转速传感器简介示范课件.ppt

1、转速传感器简介优选转速传感器简介ppt目录转速传感器定义、分类转速传感器定义、分类转速的测量方法转速的测量方法1.2.常用转速传感器介绍常用转速传感器介绍3.光电式转速传感器光栅传感器霍尔式转速传感器电容式转速传感器电涡流传感器测速发电机41.转速的测量方法1 转速仪 旋转轴的转速测量在工程上经常被遇到，用于确定物体转动速度的快慢，以每分钟的转数来表达，即r/min。测量转速的仪器统称为转速仪。转速仪的种类繁多，按照测量原理可分为模拟法、计数法和同步法；按变换方式又可分为机械式、电气式、光电式和频闪式等。1.转速的测量方法2 转速的测量方法及其特点1.转速的测量方法2 转速的测量方法及其特点2

2、.转速传感器的定义、分类1 转速传感器的定义 转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。2.转速传感器的定义、分类激光式（光电式）变磁阻式转速传感器的分类磁敏式磁电式电容式2 转速传感器的分类2.转速传感器的定义、分类3 各种转速传感器的简介1）磁敏式 磁敏式转速传感器由磁敏电阻作感应元件，是新型的转速传感器。核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低,功能更完善。通过与其它类型齿转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小以及

3、线性特性具有很好的一致性.感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。磁敏式转速传感器2.转速传感器的定义、分类2.3 各种转速传感器的简介2）激光式 普林斯顿光学是世界著名的光学仪器；PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转子的转速。特点是分辨率高，距离远，实用范围广，频响宽，可靠性高。内装放大整形电路，输出为幅度稳定的方波信号，能实现远距离传输。122.转速传感器的定义、分类3 各种转速传感器的简介3）磁电式 航振HZ-860磁电转

4、速传感器，能将转角位移转换成电信号供计数器计数，只要非接触就能测量各种导磁材料如：如齿轮、叶轮、带孔（或槽、螺钉）圆盘的转速及线速度。磁电式转速传感器2.转速传感器的定义、分类2.3 各种转速传感器的简介4）电容式 电容式转速传感器有面积变化型和介质变化型两种。图中中是面积变化型的原理，图中电容式转速传感器由两块固定金属板和与转动轴相连的可动金属板构成。可动金属板处于电容量最大的位置，当转动轴旋转180时则处于电容量最小的位置。电容量的周期变化速率即为转速。可通过直流激励、交流激励和用可变电容构成振荡器的振荡槽路等方式得到转速的测量信号。介质变化型是在电容器的两个固定电极板之间嵌入一块高介电常

5、数的可动板而构成的。可动介质板与转动轴相连，随着转动轴的旋转，电容器板间的介电常数发生周期性变化而引起电容量的周期性变化，其速率等于转动轴的转速。2.转速传感器的定义、分类3 各种转速传感器的简介5）变磁阻式 变磁阻式传感器。变磁阻式传感器的三种基本类型，电感转速传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器都可制成转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率。这类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器结构比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧烈的场合使用。闭磁路式转速传感器由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成。

6、内、外齿轮有相同的齿数。当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势。测出电势的大小便可测出相应转速值。a.开磁路式b.闭磁路式涡流的大小和金属导体的电阻率，磁导率、厚度、线圈与金属导体的距离X，以及线圈励磁电流的交变频率 等参数有关。n=f/N当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势。式中 A0 电子逸出物体表面所需的功（逸出功）；转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。此时端电压的增量 正比于，如上图所示，通常为取得较大的线性范围，将 置于线性段的中点

7、。转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。转速仪的种类繁多，按照测量原理可分为模拟法、计数法和同步法；如想要用S极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。当编码器输出脉冲正半周时选通门电路，标准时钟通过控制门进入计数器计数，计数器输出N2,可得出其转速的两种计算公式为脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：当编码器输出脉冲正半周时选通门电路，标准时钟通过控制门进入计数器计数，计数器输出N2,可得出其转速的两种计算公式为当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一个光子的能量后，其中的一部分能量消耗于电子由物体内逸出表面时所作的逸出功，另一部分则转化为逸出电子的动能。Y

8、L-57霍尔传感器模块PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转子的转速。测出电势的大小便可测出相应转速值。变介电常数型传感器困其变换元件中无动极板而不存在滑动电极点，提高了变换电路的可靠性。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：2 转速的测量方法及其特点N编码器每转脉冲个数（与编码器型号有关）变磁阻式转速传感器 10106 610105 510104 410103 35 510105 55 510104 45 510103 3101015155 510101414101014145 5101013135 510101515101016163 3101018181001001

9、0101 150505 50.50.5可见光可见光近红外近红外远红外远红外极远紫外极远紫外0.010.010.10.11 110100.050.050.50.55 5波数波数/cm/cm-1-1频率频率/Hz/Hz光子能量光子能量/eV/eV波长波长/m/m一、光电效应的介绍一、光电效应的介绍 自然界的一切物质在环境温度高于0K以上时，都会产生电磁波辐射，其中光是波长约在100.01m之间的电磁辐射，其光谱如图所示。光电式转速传感器 光电效应光电效应 ：物体吸收光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。包括外光电效应和内光电效应。内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。外光电效应

10、外光电效应：在光线作用下，电子获得光子的能量从而脱离正电荷的束缚，使电子逸出物体表面。内光电效应内光电效应：光照射到半导体或绝缘体的表面时，使物体内部的受束缚电子受到激发，从而使物体的导电性能改变。光电导效应：光电导效应：在光线的作用下，半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应。光生伏特效应光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象光电效应的介绍光电效应的介绍 当物体在光线照射作用下，一个电子吸收了一个光子的能量后，其中的一部分能量消耗于电子由物体内逸出表面时所作的逸出功，另一部分则转化为逸出电子的动能。根据能量守恒定律，可得 式中 A0 电子逸出物体表面所需的功（逸出功）；电子的

11、质量 V0 电子逸出物体表面时的初速度。上式即为爱因斯坦光电方程式20012hvAmVkg10109.931m 已知每个光子具有的能量为：式中，h=6.62610-34 Js普朗克常数；光的频率。Ehv光电效应的介绍光电效应的介绍1）直射式光电转速传感器）直射式光电转速传感器 组成：开孔圆盘、光源、光敏元件 开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即 n=f/Nn-转速 f-脉

12、冲频率 N-圆盘开孔数。二、光电转速传感器二、光电转速传感器 2）反射式光电转速传感器）反射式光电转速传感器结构：旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器 在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。n=f如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。二、光电转速传感器二、光电转速传感器 1）投射式光电转速传感器）

13、投射式光电转速传感器 投射式光电转速传感器设有读数盘和测量盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。投射式光电转速传感器在测量物体转速时，测量盘会随着被测物体转动，光线则随着测量盘转动而不断经过各条缝隙，并透过各条缝隙投射到光敏元件上。每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化。投射式光电转速传感器的光敏元件在接收光线并感知其明暗变化后，即输出电流脉冲信号。通过在一段时间内的计数和计算，就可以获得被测对象的转速状态。三、光电式转速计三、光电式转速计 光电转速计是利用光电效应原理制成的。即利用光电管或光电晶体管将光脉冲变成电脉冲。由光电管构成的转速计分反射型和直射型两种。2）反射式光电转

14、速传感器）反射式光电转速传感器 反射式光电转速传感器是通过在被测转轴上设定反射记号，而后获得光线反射信号来完成物体转速的测量。反射式光电转速传感器的光源会对被测转轴发出光线，光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。转轴转动时，反射记号对投射光点的反射率就会发生变化反射式光电转速传感器内装有光敏元件，当转轴转动反射率增大时，反射光线经透镜投射到光敏元件上即发出一个脉冲信号；而当反射光线随转轴转动到另一位置时，反射率变小，光线变弱，光敏元件无法感应即不会发出脉冲信号。在一定时间内对信号计数便可测出转轴的转速值。四、光电式编码器的应用四、光电式编码器的应用 1)脉冲频率法测转速利用脉冲频率测量是在给定

15、的时间内对编码器发出的脉冲计数。在给定时间t内，使门电路选通，编码器输出脉冲允许进入计数器计数，这样，可计算出时间t内编码器的平均转速。式中，t测速采样时间（s)；N1时间t内测得的脉冲个数；N编码器每转脉冲个数（与编码器型号有关）min)/(60)/()/(/)(111rtNNsrNtNrpulseNtpulseNn转速测量：转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。四、光电式编码器的应用四、光电式编码器的应用 2)脉冲周期法测转速 通过计数编码器一个脉冲间隔内（半个脉冲周期）标准时钟脉冲个数来计算其转速，因此要求时钟脉冲的频率必须高于编码器脉冲的频率。当编码器输出脉冲正半周时选通门电路，标

16、准时钟通过控制门进入计数器计数，计数器输出N2,可得出其转速的两种计算公式为N编码器每转脉冲个数（pulse/s)；T标准时钟脉冲周期（s）N2编码器一个脉冲间隔（即半个编码器脉冲周期）内标准时钟脉冲输出个数。)/(212srNTNn min)/(2602rNTNn 五、光栅传感器五、光栅传感器 光栅编码器测量原理 光栅传感器一般用来测量角的位移如果在单位时间内测量角位移则为被测物体的转速。测周法低转速 用光栅编码器输出信号的上升沿触发计数器对高频时钟信号进行计数；用其下降沿触发锁存器，将计数器内的数值进行锁存，依据锁存器的内容可求得角位移所经过的时间，由此可得实际转速。测频法高转速 单位时间

17、内对光栅编码器输出脉冲计数，从而直接测得转速。七、光电式传感器的优点 由于光电转速传感器是以光线的投射和接收来完成转速测量的一种转速表。光电转速传感器的设计精密、应用方便，使用范围广泛。光电转速传感器的优点很多，例如结构紧凑、运行稳定、不会对被测量轴形成额外负载等。（1）光电转速传感器为非接触式转速表光电转速传感器采用光学原理制造，属于非接触式转速测量仪表，它的测量距离一般可达200mm左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。光电式转速传感器的优点光电式转速传感器的优点（2）光电转速传感器的结构紧凑 光电转速传感

18、器的结构紧凑，主要由投射光线部件、接收光线部件也就是光敏元件和放大元件等组成，因此光电转速传感器的体积设计小巧、内部结构精致，一般重量不会超过200g，非常便于使用者的携带、安装和使用。（3）光电转速传感器的抗干扰性好 光电转速传感器多采用LED作为光线投射部件，极少会出现光线停顿的情况，也不会存在灯泡烧毁等故障危险。另外，光电转速传感器的光源都是经过特殊方式调制的，有极强的抗干扰能力，不会受普通光线的干扰。(4)光电转速传感器的测量能力好 光电转速传感器的可采用光纤封装，可于测量微小的物体，特别是微小旋转体的测量，特别适用于高精密、小元件的机械设备测量。光电转速传感器的运行稳定，有良好的可靠

19、性，测量的精度较高，能满足使用者的测量要求。每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化。电涡流式转速传感器工作原理图即利用光电管或光电晶体管将光脉冲变成电脉冲。变介电常数型传感器困其变换元件中无动极板而不存在滑动电极点，提高了变换电路的可靠性。用其下降沿触发锁存器，将计数器内的数值进行锁存，依据锁存器的内容可求得角位移所经过的时间，由此可得实际转速。闭磁路式转速传感器由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成。转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。T为输出方波信号周期。（2）光电转速传感器的结构紧凑其中R1、L1 为空心线圈的电阻和电感;R2、L2 为短路

20、线圈的电阻和电感;而M则为两线圈的互感。这类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。转速传感器的定义、分类自然界的一切物质在环境温度高于0K以上时，都会产生电磁波辐射，其中光是波长约在100.光电导效应：在光线的作用下，半导体的电导率增加，这种现象称为光电导效应。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：实验采用的测量电路框图如图所示，其中涡流线圈 和测量电路中的电容 组成谐振电路，谐振频率为：（3）光电转速传感器的抗干扰性好若Z=60，则n=f，即转速为频率计的示值。转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋

21、转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。光电式转速传感器的优点 激光式 普林斯顿光学是世界著名的光学仪器；PR-870是利用激光反射原理，获得转子转动的信号，可测量转子的转速。特点是分辨率高，距离远，实用范围广，频响宽，可靠性高。内装放大整形电路，输出为幅度稳定的方波信号，能实现远距离传输。光电数字式转速表光电式转速传感器霍尔式转速传感器3.1 霍尔式转速传感器 霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的。霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂

22、直于电流方向的半导体两端，会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。当磁性材料制成的传感器转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙时，就会有一个变化的磁场作用于霍尔元件（半导体材料）上，使霍尔电压产生脉冲信号。根据所产生的脉冲数目即可检测转速。1/24/20231/24/2023霍尔式转速传感器YL-57霍尔传感器模块设频率计的频率为f，粘贴的磁钢数为Z，则转轴转速为：若Z=60，则n=f，即转速为频率计的示值。但是，粘贴60块磁钢不易实现。通常粘贴6块磁钢，则转速为：60/minfnrZ10nf1-输入轴；2-转速；3-小磁铁；4-霍尔传感器1/24/2023WB3144是一款单极霍尔开关单极霍

23、尔开关器件，当磁N极靠近它的印章面时，开关输出低电平，当磁N极撤离后开关输出高电平。如想要用S极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。当磁S极靠近它的印章面背面时，开关输出低电平，当磁S极撤离后开关输出高电平。因此安装使用时改变感应面后控制磁极也应要作相应的改变才能感应。1/24/20231/24/2023 转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M M法法(测频法测频法)、T T法法(测周期法测周期法)和和MPTMPT法法(频率周期法频率周期法)，该系统采用了M M法法(测频法测频法)。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理

24、，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随侧轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：n=PT/60 式中：n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号周期。根据式即可计算出待测物体的转速1/24/2023霍尔转速传感器的优势1/24/2023转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)，该系统采用了M法(测频法)。介质变化型是在电容器的两个固定电极板之间嵌入一块高介电常

25、数的可动板而构成的。如想要用S极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。测出电势的大小便可测出相应转速值。光电转速计是利用光电效应原理制成的。齿型涡流的大小和金属导体的电阻率，磁导率、厚度、线圈与金属导体的距离X，以及线圈励磁电流的交变频率 等参数有关。测量转速的仪器统称为转速仪。式（2-8）中，为谐振电路的品质因数，为振荡器输出信号的幅度。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：在给定时间t内，使门电路选通，编码器输出脉冲允许进入计数器计数，这样，可计算出时间t内编码器的平均转速。转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)

26、，该系统采用了M法(测频法)。转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。投射式光电转速传感器设有读数盘和测量盘，两者之间存在间隔相同的缝隙。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。图中中是面积变化型的原理，图中电容式转速传感器由两块固定金属板和与转动轴相连的可动金属板构成。电容式转速传感器用其下降沿触发锁存器，将计数器内的数值进行锁存，依据锁存器的内容可求得角位移所经过的时间，由此可得实际转速。3.常用转速传感器介绍1/24/2023电容式转速传感器的分类 电容式转速传感器按欲变换功能分类按极板状分类按输出信号相位分类 变面积型变介电常数型 平板型 圆柱

27、面型 齿型 单一型 差动型1/24/2023变面积型1/24/2023上式表明电容的变化量和面积的变化量成线性关系上式表明电容的变化量和面积的变化量成线性关系1/24/2023 变介电常数型传感器的结构形式如图所示。在这类传感器中，预变换元件是用介电常数很高的非金属材料(如陶瓷、夹布胶木等)制成的齿盘。称为介电齿盘。变换元件是由一对固定安装的导电极板(即定极板)组成的电容器。工作时，介电齿盘随被测轴转动，其齿部周期性地从两定极板之间经过，使两定极板之间的介电常数发生周期性变化，其电容量也发生周期性变化。变介电常数型传感器困其变换元件中无动极板而不存在滑动电极点，提高了变换电路的可靠性。但由于齿

28、盘采用的是非金属材料，其齿数不可能做得太多，因而输出信号之每转脉冲数较少。如图所示传感器的预变换元件只是一块可动介质板，相当于只有一个齿的介质齿盘，故输出信号的 每转脉冲数为 l。变介电常数型1/24/20231/24/20231/24/2023平板型1/24/2023圆柱型1/24/2023齿型1/24/20231/24/20231/24/2023误差分析1/24/2023改善措施1/24/2023电容式转速传感器的优点电涡流传感器1 工作原理 如果将一个绕在骨架上的空心线圈与正弦交流电源接通,流过线圈的电流会在线圈周围空间产生交变磁场。当将导电的金属接近该线圈时，金属导体中会感应出一圈圈自

29、相闭合的电流，这种电流称为“电涡流”，如图（a）所示。涡流的大小和金属导体的电阻率，磁导率、厚度、线圈与金属导体的距离X，以及线圈励磁电流的交变频率 等参数有关。如果固定其中某些参数，就可根据涡流的大小来测量出另外一些参数。为了简化问题，我们把金属导体理解为一个短路线圈，图（b）所示为电涡流传感器与被测体的等效电路。其中R1、L1 为空心线圈的电阻和电感;R2、L2 为短路线圈的电阻和电感;而M则为两线圈的互感。根据等效电路可写出两个电压平衡方程式：将该方程联立求解可得：1 11 1 1212 22 210RIjw LIjwMIUR IjwLIjwMI12222121222222222()()

30、EIMMRRjLLRLRL212 12 1222 22222MIM LIj MRIIjRj LRL 由式可得空心线圈的总阻抗为：22221212222212222()()EMMZRRjLLIRLRL 根据式可进一步求出空心线圈的等效电阻、等效电感 和等效品质因数，即：22122222()eqMRRRRL22122222()eqMLLLRL221222222212222()()eqMLLRLQMRRL 由此可见，当线圈接近导体时，电器参数、等均为互感 的函数,即为涡流线圈与金属导体间距离 的函数。所以凡是引起涡流变化的电量和非电量，如金属的电阻率、磁导率、几何形状、线圈与导体间的距离等，均可通过

31、测量涡流线圈的、来确定，这便是电涡流传感器的工作原理。2 测量电路如上所述，电涡流传感器可以把涡流线圈和被测金属导体间的距离变化，转换为线圈等效电阻、等效电感、等效阻抗和等效品质因数的变化。测量电路的任务就是将这些变化量转化为电压或电流的变化，并加以显示。实验采用的测量电路框图如图所示，其中涡流线圈 和测量电路中的电容 组成谐振电路，谐振频率为：12fLC 将振荡器的振荡频率取为（时谐振电路的谐振频率），在谐振状态下涡流线圈的端电压为：式（2-8）中，为谐振电路的品质因数，为振荡器输出信号的幅度。当装置的初始零位调整好后，涡流线圈与被测导体间距离为，相应的线圈初电感为，谐振电路的初谐振频率为，

32、涡流线圈的端电压则为：其中 为与 有关的系数,一般取为 左右。1UQe00 1UKQ e 当 变化后,、都要变化，例如 变为 或,谐振频率变为 或（对一般金属,减小时 增加），则变换器的端电压为、，且有：此时端电压的增量 正比于，如上图所示，通常为取得较大的线性范围，将 置于线性段的中点。电涡流传感器的测量电路有多种类型，本实验采用的测量电路属于变频调幅式电路。11112221UK Q eUK Q e3 主要特点高分辨率和高采样率；可选择延长电缆、温度补偿等功能；可测铁磁和非铁磁所有金属材料；具有多传感器同步功能；不受潮湿、灰尘的影响，对环境要求低。电涡流式转速传感器 电涡流式转速传感器工作原理图3.1 概述概述测速发电机 zUCn1.1.直流测速发电机直流测速发电机2.2.交流测速发电机交流测速发电机2.交流同步测速发电机交流同步测速发电机