用于齿轮转速测量的磁阻式接近开关

2011-10-06 16:10:16来源: 互联网
摘要:介绍了一种基于磁敏电阻元件的磁阻式接近开关,设计了其信号处理电路,并将其应用于铁磁性齿轮的转速测量。该接近开关利用磁阻效应原理制成,具有结构简单,成本低廉,灵敏度高的优点。对不同径向间距下接近开关的差程值进行测量,由实验结果可知,在3~7 mm的检测距离内,该磁阻式接近开关工作性能稳定,动态特性良好,抗干扰能力强,且工作频率范围较宽,能适应高速和低速的齿轮转速变化,可替代传统的磁电式和霍尔式转速传感器,用于铁磁性齿轮的转速测量。

  关键词:接近开关;转速;传感器;磁阻

  0 引言

  接近开关是一种电子开关量传感器,主要功能是完成对位置的检测,将被测物体的位置量转换成开关量电信号输出,具有防水、防油污、耐腐蚀等优点,已广泛用于定位、计数和控制等应用中。传统的磁电式转速传感器,输出信号的幅值受转速和气隙影响,当气隙一定时,转速越高,幅值越大;转速一定时,气隙越小,幅值越大,不易实现低速测量,且信号处理复杂。磁阻式接近开关可用于齿轮转速测量,输出信号大小不受齿轮转速的影响,且成本低、重量轻,替代传统的磁电式转速传感器和霍尔式转速传感器。

  1 磁阻式接近开关工作原理

  磁阻式接近开关核心部件为InSb磁敏电阻,基本原理是基于磁阻效应。磁敏电阻由引脚、磁阻元件MR1和MR2、永磁体、绝缘基片、金属外壳组成,结构及等效电路如图1所示。

  

 

  当齿轮转速为零时,两磁阻元件阻值大概相等,磁敏电阻中点输出电压为电源电压值的1/2。永磁体提供的偏置磁场,提高磁敏电阻灵敏度,使磁阻元件工作特性移到电阻一磁场变化曲线的线性范围之内,使磁敏电阻不仅对磁铁敏感,而且对铁磁性物体也非常敏感。当齿轮齿尖对准MR1时,齿根对准MR2,永磁体的磁场分布发生变化,通过MR1的磁感线增多,通过MR2的磁感线减少,即MR1的阻值增大而MR2的阻值减小。当齿轮齿尖对准MR2时,齿根对准MR1,此时MR2的阻值增大而MR1的阻值减小。因此齿轮的连续转动,将引起磁阻元件MR1和MR2的阻值发生周期性变化,磁阻元件中点就会输出以电源电压的1/2为基准电压做微小变化的周期性电压。若设输出信号频率、转速和齿轮数分别为f,n(r/min)和Z,则f=nZ/60。由此,当齿轮齿数一定时,输出信号的频率只与齿轮转速有关。经过后级的信号处理电路进行电压放大,然后输入到电压比较级电路,就可得到与齿轮转速对应的周期性变化的方波信号,根据输出波形的频率可计算出齿轮转速。

  2 信号处理电路

  磁阻式接近开关电路由信号采集、信号放大、比较级和驱动级四部分构成,如图2所示。磁敏电阻采用三端式可以克服环境温度变化引起的温漂问题,稳定低频输出电压。电压跟随器可以提高输入电阻,减小输出电阻,达到阻抗匹配的目的,减少对磁敏电阻的影响。放大电路采用直接耦合反相滤波放大,既可以放大直流信号和交流信号,又能滤除高频噪声。反相输入比较器保证接近开关动态响应速度快,差程小,灵敏度高。驱动电路采用达林顿连接方式提高接近开关的带负载能力。

  

磁阻式接近开关电路

 

  

关键字:齿轮  测量  磁阻式  开关

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1006/article_12101.html
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