HZ-860磁电转速传感器的工作原理和特点

1、个人收集整理 仅供参考学习HZ-860 磁电转速传感器的工作原理和特点HZ-860 磁电式转速传感器是利用磁电感应来测量物体转速的， 属于非接触式转速测量仪 表。磁电式转速传感器可用于表面有缝隙的物体转速测量， 有很好的抗干扰性能， 多用于发 动机等设备的转速监控，在工业生产中有较多应用。HZ-860 磁电式转速传感器的工作原理 磁电式转速传感器是以磁电感应为基本原理来实现转速测量的。 磁电式转速传感器由铁 芯、磁钢、感应线圈等部件组成的，测量对象转动时，转速传感器的线圈会产生磁力线，齿 轮转动会切割磁力线，磁路由于磁阻变化，在感应线圈内产生电动势。磁电式转速传感器的感应电势产生的电压大小，

2、和被测对象转速有关，被测物体的转速 越快输出的电压也就越大， 也就是说输出电压和转速成正比。 但是在被测物体的转速超过磁 电式转速传感器的测量范围时，磁路损耗会过大，使得输出电势饱甚至是锐减。HZ-860 磁电式转速传感器的特点 磁电式转速传感器的工作方式决定了它有很强的抗干扰性，能够在烟雾、油气、水汽等 环境中工作。磁电式转速传感器输出的信号强，测量范围广，齿轮、曲轴、轮辐等部件，及 表面有缝隙的转动体都可测量。磁电式转速传感器的工作维护成本较低，运行过程无需供电，完全是靠磁电感应来实现 测量，同时磁电式转速传感器的运转也不需要机械动作， 无需润滑。 磁电式转速传感器的结 构紧凑、体积小巧、

3、安装使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。现在的柴油机正在经历以柴油机电控化为核心的第 3 次技术飞跃。 ECU 技 术是柴油机电控化的核心技术之一，它采集发动机的相位、转速（ n ） 、燃油 压力、油门位置、温度等信号 , 通过一定的算法得出泵油和喷油的参数，并驱动 相应的执行器工作。在 ECU 中，曲轴和凸轮轴相位传感器信号是整个发动机工 作时序的基础，其作用相当于芯片中的时钟。发动机的 n 、喷油相位以及判缸 信号等都是通过这两个传感器计算处理得出的。因此，设计一种抗干扰能力强， 可靠性高的曲轴和凸轮轴传感器信号处理模块对整个柴油机电控单元来说至关 重要。常用的发动机曲轴和凸轮轴相位传感

4、器有霍尔式传感器和磁电式传感器两 种。磁电式传感器具有成本低、结构简单、耐腐蚀、耐冲击、可靠性高和稳定性 好等优点 , 故本研究采用两个磁电式传感器分别测量 6 缸发动机的曲轴和凸轮 轴相位信号。其中 ,一个磁电式传感器用于测量曲轴相位即 48 X 信号（ X 代表个人收集整理 仅供参考学习齿数，即曲轴齿轮盘被 48 等分 , 但缺 3 个齿）；另外一个磁电式传感器用于判 断凸轮轴相位即 7 X 信号（凸轮轴上的齿轮盘被 6 等分，但上止点的位置多 1 个 齿）。通过对 7 X 和 48 X 信号的捕捉可计算发动机的 n 及相位。1HZ-860 磁电式传感器的特性航振仪器技术部 :021-51

5、079279.（1）工作原理磁电式传感器的工作原理如图 1 所示，它主要由旋转的触发轮（被等分的 齿轮盘 , 上面有多齿或缺齿）和相对静止的感应线圈两部分组成。当柴油机运行 时，触发轮与传感器之间的间隙周期性变化， 磁通量也会以同样的周期变化， 从 而在线圈中感应出近似正弦波的电压信号。（2）输出特性由磁电式传感器工作原理可知，其产生的交流电压信号的频 率与齿轮转速和齿数成正比。 在齿数确定的情况下， 传感器线圈输出的电压频率 正比于齿轮的转速，其关系为式中， n 为发动机转速， r/ s；z 为触发轮被等分的齿数； f 为磁电式传感器的 输出信号频率， Hz 。个人收集整理 仅供参考学习磁电

6、式传感器的输出电压不仅与传感器和触发轮间的间隙（ d ） 有关, 而 且与 n 有关。为了设计合理的磁电式传感器信号处理模块， 本研究在不同的 d 以 及 n 条件下,通过大量的试验测出传感器的输出电压特性。图2 为不同的 n 条件下,7 X 传感器输出峰值电压与 d 的关系; 图 3 为在不 同的 d 条件下,7 X 传感器输出峰值电压与 n 的关系。 48 X 传感器输出峰值电 压信号特征也如此。从图中可看出 ,在同一 d 条件下,传感器输出的峰值电压随 n 升高而增大；在同一 n 条件下 ,d 越小, 其输出峰值电压越高。由此可以拟合出 传感器的输出峰值电压特性为式中, V 为传感器输出

7、峰值电压 ,V；n 为发动机转速 ,r/ s ；d 为传感器与触发 轮间的间隙 ,mm；K 为与传感器有关的参数。个人收集整理 仅供参考学习2硬件优化设计传统的磁电式传感器处理方法是通过比较器对输入波形进行整形 , 但由于磁 电式传感器的输出电压在发动机转速范围内变化很大 , 比较器的参考电压的选择 成为一个难题。采用的参考电压过高 , 则在 n 较低时 , 由于传感器输出峰值电压 过低 , 整形后无高电平信号输出 ; 参考电压过低 , 则在 n 较高时 , 由于输出电压信 号变大,齿轮盘振动加剧 , 传感器输出信号毛刺增多 , 比较器无法过滤这些因素引 起的干扰。图 4 即为某转速下采用较低

8、的固定参考电压 ,比较器整形后输出的波 形。从图中可以看出 , 该处理方式无法过滤干扰。基于以上问题 , 设计了一种新型的发动机曲轴和凸轮轴磁电式传感器信号智 能处理电路模块。该模块的核心是通过软件设定磁电式传感器信号整形比较器的 参考电压 , 根据磁电式传感器输出信号与 n 间的关系特征 ,设定出不同 n 条件下 的比较器参考电压值。 在发动机运行过程中 , 该模块根据 n 输出相应的电压作为 传感器整形比较器参考电压值。 采用这种方式处理传感器信号 , 可以在 n 较低时, 采用较低的参考电压以尽快实现发动机判缸 ; 在 n 较高时,则可以采用较高的参 考电压以避免干扰。使用这种新型的信号

9、处理方式 , 可以同时满足发动机低转速 判缸以及系统高抗干扰性的要求。模块的硬件结构如第 30 页图 5 所示,7 X 和 48X 磁电式传感器的输出信号 经过屏蔽双绞线进入 ECU 后, 先经过前端预处理和过压保护电路 ,再经过低通滤 波后进入比较器的一端。输出信号经过比较器整形后输入 PIC18F458 的 CCP 模 块进行捕捉计算 ,然后通过智能判缸程序处理后在 RB 口输出判缸信号（ 7 X 信 号）、每缸上止点信号（ 6 X 信号）以及曲轴相位信号（ 48 X 信号）。个人收集整理 仅供参考学习传感器输入信号比较器的参考电压采用随 n 变化的方式。 PIC18F458 内部 带有一

10、个比较参考电压模块 , 通过设定相应的寄存器值 , 可以输出量程为 0.00 V3.13 V ,共 16 种参考电压 Vref 。该参考电压经过电阻分压可以得到 7 X 和 48 X 信号对应的比较器参考电压 Vref 1 和 Vre f 2 。在不同 n 条件下 7 X 和 48 X 信号整形比较器所对应的参考电压 Vref 1 和 Vref2 如图 6 所示。其中 , 参考电压的起始值为 0.05 V ,随 n 成正比变化。 Vref 1 和 V ref 2经过 A/ D 转 换送入 PIC18F458 进行检测以确定输出的参考电压值是否正确。3软件设计该模块的软件主要实现参考电压的设置、

11、发动机判缸以及故障诊断的功能 , 它包括系统初始化以及 CCP 输入捕捉中断处理。系统初始化将参考电压起始值 设置为 0.050 V , 然后打开 PIC18F458 的 CCP 中断对比较器输出的方波进行捕 捉。CCP1 模块捕捉到比较器输出的 7 X 信号的中断处理如图 7 所示。PIC18F458个人收集整理 仅供参考学习捕捉到中断后 , 先判断两次中断间隔时间是否合理 ,如果合理则先进行判缸 , 根据 判缸结果在 RB 口输出 7 X 信号或者 6 X 信号,然后进行转速范围判断以设置合 理的参考电压 ; 如果中断时间间隔不合理 , 且累计不合理次数少于 3次,则判断为 非故障 ,PI

12、C18F458 通过计算输出方波信号 ;如果中断时间间隔累计不合理次数 大于 3 次的话,则判断为故障 , PIC18F458 通过 SPI 通信向 MC68376输 出故障 状态并重新启动整个系统。 48 X 信号的 CCP2 捕捉中断处理原理与此相同。软件还带有参考电压合理性判断功能。 通过 PIC18F458 的 A/ D 转换模块将 输出的参考电压进行 A/ D 转换后,进入微处理器用于判断参考电压是否工作正 常。如果参考电压与对应的转速下预设的参考电压值差别过大 , 则判断为故障。4试验结果该模块在 GD1 高压共轨式柴油机电控单元上进行了可靠性试验。试验结果 表明, 相对于以前的磁电式传感器处理电路 ,新型的处理模块有以下优点 :个人收集整理 仅供参考学习（1）发动机起动时判缸速度更快 ; 图 8 为发动机起动时曲轴、凸轮轴磁电 式传感器输出信号处理前后的对比 ; 由图可见 , 在发动机起动很短的时间内（ 0.5 s）即可正确输出判缸信号 ;（2）电路的抗干扰性增强 ; 在柴油机工作转速范围（ 100 r/ min 2500 r/ min）内均能正确输出判缸信号和相位信号 , 充分满足 ECU 的需要。（ 3）运行可靠 ; 通过对输出参考电压的标定 , 该模块在不同的曲轴、凸轮轴 传感器安装间隙下 , 都能够可靠地运行。5结论（1）通过大