3.1汽车车速检测（课件）-《传感器检测技术》同步教学（华南理工大学出版社）

项目三：速度检测 电子课件 学习重点 学习重点 1.霍尔传感器的原理 2.光电编码器的基本原理 3.磁电传感器的工作原理 目 录 任务一：汽车车速检测 任务二：电机主轴测速 任务三：应用磁电速度传感器对车轮转速检测 过度页 任务一：汽车车速检测 任务引入 任务引入 汽车安全、稳定运行是每位驾驶员最关心、也是最重要的问题，要保证安全运行，对必须对汽车运行速度实时关注。所以汽车速度检测、指示是每辆汽车必须具有的基本功能。 任务引入 传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。 任务引入 指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。但是，机械式车速表有明显缺陷：由于表盘指针偏转程度正比于软轴的转动时产生的磁力，当转速较低的时候，磁力较小，随转速变化波动较大。 任务引入 因此，低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。对于发动机后置的车辆，要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室，软轴必然布置的较长，如何将这种 任务引入 长长的转动软轴从结构上布置妥当，肯定是一件十分困难的事情。现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD显示，使速度显示更加直观。 任务引入 采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。电子式车速表更加智能，车速表的功能也更加人性化，如加上了里程累计、超速提醒等功能。 任务分析 任务分析 接触式汽车车速检测就需要有相应的接触式速度传感器来实现，霍尔式传感器作为一种接触式传感器进行速度检测，将是理想的选择。本任务结合霍尔传感器的工作原理分析汽车速度检测的设计和实施。 任务一：汽车车速检测 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍耳效应。该电动势称霍耳电势，半导体薄片称霍耳元件。 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 霍耳效应的产生是由于电荷受到磁场中洛伦兹力作用的结果。如图8-8所示，在垂直于外磁场B的方向上放置一块长L、宽b、厚d的半导体薄片，沿着长度方向通以控制电流I，方向 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 如图3-1所示，则半导体中的电流是金属中自由电子在电场作用下的定向运动，此时，每个电子都要受到洛伦兹力，其大小为 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 式中，q为电子的电荷量，q=1.60×10－19C；v为半导体中电子在控制电流I作用下的运动方向和速度，FL为电子受到的洛伦兹力，FL方向符合左手定则。 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 电子除了沿电流方向做定向移动外，还在FL的作用下，向上面一侧运动，致使在霍耳元件的前后两个端面上积累起等量的正、负电荷，从而在导电板内部宽度 b 的方向上建立了附加内电场EH，形成霍耳电场， 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 该电场的强度为： 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 式中，UH为电位差。霍耳电场的出现，使定向运动的电子除了受到洛伦兹力作用外，还受到霍耳电场的作用力，其作用力大小为： FH=qEH 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 式中，FH为该霍耳电场的电场力。此力阻止电荷继续积累。随着前后积累电荷的增加，霍耳电场强度增加，电子受到的电场力也增加。当电子所受霍耳电场力 FH与洛伦兹力 FL大小相等，方向相反时，即FL =FH，则有：EH=vB 一、霍尔效应 二、霍耳元件结构及测量电路 三、霍尔元件基本特性 任务一：汽车车速检测 此时电子不再向两底面积累，达到平衡状态。又因 式中，j为电流密度；ρ为电阻率。而v=μEH