單位時間內位移的增量就是速度。速度包括線速度和角速度,與之相對應的就有線速度傳感器和角速度傳感器,我們都統(tǒng)稱為速度傳感器。
傳感器(sensor)是一種將非電量(如速度、壓力)的變化轉變?yōu)殡娏孔兓脑?,根據轉換的非電量不同可分為壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等,是進行測量、控制儀器及設備的零件、附件。
在機器人自動化技術中,旋轉運動速度測量較多,而且直線運動速度也經常通過旋轉速度間接測量。例如:測速發(fā)電機可以將旋轉速度轉變成電信號,就是一種速度傳感器。測速機要求輸出電壓與轉速間保持線性關系,并要求輸出電壓陡度大,時間及溫度穩(wěn)定性好。測速機一般可分為直流式和交流式兩種。直流式測速機的勵磁方式可分為他勵式和永磁式兩種,電樞結構有帶槽的、空心的、盤式印刷電路等形式,其中帶槽式最為常用。
旋轉式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類。
接觸式
接觸式旋轉式速度傳感器與運動物體直接接觸。當運動物體與旋轉式速度傳感器接觸時,摩擦力帶動傳感器的滾輪轉動。裝在滾輪上的轉動脈沖傳感器,發(fā)送出一連串的脈沖。每個脈沖代表著一定的距離值,從而就能測出線速度。
接觸式旋轉速度傳感器結構簡單,使用方便。但是接觸滾輪的直徑是與運動物體始終接觸著,滾輪的外周將磨損,從而影響滾輪的周長。而脈沖數(shù)對每個傳感器又是固定的。影響傳感器的測量精度。要提高測量精度必須在二次儀表中增加補償電路。另外接觸式難免產生滑差,滑差的存在也將影響測量的正確性。
非接觸式
非接觸式旋轉式速度傳感器與運動物體無直接接觸,非接觸式測量原理很多,以下僅介紹兩點,供參考。
[1].光電流速傳感器
葉輪的葉片邊緣貼有反射膜,流體流動時帶動葉輪旋轉,葉輪每轉動一周光纖傳輸反光一次,產生一個電脈沖信號??捎蓹z測到的脈沖數(shù),計算出流速。
[2].光電風速傳感器
風帶動風速計旋轉,經齒輪傳動后帶動凸輪成比例旋轉。光纖被凸輪輪盤遮斷形成一串光脈沖,經光電管轉換成定信號,經計算可檢測出風速。
非接觸式旋轉速度傳感器壽命長,無需增加補償電路。但脈沖當量不是距離整數(shù)倍,因此速度運
復雜。
(1)光電式車速傳感器--由帶孔的轉盤兩個光導體纖維,一個發(fā)光二極管,一個作為光傳感器的光電三極管組成。一個以光電三極管為基礎的放大器為發(fā)動機控制電腦或點火模塊提供足夠功率的信號,光電三極管和放大器產生數(shù)字輸出信號(開關脈沖)。發(fā)光二極管透過轉盤上的孔照到光電二極管上實現(xiàn)光的傳遞與接收。
(2)磁電式車速傳感器--模擬交流信號發(fā)生器,產生交變電流信號,通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。磁組輪上的逐個齒輪將產生一一對應的系列脈沖,其形狀是一樣的。輸出信號的振幅與磁組輪的轉速成正比(車速),信號的頻率大小表現(xiàn)于磁組輪的轉速大小。發(fā)動機控制電腦或點火模塊正是靠這個同步脈沖信號來確定觸發(fā)電火時間或燃油噴射時刻的。
磁電式轉速傳感器,主要是利用磁阻元件來做轉速測量的。磁阻元件有一個特性,就是其阻抗值會隨著磁場的強弱而變化。通常磁電式傳感器內裝有磁性鐵,使傳感器預先帶有一定的磁場,當金屬的檢測齒輪靠近傳感元件時,齒輪的齒頂與齒谷所產生的磁場變化使得傳感元件的磁阻抗也跟著變化。但是磁阻元件的阻抗值隨溫度變化很大,用一個磁阻元件測量轉速時,溫漂影響非常厲害,這使磁阻元件的應用受到很大的限制??墒俏覀冃∫皽y器的傳感器卻不同,它采用了2個磁阻元件,不僅補償了溫度的影響,還大大地增強了傳感器的靈敏度。
速度傳感器將應用于汽車檢測市場
現(xiàn)代汽車上一般都裝有發(fā)動機控制、自動駕駛、ABS、TRC、自動鎖車門、主動式懸架、導向系統(tǒng)、電子儀表等裝置,這些裝置都需要汽車車速信號。因此,測量車運行速度傳感器的輸出信號準確性和穩(wěn)定性將對這些控制單元產生極大的影響。
汽車速度傳感器多采用霍爾式結構,霍爾速度傳感器是一種基于霍爾效應的磁電傳感器,具有對磁場敏感度高、輸出信號穩(wěn)定、頻率響應高、抗電磁干擾能力強、結構簡單、使用方便等特點。它主要是由特定磁極對數(shù)的永久磁鐵(一般為4或8對)、霍爾元件、旋轉機構及輸入/輸出插件等組成。其工作原理是當傳感器的旋轉機構在外驅動作用下旋轉時,會帶動永久磁鐵旋轉,穿過霍爾元件的磁場將產生周期性變化,引起霍爾元件輸出電壓變化,通過后續(xù)電路處理形成穩(wěn)定的脈沖電壓信號,作為車速傳感器的輸出信號?;魻柦Y構的速度傳感器主要電氣技術參數(shù)包括:輸出信號高電壓、低電壓、占空比、周期、上升時間、下降時間、周期脈沖數(shù)等,為了保證產品的性能可靠性,必須在出廠前對這些參數(shù)進行定量測試。
集成化與智能化、高效自動測量、軟件計算、圖形或數(shù)表顯示測試結果的測試系統(tǒng)越來越受到汽車速度傳感器生產企業(yè)的青睞。常用的霍爾式車速傳感器的性能測量而開發(fā)的一種綜合檢測裝置?;诔杀究紤],利用微處理器的高速計數(shù)器端口作為車速傳感器的數(shù)據采集,利用軟件控制實現(xiàn)對采集數(shù)據的計算和圖形化顯示處理。完成的檢測裝置具有測試精度高、數(shù)據通信可靠、圖表化的良好用戶界面、抗干擾能力強、檢測過程簡單直觀、系統(tǒng)開發(fā)成本低等優(yōu)點,具有較好的推廣市場,因此速度傳感器將會在車輛速度檢測上有巨大應用前景。