传感器原理及应用复习（4）---测量转速

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1. 电涡流传感器测量

1.1 基本原理

?电涡流传感器原理图如下所示，传感器线圈和被测导体组成线圈-导体系统。
?(1) 当传感器线圈通以交变电流 $I_1$ 时，由于电流的变化，在线圈周围产生交变磁场 $H_1$，使置于此磁场中的被测导体产生感应涡流 $I_2$，电涡流 $I_2$ 又产生新的交变磁场 $H_2$。
?(2) $H_2$ 与 $H_1$ 方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致传感器线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化，即线圈的等效阻抗发生变化。
?(3) 这些变化与被测导体的电阻率 $\rho$、磁导率 $\mu$ 以及几何形状有关，也与线圈几何参数、激磁电流频率 $f$ 有关，还与线圈与被测导体间的距离 $x$ 有关。可写为 $Z=F(\rho ,\mu ,r,f,x)$。

1.2 实现原理

?电涡流传感器转速测量原理图如下所示。
?在旋转体上装上一个齿轮状的（或带槽的）零件，旁边安装一个电涡流传感器。当旋转体转动时，涡流传感器与旋转体的间距也在不断地变化，涡流传感器输出周期信号，该信号经放大、整流后，输出与转速成正比的脉冲频率信号。

2. 霍尔传感器测量

2.1 基本原理

?1. 霍尔效应：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势。

?2. 如下图所示：
?(1) 在垂直于外磁场 $B$ 的方向上放置一导电板，导电板通以电流 $I$。导电板中的电流使金属中自由电子在电场作用下做定向运动。此时每个电子受洛伦兹力 $f_L$ 的作用，$f_L$ 的大小为 $f_L=eBv$。
?(2) 电子在 $f_L$ 的作用下漂移，结果使金属导电板内侧面积累电子，而外侧面积累正电荷，从而形成了附加内电场 $E_H$，平衡时有 $e{E}_H=eBv$，即 $E_H=Bv$。
?(3) 若金属导电板单位体积内电子数为 $n$，电子定向运动平均速度为 $v$。
?① 激励电流 $I=nevbd$。
?② 霍尔电动势 $U_H=E_{H}b$，则 $U_H=IB/ned$。
?③ 令 $R_H=1/ne$，称为霍尔常数，其大小取决于导体载流子浓度，则 $U_H=R_{H}IB/d=K_{H}IB$。式中 $K_H=R_H/d$，称为霍尔片的灵敏度。

2.2 实现原理

?几种不同结构的霍尔式转速传感器图如下所示。
?转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘也随之转动，固定在转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据磁性转盘上小磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。