磁电转速传感器的工作原理和特点
磁电式传感器测量转速原理
磁电式传感器测量转速原理1.介绍磁电式传感器是一种常用于测量转速的传感器，通过检测磁场的变化来计算物体的转速。
它具有结构简单、精度高、响应快等优点，在许多领域都得到广泛应用。
2.磁电式传感器的工作原理磁电式传感器通过利用磁场感应现象来测量转速。
当传感器与被测物体相互作用时，磁场的变化会产生电压信号，从而实现转速的测量。
3.磁电式传感器的结构3.1 磁敏元件磁电式传感器的核心部件是磁敏元件，它可以将磁场变化转换为电压信号。
常用的磁敏元件包括霍尔元件和磁致伸缩(Magnetostrictive)元件。
3.2 信号调理电路信号调理电路用于放大和整形由磁敏元件产生的微弱电压信号，以便后续的处理和分析。
它可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
3.3 输出接口输出接口将处理后的电压信号转换为转速值或其他形式的信息输出，便于用户进行监测和控制。
4.磁电式传感器测量转速的步骤4.1 确定测量位置在安装磁电式传感器之前，需要确定被测物体上用来测量转速的位置。
通常选择物体上的凸起或特定的标记点作为测量点，以确保测量的准确性和稳定性。
4.2 安装磁电式传感器根据测量位置确定的要求，正确安装磁电式传感器。
通常需要将传感器固定在物体上，并保持一定的距离，以便磁场的变化能够被传感器准确地检测到。
4.3 连接电路将磁电式传感器的输出端口与信号调理电路相连接，确保信号能够被正确的接收和处理。
4.4 校准和调试在使用磁电式传感器进行转速测量之前，需要进行校准和调试，以确保测量结果的准确性和可靠性。
校准过程中，可以通过与其他精密测量设备进行对比，来调整传感器的灵敏度和输出。
5.磁电式传感器测量转速的应用5.1 汽车工业在汽车工业中，磁电式传感器被广泛用于测量车辆引擎的转速。
它可以帮助监测引擎的工作状态，提高车辆的性能和燃油利用率。
5.2 机械制造磁电式传感器在机械制造过程中也有很多应用。
它可以用于测量机器工作部件的转速，以监测和控制机器的运行状态。
磁电式转速传感器的原理
磁电式转速传感器的原理
磁电式转速传感器是一种常用于测量旋转机械设备转速的传感器。
它利用磁场和电信号的相互作用原理，将机械转速转化为电信号输出，从而实现对转速的准确监测和控制。
磁电式转速传感器的工作原理主要是基于霍尔效应和磁致伸缩效应。
在传感器内部，通常包含一个磁铁和一个霍尔元件。
当机械设备旋转时，磁铁会随之旋转，产生一个磁场。
而霍尔元件则可以检测到这个磁场的变化，进而产生相应的电压信号输出。
具体来说，当磁铁旋转时，磁场的变化会使得霍尔元件内部的电荷分布发生改变，从而引起霍尔元件两侧产生不同电势差，即霍尔电压。
通过测量霍尔电压的大小，就可以确定机械设备的转速。
此外，磁电式转速传感器还可以通过磁致伸缩效应实现对转速的测量。
当机械设备旋转时，磁铁会使传感器内部的磁致伸缩材料发生形变，从而改变传感器的电阻值，进而产生电信号输出。
磁电式转速传感器具有灵敏度高、响应速度快、精度高等优点，广泛应用于汽车、船舶、飞机、工业生产等领域。
它可以实现对转速的实时监测，从而确保设备运行的安全稳定性。
此外，磁电式转速传感器还可以与其他控制系统集成，实现对设备转速的自动调节和控制，提高生产效率和质量。
总的来说，磁电式转速传感器通过利用磁场和电信号的相互作用原
理，将机械设备的转速转化为电信号输出，实现对转速的准确监测和控制。
它在工业生产和机械设备领域具有重要的应用意义，为提高生产效率和保障设备安全运行发挥着重要作用。
磁电式传感器之转速的测量
磁电式转速测量传感器的应用场合
磁电式转速测量传感器的主要应用场合为：
（1）轮轴脉冲转速传感器 （2）惯性加速度传感器
（3）高铁车速测量
磁电式转速测量传感器特点
缺点
• 不等电势 • 存在寄生直流电势。
优点
• • • • 输出信号强 抗干扰性能力强 无需供电 安装使用方便
• 可在烟雾、油气、水气等 恶劣环境中使用
磁场的形成方式分类
按照磁场的形成方式分类，可将磁电式传感器分为永磁 型和励磁型两种。永磁型传感器的结构形式如下图1所示。
传感器的磁场是由永久磁铁产生的。这种传感器结构简 单，成本低，使用方便，目前在数字式传感器测量中得到广 泛的应用。磁型传感器的结构形式如下图2所示
传感器的磁场是由磁铁产生的。在这种传感器的极靴 上比永磁型传感器多了一组作为励磁用的线圈，其结构形 式与一般的互感式变换器相仿。这种传感器可以获得极高 的电势灵敏度。但因其结构复杂，体积大，成本高，又需 要外加直流励磁电源，所以除了特殊情况外，在一般的数 字式转速测量中很少采用。
磁电式转速测量传感器发展前景
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、安装 使用方便，可以和各种二次仪表搭配使用。所以未来磁电式 传感器还将会广泛的应用，尤其是应用于发动机测速和出租 车计价器中。
（2）T03S磁电式转速传感器
(T03-S) 相关参数： 线圈电阻：380Ω左右 输出电压：（测量条件：发讯齿轮60 齿，发讯齿轮材料A3 钢， 模数2，传感器端面距齿顶小于1mm）， 由于安装条件、材 质等影响下列表格仅作参考。 输出电压波形：渐开线齿轮——近似正弦波，若齿轮略有偏芯 则为调幅正弦波；孔板、方齿等——正负脉冲。
转速传感器的工作原理
转速传感器的工作原理今天，我们来谈谈转速传感器的工作原理。
转速传感器是一种用于测量机械设备的转速的传感器，它可以解决一些机械设备在运行过程中中转速的测量问题。
它是一种常用的传感器，它可以准确地测量出机械设备的转速。
转速传感器的工作原理是使用一个测量单元，应用一定的力量来测量机械设备的转速。
它的原理是，当机械设备的转子运动时，它会产生相应的力和振动，而这些力和振动会被测量单元感知到，通过测量单元来测量出机械设备的转动角度和转速，从而得到机械设备的转速。
转速传感器的工作原理有很多种，这些原理主要有电磁方法、光学方法和机械方法。
其中，电磁法是最常见的一种工作原理，它使用一种称为变频电机的电机，变频电机的转子会因机械设备的转速而发生相应的变化，从而使得测量单元能够感知到转速的变化，从而准确地测量出机械设备的转速。
另外，光学法是用光信号来测量转速的一种方法，它使用发射光源和接收光源。
当机械设备的转子运转时，发射光源就会发射出不同的光信号，而接收光源接收到这些信号之后，就可以准确地测量出机械设备的转速。
最后，机械法是一种使用机械部件来测量转速的方法。
它是最简单也是最古老的转速测量方法，它使用一个机械部件来感知机械设备的转动，从而测量出机械设备的转速。
总之，转速传感器的工作原理是使用一种测量单元，应用力量来测量机械设备的转速，而具体的工作原理主要有电磁法、光学法和机械法。
它可以准确地测量出机械设备的转速，是一种重要的传感器。
转速传感器在很多领域都有着广泛的应用，如汽车、航空、船舶等等。
它可以测量机械设备的转速，从而为机械设备的运行提供准确的参数，帮助把控设备的整体运行状况。
因此，转速传感器是一种重要的传感器，它可以为机械设备的运行提供准确的参数，帮助把控设备的整体运行状况，发挥着重要的作用。
转速传感器工作原理
转速传感器工作原理转速传感器是一种用于测量机械设备转速的传感器，它能够将转速转换为电信号输出，从而实现对转速的监测和控制。
转速传感器的工作原理主要是通过感知机械设备的运动状态，将这种运动状态转换为电信号输出，从而实现对转速的测量和监测。
转速传感器的工作原理主要包括以下几个方面：1. 磁性感应原理一种常见的转速传感器工作原理是基于磁性感应原理。
这种传感器通常包括一个旋转的磁铁和一个固定的线圈。
当磁铁旋转时，它会产生一个变化的磁场，这个变化的磁场会感应出线圈中的电流。
通过测量这个电流的大小和频率，就可以确定机械设备的转速。
2. 光电传感原理另一种常见的转速传感器工作原理是基于光电传感原理。
这种传感器通常包括一个发光二极管和一个光敏电阻。
当机械设备旋转时，发光二极管会发出光束，光敏电阻会感应这个光束的变化。
通过测量光敏电阻的电阻值的变化，就可以确定机械设备的转速。
3. 声波传感原理还有一种转速传感器工作原理是基于声波传感原理。
这种传感器通常包括一个发射声波的装置和一个接收声波的装置。
当机械设备旋转时，发射声波的装置会发出声波，接收声波的装置会感应这个声波的变化。
通过测量声波的传播时间和频率，就可以确定机械设备的转速。
无论是哪种工作原理，转速传感器都能够准确、可靠地测量机械设备的转速，从而实现对机械设备的监测和控制。
这对于保证机械设备的正常运行和延长机械设备的使用寿命具有非常重要的意义。
总的来说，转速传感器的工作原理主要是通过感知机械设备的运动状态，将这种运动状态转换为电信号输出，从而实现对转速的测量和监测。
不同的传感器可能采用不同的工作原理，但它们都能够准确、可靠地测量机械设备的转速，为机械设备的运行提供重要的数据支持。
转速传感器工作原理
转速传感器工作原理转速传感器是一种用于测量旋转物体转速的传感器，它在工业生产和汽车行业中有着广泛的应用。
它的工作原理主要是利用感应原理或者霍尔效应来实现对转速的测量。
在本文中，我们将详细介绍转速传感器的工作原理及其应用。
转速传感器的工作原理可以分为两种主要类型，感应式转速传感器和霍尔效应转速传感器。
感应式转速传感器是利用感应原理来测量转速的。
当传感器靠近旋转物体时，磁场会产生感应电流，这个感应电流的频率与旋转物体的转速成正比。
通过测量感应电流的频率，就可以得到旋转物体的转速信息。
这种传感器结构简单、可靠，适用于高速旋转的物体。
霍尔效应转速传感器则是利用霍尔元件来测量转速的。
当旋转物体上的磁铁通过霍尔元件时，会产生霍尔电压信号，这个信号的频率也与旋转物体的转速成正比。
通过测量霍尔电压信号的频率，同样可以得到旋转物体的转速信息。
这种传感器具有灵敏度高、响应速度快的特点，适用于低速旋转的物体。
无论是感应式转速传感器还是霍尔效应转速传感器，其工作原理都是基于磁场的变化来实现对转速的测量。
传感器本身会产生一个与旋转物体转速成正比的信号，通过信号处理电路将这个信号转换成数字信号，最终输出给控制系统进行处理。
因此，转速传感器在工业生产和汽车行业中有着广泛的应用，如发动机转速测量、风力发电机转速测量等。
综上所述，转速传感器的工作原理主要是基于磁场的变化来实现对转速的测量，其中包括感应式转速传感器和霍尔效应转速传感器两种类型。
无论是哪种类型的传感器，其基本原理都是通过磁场的变化产生一个与旋转物体转速成正比的信号，再通过信号处理电路将这个信号转换成数字信号输出。
这种传感器在工业生产和汽车行业中有着广泛的应用，对于提高生产效率和安全性都起着重要作用。
磁电式转速传感器测转速实验
磁电式传感器测转速实验一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理：磁电传感器是一种将被测物理量转换成为感应电势的有源传感器，也称为电动式传感器或感应式传感器。
根据电磁感应定律，一个匝数为Ｎ的线圈在磁场中切割磁力线时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈两端就会产生出感应电势，线圈中感应电势： 。
线圈感应电势的大小在线圈匝数一定的情况下与穿过该线圈的磁通变化率成正比。
当传感器的线圈匝数和永久磁钢选定(即磁场强度已定)后，使穿过线圈的磁通发生变化的方法通常有两种：一种是让线圈和磁力线作相对运动，即利用线圈切割磁力线而使线圈产生感应电势；另一种则是把线圈和磁钢部固定，靠衔铁运动来改变磁路中的磁阻，从而改变通过线圈的磁通。
因此，磁电式传感器可分成两大类型：动磁式及可动衔铁式(即可变磁阻式)。
本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图所示。
当转动盘上嵌入6个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感应电势e 产生6次的变化，感应电势e 通过放大、整形由频率表显示ｆ，转速n =10f 。
磁电传感器测转速实验原理框图三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V 直流稳压电源、电压表、频频\转速表；磁电式传感器、转动源。
四、实验步骤：磁电式转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外(传感器探头中心与转盘磁钢对准)，其它完全与实验十九相同；请按下图示意安装、接线并按照实验十九中的实验步骤做实验。
实验完毕，关闭电源。
dt d Ne Φ-=磁电转速传感器测速实验安装、接线示意图五、思考题：磁电式转速传感器测很低的转速时会降低精度，甚至不能测量。
如何创造条件保证磁电式转速传感器正常测转速？能说明理由吗？。
磁电式转速传感器工作原理
磁电式转速传感器工作原理
磁电式转速传感器的工作原理是基于磁感应定律和磁敏电阻的特性。
当磁场发生器旋转时，会产生一个旋转的磁场。
磁敏传感器放置在磁场发
生器附近，磁感应线圈内的磁阻会随着磁场变化而变化。
磁敏传感器通过
测量磁感应线圈的电阻值来确定磁场的变化，从而确定转速。
具体来说，磁感应线圈的电阻值与磁感应强度之间存在一定的关系。
当磁感应强度变化时，磁感应线圈的电阻值也会变化。
利用这个原理，通
过测量电阻值的变化就可以确定磁场的变化，从而确定转速。
磁电式转速传感器中的磁感应线圈采用磁敏电阻（MR）或磁敏电容（MC）等材料制成。
这些材料具有磁阻或电阻随磁场变化而发生变化的特性。
当磁感应强度变化时，磁敏电阻或磁敏电容的阻值或容值也会发生变化。
信号处理电路通过测量磁敏元件的电阻或电容值来得到转速信号。
为了保证传感器的稳定性和精度，磁电式转速传感器通常采用差比测
量方法。
差比测量方法是指将待测信号与参考信号进行比较，从而得到差值。
在磁电式转速传感器中，信号处理电路会采集磁敏元件的电阻或电容值，与一个参考信号进行比较，得到差值。
根据差值的大小，可以确定转
速的大小。
总结起来，磁电式转速传感器的工作原理是利用磁感应线圈的电阻或
电容随磁场变化而变化的特性，通过测量磁感应元件的电阻或电容值来确
定转速。
它适用于广泛的应用领域，如汽车制造、风力发电、机械加工等。
磁电感应式传感器工作原理
图 7 - 5 是动圈式振动速度传感器结构示意图。 其结构主 要由钢制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外 壳固定成一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小孔的芯轴两端 架起线圈和阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架空且与外壳 相连。
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
（7 - 13）
EH=
IB bdae
（7 -14）
第7章 磁电式传感器将上源自代入式（7 - 10）得UH =
IB ned
（7 -15）
式中令RH =1/（ne）, 称之为霍尔常数, 其大小取决于导
体载流子密度，则
UH =RH
IB d
K
HIB
（7 - 16）
式中KH=RH/d称为霍尔片的灵敏度。由式（7 - 16）可见, 霍尔
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
7.1
磁电感应式传感器又称磁电式传感器, 是利用电磁感应 原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的 一种传感器。 它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量 转换成易于测量的电信号, 是有源传感器。由于它输出功率 大且性能稳定, 具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以 得到普遍应用。
但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小, 温 度系数也较小, 输出特性线性度好。 表 7 - 1 为常用国产霍尔 元件的技术参数。
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器
2. 霍尔元件基本结构
霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、 引线和壳体组成, 如图 7 - 9(a)所示。 霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片， 引出四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激 励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。 霍尔 元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。 在电 路中霍尔元件可用两种符号表示，如图7- 9(b)所示。
常用传感器工作原理(磁电式)
dφ e = −N dt
磁通φ的变化率与磁场强度 磁通φ的变化率与磁场强度 B 、磁路磁阻Rm 线圈的运动速度 v 、 有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的输出感应电动势。 有关，改变其中一个因素，都会改变线圈的输出感应电动势。
根据以上原理， 根据以上原理，磁电式传 感器在结构上可以分为动 圈式和磁阻式两类。 圈式和磁阻式两类。
e = −N dt
磁电式传感器是利用电磁感应原理，将运动速度、 磁电式传感器是利用电磁感应原理，将运动速度、位移等物理 量转换成线圈中的感应电动势输出。 量转换成线圈中的感应电动势输出。 工作时不需要外加电源， 工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电 量输出。是典型的有源传感器。 量输出。是典型的有源传感器。 特点：输出功率大，稳定可靠，可简化二次仪表， 特点：输出功率大，稳定可靠，可简化二次仪表，但频率响 应低。通常在10— 适合作机械振动测量、 应低。通常在 —100HZ适合作机械振动测量、转速测量。 适合作机械振动测量 转速测量。 传感器尺寸大、 传感器尺寸大、重。 2
f n = .60 N
磁阻式磁电传感器使用方便，结构简单， 磁阻式磁电传感器使用方便，结构简单，在不同场合下可用来 测量转速、偏心量、振动等,产生感应电动势的频率作为输出 产生感应电动势的频率作为输出， 测量转速、偏心量、振动等 产生感应电动势的频率作为输出， 而电势的频率取决于磁通变化的频率。
6
§3 磁电式传感器测量电路
§2 磁阻式磁电传感器
磁阻式传感器其线圈和磁铁彼此不做相对运动，由运动着的物 体（导磁材料）来改变磁路的磁阻，从而引起磁力线增强或减 弱，使线圈产生感应电动势。
测量齿轮由导磁材料制成， 测量齿轮由导磁材料制成，安 装在被测旋转体上， 装在被测旋转体上，随之一起 转动，每转过一个齿， 转动，每转过一个齿，传感器 磁路磁阻变化一次， 磁路磁阻变化一次，线圈产生 的感应电动势的变化频率(r/s) 的感应电动势的变化频率(r/s) 等于测量齿轮上齿轮的齿数N 等于测量齿轮上齿轮的齿数 和转速的n(r/min)乘积。 乘积。 和转速的 乘积
磁电转速传感器的工作原理和特点
磁电转速传感器的工作原理和特点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。
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，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。
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、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器有霍尔式传感器和磁电式传感器两种。
磁电式转速传感器的原理
磁电式转速传感器的原理一、引言磁电式转速传感器是一种常用的测量设备，用于测量旋转物体的转速。
它通过感应磁场的变化来测量转速，具有精度高、可靠性好等优点。
本文将详细介绍磁电式转速传感器的原理和工作机制。
二、磁电式转速传感器的结构磁电式转速传感器通常由磁电式传感器和信号处理电路两部分组成。
2.1 磁电式传感器磁电式传感器由磁敏感元件和磁场产生元件组成。
磁敏感元件通常是由铁氧体或硅钢片制成的磁致伸缩材料，具有磁致伸缩效应。
磁场产生元件通常是由永磁体或电磁线圈组成，用于产生磁场。
2.2 信号处理电路信号处理电路主要用于放大、滤波和处理磁电式传感器输出的信号。
它通常由放大器、滤波器、比较器和计数器等组成。
三、磁电式转速传感器的原理磁电式转速传感器的原理基于磁致伸缩效应和霍尔效应。
3.1 磁致伸缩效应磁致伸缩效应是指在磁场作用下，磁敏感元件的尺寸会发生微小的变化。
当转子上的齿轮通过磁电式传感器时，磁敏感元件会受到磁场的影响，发生尺寸变化，从而产生电压信号。
3.2 霍尔效应霍尔效应是指当导体中有电流通过时，垂直于电流方向的磁场会在导体两侧产生电势差。
磁电式转速传感器中的磁敏感元件通常会产生一个垂直于磁场方向的电势差，该电势差与转速成正比。
四、磁电式转速传感器的工作原理磁电式转速传感器的工作原理如下：1.磁场产生元件产生一个恒定的磁场。
2.当转子上的齿轮通过磁电式传感器时，磁致伸缩效应使磁敏感元件的尺寸发生微小变化。
3.磁致伸缩效应引起磁敏感元件两侧产生电势差，即霍尔效应。
4.信号处理电路对电势差进行放大、滤波和处理。
5.最终输出一个与转速成正比的电压信号。
五、磁电式转速传感器的应用磁电式转速传感器广泛应用于各个领域，如汽车、航空航天、工业自动化等。
它可以用于测量发动机转速、风扇转速、电机转速等。
六、总结磁电式转速传感器是一种测量旋转物体转速的重要设备。
本文详细介绍了磁电式转速传感器的原理和工作机制，包括磁致伸缩效应和霍尔效应。
实验六磁电式传感器的性能
实验六 磁电式传感器的性能
一、实验目的
了解磁电式传感器的原理和工作情况。
二、工作原理
磁电式传感器是一种能把非电量转化为感应电动势的传感器，也称为感应式传感器。
根据电磁感应定律，ω匝线圈中的感应电动势 e 决定于穿过线圈的磁通φ的变化率：
d e dt
ω
Φ
=- 。
磁电式传感器是由永久磁钢产生恒定的直流磁场，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势。
e 与磁通变化率成正比，因此线圈与磁场必需有一个相对运动。
因此当转盘上嵌入 N 个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生 N 次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。
三、所需单元和部件
磁电式传感器、差动放大器、双线示波器（自备） 、V/F 表、低通滤波器、低频振荡器。
有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，按下低频振荡器的振动控制开关，低频振荡器的幅度旋钮置于最小，V/F 表置 F 表 2KHz 档。
四、注意事项
实验过程中，低频振荡器的调幅旋钮不能过大，以梁振动时不碰撞其他为佳。
四、实验步骤
（1）观察磁电式传感器的结构，根据图6的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。
（2）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表。
简述磁电式传感器的工作原理
简述磁电式传感器的工作原理磁电式传感器是一种将磁场信息转化为电信号的传感器，广泛应用在仪器仪表、自动控制、计算机信息处理、航空航天等领域。
其主要工作原理是基于磁电效应和霍尔效应。
磁电效应是指当磁性材料受到外界磁场的作用时，其中的自由电子将受到力的作用，从而在材料内部形成电势差。
这个电势差可以用来测量外部磁场的大小和方向。
磁电效应可以用来将机械运动转换为电信号，从而实现物理量的测量和控制。
霍尔效应是指电流通过横跨磁场的导体时，将在导体的两侧出现电势差。
这个现象的原理是基于洛伦兹力，即受到磁场作用的电荷将受到力的作用而被分离。
霍尔效应与磁电效应相似，也是将磁场信息转换为电信号的一种机制。
磁电式传感器通常通过霍尔效应测量磁场的强度和方向。
磁电式传感器一般由磁性材料、霍尔元件和信号处理电路组成。
在测量时，磁性材料将接收到外界的磁场，从而在其内部产生电势差。
电势差随后被传递给霍尔元件，经过元件内部的放大、滤波等信号处理，最终转换为可用的电信号。
这个电信号的大小和方向分别对应着外界磁场的强度和方向。
磁电式传感器有多种类型，包括线性磁电效应传感器、非线性磁电效应传感器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器等。
线性磁电效应传感器是一种用于测量弱磁场的传感器，可用于检测磁场的方向、大小和分布情况。
而非线性磁电效应传感器则适用于测量强磁场，如磁体在加热过程中的磁场分布。
霍尔电流传感器和霍尔电压传感器是基于霍尔效应进行测量的传感器，分别适用于测量电流和电压。
霍尔电流传感器将电流通过磁场，并测量电势差来计算电流大小，而霍尔电压传感器则通过测量霍尔元件两侧的电势差来计算电压大小。
这些传感器广泛应用在电力系统中，用于测量电流和电压，从而保障设备的安全运行。
磁电式传感器是一种重要的测量和控制元件，广泛应用于工业控制、科学研究、医疗设备等领域。
其工作原理基于磁电效应和霍尔效应，能够将磁场信息转化为电信号，实现对物理量的测量和控制。
磁电式传感器的优点在于具有高度的灵敏度和精度，且不会对被测物体产生影响。
磁电式传感器
Hale Waihona Puke 电式传感器磁电式传感器的优点和局限性
磁电式传感器具有以下优点：结构简单、可 靠性高、寿命长、测量准确度高、抗干扰能 力强等。同时，磁电式传感器也存在一些局 限性，例如对温度和湿度的变化比较敏感， 容易受到外界磁场的影响，以及输出信号较 小需要放大处理等。因此，在实际应用中需 要根据具体需求选择合适的传感器类型和规 格
磁电式传感器
磁电式传感器的未来发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，磁电式传感器的发展趋势如下
高精度与高可靠性：为了满足各种高精度和高可靠性应用的需求，需要不断提 高磁电式传感器的测量准确度和稳定性。可以采用新型材料和技术手段优化传 感器的结构和工艺，提高其性能指标。同时加强传感器的可靠性设计，提高其 稳定性和使用寿命
2
由于其结构简单、测量准确、可靠 性高、寿命长等优点，磁电式传感 器在工业自动化、航空航天、能源、
交通等领域得到了广泛应用
磁电式传感器
磁电式传感器的原理
磁电式传感器的工作原理基于法 拉第电磁感应定律，当导体线圈 在磁场中作切割磁感线运动时， 线圈中就会产生感应电动势。感 应电动势的大小与导体线圈的匝 数、磁感应强度B、线圈面积和 切割速度成正比。因此，通过测 量感应电动势的大小，就可以确 定被测量的变化
由于磁电式传感器具有测量准确、可靠性高、寿命长等优点，因此广泛应用于以下领域
电力工业：用于测量发电机、变压器的磁场电流和位移，以及电缆的局部放电 等 航空航天：用于测量飞机的飞行速度、加速度、陀螺仪等 能源：用于风力发电机的转速和功率测量，以及水轮机的流量和压力测量等
磁电式传感器 1 交通：用于测量汽车和火车的速度、加速度、里程表等 2 机器人：用于机器人的定位、导航和控制等 3 环境监测：用于测量空气质量、水质等环境参数 4 自动化生产线：用于测量生产线上物体的位置、速度等参数，实现自动化控制 5 医疗器械：用于测量心脏、呼吸等生理参数 6 安全监控：用于监控摄像头、红外探测器等安全设备中的磁场变化，实现报警功能 7 科学实验：用于磁场、电流等物理量的测量和实验研究
速度及加速度检测—磁电式速度传感器
自动检测技术
2）温度误差 当温度变化时，式（5-7）中右边三项都不为零，
对铜线而言每摄氏度变
化量为dL/L≈0.157×10-4，
dR/R≈0.43×10-2，dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的
磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由
式（5-7）可得近似值：
这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采 用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材 料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。
自动检测技术
磁电式传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应 原理。当匝数为N的线圈在磁场中运动而切割磁力 线，或通过闭合线圈的磁通量ф发生变化时，线 圈中将产生感应电势e
e N d
dt
磁电式传感器的分类
按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式 和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。
变磁通 式
三、 磁电感应式传感器测量电路
自动检测技术
图5-4 磁电感应式传感器测量电路方框图 磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有
较高的灵敏度，不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速 度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积 分或微分电路。图5-4为一般测量电路方框图。
自动检测技术Leabharlann 产生磁场的永久磁铁和线圈都固定
不动，通过磁通Φ的变化产生感应 电动势e。常用于角速度的测量。
恒磁通 式
工作气隙中的磁通保持不变，线圈 相对永久磁铁运动，并切割磁力线 而产生感应电势。
自动检测技术
动圈式磁电感应式传感器可以分为线速度型 和角速度型
自动检测技术
磁电式转速传感器根据磁路的不同，分成开磁路 式和闭磁路式两种。
磁电式转速传感器测速实验
磁电式转速传感器测速实验
一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理：基于电磁感应原理，Ｎ匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入Ｎ个磁棒时，每转一周线
圈感应电势产生Ｎ次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。
三、需用器件与单元：磁电传感器、数显单元测转速档、转动调节2-24V，转动源单元。
四、实验步骤：
1、磁电式转速传感器按下图安装：
传感器端面离转动盘面2mm左右，并且对准反射面内的磁钢。
将磁电式传感器输出端插入数显单元Fi孔。
（磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）
2、将波段开关选择转速测量档。
3将转速调节电源2-24V用引线引入到台面板上转动源单元中转动电源2-24V 插孔，合上主控箱电源开关。
使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。
五、思考题：
为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？。
磁电式转速传感器原理
磁电式转速传感器原理磁电式转速传感器是一种常用的测量设备，它能够准确地测量旋转机械设备的转速。
其原理是利用磁场感应原理和电磁感应原理，通过测量磁场变化和感应电压来确定转速。
下面将详细介绍磁电式转速传感器的原理及其工作过程。
1. 磁场感应原理。
磁电式转速传感器内部通常包含一个磁铁和一个线圈。
当旋转机械设备转动时，磁铁也随之旋转，从而改变了线圈周围的磁场分布。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会在线圈中感应出一个电动势。
这个感应电压的大小与磁场变化的速度成正比，也就是与旋转速度成正比。
2. 电磁感应原理。
当磁场发生变化时，线圈中就会产生感应电流。
这个感应电流会产生一个磁场，根据洛伦兹力的作用，这个磁场会受到一个力的作用，从而产生一个力矩，使得线圈产生一个转矩，使得线圈跟随磁场的变化而转动。
通过测量线圈的转动角度，就可以确定旋转机械设备的转速。
3. 工作过程。
当旋转机械设备转动时，磁铁也随之旋转，改变了线圈周围的磁场分布，从而在线圈中感应出一个电动势。
这个电动势经过放大和处理后，就可以得到一个与转速成正比的电压信号。
这个电压信号经过模数转换后，就可以得到一个数字信号，用来表示转速的大小。
4. 应用领域。
磁电式转速传感器广泛应用于汽车、船舶、飞机、机床、发电机组等旋转机械设备中，用来测量转速。
它具有测量精度高、响应速度快、结构简单、使用方便等优点。
在工业生产中起着至关重要的作用。
5. 总结。
磁电式转速传感器利用磁场感应原理和电磁感应原理，通过测量磁场变化和感应电压来确定转速，其工作原理简单而实用。
在现代工业中，磁电式转速传感器已经成为不可或缺的测量设备，为生产运行提供了可靠的技术支持。
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
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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。
1．磁电式传感器的特性
（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 。
磁电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。
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）。
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 V～3.13 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、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
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,PIC18F458 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:
（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）通过大量的试验,测量了磁电式传感器在不同n 和不同d 的条件下输出信号特征,并在此基础上拟合出了磁电式传感器的输出信号与d 和n 的关系；
（2）设计了新型的发动机磁电式传感器信号处理模块,试验应用证明,该模块的响应性以及可靠性均有了很大地提高；
（3）该模块的设计方法对于其他类型的磁电式传感器的信号处理电路的设计也具有参考意义。