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转速传感器在现代汽车维修中的应用
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2014-11-11 08:21:49

    一、汽车常用转速传感器
    转速传感器是汽车运动部件位置状态检测传感器中的一种,用于检测汽车上各类转动部件运转情况。其功能主要包括两个方面:一是检测运动部件的转速或转角;二是判定运动部件的转动位置。汽车上最常用的转速传感器有磁感应式、霍尔效应式、磁阻效应式三种类型。
(1)磁感应式转速传感器
    磁感应式转速传感器是利用电磁感应原理制成的,其工作原理如图1所示。当信号转子转动时,信号转子的凸齿与铁芯的空气隙发生变化,使通过传感线圈的磁通发生变化,因此传感线圈中便产生感应的交变电动势。这个连续交变的电动势属于模拟信号,需要信号处理电路(A/D转换)对其进行信号处理,将其变成数字信号后,ECU就可以计算出转速。磁感应式转速传感器无需外供电源,因此,只需传感线圈引出两个端子即可。为了防止信号的相互干扰,会装有屏蔽的金属接地线,这样的传感器就有三个端子。

    (2)霍尔效应式转速传感器
    霍尔效应式转速传感器是根据霍尔效应原理制成的,霍尔效应是当磁场垂直施加于导线中流通的电流时,就会产生垂直于此电流和磁场的电压差。而且,此电压差所产生的电压将和此施加的磁通量密度成正比例变化。霍尔转速传感器工作原理如图2所示,其工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式有对移、侧移、旋转和遮断四种。在转速传感器的应用领域,通常采用开关型霍尔传感器,工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式则多采用遮断和旋转两种方式。

    ①采用遮断运动方式的霍尔转速传感器
    采用遮断运动方式的霍尔转速传感器由触发叶片和霍尔传感器组成。当触发叶片随着主动元件运转时,不断地在霍尔集成电路片与永久磁铁之间穿过。当叶片位于霍尔电路片和永久磁铁之间时,切断磁通,此时无霍尔电压产生;当叶片离开霍尔电路片和永久磁铁之间的空气隙时,磁通建立,霍尔电压产生。
    ②采用旋转运动方式的霍尔转速传感器
    采用旋转运动方式的霍尔转速传感器,如图3所示,当触发齿圈位于图中(a)位置时,穿过霍尔元件的磁力线分散,磁场相对较弱。而当齿轮位于图中(b)位置时,穿过霍尔元件的磁力线集中,磁场相对较强。齿轮转动时,使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化,因而引起霍尔电压的变化。

    霍尔元件为一个毫伏级的准正弦波电压,由于输出电压比较小,其生成的霍尔电压都要经过放大才能应用,通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上后,这样就构成一个霍尔传感器。所以霍尔转速传感器需要外供电源,通过施密特触发器对霍尔集成电路中的输出极(开关三极管)进行通断控制,最终以数字方波的信号形式发送。
    ③二线制的智能集成电路式霍尔转速传感器
    通常见到的霍尔转速传感器都有由ECU提供的电源、搭铁和信号三个端子。但只根据端子的型式来判定传感器的类型是错误的,一种TLE4941型二线制的智能集成电路式霍尔转速传感器就被应用奇瑞A3的ABS系统中。其内部电路图如图4所示,主要包括电源调节器、振荡器、两个霍尔传感器、差分放大器、运算器、比较器、可调电流源、可编程放大器、高速ADC、数字信号处理器(DSP)、偏置DAC。电源调节器起稳压作用,给各单元电路提供稳定电压。振荡器为数字电路提供时钟。差分放大器有两个作用,一是对两个霍尔传感器所产生的信号进行差分放大,二是利用自带的低通滤波器滤除噪声。差分放大器的输出分成两路,一路经过比较器去控制输出级可调电流源,另一路依次通过PGA和高速ADC,转换成数字量并送至DSPO利用DSP分别计算出输入信号的最小值、最大值及算术平均值,进而确定算术平均值的偏移量,然后送至偏置DAC转换成模拟量,再通过运算器完成失效校准后才开始正常输出。

(3)磁阻效应式转速传感器
    磁阻效应式转速传感器利用磁阻效应的原理,由外供电源、接地线路、信号感应磁环、磁阻元件及集成电路组合而成。所谓磁阻效应,就是指当外加的磁场发生变化时,磁阻元件的阻值也会随之变化的现象。传感器的信号磁环在其圆周方向上交替均匀排列着若干组N、S磁极,当磁环旋转时,固定不动的磁阻元件所处空间的磁场发生周期性变化,这使得磁阻元件的电阻也随之发生周期性变化(与转速成正比),变化的阻值通过外供电源和集成电路的共同作用,最终将其转化为数字信号并
输出。数字信号波形的频率由附装于磁环的磁铁极数确定。图5中为20极型的磁环,可以产生20个周期的波形(磁环每转一圈产生20个脉冲),当磁力方向根据附于磁环上的磁铁的转动而变化时,则MRE的输出就成AC波形,传感器内的比较器将此AC波形转换成数字信号输出。

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