2.2汽车行车速度检测（课件）-《传感器及检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目二 速度检测 项目二 速度检测 目 录 1 任务一 电涡流传感器用于转速检测 2 任务二 汽车行车速度检测 3 任务三 磁电式传感器用于转速检测 4 任务四 光电传感器用于转速检测 项目二 速度检测 学习目标 能认识、了解检测速度的传感器器件，了解它们的特点和性能。 能理解电涡流传感器的工作原理、测量电路及应用电路。 能掌握霍尔传感器的工作原理和应用。 了解磁电式传感器的工作原理和它的特点。 能理解变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理和应用。 掌握光电效应的三种类型和常用光电传感器的工作原理。 掌握光电传感器的组成及理解光电传感器的应用电路。 项目二 速度检测 在各种车辆的运转、机械设备的运行中，都需要对旋转轴的转速进行测量，转速一般以每分钟的转数来表达，单位为r/min。测量速度的方法很多，通常有霍尔传感器测速、电涡流测速、磁电感应测速、光电测速、光电编码器数字测速和测速发电机模拟测速等。这里介绍几种主要的转速测量方法。 任务二 汽车行车速度检测 任务提出 在汽车中，行车速度是一个很重要的参数。一般汽车发动机中都安装有速度传感器，输出的速度信号输入速度表、里程表指示，并用它来进行汽车的牵引控制、导航系统、发动机和变速箱的管理等。一般可使用霍尔传感器。 任务二 汽车行车速度检测 相关知识 霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器，是目前应用最为广泛的一种磁电式传感器。它可以用来检测磁场、微位移、转速、流量、角度，也可以用于制作高斯计、电流表、接近开关等。 任务二 汽车行车速度检测 一、霍尔传感器的外形结构和性能 （一）霍尔传感器的外形 任务二 汽车行车速度检测 一、霍尔传感器的外形结构和性能 （二）霍尔元件的结构和符号 任务二 汽车行车速度检测 1. 特点 霍尔接近开关具有响应频率高，重复定位精度高，抗干扰能力强，多种保护功能，有工作状态指示灯，可以和控制器（PC）直接接口，可靠性高和使用寿命长等特点。 （三）霍尔接近开关介绍 一、霍尔传感器的外形结构和性能 任务二 汽车行车速度检测 2.技术参数 （三）霍尔接近开关介绍 一、霍尔传感器的外形结构和性能 任务二 汽车行车速度检测 3.使用要点 ①配套磁钢：采用8×4钕铁硼磁钢S面（表面磁感应强度为0．3T）。 ②接线方式：红线：电源（Vcc）；黄线：输出（VOUT）；黑线：地线（GND）。 （三）霍尔接近开关介绍 一、霍尔传感器的外形结构和性能 任务二 汽车行车速度检测 3.使用要点 ③接线图：如图2-21所示。 （三）霍尔接近开关介绍 一、霍尔传感器的外形结构和性能 任务二 汽车行车速度检测 3.使用要点 ④触发方式：如图2-22所示。。 （三）霍尔接近开关介绍 一、霍尔传感器的外形结构和性能 任务二 汽车行车速度检测 霍尔传感器的工作原理是基于霍尔效应。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应。 所谓霍尔效应是置于磁场中的导体或半导体中流过电流时，若是没有磁场的影响，则正电荷载流子能平稳地流过，此时输出端（从载流导体上平行于电流和磁场方向的两个面引出）的电压为零。 （一）霍尔效应 二、霍尔传感器的工作原理 任务二 汽车行车速度检测 当加入一个与电流方向垂直的磁场时（图2-23），电荷载流子会由于洛伦兹力的作用而偏向一边，在输出端产生电压，即霍尔电压。这一现象称为霍尔效应。 （一）霍尔效应 二、霍尔传感器的工作原理 任务二 汽车行车速度检测 当电流I通过N型半导体时，导电载流子为电子。在磁场B的作用下，电子受到洛仑兹力的作用而偏向一侧（左手定则）。这样在两个侧面间产生了一个霍尔电场EH，该电场阻止电子的偏移，与洛仑兹力的作用力方向相反。最后电场力fE和洛仑兹力fL达到动态平衡。 （一）霍尔效应 二、霍尔传感器的工作原理 任务二 汽车行车速度检测 （一）霍尔效应 洛仑兹力： 而电场力： 式中，EH为霍尔电场强度；UH为霍尔电压；b为霍尔片宽度。 二、霍尔传感器的工作原理 任务二 汽车行车速度检测 由于UH=KHIB，所以霍尔元件产生的霍尔电压主要由三个方面的因素决定：　 ①与电源提供的电流的大小有关。 ②与霍尔元件所处磁场的强度有关。 ③与霍尔元件的物理尺寸有关。霍尔电压是和元件厚度d成反比的，因此霍尔元件一般制作得较薄。 （二）霍尔元件产生的霍尔电压大小的决定因素 二、霍尔传感器的工作原理 任务二 汽车行车速度检测 由于霍尔元件的灵敏度与材料的电阻率和电子迁移率（在单位电场强度作用下，载流子的平均速度值）成正比。若要霍尔效应强，制造霍尔元件材料的电阻率和电子迁移率要