磁电式传感器的汽车检测系统设计
论磁电式转速传感器在汽车中的应用
《装备维修技术》2021年第13期论磁电式转速传感器在汽车中的应用彭溢润（航空工业苏州长风航空电子有限公司，江苏 苏州 215151）摘 要：在现当代的社会当中，汽车已经是人们必不可少的一个重要交通工具，在汽车中关于转速传感器的应用设计这方面我们进行分析，汽车用转速传感器是去检测汽车发动机转速的，转速传感器应用的是磁感应原理，在检测过程当中并不需要接触，使用的过程当中，转速传感器发出正玄信号箱发动机，从而去判断汽车当前的曲轴位置和转速，在检测的过程当中，主要是通过信号轮去旋转切到磁力线，在这个过程当中，芯片会感受到周围磁场的变化，从而能够反映出信号，这个信号通过发动机内部的调节所输出来的是方波形式的信号，这种信号发出的精确度是非常高的，满足于汽车发动机的精确度需求，使得可燃气体能够更充分的燃烧，从而达到尾气排放的标准，能够更好地发展。
关键词：磁感应；转速；磁力线在目前的发展过程当中，关于磁电式转速传感器已经很好地应用到汽车的装备中，而我们目前需要研究的就是是否这种传感器能够让汽车更好的运行，本篇文章将分析其中的相关参数，确定它是否符合汽车的发展，为汽车的发展做出良好的奠基作用，满足汽车发动机的各项需求，才能够在未来发展的更好，对于目前来说，汽车已经是人类必不可少的一项重要交通工具，所以我们必须要对它的各项性能进行更好的了解，保证他的安全运行，对于本篇文章来说，我们要需说的是关于磁电式转速传感器在汽车中的应用。
1 产品的结构磁电式转速传感器，它的组成结构主要是通过在它的内部放一个永磁体，在这个部位的上下方分别放一根导，分别和南极和北极连接，在一侧的外面放有感应的线圈，线圈两端有输出的端子，这个传感器工作的特点是将它固定在一个速度转动，因为他里面装置着永磁体，其中包含着导磁铁心，他的外面会有一定数量的线圈，其中速度齿轮是由铁磁这种材料做成的，齿轮在转动的时候，传感器通过自己的探头对应出来齿轮的转动是连续不断变化的，出现这种情况的原因是由于传感器内部中存在着一定的磁场，这种磁场会经过探头的表面向周围散发出去，传感器的探头靠近齿轮的时候，就会在这个过程中形成一个磁路，当它们之间通过磁通量的时候，并且达到了一定的数量，就会由于其中的间隙不同使得他们之间的词组发生相应的变化，所以在旋转的过程当中，它的磁通量也是变化着的，传感器周围是由线圈围绕的变化的过程中，相应的就会出现感应电压，在计算过程当中，我们会根据公式去计算相应的数据进行分析。
磁电式传感器测速
工作原理
磁电式传感器基于法拉第电磁 感应定律，通过测量转速引起
的感应电压来计算速度。
优点
具有高灵敏度、低成本、易集 成等优点。
缺点
受环境影响较大，如温度、湿 度等。
数据采集器
设备功能
数据采集器负责接收磁电 式传感器的输出信号，并 将其转化为数字信号进行 处理。
数据传输方式
数据采集器可采用有线或 无线方式传输数据至速度 计算软件。
在磁电式传感器中，导电线圈作为感应器，当被测物体通过 时，会在线圈中产生感应电动势。感应电动势的大小与线圈 的有效长度、被测物体的运动速度和磁场的磁感应强度成正 比。
磁电式传感器测速的工作原理
当被测物体（如齿轮、转轮等）通过磁电式传感器的磁场时，会在传感器中产生 感应电动势。感应电动势的大小与被测物体的运动速度和磁场的磁感应强度成正 比。
航空航天
在航空器和航天器的导航 系统中，测量飞行器的速 度，确保飞行安全。
传感器测速的优势与局限性
优势
响应速度快：磁电式传感器测速的响应速度一般在微秒级别，能够实时监测物体速 度。
测量精度高：采用先进的信号处理技术，可实现高精度的速度测量。
传感器测速的优势与局限性
• 抗干扰能力强：对环境中的电磁干扰不敏感，能 够在复杂环境中稳定工作。
适应性强
磁电式传感器测速的原理使其具有较强的适应性，可以适 应不同的工作环境和测量对象，因此在工业自动化、汽车 、航空航天等领域得到广泛应用。
未来发展趋势与展望
01
技术创新
随着科技的不断进步，磁电式传感器测速的技术也在不断革新。未来，
磁电式传感器测速将会在材料、工艺、结构等方面实现更多的技术创新
，提高测量精度和可靠性。
磁电式速度传感器课件
VS
集成化
集成化是未来传感器的一个重要发展趋势 ，通过将多个传感器元件集成在一个芯片 上，实现传感器的小型化、轻量化、低功 耗等特点，提高传感器的应用范围和性能 。
在新兴领域的应用前景
新能源汽车
随着新能源汽车的快速发展，磁电式速度传 感器在新能源汽车中的应用前景广阔，如用 于电机转速的检测、车辆速度的检测等。
机械结构设计
总结词
机械结构设计是磁电式速度传感器制造中的重要环节，它决定了传感器的精度、稳定性和使用寿命。
详细描述
在机械结构设计中，需要考虑到传感器的尺寸、重量、安装方式等因素，以确保传感器在实际应用中 的可靠性和稳定性。同时，还需要对传感器的材料、热处理等进行优化，以提高其机械性能和耐久性 。
磁路设计
智能交通
智能交通系统是未来交通发展的重要方向， 磁电式速度传感器可以用于智能交通系统中 的车辆速度检测、交通流量统计等方面，提 高交通管理的智能化水平。
THANKS
感谢观看
新型绝缘材料
绝缘材料在磁电式速度传感器的制造 中起着重要作用，新型绝缘材料如氮 化硅、碳化硅等具有高绝缘性、低介 电损耗等特点，能够提高传感器的绝 缘性能和稳定性。
智能化与集成化的发展趋势
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，磁 电式速度传感器将逐渐实现智能化，具 备自适应、自学习、自诊断等功能，提 高传感器的工作效率和可靠性。
应用领域
汽车领域
用于发动机转速、车速、ABS 系统等速度检测。
航空领域
用于飞机轮速、滑行速度等速 度检测。
工业自动化领域
用于电机转速、机械传动速度 等速度检测。
其他领域
如医疗器械、环保设备等需要 进行速度检测的领域。
车载环境监测系统的设计与实现
车载环境监测系统的设计与实现在现代社会，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
随着人们对生活品质和健康的关注度不断提高，对于车内环境质量的监测也变得越来越重要。
一个良好的车载环境不仅能提升驾乘的舒适性，还对人们的健康有着直接的影响。
因此，设计并实现一套高效、准确的车载环境监测系统具有重要的现实意义。
车载环境监测系统的需求分析是设计的第一步。
车内环境的主要参数包括温度、湿度、空气质量（如 PM25 浓度、甲醛含量、二氧化碳浓度等）、噪声水平等。
不同的人群对于这些参数的关注度可能有所不同，但总体来说，一个全面的监测系统应该能够对这些关键指标进行准确测量。
在硬件设计方面，传感器的选择至关重要。
例如，对于温度和湿度的测量，可以选用高精度的温湿度传感器；对于空气质量的监测，需要选择能够准确检测各种污染物浓度的传感器，如激光散射原理的PM25 传感器、电化学原理的甲醛传感器等。
此外，为了确保测量的准确性和稳定性，还需要考虑传感器的校准和补偿措施。
数据采集模块负责将传感器采集到的数据进行处理和转换，以便后续的传输和分析。
这通常需要使用微控制器（MCU）来实现，例如常见的 STM32 系列芯片。
微控制器通过相应的接口与传感器连接，读取传感器的数据，并进行初步的处理，如滤波、放大等。
数据传输是车载环境监测系统的重要环节。
目前，常见的传输方式有蓝牙、WiFi 和车载 CAN 总线等。
蓝牙和 WiFi 适用于将数据传输到手机等移动设备上，方便用户实时查看；而车载 CAN 总线则可以将数据集成到车辆的控制系统中，与其他车辆信息一起显示在车载显示屏上。
在软件设计方面，包括底层驱动程序的编写、数据处理算法的实现以及用户界面的设计。
底层驱动程序用于控制硬件设备，确保传感器和其他组件的正常工作。
数据处理算法则用于对采集到的数据进行分析和计算，例如计算平均值、判断是否超过阈值等。
用户界面的设计要简洁直观，方便用户查看环境参数和了解系统的工作状态。
磁电式传感器的检测
实训中心
注意事项
1、磁电式传感器是交流电压信号，使用万 用表检测时要注意！
2、严禁未经许可擅自点火开关和起动发动 机，以防发生危险。
3、未关闭点火开关时，严禁拔下各传感器 及执行器接口，以免损坏ECU。
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本章小结
1、掌握磁电式传感器的结构与
• 二、传感器电磁线圈
二、操作步骤
• 2、断开连接器，连接器插头端子2和3间的电阻为480-1000欧姆，温度高时偏大。
• 3、屏蔽线
• 断开连接器，点火开关置OFF，连接器插头端子1与拱铁间的电阻应小于1欧姆。
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收尾
整车检查完毕，技术服务已完成，需要： • 步骤1)：移去遗留在车上（及周边工具等物品） • 步骤2)：拆除七件套 • 步骤3)：擦拭车辆（主要指因操作可能导致的污物）
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课后作业
• 1、曲轴位置传感器的作用是什么？ • 2、了解磁电式传感器结构和工作原理。
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注：此工作并没有复杂之处，但需要细心，切记不能有任何工具遗 留在发动机舱中！！！除非奖金不想要了！！！
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交付验 收
• 步骤四、 安装复位 试车 检查 清洁工位 步骤五、工单填写
按照工单内容进行填写，并签字确认： 项目实施情况（耗材/试车/工时） 所完成的检查项目内容
工单工原单来原长来这长样这呀样！！！ 厉害了呀W！o！rd！哥！！！
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本节重点
• 1.掌握磁电式传感器的结构及工作原理。 • 2.掌握磁电式传感器的检测方法。
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• 1．数字万用表，常用工具 • 2．电控发动机故障实训台
准备工作
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二、操作步 骤
磁电式传感器转速测量实验报告
磁电式传感器转速测量实验报告摘要：本文用磁电式传感器进行转速测量实验，以了解磁电式传感器的原理和特性，主要进行实验设计、转速测量实验和结果分析。
实验设计包括电参数测试和信号调试，转速测量部分包括摩擦轮模拟转速测量、实时转速测量和转速示波器记录转速波形等。
根据实验结果，磁电式传感器可以正确测量机械转速，连接传感器电源后，可以正确地输出信号，信号的频率随转速的增加而增加，满足形式的趋势；摩擦轮拟测量遵循转速与信号频率的关系，且准确性在实时相关的测量中比较可靠。
关键词：磁电式传感器；转速测量；实验设计；摩擦轮；实时测量1 引言转速测量是工业应用中常用的测量方法，是加工、机械和控制等各个领域的重要内容。
由于转速测量技术与传感器技术紧密相关，因此高精度、高可靠性的传感器被用于对转速的测量、检测和控制，以满足高效、精确的检测要求。
磁电式传感器是一种常用的信号检测传感器，可以直接输出和信号，能够有效地满足转速测量、振动测量、气流测量等领域的需求。
2 实验设计（1）电参数测试首先，确定电源电压，确定磁电式传感器的电参数，用多功能数字仪表测试磁电式传感器的输出电压。
（2）转速测量实验实验中使用摩擦轮模拟汽车转速，将磁电式传感器装在摩擦轮上。
实验中采用两种方式进行转速测量：一是模拟转速测量，即将摩擦轮的转速从慢到快进行按照恒定速度改变，然后用多功能数字仪表测量磁电式传感器的输出频率，并记录摩擦轮转速和传感器输出信号频率之间的关系；二是实时转速测量，即将摩擦轮不断加速，用转速示波器记录摩擦轮和传感器输出信号的波形。
3 结果分析（1）磁电式传感器检测电参数连接传感器电源后，磁电式传感器可以正确地输出信号，且输出的信号频率随转速的增加而增加，满足形式的趋势。
（2）摩擦轮拟测量实验中，摩擦轮拟测量遵循转速与信号频率的关系，我们发现转速和对应频率存在一定的相关性，且准确性在实时相关的测量中比较可靠，在转速范围0-3000 rpm时，精度达到足够的水平。
车辆检测器工作原理
车辆检测器工作原理车辆检测器是一种用于监测和控制交通流量的设备。
它可以实时检测路上车辆的数量、车辆的速度、车辆类型等信息，并将这些信息传输到控制中心，以便对交通流量进行管理和调控。
车辆检测器的工作原理基于一系列技术，下面将详细介绍它的工作原理。
车辆检测器主要通过以下几种技术来实现车辆的检测。
1. 磁性感应技术：磁性感应技术是车辆检测器中最常用的技术之一。
它通过埋设在地面下的线圈，利用车辆通行时的磁场变化来检测车辆的存在。
当车辆经过线圈时，由于车辆的金属体对磁场的敏感性，线圈中的感应电流发生了变化，从而可以检测到车辆的存在和通过的时间。
2. 微波雷达技术：微波雷达技术是一种利用微波信号来检测车辆的存在的技术。
车辆检测器通过发射微波信号，并接收被车辆反射回来的信号来确定车辆的位置和速度。
微波雷达技术具有高精度和不受天气影响的特点，因此在一些复杂环境下常被广泛应用。
3. 视频图像处理技术：视频图像处理技术是近年来发展起来的一种车辆检测技术。
它通过设置摄像头来获取道路上的图像，并利用图像处理算法来检测和跟踪车辆。
视频图像处理技术可以通过识别车辆的外形和运动轨迹来实现车辆的检测。
4. 压力感应技术：压力感应技术是一种通过检测车辆通行时对路面施加的压力来确定车辆存在的技术。
它通常通过在道路上安装感应器来实现。
当车辆通行时，感应器会检测到路面所受到的压力变化，并将其转化为电信号进行分析和处理，从而实现车辆的检测和统计。
这些技术在车辆检测器中常常结合使用，以提高车辆检测的准确性和可靠性。
通过收集车辆的数量、速度、类型等信息，交通管理者可以及时了解道路上的交通状况，从而采取相应的措施来调度交通流量，提升道路通行效率。
车辆检测器不仅广泛应用于城市道路的交通管理中，也被用于高速公路的车流量监测、停车场的车位管理等场景中。
它的工作原理的不断改进和创新，使得车辆检测器在智能交通系统中的应用越来越广泛且更加精准。
总而言之，车辆检测器通过磁性感应、微波雷达、视频图像处理和压力感应等技术，实现对道路上车辆的检测和统计。
磁电式转速传感器的优化设计
Ｕ，、 Ｄｔ·－ ｉ ｍ － ｉ ｚａｔ·ｉ－ ｏｎ ｄ’ ｅｓｉ‘ ｇｎ ０ｎ ｍ ａｇｎｅｔＪ ０ｅ● ｌ ｅＣｔ』 ｒｌ● Ｃ ｒｏｔ· ａｔ·ｉ· ｏｎａ’ ｌ
ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ
ＸＵ Ｇｕａｎｇ－ｗｅｉ，ＳＯＮＧ Ｃｈｕｎ—ｈｕａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｘｉｈｕａ Ｕｎ ｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ， ａ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ａｐｐｅａｒｓ ｗｈｅｎ ｒｏｔａｔｅ ａｘ ｉｓ ｓｔａｒｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｓｉｇｎａ ｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ，ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｎ ｅｎｔｉｒｅｔｙ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｒｉｎｇ ｓｔｎｉｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ａｎｓｏｆｌ Ｍ ａｘｗｅｌｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ｍａｇｎｅｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｍｏｄｅｌ ｗｈｉｃｈ ｈａ ｓ ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ
线圈 永久磁铁
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图 １ 磁电式转速传感器结构图
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浅谈磁电式曲轴位置传感器
３ 常见三种类型的位置传感器的比较 ． ３
目前各车型中常见 的三种 不同类型的位置传感器有磁 电式 、霍尔 式以及光电式传感器 。 （） １ 传感器组成 。① 信号发生部件 ；他们 都需要一个信号发 生 器 。磁 电式的较 多使 用４ 、１齿等的齿轮 。霍尔式 的较多使用 带小 齿 ２ 窗 口的转 盘 ， 电式的较 多使 用带缝隙的转盘 。⑦信号接收部件 ；他 光 们都需要信 号接 收元件及相关 的信号处理电路来接收识别由信号发生 部件产生 的信号 。 （） ２ 两个信号 。他们工作的时候都需要检测到判缸（ 或上止点信 号） 曲轴转 角（ 和 曲轴轴速） 两个信号 。①检测判缸信号 。有些车型用独 立的一个 或两个 磁头来测 。如 日产 、丰 田、广州本 田公司的一些 车 型 ；有些车型是在外缘带齿的信 号转 子去掉一两个齿 ，以些产生宽信 号作为判缸信号。如富康轿 车 、桑塔纳２０Ｇ ｉ ０Ｏ ｓ 、捷达Ｇ ￣Ｔ 等 。② ＴＧ Ｘ 曲轴转角信号。有些车型信号盘有若干齿 ，再结合Ｅ Ｕ Ｃ 的一个数学运 算 ，得 出ｌ 号 ，进而可运算 出曲转 具体位置或曲轴转速 。如丰 田 度信 上的Ｎ 信号转子上有２个齿 。当转子转一圈（ Ｅ ４ 曲轴转两 圈） ，感应线 时 圈感 应 出２个 交流 信 号 ，即 产生个 交流信 号 相 当于 曲轴 转 了３度 ４ Ｏ （ Ｏ２＝ Ｏ。再 由Ｅ 蚺 ７ ／ ３） ２ ４ ｃ 每个 交流信号平分３等 分 ，就得到 １ 曲轴 ０ 度 转 角信 号 。富康 轿车上 的信号转 子上有６个齿 ，则每个 交流信号 为 Ｏ ｌ度转角 ，由Ｅ Ｕ ２ Ｃ 平分 ｌ等分 即得１ ２ 度信号。 有些车型 利用两个磁头再 由电路整合 产生ｌ 度信号 。如 日产分公 司传感感 上有磁头 ｌ 相隔３ ，且每 隔４ 、 ３ 度 度产生一脉 冲信号 ，即两者 所产生的信号相位差为９度 ， 它们放入放大与整形 电路合成后 ．就 ｏ 将 产生ｌ 度信号。
磁电式传感器原理及应用
磁电式传感器原理及应用磁电式传感器是一种基于磁效应的传感器，能够通过测量电流和磁场之间的关系来检测和测量电流、位移、速度、角度等物理量。
该传感器通过电流和磁场之间的相互作用，将物理量转化为电信号，从而实现对物理量的测量和控制。
磁电式传感器具有高精度、高分辨率、高灵敏度、可靠性高等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
磁电式传感器的工作原理主要是基于磁电效应，即通过磁场作用于磁电材料产生的电势差来测量物理量。
常用的磁电材料有铁磁材料、反铁磁材料和压电材料等。
当磁电材料受到外界磁场的影响时，内部的电荷分布状态发生改变，从而在材料的两侧产生电势差。
根据外加电场的方向，可以将磁电材料分为电压系数和电流系数两种类型。
磁电式传感器的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 电流测量：磁电式传感器可以通过测量电流所产生的磁场来实现对电流的测量。
在电力系统中，磁电式传感器被广泛用于测量电流，用于电能计量、故障检测和保护等。
2. 位移测量：通过将磁电材料与磁场探头相结合，可以实现对位移的测量。
在工业自动化领域，磁电式传感器被广泛应用于位移传感器、液位传感器、角度传感器等领域。
例如，在机械加工中，可以通过位移传感器来监测工件的位移，从而实现对机械加工的控制和调整。
3. 速度测量：磁电式传感器可以通过测量旋转物体所产生的磁场来实现对速度的测量。
在汽车行业中，磁电式传感器被广泛用于测量车速，用于车速表和巡航控制系统等。
4. 角度测量：通过将磁电材料与磁场探头结合，磁电式传感器可以实现对角度的测量。
在航空航天、机器人、自动化控制等领域，磁电式传感器被广泛应用于角度传感器、导航传感器、姿态传感器等领域。
5. 磁场测量：磁电式传感器可以通过测量磁场对磁电材料产生的电势差来实现对磁场的测量。
在地理勘测、地震监测等领域，磁电式传感器被用于测量地球磁场和地震活动等。
总之，磁电式传感器作为一种重要的传感器技术，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和进步，磁电式传感器将更加精确、灵敏地测量和控制物理量，为各个领域的发展做出更大的贡献。
磁电式传感器课程设计
磁电式传感器课程设计。
一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解磁电式传感器的基本原理，掌握其工作方式和应用范围。
2. 学生能够描述磁电式传感器的构造，了解其主要组成部分及功能。
3. 学生能够掌握磁电式传感器在物理量检测中的应用，如速度、位移等。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，进行磁电式传感器的简单设计和搭建。
2. 学生能够运用磁电式传感器进行物理量的检测，并能够分析检测结果。
3. 学生能够通过实际操作，掌握磁电式传感器的调试方法。
情感态度价值观目标：1. 学生对磁电式传感器产生兴趣，提高对物理学科的学习热情。
2. 学生能够认识到磁电式传感器在现代科技领域的重要性，增强科技创新意识。
3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作能力和解决问题的能力。
课程性质：本课程属于物理学科，以实验和实践为主，注重理论联系实际。
学生特点：初三学生，具有一定的物理知识和实验技能，对新鲜事物充满好奇。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养实践能力和创新精神。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 磁电式传感器原理：讲解磁电式传感器的工作原理，涉及电磁感应定律、磁路基本概念等，对应教材第三章第二节。
2. 磁电式传感器构造：介绍磁电式传感器的组成部分，包括磁体、线圈、电路等，结合教材第三章第三节内容。
3. 磁电式传感器应用：分析磁电式传感器在速度、位移等物理量检测中的应用，举例说明，参考教材第三章第四节。
4. 磁电式传感器设计与搭建：引导学生运用所学知识，进行简单磁电式传感器的设计与搭建，结合教材实验部分内容。
5. 磁电式传感器调试：教授调试方法，让学生通过实际操作，学会调试磁电式传感器，提高实践能力，参考教材第五章实验部分。
6. 磁电式传感器在现代科技领域的应用：拓展学生视野，介绍磁电式传感器在高新技术领域的应用，如无人驾驶、智能制造等。
教学安排：第一课时：磁电式传感器原理及构造；第二课时：磁电式传感器应用；第三课时：磁电式传感器设计与搭建；第四课时：磁电式传感器调试及现代科技领域应用。
任务9-磁电式测速传感器
科学出版社
9.2.1 脉冲信号的获得 霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信
的饱和压降也会随之增大，使用者应当特别注意，仅这
个电压和你要控制的电路的截止电压（或逻辑“零”）
是兼容的。
科学出版社
以与发光二极管的接口为例，对负载电阻器的选择作一估计。若 在Io为20 mA（霍尔电路输出管允许吸入的最大电流），发光二极管 的正向压降VLED=1.4 V，当电源电压VCC=12 V时，所需的负载电阻 器的阻值 ：R=(VCC•VLED)/IO=(12V.1.4V)/0.01A=530 Ω
输出电压的特性称为零位特性由此而产生的误差称为 零位误差。主要表现在以下几个方面
1）不等位电压 在无磁场的情况下，霍尔元件通以一定的控制电 流I，两输出端产生的电压称为不等腰三角形位电压， 用U0表示。U0与I的比值称为不等位电阻，用R0表示， 即：R0= U0/I 不等位电压是由于元件输出极焊接不对称、厚薄 不均匀以及两个输出极接触不良等原因千万的，可以 通过桥路平衡的原理加以补偿。
科学出版社
因为霍尔器件需要工作电源，在作运动或位置传感时，一般令磁 体随被检测物体运动，将霍尔器件固定在工作台的适当位置，用它 去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。
工作磁体和霍尔器件间的运动方式有：(a)对移；(b)侧移；(c)旋 转；(d)遮断。如下图所示，图中的TEAG即为总有效工作气隙。
磁电式传感器及应用
磁电式传感器及应用磁电式传感器是一种利用磁场和电压的相互作用来检测和测量非电信号的传感器。
它们通常由一个可移动的磁体和一个固定的线圈组成，当磁体移动时，会在线圈中产生感应电动势，从而实现信号的转换和测量。
磁电式传感器的应用非常广泛，包括工业自动化、汽车工业、医疗设备、航空航天和消费电子等领域。
在工业自动化领域，磁电式传感器常常用于测量和控制设备的位置、速度和加速度等参数。
例如，在机械加工设备中，通过安装磁电式传感器可以实现对工件位置、转速和加工质量等参数的实时监测和控制，从而提高加工精度和效率。
而在汽车工业中，磁电式传感器则常用于发动机控制系统、转向系统和车辆安全系统等方面，如发动机转速传感器、转向角传感器和车速传感器等。
在医疗设备领域，磁电式传感器也扮演着重要的角色。
例如，在核磁共振成像设备（MRI）中，磁电式传感器可以用来监测和测量磁场的强度和方向，从而实现对磁共振成像过程的精确控制和调节。
同时，磁电式传感器还可以用于心脏起搏器、血压测量仪和呼吸机等医疗设备中，用来监测和测量生物体内部的信号和参数。
在航空航天领域，磁电式传感器也有着重要的应用价值。
例如，在飞机和导弹中，磁电式传感器可以用来检测飞行姿态、加速度和地磁场等参数，从而实现对飞行器的准确导航和定位。
同时，磁电式传感器还可以用于卫星和空间探测器中，用来测量和监测太空环境中的磁场和粒子辐射等信息。
在消费电子领域，磁电式传感器也有着广泛的应用。
例如，在智能手机和平板电脑中，磁电式传感器可以用来实现指南针功能、屏幕旋转功能和手势识别功能等。
同时，磁电式传感器还可以用于智能家居产品中，如智能门锁、智能灯具和智能家电等，用来实现对环境和用户行为的监测和控制。
总之，磁电式传感器作为一种重要的传感器技术，已经在各种领域得到了广泛的应用，并为各行各业的发展和进步做出了重要贡献。
随着科学技术的不断发展和进步，相信磁电式传感器在未来会有更加广阔的应用前景和发展空间。
磁电复合多功能传感器的设计
㊀２０２０年㊀第９期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．９㊀收稿日期：２０２０－０２－２６磁电复合多功能传感器的设计李亚平，彭云超，淦㊀邦（中国石化管道储运有限公司科技研发中心，江苏徐州㊀２２１００８）㊀㊀摘要：传感器是管道内检测器的重要组成部分，文中设计一种新型适用于油气管道无损检测的磁电复合多功能传感器㊂介绍了该复合传感器的工作原理㊁结构及特点，结合漏磁传感器对管壁体积型缺陷敏感和高频涡流传感器对管壁近表面缺陷敏感的优势，可以实现对管道的内外壁缺陷进行辨别和评估㊂实验结果表明该新型复合传感器在管道缺陷检测过程中既能检测缺陷又能辨别内外壁缺陷，特别是对近表面裂纹缺陷有潜在检出可能㊂关键词：漏磁；涡流；管壁缺陷；缺陷识别；裂纹中图分类号：ＴＰ２１２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）０９－００２７－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＭａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒＬＩＹａ⁃ｐｉｎｇ，ＰＥＮＧＹｕｎ⁃ｃｈａｏ，ＧＡＮＢａｎｇ（ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＩＮＯＰＥＣＰｉｐｅｌｉｎｅＳｔｏｒａｇｅ＆ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＣＯ．，ＬＴＤ．，Ｘｕｚｈｏｕ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｎｓｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｂｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｔｅｒｎａｌｄｅｔｅｃｔｏｒ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍａｇｎｅｔ⁃ｉｃｌｅａｋａｇｅａｎｄｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｓ．Ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｎｓｏｒｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｗａｌｌｄｅｆｅｃｔｓｃａｎｂｅｄｉｓ⁃ｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｄｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｌｅａｋａｇｅｆｌｕｘｓｅｎｓｏｒｔｏｔｈｅｗａｌｌｖｏｌｕｍｅｄｅｆｅｃｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｅｃｔｏｆｔｈｅｐｉｐｅｗａｌｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｅｗｔｙｐｅｏｆｍａｇ⁃ｎｅｔｉｃｌｅａｋａｇｅａｎｄｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｎｓｏｒｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｄｅｔｅｃｔｄｅｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃａｎｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｔｅｒｎａｌａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｗａｌｌｄｅｆｅｃｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃｒａｃｋｄｅｆｅｃｔｓｍａｙｈａｖｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｉｃｌｅａｋａｇｅ；ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ；ｄｅｆｅｃｔｏｆｐｉｐｅｗａｌｌ；ｄｅｆｅｃｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋ０㊀引言管道对于保障国家能源供应具有重要意义㊂随着管道使用时间的延长，由于腐蚀和应力作用，管道内部会出现各种类型的缺陷㊂因此，需要对管道进行定期的有效检测，及时排除缺陷，以避免或减少管道破裂事故的发生㊂目前，国内外已提出多种关于管道内壁的无损检测系统，例如：漏磁检测系统㊁电磁超声检测系统以及涡流检测系统等［１］㊂由于管道内壁的结构比较复杂，缺陷形式多样，现有的检测系统以及检测探头已无法满足检测需要，因此，如何研发一种新型的检测系统，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题［２］㊂本文结合漏磁检测和电磁超声检测两种检测方法的原理㊁适用条件和优势，设计一种新型适用于油气管道无损检测的磁电复合传感器，重点介绍了复合传感器的结构组成，研究了复合传感器在磁场条件下有无缺陷的结果对比，为新型管道内检测器的设计提供了新的解决方案㊂１㊀磁电复合传感器检测原理及特点漏磁检测原理是利用铁磁材料的高磁导率特性，通过测量铁磁材料中磁导率变化来检测缺陷［３－４］㊂管道漏磁检测原理如图１所示㊂图中两部分管壁为管道纵切向剖面图，上管壁有缺陷下壁无缺陷㊂检测时永磁铁将待测管段磁化，在管壁完好没有缺陷并且管壁材质均匀的情况下磁力线全部在管壁㊁永磁体㊁钢刷和软铁构成磁回路中通过㊂若管壁上有缺陷存在，那么当管壁达到近饱和磁化状态时经过缺陷处的磁力线有一部分仍然会在磁回路中通过，但会有少量磁力线在缺陷处发生畸变绕过缺陷边缘泄漏到管壁外，在周围的空气形成漏磁㊂传感器经过无缺陷的管壁时，因没有漏磁通变化所以输出电压不变，经过有缺陷的管壁时导致电压变化达到探伤的目的［５］，并通过对漏磁信号的分析即可准确评价缺陷㊂漏磁检测系统中采用的磁敏传感器，具有腐蚀敏㊀㊀㊀㊀㊀２８㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＳｅｐ．２０２０㊀图１㊀管道漏磁检测原理图感性高，适应高温㊁寒冷以及水下等恶劣环境的优点，但是采用磁敏传感器只能检测出管道内壁具有轴向长度㊁周向宽度以及径向深度３个方向尺寸的体积型缺陷，而对于管道内壁上只在２个方向上延伸，在第３个方向尺度很小的裂纹，很难激发出足够磁敏传感器检测的漏磁通，导致检测结果不准确㊂此外，即使磁敏传感器可以检测到管道存在缺陷，但无法辨别是内壁缺陷还是外壁缺陷㊂由电磁感应定律可知：闭合金属导体中的磁通发生变化时，就会在导体中产生闭合的感应电涡流，阻碍磁通量的变化㊂如图２所示㊂图２㊀电涡流位移传感器的工作原理图２中，传感线圈由交流信号激励，在产生焦耳热的同时，又要产生磁滞损耗，它们造成交变磁场能量的损失，进而使传感器的等效阻抗Ζ发生变化㊂影响阻抗Ζ的因素有被测导体的电导率σ㊁磁导率μ㊁线圈的激励频率ｆ及传感器与被测导体间的位移χ等，只要保证这些影响因素只有位移χ变化，其他都保持不变，则传感器的等效阻抗Ζ将变成位移的一元函数，经过线性化处理后用Ζ（χ）的变化就能很好地反映出χ的变化，实现测量位移χ的目的［６－７］㊂涡流检测系统是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，具有传感响应速度快㊁灵敏度高㊁非接触和无需耦合介质等优点，因而特别适用于对金属管道内壁缺陷的检测［８－９］㊂但传统涡流检测系统中的传感器普遍存在一致性差㊁检测信号易受提离等因素的影响㊁检测效率与分辨率存在矛盾以及对检测对象的适应性差等问题㊂２㊀磁电复合传感器结构磁电复合传感器组成结构如图３所示，三轴漏磁数字传感器经过ＩＩＣ通讯协议传输到ＡＲＭ－ＳＴＭ３２控制探头系统，涡流线圈经过控制系统提供的激励，检测的信号经过涡流线圈接收电路进行接收，通过ＳＰＩ协议传输给ＡＲＭ－ＳＴＭ３２控制探头系统㊂由控制系统进行采集和存储后，经过数据输出驱动器传输到１．５ｍ外的数据采集系统㊂图３㊀复合传感器结构框图利用ＰＣＢ打印涡流传感器线圈，代替传统的手工缠绕线圈，减少了线圈体积空间，增加了线圈的稳定性及不易损性㊂涡流线圈经过激励后，通过涡流传感器线圈接收电路对涡流线圈产生的信号进行接收，接收电路图如图４所示㊂图４㊀涡流传感器线圈接收电路结构图线圈的两端分别接入ＩＮＡ，ＩＮＢ信号端，电路处理过程中，由ＬＣ振荡激励电路为涡流传感器线圈提供激励电压，激励频率等参数，当涡流传感器线圈检测到管壁内壁缺陷时，发生阻抗变化，由电感值测量电路检测到电感值，经过寄存器和逻辑处理器处理后，进行阈值比较，转成ＳＰＩ通讯协议输出信号，从而判断管壁的缺陷情况㊂数据采集存储模块如图５所示，由ＳＰＩ通讯协议输出的ＣＳＢ㊁ＳＣＬＫ㊁ＳＤＩ㊁ＳＤＯ信号经过传输线传输到单片机采集系统，单片机主控选择ＡＲＭ－ＳＴＭ３２系列㊀㊀㊀㊀㊀第９期李亚平等：磁电复合多功能传感器的设计２９㊀㊀芯片㊂其中，ＣＬＫＩＮ表示外部时基时钟输入，ＣＬＤＯ外接一个１５ｎＦ电容从引脚连接到ＧＮＤ，ＣＳＢ表示可以将多个通道连接在相同的ＳＰＩ总线上，ＳＣＬＫ表示ＳＰＩ通讯协议时钟输入，ＳＤＩ表示ＳＰＩ数据输入连接到ＳＰＩ主机的ＭＯＳＩ，ＳＤＯ表示ＳＰＩ数据输出连接到ＳＰＩ主控的ＭＩＳＯ㊂图５㊀数据采集存储结构图传感器检测数据经过ＳＰＩ协议，传输到ＡＲＭ－ＳＴＭ３２控制探头系统，系统中包含高精度时钟模块㊁稳压电源模块㊁存储模块㊁总线协议模块㊁ＦＡＴＦＳ文件管理模块对传感器数据进行采集和存储，并通过显示模块显示当前输出信号㊂３㊀实验与结果分析磁电复合传感器安装在探头支撑架上，整个传感器支撑架在整个检测装置中（如图所示），对铁磁性材料进行检测，对其内外壁缺陷进行检测和辨别㊂磁电复合检测探头装置如图６所示㊂图６㊀磁电复合传感器检测装置图６中，铁磁性材料经过磁铁㊁铁芯㊁钢刷的磁化后，铁磁性材料的整个内壁上达到了磁饱和，磁电复合传感器对铁磁性材料进行检测，缺陷样件如图７所示㊂检测结果如图８所示㊂图８中ＭＦＬ－Ｘ㊁Ｙ㊁Ｚ分别代表漏磁信号周向㊁轴向㊁径向信号，当传感器垂直于横向裂纹检测时，结果如图８（ａ）所示，磁敏传感器和涡流传感器能够同时检测到横向裂纹㊂当传感器平行于纵向裂纹检测时，结果如图８（ｂ）所示，磁敏传感器不能检测到纵向裂纹，涡流传感器能够检测到纵向裂纹㊂管道内检测中，应用磁电复合传感器能够区分管图７㊀缺陷样板试件（ａ）复合传感器检测横向裂纹结果图（ｂ）复合传感器检测纵向裂纹结果图图８㊀复合传感器检测缺陷结果图道的内外壁缺陷，对此，在缺陷样板试件上做了两组实验，将复合传感器放在有缺陷的表面进行一次检测，再将复合传感器放在缺陷试件背面进行一次检测，具体如图９所示，实验结果如图１０所示㊂图１０（ａ）中，当传感器测量管道内壁缺陷时，磁敏传感器和涡流传感器能够同时测量到缺陷，当传感器测量管道外壁缺陷时，２组涡流信号对同一缺陷具有相同的检测特征，且２组涡流数据对同一缺陷的检测具有相位差，符合机械结构的设计㊂漏磁检测结果分为管壁３个方向的数据，分别为轴向㊁周向㊁径向㊂其中漏磁传感器对轴向㊁径向方向反应较明显，对周向方向反应较不明显㊂图１０（ｂ）中，磁敏传感器能够测量到外壁缺陷，而㊀㊀㊀㊀㊀３０㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＳｅｐ．２０２０㊀图９㊀复合传感器测量管壁内外壁缺陷示意图（ａ）复合传感器测量管道内壁缺陷结果图（ｂ）复合传感器测量管道外壁缺陷结果图图１０㊀复合传感器测量管壁内外壁缺陷结果图涡流传感器不能测量到外壁缺陷，磁敏传感器能够检测出内外壁缺陷，涡流传感器对内壁缺陷敏感，进而结合两种检测结果对内外壁缺陷进行辨别㊂４㊀结论通过实验对比，验证磁电复合传感器适用于油气管道无损检测，当磁敏传感器和涡流传感器同时测量到管壁缺陷时，同时涡流传感器检测内壁缺陷时，辨别此缺陷为管壁内表面缺陷，当漏磁传感器能检测到管壁缺陷，而涡流传感器没有测量到管壁缺陷时，辨别此缺陷为管壁外表面缺陷，实验结果表明该新型磁电复合传感器在管道缺陷检测过程中既能检测缺陷又能辨别内外壁缺陷㊂通过对裂纹信号的观察，对近表面裂纹缺陷有潜在检出可能㊂参考文献：［１］㊀徐琛，黄松岭，赵伟，等．基于低频涡流的油气管道变形检测方法及实现［Ｊ］．电测与仪表，２０１０，４７（６）：１０－１５．［２］㊀ＢＡＯＱＪ，ＳＨＵＡＩＪ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１７，４６（２）：２９８－３０１．［３］㊀ＬＯＣＣ，ＰＡＵＬＳＥＮＪＡ，ＪＩＬＥＳＤＣ．Ａｍａｇｎｅｔｉｃｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｉ－ＥＥＥＴａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，２００３，３９（５）：３４５３－３４５５．［４］㊀杨亮，徐春风，宋云鹏，等．基于三轴漏磁检测的管道缺陷量化方法［Ｊ］．管道技术与设备，２０１９（４）：２９－３１．［５］㊀董绍华，季寿宏，章卫文，等．Ｇ４高清晰度复合检测器的研制及工业化应用［Ｊ］．管道保护，２０１８，３８（１）：３９－４３．［６］㊀徐琳，王恒，黄祯，等．基于Ｃｏｍｓｏｌ有限元法的电涡流传感器仿真［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０１５，１２（３３）：１０９７－１１０４．［７］㊀张建雄，孙宝元，戴恒震，等．高线性非接触式电容位移传感器［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００６（１）：６－７．［８］㊀肖春燕，朱衡军，齐红元，等．铁磁材料硬度电磁检测模型［Ｊ］．计量学报，２００２，２３（４）：２９４－２９８．［９］㊀李俊，吴峻，汤钧元，等．基于涡流反射式的磁浮列车绝对定位传感器的研究［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１９（１１）：２６－３１．作者简介：李亚平（１９７３ ），硕士，高级工程师，主要研究领域为信息技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｙｐ．ｇｄｃｙ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ彭云超（１９７５ ），高级工程师，主要研究方向为油气储运工程㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｙｃ．ｇｄｃｙ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ（上接第５页）［１３］㊀ＳＴＡＳＳＩＳ，ＣＡＵＤＡＶ，ＣＡＮＡＶＥＳＥＧ，ｅｔａｌ．Ｆｌｅｘｉｂｌｅｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ，２０１４，１４（３）：５２９６－５３３２．［１４］㊀ＥＶＡＮＳＰＧ，ＤＡＰＩＮＯＭＪ．Ｓｔａｔｅ⁃ｓｐａｃｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄＭａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎｏｆＧａｌｆｅｎｏｌａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，２００８，４４（７）：１７１１－１７２０．［１５］㊀王博文．超磁致伸缩材料制备与器件设计［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００３．［１６］㊀周耀辉，王芸波，朱维新，等．ＩＩＲ数字滤波器设计［Ｊ］．电力自动化设备，２０１０，３０（９）：１２９－１３１．作者简介：赵智忠（１９６５ ），教授，博士，硕士生导师，主要研究方向为真空开关状态参数检测㊁智能电器㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｏｚｈｉｚｈｏｎｇ＠ｈｅｂｕｔ．ｄｅｕ．ｃｎ王春雷（１９９１ ），硕士研究生，主要研究方向新型磁性材料与器件㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１３６５７２５１２４＠ｑｑ．ｃｏｍ。
磁电式传感器
洛伦兹力FB为
FB evB
v —半导体电子运动的速度；
e —电子的电荷量。
霍尔电场产生的电场力FH为
FH
eE H
eU H w
电流密度 j n,env 是单位体积中的载流子数。则流经 载流体的电流
I jwd nevwd
将电子速度 v 代I 入式（7-20）, 则霍IB ned
由上可见：当传感器的结构确定后，B.S、W、 均l为定值，
因此，感应电势e与相对速度 （或 v）成正比。
根据上述基本原理，磁电式传感器可分为两种基本 类型 : 变磁通式；恒定磁通式。
1. 变磁通式
永久磁铁与线圈均不动, 感应电势是由变化的磁通产生的。 如图7-1所示的转速传感器。
●结构特点:
永久磁铁、线圈和外壳均固定不 动，齿轮安装在被测旋转体轴上。当 齿轮转动时，齿轮与软铁磁轭之间的 气隙距离随之变化，从而导致气隙磁 阻和穿过气隙的主磁通发生变化。
一、工作原理:
根据电磁感应定律, 线圈两端的感应电势e正比于 匝链线圈的磁通的变化率, 即
e W d
dt
Φ—匝链线圈的磁通；W—线圈匝数。
★若线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线 时, 则线圈两端产生的感应电势e为
e WBl dx sin WBlvsin
dt
B—磁场的磁感应强度；x—线圈与磁场相对运动的位移； v—线圈与磁场相对 运动的速度；θ—线圈运动方向与磁场方向之间的夹角； W—线圈的有效匝 数； l—每匝线圈的平均长度。
霍尔转速表的其他安装方法 霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突 起, 就可产生磁场强度的脉动, 从而引起霍 尔电势的变化, 产生转速信号。
霍尔式无触点汽车电子点火装置
磁电式传感器计算机辅助设计
也是建立在双向传感器 的统一理论的基础上。这种 传感器不需要辅助电源 ， 所以是一种有源传感器 ， 也 称作感 应 式传 感器或 电动式 传感器 。
２ 磁电式传感器的主要元件的设计计算
磁 电式传 感器 的硬 件材 料 的设计包 括磁路 元件
例如航空 、 航天飞行器某些部件的瞬变温度、 速度和 压力 的测 量 ， 要能 迅 速反 映 被控 参 量 的变化 ， 则 ， 否 整个控制系统就无法正常工作。传感器的动态品质 将更引起人们的重视 ， 高传感器动态 响应的快速 提 性， 可从两方 面人手 。～是改 变其结 构、 数和设 参 计 ； 是进行 动 态 补 偿 。 本文 正 是 针 对 磁 电式 传 感 二
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自动 化与仪 器仪 表 ＺＩ ）Ｇ Ｕ Ｕ ＹＱ ＩＩ Ｏ Ｉ Ｎ Ｈ ＡＹ ＩＩ ＢＡ Ｘ Ｙ 文章 编 号 ：Ｏ １ ２７２ｏ ）２ ｝１ —０ １０ —９２ ｛ｏ２ｏ 一（ ５ ４ ０
２０ 年第 ２ （ Ｏ２ 期 总第 １０ ） ０期
ｓ ｆ ａｅ ｐ ｃ ｆｈ ｒ ｔｒ ｌ ｈ ｓｎ ａ ｄ ｔｅ ｓ ｄ ｆｄ ｎ ｍｉ ｃ ａ ａ ｔｒ ｆａ ｍａ ｎ ｔ ｏｔ ｒ ａ ｋ ｏ ａ ｄ ｍａｅ ｉ ｏ ｅ ｎ ｈ ｔ ｙ ｏ ｙ ａ ｃ ｈ ｒｃｅｓ ｏ ｇ ｅｉ ｗ ａｃ ｕ ｃ—ｅｅ ｔ ｃ ｔ ｎ ｄ ｃ ｒ ｌ ｒ ｒ ｓ ｕ ｅ ｃ ｉ ａ ｗ ｓｍａ ｅ ｕ ．ｈ ｅ ｔ ｔｏ ｆ ｙ ａ ｃ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｏ ｛ ｓｒｓａ ｃ ｃ ． ｎ ｅｏ ｔ ｕ ｆ ｙ ａ ｃｃ ａ ａ ｔｒ ｆ ａ ｄ ｐ ｔｅ ｂ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｎ ｍｉ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ’ ｅｅ ｒ ｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｕ ｐ ｔ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃｅ ｄ ｉ — ａ ｈ ｏ ｄ ｏ ｃａ ｐ Ｊ ａｉｎ ｓ ｆ ｎ ｎ ａ ｋ ｗ ｓｓ ｌｔｄ ｂ ｏ ｕｅ ． ｃ ｅ ｓ ｔ ｏ ｔａ ｄ ｂ ｃ ａ ｉ ａｅ ｙ ｃ ｍｐ ｔｒ ｎ ｉ ｏ ｒ ｍｕ
磁电式轮速传感器系统设计
利用轮速传感器设计汽车测速系统轮速传感器由于磁电式传感器工作比较稳定可靠，几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响，所以，目前在汽车中使用的轮速传感器广泛采用变磁阻式电磁传感器。
它由定子和转子组成：定子包括感应线圈和磁头(为永久磁铁构成的磁级)两部分；转子可以是齿圈或齿轮两种形式，齿轮形式的转子如图1所示。
安装时，磁头固定在磁极支架上，支架固定在长轴上，齿圈通过轮毂、制动毂连为一体，长轴穿过车轮与内部的轴承配合，如图2所示：轮速传感器及安装示意图图1 轮速传感器图2传感器安装示意图转子的转速与车轮的角速度成正比。
转鼓带动车轮转动，传感器转子的齿顶、齿间的间隙交替地与磁极接近、离开，使定子感应线圈中的磁场周期性的变化，在线圈中感应出交流正弦波信号。
由此，使车轮运转在各种工况，可对传感器输出信号进行测量。
分析变磁阻式轮速传感器产生的信号具有如下特征：(1)传感器产生的信号为接近零均值的正弦波信号；(2)正弦波信号的幅值受气隙间隔(磁头与齿圈间的气隙)和车轮转速的影响。
气隙间隔越小，车轮速度越高，正弦波信号的幅值越大；(3)信号的频率受齿圈的齿数和车轮转速的影响，为每秒钟经过磁头线圈的齿数，即等于齿圈齿数乘以每秒钟的轮速。
轮速传感器产生的信号如下图所示：不同车速时轮速传感器的输出信号图3 车速较高时传感器输出信号图4 车速较低时传感器输出信号产品型号：轮转式流量传感器515产品报价：25元生产厂家：上海阔思电子有限公司产品特点：+GF+ GF Signet 型号515轮转式流量传感器，515轮转式流量电极。
叶轮流量传感器，叶轮流量电极。
轮速信号的检测将轮速传感器输出的每个正弦波信号调理整形产生一个方波信号，后续电路对方波信号进行处理。
可分为以下几种方法：(1)直接送单片机的T0记数，用T1作定时器。
在每个T1定时时间内读出T0的记数值，经计算得到轮速；(2)将方波信号先进行F/V转换，再由单片机A/D转换而得到轮速；(3)方波信号送单片机的外部中断/INT0引脚，将其设定为边沿触发方式，用T1作定时器对方波信号进行周期测量，经计算得到轮速。
磁电式ABS传感器性能测试及评定方法研究
磁电式ABS传感器性能测试及评定方法研究胡晓峰;施岩;陆艺;郭斌【摘要】根据磁电式ABS传感器的工作原理,结合传感器检定行业标准与企业测试需求,构建一套在线综合性能检测系统,对传感器的电压幅值、频率、有效值、冷态电阻等电信号量进行检测,实现对车桥ABS传感器装配的质量评估,建立产品质量回溯体系。
基于测量系统分析(MSA),对系统的测量重复性进行定量分析,检测数据表明：系统测试节拍小于15 s,单项性能测量指数Cg值均大于1.67,符合JB/T 10633———2006《专用检测设备评定方法指南》中对新设备验收的性能评定要求。
%According to the working principle of ABS sensors,an online detection system has ben designed to test the electric parameters of ABS sensors including voltage amplitude, frequency, effective value and non-work resistance in combination with the industrial standard for sensor calibration and manufacturer requirements. In addition,the assembly quality of axle-mounted ABS sensors is evaluated,and then a quality backtracking system is established. The test repeatability of the system was analyzed in quantity based on Measurement Systems Analysis (MSA). The experimental results show that the test time of system is less than 15 s and the measuring capability index (Cg) is greater than 1.67. It meets the requirements of performance evaluation.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】5页(P119-123)【关键词】ABS传感器;性能检测;测量系统分析【作者】胡晓峰;施岩;陆艺;郭斌【作者单位】中国计量学院，浙江杭州 310018;浙江方圆检测集团，浙江杭州310018;中国计量学院，浙江杭州 310018;杭州沃镭科技有限公司，浙江杭州310019【正文语种】中文0 引言近年来，我国逐渐提高了对汽车行车安全的执行标准，行车主动安全系统（如ABS、ESP等）越来越多地作为标准部件装配于各类车辆，以提高行车制动安全性，优化制动距离。
磁电式传感器测速研究
磁电式传感器测速研究磁电式传感器测速研究随着电子技术的不断发展和普及，磁电式传感器测速成为了汽车制造、自动化控制和机械工程等领域的重要研究方向。
磁电式传感器测速是一种应用磁电效应测量速度的技术，具有非接触式、高精度、高灵敏度等特点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
磁电式传感器测速的基本原理是利用磁电效应测量磁场的变化，从而确定速度大小。
当磁场发生变化时，材料内部将产生电压，这种现象称为磁电效应。
常见的磁电效应包括纵向磁电效应、横向磁电效应和反常磁电效应等。
其中，纵向磁电效应是指在磁场方向上产生的电压，横向磁电效应是指在垂直于磁场方向上产生的电压，而反常磁电效应是指在磁场方向上和垂直于磁场方向上均产生电压。
通过磁电效应，可以确定磁场的强度和方向，从而实现对速度的测量。
磁电式传感器测速技术的应用非常广泛。
在汽车制造领域，磁电式传感器测速被用于车速传感器、刹车传感器、涡轮传感器等设备中，可以实现车辆的自动控制和安全保障。
在机械工程领域，磁电式传感器测速被用于机床控制、机器人控制、风力发电机控制等领域中，可以大大提高设备的精度和效率。
在医疗设备领域，磁电式传感器测速被用于心脏起搏器、手术刀等设备中，可以提供更为准确的诊断和操作。
磁电式传感器测速的主要优点是非接触式测量，可以保证不会对被测量物体造成影响，同时具有高精度、高灵敏度、快速响应等特点，适用于多种环境和应用场合。
此外，磁电式传感器测速还可以通过改变传感器的结构和参数来实现不同范围和精度的测量，具有良好的可调性和灵活性。
磁电式传感器测速技术的实现主要依靠磁电材料的选择和传感器结构的设计。
磁电材料选择的关键问题是要选择具有良好磁电特性的材料，包括单晶和多晶材料等。
传感器结构的设计包括传感器外壳、磁场源和信号采集电路等部分。
传感器外壳需要具有良好的防护性能，能够保护传感器内部不受外部环境的影响；磁场源可以是永磁体或电磁体等，需要根据具体的应用场合和测量范围来选择；信号采集电路需要具有高精度、低噪声、快速响应等特点，可以采用锁相放大器、可编程放大器等电路组成。
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摘要汽车车速传感器设计是一种智能限速装置，利用速度传感器将转变成的电压信号输送给ECU（Electronic Control Unit）,来控制速度，速度达到规定值时切断电路达到限速的目的。
本文介绍了限速装置的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和测试方法。
系统采用硬件建软件对测量过程及测量结果进行处理。
与传统的限速装置相比，此限速器具有结构简单、新颖、易于实现的特点。
实验证明在整个调速范围内都取得了良好的效果，系统具有良好的稳态精度及动态响应性能，同时也提高了限速装置的整体性能。
关键词数据采集控制装置磁电式传感器目录摘要.................................... 错误!未定义书签。
前言 (III)1传感器的工作原理 (1)1.1汽车车速传感器的工作原理 (1)1.2汽车磁电式车速传感器 (1)1.3控制装置的工作原理 (2)2车辆限速装置的设计 (4)2.1控制装置系统的设计 (4)2.2数据采集系统的设计 (5)2.3系统总体设计 (6)3车辆限速装置的性能测试 (8)3.1性能指标 (8)3.2测试方法与结果 (8)3.3干扰问题 (9)4汽车车速传感器装置的应用 (9)5汽车车速传感器装置的发展趋势 (10)结论 (I)参考文献 (1)前言随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。
传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。
传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。
近年来，汽车保有量迅速增加，车辆安全性已成为人们最关心的问题。
为了保障人民生命财产安全，政府部门制定了相关的道路交通安全法规，为了满足安全法规和消费者对车辆安全性的要求，厂商采取了多方面措施来改善车辆的安全性能，其中电子技术起了很大的作用。
随着现代电子技术的发展，车辆电子化的程度越来越高，车辆传感器成为汽车电子控制系统的重要组成部件，也是车辆电子技术领域研究的核心技术之一。
车辆内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。
这些传感器必须要经受40℃～150℃的温度变化，而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强，才能准确地实时检测车辆运行的有关状态，速度传感器是列车安全行驶的重要设备，它能否稳定工作，将直接影响到车辆的正常运行。
作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。
在现代汽车电子控制中，传感器广泛用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中，传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控制系统的性能，为汽车性能的改善提供了有力保障。
传感器是汽车电子控制系统的信息源，是促进汽车高档化、电子化、自动化的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。
普通汽车上大约装有10-20只传感器，高级豪华轿车则更多。
传感器能及时识别外界和系统本身的变化，对温度、压力、位置、转速、体积流量等信息进行实时、准确的测量，并将信息传递给电脑进行处理，从而实现汽车各系统的电子控制。
现代社会对车辆性能的要求越来越高，促使汽车传感器技术不断发展，今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化，开发新材料、新工艺和新型传感器。
1 传感器的工作原理1.1 汽车车速传感器的工作原理车辆自动强制限速装置，包括传感器、控制电路和操控机构。
车辆限速器分为两种：一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者减速；另一种限速器是在车辆超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制降低车辆行驶速度。
车辆遥控自动限速器由发射器和接收器组成，采用遥控专用编码集成块。
通过对遥控限速进行编码，使每一组编码对应一种车速限制，并利用设置在路码表与之刻度同步上的光电传感器进而控制执行继电器切断和接续汽车起动、点火和熄火回路，从而达到控制车速的目的。
限速器的发射器包括固定发射器和移动发射器，固定发射器安装在需限速道路路段的出入口处，移动发射器由执法人员掌握，接收器安装在各受控车辆的驾驶室内。
车辆智能限速器由汽车传感器、微电脑速度控制仪和智能机械手组成。
其工作原理是：当车辆速度低于设定值时，控制仪不启动机械手，车辆行驶如常；当车辆速度临界设定值时，控制器立即启动机械手拉起油门，等同于司机放松油门，汽车只能滑行减速不能加速，从而使车速得到控制；当车辆速度低于设定值时，控制器立即反向放松油门，使油门恢复如初。
由于它的科学控速原理，车辆限速时呈自然、平稳状态，不易被站立的乘客察觉。
电子限速的作用是限制车速过高，防止因车速过高造成事故。
电子限速器可以实时监测车辆的速度，当车速达到一定值的时候，它就会控制供油系统和发动机的转速，这时即使踏下油门踏板，供油系统也不会供油。
1.2汽车磁电式车速传感器磁电式传感器与霍尔式传感器是车辆上常用来检测车速和转速的信号。
磁电式传感器是利用电磁感应原理工作的，即：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势，其大小与磁通量的变化率有关，即 ：E ：感应电动势； N ：导电回路中线圈的匝数； dt d φ：穿越线圈磁通量的变化率； 通过改变dt d φ就可以改变感应电动势E 的变化，而在实际应用过程当中，改变dt d φ的方式有3种，即移动线圈、移动磁铁或改变磁阻，与之对应的分别称为动圈式磁电传感器、动铁式磁电传感器及磁阻式磁电传感器。
而在车辆上应用最广的是磁阻式磁电传感器。
下面以磁阻式磁电传感器为例来讲磁电式传感器在车辆上的应用情况。
磁阻式磁电传感器在车辆上的应用可以用来检测发动机转速和车轮转速，一般由传感头和齿圈组成，而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。
当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。
而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小，磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大。
当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对，传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化，在感应线圈中就会感应出交变电动势，其频率与齿圈的齿数和转速成正比。
磁电式轮速传感器结构简单、成本低、工作稳定可靠,几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响，缺点是：一是输出信号的幅值随转速的变化而变化。
若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。
当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。
目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15km/h～160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8km/h～260km/h以至更大，显然磁电式轮速传感器很难适应。
1.3控制装置的工作原理控制装置是变速器的中央控制单元，它的核心是ECU控制装置，所有传感器和信号都汇集于此，由它分析后，发出指令并实施监控。
控制理论在汽车电控中得到了广泛的应用，主要有PID控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制以及预测控制等。
就其结构而言，电控系统主要由传感器、电子控制组件ECU、执行器三个部分组成。
1.3.1 ABS控制原理汽车ABS(Antilock Braking System)是改善汽车主动安全性的重要装置，通过调节制动力，使汽车获得良好的制动效能并保持较高方向操纵稳定性。
ABS最重要的功能并不是为了缩短制动距离，而是为了能够尽量保持制动时汽车的方向稳定性。
ABS起作用时，车轮与路面的摩擦属滚动摩擦，它会充分利用车轮与路面之间的最大附着力进行制动，从而提高制动加速度，缩短制动距离，但最重要的还是保证汽车的方向稳定性。
ABS工作时就相当于以很高的频率进行点刹。
于是，在紧急情况下如果将制动踏板踩到底，肯定会感到制动踏板在颤动，同时也会听到制动总泵发出的“哒哒”声，这便是ABS在正常工作。
制动总泵不断调整制动压力，从而对制动踏板产生连续的反馈力。
防抱死制动系统（简称ABS）是一种防止制动过程车轮抱死的车辆主动安全装置。
ABS是改善车辆主动安全性能的重要装置，其核心是通过调节制动车轮滑移率，使得在制动过程中，车轮滑移率尽量在附着系数相对应的滑移率区域，从而获得尽量大的制动效能，并保持较高的方向操纵性能。
为描述车轮制动过程中与道路接触的状态，引入滑移率：νωνννωR s -=-=1 （1） 式中：R 为车轮半径，ω为车轮制动时转速，轮速ωνωR =，v 为车速。
通常，车辆要经过大量的道路试验，才能获得ABS 制动时车速变化规律和其相应的控制逻辑。
基于轮缸压力函数的制动时参考车速计算方法，适合制动时有稳定压力源的液压制动系统。
选择合适的加速度传感器可以检测车辆制动过程的车速。
dt dt d t⎰-=00ννν （2） 制动前00ωνR =根据制动时传感器给出的轮速和加速度，用梯形公式计算出不同时刻的速度值。
由加速度求车速的表达式为:(3)式中：Δt 为采样周期，1-j a 、j a 为第j-1、j 时刻测量的加速度值。
ABS 系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由ABS 电控单元做出判断，并通过电磁阀调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的范围（10%～20%），来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发生的后轮侧滑，甩尾，提高车辆在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。
电子控制防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。
汽车驱动防滑系统ASR （Automobile dynamic-control system ）是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围（5%～15%）内，防止驱动轮快速滑动，提高汽车的驱动力。
ASR 在控制中，通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令，调节发动机的输出转矩，从而调节驱动轮的驱动转矩。
目前ASR 的装备大多是在ABS 系统增设一部分部件的方法来实现，可看成是对ABS 系统的完善和补充。
1.3.2 ECU 控制原理车辆电子控制器常称为ECU ，也叫电子控制单元。
它是发动机的一种综合电子控制装置。
其核心部件是电脑(ECU 或电子计算机)，简称微处理机或微机。
电子控制器包括硬件和软件两部分控制装置是变速器的中央控制单元，该装置由一个电子控制单元和一个电动液压控制单元组成，它安装在变速器内并浸在DSG 机油中。
所有传感器和其他控制单元的信号都汇集到此，并由它分析后，向各个执行器发出指令并监控。
2车辆限速装置的设计2.1控制装置系统的设计电子控制器ECU硬件的作用是：根据电子控制器存储的程序和数据，对发动机(或汽车)传感器输入的各种信息(模拟／数字)进行运算、处理、判断。