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磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器 |
Magnetic Sensitive Speed Sensor |
電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器的缺點是無法測量太低的轉(zhuǎn)速與太高的轉(zhuǎn)速,采用磁敏元件制成的轉(zhuǎn)速傳感器沒這個問題,磁敏元件是一種電阻隨外加磁場變化而變化的元件,稱為磁敏電阻或磁阻。圖1左圖是磁敏元件結(jié)構(gòu)示意圖,元件中有1個永磁體與2個磁敏電阻,永磁體磁場為上下方向,在永磁體上極面有絕緣基板,基板上裝有兩片參數(shù)相同的磁敏電阻MR1與 MR2,2個磁敏電阻串聯(lián),共3個引出腳。 |
 圖1--磁敏元件 |
磁敏元件在使用中采用電橋形式連接,2個磁敏電阻與2個固定電阻組成橋路。2個磁敏電阻所有參數(shù)相同,安裝在一起,可以補償因溫度等變化產(chǎn)生的漂移。磁敏傳感器的放大整形電路網(wǎng)上很多,這里就不介紹了。
在無外磁場影響時,通過2個磁敏電阻的磁通相同,此時電阻就相同,MR1=MR2。因橋路上2個固定電阻也相同,按圖1右圖接法,橋路輸出為零,放大器輸出為零。
把磁敏元件安裝在旋轉(zhuǎn)齒輪外圓周面,與外圓周面有一小氣隙,齒輪是軟磁性鐵質(zhì)材料制作,圖2與圖3是齒輪轉(zhuǎn)動時,磁敏元件內(nèi)磁通變化的示意圖。
圖2左圖是放大的磁敏元件的示意圖,磁力線是無外磁場影響時的狀態(tài)。
(1) 圖2中圖是磁敏元件對準齒輪齒間隙的狀態(tài),此時齒輪雖對磁敏元件磁通有些影響,但相對于2個磁敏電阻影響是相同的,通過2個磁敏電阻的磁通是相同的,MR1=MR2,橋路輸出為0,放大器輸出為0。 |
 圖2—磁敏元件磁通變化圖(一) |
(2) 在圖2右圖是齒輪轉(zhuǎn)過1/4齒距,MR1進入齒2表面,通過MR1的磁通增加,MR1電阻值增加;原通過MR2的部分磁力線也偏向齒2,故通過MR2的磁通減少了,MR2電阻值減小,就有MR1> MR2,放大器輸出正值。
(3) 在圖3左圖是齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過1/4齒距,磁敏元件正對齒輪齒面的狀態(tài),此時通過磁敏元件的磁通增加,但相對于2個磁敏電阻增加量是相同的,通過2個磁敏電阻的磁通仍是相同的,仍有MR1=MR2,橋路輸出為0,放大器輸出為0。 |
 圖3--磁敏元件磁通變化圖(二) |
(4) 在圖3中圖是齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過1/4齒距,MR1離開齒2表面,通過MR1的磁通減少,MR1電阻值減小;通過MR2的磁通沒有明顯變化,MR2電阻值沒變,此時MR1< MR2,放大器輸出負值。
(5) 在圖3右圖是齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過1/4齒距,磁敏元件再次對準齒輪齒間隙,放大器輸出為0。隨著齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn),磁敏元件的磁通變化進入重復(fù)循環(huán)。
磁敏轉(zhuǎn)速傳感器包含磁敏元件、橋電阻R1與R2、前級放大器,脈沖整形器、磁敏元件電源等,集成在一個外殼內(nèi)。傳感器電纜包括電源線與信號線。
下面有一個動畫演示齒輪旋轉(zhuǎn)時磁敏轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號,動畫的截圖見圖4,其中“磁敏元件輸出脈沖”是橋路輸出經(jīng)前級放大后的脈沖,該脈沖系列經(jīng)整形后形成“輸出方波”,即一系列方波脈沖。 |
 圖4—磁敏轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖 |
下面是動畫演示 |
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動畫1—磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器原理 |
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為了測出旋轉(zhuǎn)方向,需要2個探頭,兩個探頭相對齒的位置相差1/4個齒距,兩個探頭產(chǎn)生的脈沖就會相差1/4個周期。當(dāng)齒輪正向旋轉(zhuǎn)時脈沖1比脈沖2落后1/4周期,見圖5。 |
 圖5--磁敏轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖(正轉(zhuǎn)) |
當(dāng)齒輪反向旋轉(zhuǎn)時脈沖2比脈沖1落后1/4周期,見圖6。 |
 圖6--磁敏轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖(反轉(zhuǎn)) |
下面是可測正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的磁敏電阻傳感器動畫演示。 |
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動畫2--可測旋轉(zhuǎn)方向的磁敏電阻轉(zhuǎn)速傳感器原理 |
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磁敏電阻傳感器也可以測量直線運動速度,只需把齒輪換為齒條即可。
磁敏元件還包括巨磁阻元件與霍爾元件,使用方式類似,同樣可組成速度傳感器,這里就不介紹了。
磁敏元件主要缺點是隨環(huán)境溫度影響較大,采用補償電路可以適應(yīng)一定寬度的溫度范圍,但要達到高溫與極低溫還要采取一些控制環(huán)境溫度的措施。 |
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