常見轉(zhuǎn)速傳感器工作原理及特性分析

摘要：轉(zhuǎn)速信號(hào)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中需要測(cè)量的重要信號(hào)之一，通過各種傳感器來檢測(cè)其大小。本文主要介紹電磁式、霍爾式和光電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理及其各自的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：傳感器；轉(zhuǎn)速；電壓

傳感器是將自然界中的各種物理量轉(zhuǎn)化為電量的裝置，如溫度、濕度、重量、轉(zhuǎn)速、光照等等。其中可將旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電量輸出的傳感器就是轉(zhuǎn)速傳感器。常見應(yīng)用即風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度的測(cè)量、在數(shù)控機(jī)床上監(jiān)控工件加工的速度確保工件的精密加工、鋼管涂裝轉(zhuǎn)速的監(jiān)控來保證噴漆的均勻、汽車ABS系統(tǒng)在制動(dòng)過程中可自動(dòng)調(diào)節(jié)車輪制動(dòng)力，防止車輪抱死以取得最佳制動(dòng)效果等。常見的測(cè)轉(zhuǎn)速的傳感器按工作原理分有電磁式、霍爾式和光電式。

一、電磁式轉(zhuǎn)速傳感器

（1）電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理是利用法拉第電磁感應(yīng)原理磁通量變化可以產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其產(chǎn)生的電壓大小和被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)速有關(guān)，在電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)，被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速越快輸出電壓也就越大，輸出電壓和轉(zhuǎn)速成正比。

（2）電磁式轉(zhuǎn)速傳感器特點(diǎn)：第一抗干擾能力強(qiáng)，可在一些特殊環(huán)境下工作如煙霧、油氣和水汽等。第二輸出信號(hào)強(qiáng)，測(cè)量范圍廣，可測(cè)量齒輪、曲軸、輪輻和表面有縫隙的轉(zhuǎn)動(dòng)體。

第三由于運(yùn)行過程靠磁電感應(yīng)測(cè)量無需供電，工作維護(hù)成本降低。

第四電磁式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便。

二、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

（1）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理是霍爾效應(yīng)，即把霍爾元件放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中其方向垂直霍爾元件，電流I通過霍爾元件，就會(huì)在垂直與電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)EH，EH=KHIB所以轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬器件如金屬齒輪、齒條等通過霍爾傳感器的磁場(chǎng)時(shí)電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化，具體當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件穿過磁力線較為分散的區(qū)域時(shí)，磁場(chǎng)相對(duì)較弱霍爾電勢(shì)就小。而穿過磁力線較為密集的區(qū)域，磁場(chǎng)就相對(duì)較強(qiáng)電勢(shì)就大。通過測(cè)量電勢(shì)就可以得到被測(cè)量的轉(zhuǎn)速值，下圖即為霍爾轉(zhuǎn)速傳感器工作結(jié)構(gòu)圖。

霍爾轉(zhuǎn)速傳感器工作結(jié)構(gòu)圖

（2）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器特點(diǎn)：第一霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量必須存在磁場(chǎng)，若測(cè)量非鐵磁材質(zhì)的設(shè)備時(shí)，需要在轉(zhuǎn)動(dòng)的物體上安裝磁鐵物質(zhì)來改變傳感器周圍的磁場(chǎng)。第二霍爾傳感器的集成電路具有體積較小、靈敏度高、輸出幅度較大、溫漂小、對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較低等優(yōu)點(diǎn)。

三、直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器

（1）直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器組成即開孔圓盤、光源、光敏元件和縫隙板等組成。工作過程是開孔的圓盤的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，光源發(fā)出的光，通過開孔圓盤和縫隙板照到光敏元件上，光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件輸出的電脈沖個(gè)數(shù)和圓盤的開孔數(shù)相同。所以，通過測(cè)量光敏元件輸出的脈沖快慢，即可知被測(cè)轉(zhuǎn)速即公式：

n=60f/z

n為轉(zhuǎn)速，f為光敏元件接受到的頻率，z為孔的個(gè)數(shù)。

（2）直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器特點(diǎn)：第一采用光學(xué)原理，非接觸測(cè)量不會(huì)對(duì)被測(cè)量軸帶來額外的負(fù)載，所以誤差小，精度高。第二結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，主要有發(fā)光器件、光敏器件和放大元件等構(gòu)成。第三抗干擾性好。

四、結(jié)語

通過以上分析，我們了解了常見的電磁式、霍爾式和光電式傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速的工作原理和三種傳感器的特點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：李?。?987），陜西西安人，助教。