《传感器》-项目七速度检测

自动检测的基本概念

检测(Detection)技术，就是利用各种物理效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活中的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。速度检测转速（速度）在线测量时要考虑的问题1、被测物体的运动速度范围2、被测物体可测点几何形状和环境条件3、动态／静态时的显示、记录、控制4、误差、响应时间、输出控制形式等速度检测任务一速度测量概述转速传感器的选用方案(1)接触式测量接触式旋转式速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时，带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器，发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离位，从而就能测出线速度。速度检测任务一速度测量概述图7-1接触式测量示意图转速传感器的选用方案(2)非接触式测量非接触式测量方式中，传感器与被测旋转轴不接触。这时可实现高速的转速测量。当转速在6000r／min至几十万r／min时，接触式测量将不能满足要求，一般可选用以下几种非接触式测量方式。①盘式磁性测量这种测量方式要在被测旋转轴上安装一个发讯盘，发讯盘上一个同心圆均匀分布若干个孔、凹槽、磁钢或者齿轮。速度检测任务一速度测量概述转速传感器的选用方案(2)非接触式测量②遮断式光电测量

发讯盘不管是什么材料，只要在遮光盘的同心圆上均匀分布若干个退光的孔或槽，光电发射器和光电传感器固定在遮光盘的两侧。速度检测任务一速度测量概述转速传感器的选用方案(2)非接触式测量③反射式光电测量当被测轴上不能安装发讯盘或遮光盘时，可以直接在被测轴上粘贴反光标签(或在光洁的轴上涂黑)，通过光电传感器来测量。速度检测任务一速度测量概述转速传感器的选用方案(2)非接触式测量④轴式磁性测量

当被测轴上本身就有孔或凹槽，或打一个凹坑、拧一个螺钉或者镶嵌磁钢较容易时，可采用轴式磁性测量，其测量示意图如图7—5所示。轴式磁性测量中，要求轴或凸出的材料是导磁的钢铁，其感应距离在1mm左右。速度检测任务一速度测量概述转速测量的基本方法测频法是在一定时问内，通过测量旋转引起的单位时间内脉冲数来测量旋转轴转速的一种方法，适用于高、中转速测量。测量原理如图7—6所示。速度检测任务一速度测量概述转速测量的基本方法测周法是在转速脉冲的间隔内，用时钟脉冲来测量转速的一种方法、即测出传感器输出信号(或经分频后)的周期。其测量过程与测频法相似，适合于低转速测量。图7—7为测周法转速测量原理图。速度检测任务一速度测量概述转速测量的基本方法测周法是在转速脉冲的间隔内，用时钟脉冲来测量转速的一种方法、即测出传感器输出信号(或经分频后)的周期。其测量过程与测频法相似，适合于低转速测量。图7—7为测周法转速测量原理图。速度检测任务一速度测量概述转速测量的基本方法混合法是在测频法的基础上，吸取测周法的优点汇集而成的一种转速测量方法。它是在转速传感器输出脉冲启动定时脉冲的同时，计取传感器输出脉冲个数和时钟脉冲个数，而当到达测量时间时，先停止对传感器输出脉冲的计数，在下一个定时脉冲启动之前再停止时钟脉冲的计数。速度检测任务一速度测量概述转速测量的基本方法混合法是在测频法的基础上，吸取测周法的优点汇集而成的一种转速测量方法。它是在转速传感器输出脉冲启动定时脉冲的同时，计取传感器输出脉冲个数和时钟脉冲个数，而当到达测量时间时，先停止对传感器输出脉冲的计数，在下一个定时脉冲启动之前再停止时钟脉冲的计数。速度检测任务一速度测量概述转速测量系统的构成系统主要由传感器及检测电路、信号处理、显示电路等部分组成。速度检测任务一速度测量概述磁电传感器工作原理速度检测任务二磁电传感器测速磁电传感器测量电路该电路用开关s切换，当开关s故在“1”位置时，经过一个积分电路，可测量位移的大小：当开关s放在“2”位置时，不经过运算电路直接输出，可用来测量速度；当开关放在“3”位置时，信号通过微分电路，可以测量加速度。速度检测任务二磁电传感器测速磁电传感器测量电路该电路用开关s切换，当开关s故在“1”位置时，经过一个积分电路，可测量位移的大小：当开关s放在“2”位置时，不经过运算电路直接输出，可用来测量速度；当开关放在“3”位置时，信号通过微分电路，可以测量加速度。速度检测任务二磁电传感器测速磁电传感器的灵敏度速度检测任务二磁电传感器测速对于直线运动的磁电感应式传感器，其灵敏度可由式(7-3)导出，即

对于旋转运动的磁电感应式传感器．其灵敏度可由式(7-5)导出，即

相对速度传感器图7-13为国产CD-2型磁电式相对速度传感器的结构示意图。磁钢5通过壳体3构成磁回路，线圈4置于磁回路的缝隙个，当被测物体的振动通过顶杆1使线圈运动时，因切割磁力线，而在线圈的两端产生感应电压，其值可由(6-3)式求得。可见，线圈的输出电压与被阅物体之间的相对振动速度成正比。如将传感器的外壳固定在校测振动物体上．而将活动部分的顶杆压在校测物上，这时可测出两个构件之间的相对振动速度。速度检测任务二磁电传感器测速

1顶杆；2弹簧；3壳体；4线圈；5磁钢；6限幅器图7-13CD-2型磁电式相对速度传感器的结构绝对速度传感器图7-14为国产CD—l型磁电式绝对速度传感器的结构图。图中磁钢1借铝架2固定在壳体3内，并通过壳体形成磁回路。线团5和阻尼环6装在芯杆4上，芯杆用弹簧7和8支承在壳体内，构成传感器的活动部分。当传感器的壳体与振动物体一起振动时，如振动的频串较高，由于芯杆组件的质量很大，故产生的惯性力也大，可以阻止芯杆随壳体一起运动。当振动频率高到一定程度时，可认为芯杆组件基本不动，只是壳体随校测物体振动。这时，线圈以物体的振动速度切割磁力线而在线困两端产生感应电压。并且线圈的输出电压与线圈相对壳体的运动速度v成正比。当振动频率高到一定程度时，线圈与壳体的相对速度v就是被测振动物体的绝对速度。速度检测任务二磁电传感器测速

1磁钢；2铅架；3壳体；4芯杆；5线圈；6阻尼环；7、8弹簧；9输出端图7-14CD-1型磁电式绝对速度传感器结构霍尔效应如图7-15所示，将金属或半导体薄片垂直放置于磁场中，并通以控制电流I，在垂直于电场和磁场的方向上将产生电势

，这种现象称为霍尔效应。产生的电动势

称为霍尔电势，金属或半导体弹片称为霍尔元件。速度检测任务三霍尔传感器测速

霍尔元件的主要参数1.输入电阻和输出电阻为霍尔元件两个电流电极(控制电极)之间的电阻，

为两个霍尔电极之间的电阻。2.额定控制电流霍尔元件将因通电流而发热。使在空气中的霍尔元件产生允许温升

时的控制电流称为额定控制电流。当控制电流超过额定控制电流

时，器件温升将大于允许的温升，器件特性将变坏。3.不等位电势和不等位电阻当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电势(也称非平衡电压或残留电压

。是出于四个电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起的误差。不等位电势与额定控制电流之比称为不等位电阻

。4.乘积灵敏度

在单位磁感应强度下，通以单位控制电流所产生的霍尔电势称为乘积灵敏度

。5.霍尔电势温度系数在磁感应强度及控制电流一定的情况下，温度变化

相应霍尔电势变化的百分数，称为霍尔电势温度系数

。它与霍尔元件的材料有关，一般为

左右。在要求较高情况下，应选择低温漂的霍尔元件。表7-1为几种典型霍尔元件的主要参数。速度检测任务三霍尔传感器测速

霍尔元件的主要参数1.输入电阻和输出电阻为霍尔元件两个电流电极(控制电极)之间的电阻，

为两个霍尔电极之间的电阻。2.额定控制电流霍尔元件将因通电流而发热。使在空气中的霍尔元件产生允许温升

时的控制电流称为额定控制电流。当控制电流超过额定控制电流

时，器件温升将大于允许的温升，器件特性将变坏。3.不等位电势和不等位电阻当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电势(也称非平衡电压或残留电压

。是出于四个电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起的误差。不等位电势与额定控制电流之比称为不等位电阻

。4.乘积灵敏度

在单位磁感应强度下，通以单位控制电流所产生的霍尔电势称为乘积灵敏度

。5.霍尔电势温度系数在磁感应强度及控制电流一定的情况下，温度变化

相应霍尔电势变化的百分数，称为霍尔电势温度系数

。它与霍尔元件的材料有关，一般为

左右。在要求较高情况下，应选择低温漂的霍尔元件。表7-1为几种典型霍尔元件的主要参数。速度检测任务三霍尔传感器测速

霍尔集成电路1．线性型霍尔集成电路

在—定的控制电流条件下，线性型霍尔集成电路的输出电压与外加磁场强度呈线性关系。它有单端输出型和双端输出型两种。速度检测任务三霍尔传感器测速

（a）单端输出型；（b）双端输出型图7-17线性型霍尔集成电路霍尔集成电路2.开关型霍尔集成电路

常见的霍尔开关集成电路有UGN一3删系列，其外形与UGN3501T相同，内部由霍尔元件、放大器、整形电路及输出电路组成。速度检测任务三霍尔传感器测速

图7-17开关型霍尔集成电路霍尔传感器用于测速。1.磁铁在霍尔元件上的测速方式齿盘装在被测轴上，随被测轴一起旋转，永久磁铁装在靠近齿盘的侧面，磁铁N极与S极的距离等于齿距，霍尔元件粘贴在S极的端面，如图7-18（a）所示；或者将磁铁固定在霍尔元件的背面，如图7-18（b）所示。速度检测任务三霍尔传感器测速

磁铁装在转盘上的测速方式将磁铁装在转盘上，转盘随被测轴转动，霍尔元件固定在转盘附近，如图7-19所示。当磁铁随着转盘旋转通过霍尔元件时，霍尔元件输出一个脉冲，只要检测出单位时间的脉冲数，就测出了转速。图7-19磁铁在转盘上的霍尔转速传感器速度检测任务三霍尔传感器测速

光电式转速计工作在脉冲状态下，是将转速的变化转换成光通量的变化．再通过光电转换元件格光通量的变化转换成电量的变化。然后依据电量与转速的函数关系或通过标定刻度实现转速测量。速度检测任务四光电转速计

工作原理

光电式转速计是利用光电效应原理制成的，即利用光电管或光电晶体管将光脉冲变成电脉冲。由光电管构成的转速计分反射型和直射型两种。速度检测任务四光电转速计

工作原理

反射型光电式转速计的工作原理如图7-20所示。速度检测任务四光电转速计

图7-20光电转速传感器原理图

工作原理

直射型光电式转速计的工作原理如图7-21所示。速度检测任务四光电转速计

图7-21直射型光电转速计的工作原理基本测量电路光电式转速计一般应用光敏电阻、光敏电池和光敏晶体管三类光电器件作传感元件，相应的基本测量电路如图7-22所示。速度检测任务四光电转速计

图7-22光电器件基本测量电路测速发电机是一种专门测速微型电机，电机的输出电势，在励磁一定的条件下，其值与转速成正比。若将被测旋转体的转轴与发电机转轴相连接，即可测得转速。测速发电机分为直流型和交流型两种。速度检测任务五测速发电机

直流测速发电机

直流测速电机是利用在恒定磁场中，转动的电枢绕组切割磁通，而产生感应电动势，经电刷引出感应电动势，其原理如图7-23所示。速度