电路→荧光管根据脉冲数显示车速
车身传感技术
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9.6 笛簧开关式车速传感器
结构原理
磁极逐渐离开时，两触头极性不同，触点互相吸 引，开关闭合
磁极逐渐接近时，触头极性相同，互相排斥，开 关断开
磁铁多为4极，仪表电缆转一圈，输出4个脉冲
笛簧开关可用作速度报警装置
装于速度表外
组成：
速度报警组件和信号发生器
原理
速度报警装置产生与车速成正比的电流→晶体管把 电流放大→ 达到报警车速时→ 电流加到峰鸣器上 →鸣叫报警
高速旋转时的感应电动势要大些
归纳来看，点火信号发生器作用相当一个发电机
车身传感技术
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9.2.1 脉冲信号式转速传感器在日产车上的应用
结构
永磁发电机式信号发生器 分电器按曲轴半速旋转 信号转子在分电器轴上，
外周凸起，与气缸数相等 定子由导磁板，磁铁与信号线圈构成 导磁板也带有凸起，数目与气缸数相同
以磁阻元件来检测车速 可直接装在变速器上，取消仪表
的电缆
结构
磁环 内装磁阻元件MRE的混合集成电
路
车身传感技术
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9.7 磁阻元件式车速传感器
工作原理
齿轮驱动→传感器轴旋转→多极磁环旋转→磁通变化 →集成电路内的磁敏元件阻值变化
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9.16 磁阻元件式车速传感器输出波形
9.17 磁阻元件式车速传感器的车上电路
• 9.6 光电式车速传感器 组成：发光二极管、光敏元件、以及速度 表电缆驱动的遮光板。 原理：当遮光盘没有遮光时，发光二极管 的光射到光敏晶体管上，光敏晶体管的集电极 中有电流通过，该管导通，这时晶体管Tr1也导 通，因此在Si端子上就有5V的电压输出。 脉冲频率取决于车速，在车速为60km/h时 ，仪表电缆的转速为637r/h，仪表电缆每转一圈 ，传感器就有20个脉冲输出。
9.3 转速表电路方框图
转速表电路有关波形解析： 当齿轮旋转时，就会产生下图的一个周期的电压，此电压经放大、整形电路之后，就变为 如图所示的矩形波。然后再通过稳态电路变换，使脉宽为一定值，经电流放大器放大后，就可 以输入到转速表中。又因输出的脉冲数是根据发 动机的转速变化的，所以转速表就能够按照脉冲 电流的平均值来指示发动机的转速。
9.11车轮转速传感器输出电压波形
• 9.5 磁阻元件式车速传感器 原理：利用磁阻元件的阻值变化就可以检测出磁铁旋转引起的磁通变化。阻值的变化引起
其上电压的变化，将电压的变化输入到比较器中进行比较，再由比较器输出信号控制晶体管的 导通和截止。磁阻元件式车速传感器的电路原理图如下：
9.12 磁阻元件式车速传感器原理
9.18 光电式车传感器结构
原理： 当遮光盘没有遮光时，发光二极管的光射到光敏晶体管上，光敏晶体管的集电极中有电流 通过，该管导通，这时晶体管Tr1也导通，因此在Si端子上就有5V的电压输出。 脉冲频率取决于车速，在车速为60km/h时，仪表电缆的转速为637r/h，仪表电缆每转一圈， 传感器就有20个脉冲输出。
第九章 转速传感器
主要介绍转速传感器、车速传感器的工作原理与应用。 重点阐述：
（1）电磁式、脉冲信号式、光电式转速传感器 （2）磁阻元件式、光电式车速传感器
难点与疑点 以上所列转速、车速传感器的工作原理
• 概述 转速传感器的作用是：检测任意轴的转速，在车辆上，主要用于检测发动机的转速、以及 车辆速度，再推算出车辆速度，同时，还要将此信号用于车速表、ESP或ABS系统、发动机控制 自动变速箱控制等，因此，把转速信号换成电信号，以便计算机能读取。
9.7 信号转子的齿与信号线圈三中典型的相对位置
磁通变化量与电动势的关系：
图中1）2）3）所示的状况与左图a、b、c所示的信号转子 位置相对应。右图（a）的2）点处，信号转子的齿部与信号 线圈的中心相对，这时，穿过信号线圈的磁通量最多。1）点 处随着信号转子的旋转，磁通量继续增加的状态，此点的磁
通量变化最大。 3）点处随着信号转子的旋转，磁通量逐渐 减小的状态，与1）一样，这点也是磁通量变化最大之处。
• 9.1 电磁式转速传感器 电磁式工作原理，即当铁材此轮在永磁铁附近旋转时，通过线圈的磁力线发
生变化，在线圈中就会产生感应电动势，即感应电压。
9.1 转速传感器的结构
9.2 传感器输出波形
转速表的工作原理： 不管是柴油发动机还是汽油发动机，当发动机运转时，传感器器的齿轮旋转，在信号线圈 中就会产生交流电压。交流电压的频率与发动机的转速成正比。把交流电压作为输入信号，经 转速表内的IC电路放大、整形后就可以使转速表指示出发动机的转速。
9.5 分电器结构
1、分火头 2、基准信号用传感器 3、信号转子 4、角度信号用传感器 5、外齿轮 6、内齿轮
9.6 信号发生装置结构
信号转子的齿与信号线圈的相对位置：信号转子的齿部将从信号线圈处通过，这时信号线 圈与信号转子齿部之间的气隙是变化的，所以，通过信号线圈的磁通量将按照信号转子的旋转 角度如图9-8（a）那样变化。
• 9.4 车速传感器 结构：由永久磁铁、铁芯、线圈组成。
9.10 车轮转速传感器 1—电线 2—壳体 3—永久磁铁 4—衬套 5—带探头的磁极 6—线圈 7—衬套 8—转速信号齿
工作过程： 转速信号齿的每个齿经过车轮转速传感器时引起线圈磁通量的变化，在线圈中产生感生电 动势。感生电动势的电压和频率与车轮转速及信号齿数成正比，电压的频率是计算机所采集的 信号。
9.19 光电式车速传感器原理图
数字式速度表的结构和方框图： 主要由荧光管、微型计算机、及集成电路构成。荧光管根据车速传感器输出的脉冲信号显 示车速，并把其他信号输入到里程表、燃油表。
9.4 转速表电路波形
• 9.2 脉冲信号式传感器
结构：内置脉冲信号式传感器（曲轴角度传感器器）的分电器结构如下图：
信号发生装置如图所示，信号转子上带有凸起，当信号转子旋转时，信号转子与线圈铁芯 之间的气隙是变化的。由此通过信号线圈的磁通也发生变化，随着磁通的变化在信号线圈的两 端就会产生感应电压。
• 9.3 光电式转速（曲轴角度）传感器 结构：它通常装于分电器内，在这种传感器上设有与分电器同轴旋转的转子板，转子板上
开有用于检测各气缸活塞位置（各气缸压缩上止点前度数）的检测窗，如果4缸就有4个检测窗。 在转子板外周上还设有检测曲轴角度的检测窗，即1度信号检测窗，共360个。
9.9 光电式曲轴角度传感器 1、信号处理装置 2、光敏二极管 3、发光二极管 4、分电器转子 5、盖板 6、转子板 7、120度信号用二极管 8、1°信号二极管 9、1度信号检测窗 10、120度信号检测窗
9.8 磁通变化量与电动势的关系
根据磁通变化量与电动势的关系， 感应电压的变化可用如下公式表示：即 单位时间里磁通变化量越大，所产生的 电压就越高。
e=－n·dǿ/dt
其中：e为感应电动势（V）；ǿ为磁通 （Wb）；t为时间（s）；n为线圈匝数 —表示线圈磁场方向；
9.8.1 信号线圈上磁通量的变化与电动势的关系
9.14 磁阻元件式车速传感器的结构
9.13 磁阻元件式车速传感器电 路
• 磁阻元件式车速传感器
在车上的应用：
该传感器向计算机通报车辆的速度。
依据所接收的信息电喷计算机的功用如下： 确认车辆速度
决是变速箱采用档位（速比）
调节车辆缓行怠速的发动机转速
优化加速过程
减少发动机的迟滞
9.15 磁阻元件式车速传感器（实物）