電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的特點(diǎn)和應(yīng)用芻議

謝改紅

（河南省平頂山市財(cái)經(jīng)學(xué)校，河南 平頂山 467000）

應(yīng)用轉(zhuǎn)速傳感器是汽車(chē)電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部件之一，該系統(tǒng)的控制器依據(jù)接受的轉(zhuǎn)速信號(hào)和車(chē)速信號(hào)，通過(guò)分析、判斷、查表計(jì)算，合理控制執(zhí)行裝置產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向助力。由此表明，轉(zhuǎn)速傳感器性能直接影響汽車(chē)電控系統(tǒng)的性能。目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常用的轉(zhuǎn)速包括日本的霍爾式傳感器、德國(guó)的光電式傳感器、美國(guó)電容式傳感器等，文中主要介紹電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理，對(duì)其在汽車(chē)中的應(yīng)用展開(kāi)分析，介紹使用這類(lèi)傳感器的注意事項(xiàng)，以期為類(lèi)似傳感器的設(shè)計(jì)和使用提供重要參考。

一、電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理

轉(zhuǎn)速傳感器是以現(xiàn)代電子技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)而成的轉(zhuǎn)速測(cè)量工具。按轉(zhuǎn)速傳感器引起原理來(lái)分，主要包括光電效應(yīng)式、電磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式等，其中，電磁感應(yīng)式應(yīng)用較廣，其根據(jù)磁通變化產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)大小因磁通變化速度而決定。這類(lèi)光感器主要包括信號(hào)齒輪、感應(yīng)探頭兩個(gè)部分，其產(chǎn)生的信號(hào)電壓和頻率取決于齒輪轉(zhuǎn)速和感應(yīng)探頭所安裝的位置，若使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)過(guò)弱、信號(hào)缺失等情況。電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器根據(jù)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)原理，在 U 型鐵芯上繞制一個(gè)線(xiàn)圈，如果齒輪的凸角旋轉(zhuǎn)至 U 型鐵芯開(kāi)口時(shí)組成磁回路，線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，若轉(zhuǎn)速過(guò)快，輸出電壓較高，反之，轉(zhuǎn)速慢則輸出電壓低，因此，可根據(jù)電壓計(jì)算傳感器轉(zhuǎn)速。入股信號(hào)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁路的氣隙會(huì)發(fā)生周期性改變，磁路的磁阻及穿過(guò)信號(hào)圈的磁通量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。依據(jù)電磁感應(yīng)原理，傳感線(xiàn)圈內(nèi)會(huì)出現(xiàn)交變電動(dòng)勢(shì)。若信號(hào)轉(zhuǎn)子按照順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)行，轉(zhuǎn)子凸齒與其氣隙減小，磁路磁阻有所減小，磁通變化率增加。

二、電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用

電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器不但能測(cè)量轉(zhuǎn)速，也能檢測(cè)齒輪軸具體位置。若信號(hào)齒處于均勻分布狀態(tài)，其產(chǎn)生的信號(hào)為正弦波信號(hào)，正弦波波峰相對(duì)應(yīng)的齒上升沿或下降沿，過(guò)零點(diǎn)與齒頂或齒隙正中間相對(duì)應(yīng)。ECU 利用求解正弦波信號(hào)周期或頻率，即可獲取齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min），例如：自動(dòng)變速器輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)速。如果信號(hào)齒并未處于均勻分布狀態(tài)，設(shè)計(jì)的傳感器不只要檢測(cè)信號(hào)齒轉(zhuǎn)速，也要檢測(cè)軸的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器的應(yīng)用就屬于這種情況。以桑塔納某型號(hào)轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)為例，該轎車(chē)曲軸信號(hào)齒輪共設(shè)計(jì) 58 個(gè)齒，求傳感器信號(hào)波與齒輪的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)求解均勻分布信號(hào)即可得到轉(zhuǎn)速，根據(jù)識(shí)別的非均勻分布信號(hào)捕捉軸的位置，主要措施如下：ECU 把當(dāng)前完整的正弦波與前一個(gè)正弦波展開(kāi)比較，若當(dāng)前周期比前一個(gè)周期大1.3 倍，表明當(dāng)前處于缺齒的信號(hào)波位置。電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)幅值 U 與齒輪轉(zhuǎn)速 ne、感應(yīng)探頭與齒頂之間的距離 d 密切相關(guān)，即幅值 U 會(huì)隨轉(zhuǎn)速的改變而改變，且變化幅值較大。如果處于低速狀態(tài)，幅值會(huì)接近 0 V，如果處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，幅值約為 50～60V。如果感應(yīng)探頭與齒頂?shù)木嚯x有所改變，這種變化范圍更大。例如：以桑塔納某型轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際檢測(cè)d、ne、U 的影響。當(dāng)處于低速時(shí)，U 非常小，可能檢測(cè)不到，因此，有些車(chē)速表起始車(chē)速設(shè)計(jì)為 20 km/h。

三、應(yīng)用電磁感應(yīng)式傳感器注意事項(xiàng)

根據(jù)上述分析發(fā)現(xiàn)，這種傳感器具有使用方便、安全可靠、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，但因其設(shè)計(jì)獨(dú)特的輸出特性，如果使用不當(dāng)，無(wú)法達(dá)到理想的效果，甚至發(fā)生故障。因此，日常使用必須注意以下方面：

1.合理固定信號(hào)齒輪與軸，避免信號(hào)齒輪與軸出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而發(fā)生信號(hào)波動(dòng)、測(cè)量不準(zhǔn)的狀況；

2.嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)定信號(hào)齒輪與感應(yīng)探頭之間的距離，并實(shí)施相應(yīng)的固定處理，如果兩者距離過(guò)大，低速狀態(tài) ECU 會(huì)由于信號(hào)過(guò)弱無(wú)法進(jìn)行測(cè)量；距離過(guò)小，高速狀態(tài)由于電壓過(guò)大損壞設(shè)備；

3.保障信號(hào)齒輪具有完整的齒形，如果出現(xiàn)缺失或裂紋的情況，無(wú)法給出完整的感應(yīng)信號(hào)，必然無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。同時(shí)，要對(duì)感應(yīng)套頭前端做好清潔構(gòu)造，把感應(yīng)探頭頂端的鐵屑等材料進(jìn)行清理，否則會(huì)影響信號(hào)的強(qiáng)弱。

總之，電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器是汽車(chē)零部件的重要組成部分，其產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。文中通過(guò)分析電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理，介紹其在汽車(chē)中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)，為該類(lèi)傳感器的設(shè)計(jì)和運(yùn)用提供可靠的參考。