【正文】 高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學科開發(fā)的先驅(qū)。當前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。今后，隨著 CAD 技術(shù)、MEMS 技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學技術(shù)呈輻射狀廣泛滲透的當今社會，作為現(xiàn)代科學“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎(chǔ)，必將進一步得到社會各界的普遍關(guān)注。常見的轉(zhuǎn)速傳感器及研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，隨著科學技術(shù)水平的提高，對機電設(shè)備的轉(zhuǎn)速檢測及自動調(diào)節(jié)日益顯出其重要性．轉(zhuǎn)速傳感器屬于間接式測量裝置，可用機械、電氣、磁、光和混合式等方法制造。按信號形式的不同，轉(zhuǎn)速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。前者的輸出信號值是轉(zhuǎn)速的線性函數(shù),后者的輸出信號頻率與轉(zhuǎn)速成正比,或其信號峰值間隔與轉(zhuǎn)速成反比。轉(zhuǎn)速傳感器的種類繁多、應用極廣，其原因是在自動控制系統(tǒng)和自動化儀表中大量使用各種電機，在不少場合下對低速（如每小時一轉(zhuǎn)以下） 、高速（如每分鐘數(shù)十萬轉(zhuǎn)） 、穩(wěn)速（如誤差僅為萬分之幾）河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）2和瞬時速度的精確測量有嚴格的要求。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有以下幾種：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 根據(jù)磁電轉(zhuǎn)換和相位差原理，將轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速機械量轉(zhuǎn)換成兩路有一定相位電壓訊號的一種精密儀器，它一般與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速(簡稱測量儀)配套使用，能直接測量各種動力機械的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速(即機械功率)，具有測量精度高，操作簡便，顯示直觀，測量范圍廣等優(yōu)點，可以測量軸靜止狀態(tài)至額定轉(zhuǎn)速范圍的轉(zhuǎn)矩。但其結(jié)構(gòu)復雜且成本較高。光電式轉(zhuǎn)速傳感器 它分為投射式和反射式兩類。投射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的讀數(shù)盤和測量盤有間隔相同的縫隙。測量盤隨被測物體轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一條縫隙，從光源投射到光敏元件上的光線產(chǎn)生一次明暗變化,光敏元件即輸出電流脈沖信號。反射式光電傳感器在被測轉(zhuǎn)軸上設(shè)有反射記號，由光源發(fā)出的光線通過透鏡和半透膜入射到被測轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，反射記號對投射光點的反射率發(fā)生變化。反射率變大時，反射光線經(jīng)透鏡投射到光敏元件上即發(fā)出一個脈沖信號；反射率變小時，光敏元件無信號。在一定時間內(nèi)對信號計數(shù)便可測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速值。變磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器 它屬于變磁阻式傳感器。變磁阻式傳感器的三種基本類型，電感式傳感器、變壓器式傳感器和電渦流式傳感器都可制成轉(zhuǎn)速傳感器。電感式轉(zhuǎn)速傳感器應用較廣，它利用磁通變化而產(chǎn)生感應電勢，其電勢大小取決于磁通變化的速率。這類傳感器按結(jié)構(gòu)不同又分為開磁路式和閉磁路式兩種。開磁路式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，輸出信號較小，不宜在振動劇烈的場合使用。閉磁路式轉(zhuǎn)速傳感器由裝在轉(zhuǎn)軸上的外齒輪、內(nèi)齒輪、線圈和永久磁鐵構(gòu)成。內(nèi)、外齒輪有相同的齒數(shù)。當轉(zhuǎn)軸連接到被測軸上一起轉(zhuǎn)動時，由于內(nèi)、外齒輪的相對運動，產(chǎn)生磁阻變化，在線圈中產(chǎn)生交流感應電勢。測出電勢的大小便可測出相應轉(zhuǎn)速值。交流和直流測速發(fā)電機、光電轉(zhuǎn)換組件、可變電容、霍爾元件、頻閃管等都在測速領(lǐng)域中發(fā)揮過作用。由于生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵、油霧、水汽、振動等因素的影響，使某些傳感器的應用受到一定限制。轉(zhuǎn)速傳感器普遍存在的問題現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速傳感器普遍存在以下問題：低速性能較差。一般在 3000 轉(zhuǎn)左右才能檢測到轉(zhuǎn)速且測量的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，不利于平穩(wěn)啟動控制和低速測速。內(nèi)阻較大。內(nèi)阻較大，容易對外來的電磁信號河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）3產(chǎn)生反映，造成干擾信號，出現(xiàn)突發(fā)性的轉(zhuǎn)速變化，造成停機事故。絕緣性能較差。由于傳統(tǒng)的測速傳感器是非密閉結(jié)構(gòu)，在惡劣的工作環(huán)境下，受油水灰塵的影響造成對地線的絕緣系數(shù)下降，使地線上的干擾傳到傳感器的線圈上，造成轉(zhuǎn)速小范圍忽高忽低往復變化，使測量準確度下降。連接可靠性差。有些型號傳感器的接出信號線使用單股線，且采用包裹法固定，使傳感器連接強度差，容易折斷或損傷，造成信號時有時無，或無信號。研究方法及設(shè)計內(nèi)容針對這樣的情況和需求，依據(jù)磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的基本原理設(shè)計了脈沖輸出式轉(zhuǎn)速傳感器，該設(shè)計主要包括：整體設(shè)計方案制定、磁路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝編制、信號調(diào)理電路設(shè)計等，并使用 Ansoft 電磁場仿真軟件進行了仿真分析和參數(shù)優(yōu)化。本設(shè)計響應頻率較好的線性輸出特性．傳感器由安裝在轉(zhuǎn)軸上的齒盤和安裝在機座上的磁脈沖傳感器及信號處理電路成．該傳感器可檢測齒輪、曲軸、輪輻、等轉(zhuǎn)動且有縫隙的表面、輸出信號強、抗干擾性能力強、無需供電、無需控制裝置提供任何激勵電路且安裝使用方便，可在煙霧、油氣、水氣等無機械磨損，使用壽命長，能適應環(huán)境條件較惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場。河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）4第 1 章 脈沖轉(zhuǎn)速傳感器的測量原理167。 轉(zhuǎn)速傳感器測量原理當前轉(zhuǎn)速測量的兩種原理有：，記錄單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，或角度。 ，記錄每轉(zhuǎn)所用的時間，或每特定角度所用的時間。測量轉(zhuǎn)速的傳感器有是多種多樣，介紹以下三種典型傳感器作為設(shè)計參考：?；魻栐軌蚋袘艌龅淖兓?，將其近距離的安裝在可隨軸旋轉(zhuǎn)的磁極旁，磁極旋轉(zhuǎn)時磁極產(chǎn)生的變動磁場使霍爾元件發(fā)出電脈沖。將電脈沖放大，用電子計數(shù)器計數(shù)，并換算為轉(zhuǎn)速。其原理就是一個小型發(fā)電機。發(fā)電機旋轉(zhuǎn)時將發(fā)出電壓，電壓的大小與轉(zhuǎn)速成正比（非線性） ，用一個具有與轉(zhuǎn)速對應刻度的電壓表測量這個電壓（必要時可以用電子放大器放大發(fā)電機的電壓） 。其成對配置的離心重塊在離心力的作用下克服向心的彈力偏離轉(zhuǎn)軸的中心，用一個指針機構(gòu)指示重塊偏離中心的程度，根據(jù)指針的刻度讀出轉(zhuǎn)速。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器常用于發(fā)動機速度測量，當齒輪旋轉(zhuǎn)時，通過傳感器線圈的磁力線發(fā)生變化，在傳感器線圈中產(chǎn)生周期性的電壓，通過對該電壓處理計數(shù)，測出齒輪的轉(zhuǎn)速。167。 脈沖輸出式轉(zhuǎn)速傳感器原理脈沖輸出式轉(zhuǎn)速傳感器是采用磁電感應原理實現(xiàn)測速，即當齒輪旋轉(zhuǎn)時，通過傳感器線圈的磁場磁力線發(fā)生變化，在傳感器線圈中產(chǎn)生周期性的電壓，其幅度與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高輸出電壓越高，輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速進一步增高，磁路損耗增大，輸出電勢已趨飽和，當轉(zhuǎn)速超過一定值時，磁路損耗加劇，電勢銳減。通過對該電壓處理計數(shù)，測出齒輪的轉(zhuǎn)速。河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）5輸出電壓的變化：輸出電壓隨轉(zhuǎn)速增加而增加，輸出電壓隨氣隙增大而減小，輸出電壓波形取決于齒輪相對于敏感頭的尺寸和形狀。1－永久磁鐵 2－軟鐵 3－感應線圈 4－齒輪圖 11 轉(zhuǎn)速傳感器原理圖脈沖輸出式轉(zhuǎn)速傳感器中線圈、磁鐵靜止不動，測量齒輪安裝在被測旋轉(zhuǎn)體上，隨被測體一起轉(zhuǎn)動，如圖 11 所示。每轉(zhuǎn)動一個齒，齒的凹凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產(chǎn)生感應電勢，其變化頻率等于被測轉(zhuǎn)速與測量齒輪上齒數(shù)的乘積，磁場變化及動作原理如圖 12 所示。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉(zhuǎn)速的場合，然而通過設(shè)計優(yōu)化，這些問題可得到解決。這種傳感器構(gòu)造簡單，不要電源，體積小、不占地方，不需維修保養(yǎng)，測量的可靠性高，因此被大量地應用在各種工業(yè)場所。圖 12動作原理圖河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）6第 2 章 磁路設(shè)計與計算采用永久磁鐵提供一個磁勢源，另外應用了軟鐵增強這個磁場，并與導磁外殼等構(gòu)成一個磁路。線圈和磁鐵部分都是靜止的，與被測物連接而運動的部分是用導磁材料制成的，在輪齒的運動中，它們磁路的磁阻因空氣氣隙的改變而改變，因而貫穿線圈的磁通量發(fā)生周期性變化，在線圈中產(chǎn)生感應電動勢。該設(shè)計的磁路由永磁鐵、軟磁鐵及工作氣隙組成。設(shè) 為永久磁鐵的長度； 為磁場強度； 為工作氣隙長度； 為氣隙內(nèi)mLmH??H的磁場強度。磁路第一方程 磁路第二方程 10ni???1mkiiFNl??由磁場理論的全電流定律有： ?IdlH?以和的形式表示為 INli??對于有到此提和空氣隙組合的永磁磁路有 0?mLH?所以 （21）???考慮到費工作氣隙的影響，上式中的氣隙磁壓降應乘以修正系數(shù) kL,則 （22）mLkL?一般 。?另外，空氣隙還存在邊緣效應，常以漏磁參數(shù) 表示。漏磁系數(shù)的定義為ak???mak式中： —永磁體中的總磁通； ——空氣隙中的磁通m?河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）7因為 ， ， ， mUR???mlRS??1m