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速度传感器工作原理与速度传感器电路介绍
时间:2016年6月5日   浏览:701
 

  速度传感器工作原理与速度传感器电路介绍

  什么是速度传感器:单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度,与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器,我们都统称为速度传感器。

  旋转式速度传感器的结构和特征:

  旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。

  (1)接触式速度传感器:旋转式速度传感器与运动物体直接接触,这类传感器的工作原理如图6所示。

  当运动物体与旋转式速度传感器接触时,摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器,发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值,从而就能测出线速度V。

  设D为滚轮直径,单位为mm,滚轮每转输出πD个脉冲,则1个脉冲代表着1mm的距离值。设在时间t内脉冲计数为n,则线速度v为:

  转动脉冲传感器产生脉冲的方式由表及里光电、磁电、电感应等多种。

  每个脉冲代表的距离(mm)称为脉冲当量。为了计算方便,脉冲当量常设定为距离mm的整数倍,这是正确使用传感器的关键。

  接触式旋转速度传感器结构简单,使用方便。但是接触滚轮的直径是与运动物体始终接触着,滚轮的外周将磨损,从而影响滚轮的周长。而脉冲数对每个传感器又是固定的。影响传感器的测量精度。要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路。另外接触式难免产生滑差,滑差的存在也将影响测量的正确性。因此传感器使用中必须施加一定的正压力或着滚轮表面采用摩擦力系数大的材料,尽可能减小滑差。

  (2)非接触式速度传感器:旋转式速度传感器与运动物体无直接接触,非接触式测量原理很多,以下仅介绍两点,供参考。

  [1] 光电流速传感器如图7所示,叶轮的叶片边缘贴有反射膜,流体流动时带动叶论旋转,页轮每转动一周光纤传输反光一次,产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数,计算出流速。使脉冲数与叶轮转速再与流速建立关系。利用标定曲线V=kn+c计算流速V。其中:k为变换系数:c为预置值,n为叶轮转速。可将叶轮的转速直接换算成流速。

  [2]光电风速传感器图8示出:

  风带动风速计旋转,经齿轮传动后带动凸轮成比例旋转。光纤被徒轮轮番遮断形成一串光脉冲,经光电管转换成定信号,经计算可检测出风速。非接触式旋转速度传感器寿命长,无需增加补偿电路。但脉冲当量不是距离(mm)整数倍,因此速度运算相对比较复杂。旋转式速度传感器的性能可归纳如下:

  (1)传感器的输出信号为脉冲信号,其稳定性比较好,不易受外部噪声干扰,对测量电路无特殊要求。

  (2)结构比较简单,成本低,性能稳定可靠。功能齐全的微机芯片,使运算变换系数易于获得,故目前速度传感器应用极为普遍。

  速度传感器的运用原理知识:

  目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。在轨道车辆上,车辆系统的稳定性很大程度上取决于它所采集到的速度信号的可靠性和精度,而所采集的速度信号包括当前速度值和速度的变化量。在机车的牵引控制,车轮滑动保护,列车控制,和车门控制过程中都要涉及到速度信号的采集问题。我们可以发现在各种轨道车辆中,这个任务是由许许多多的速度传感器来完成的。传感器是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的原件,根据转换的非电量不同可分为压力传感器、速度传感器、温度传感器等,是进行测量、控制仪器及设备的零件、附件。单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度,与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器,我们都统称为速度传感器在机器人自动化技术中,旋转运动速度测量较多,而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。目前广泛使用的速度传感器是直流测速发电机,可以将旋转速度转变成电信号。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系,并要求输出电压陡度大,时间及温度稳定性好。测速机一般可分为直流式和交流式两种。直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种,电枢结构有带槽的、空心的、盘式印刷电路等形式,其中带槽式最为常用。旋转式速度传感器的结构和特征旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。旋转式速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时,摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器,发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值,从而就能测出线速度。接触式旋转速度传感器结构简单,使用方便。但是接触滚轮的直径是与运动物体始终接触着,滚轮的外周将磨损,从而影响滚轮的周长。而脉冲数对每个传感器又是固定的。影响传感器的测量精度。要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路。另外接触式难免产生滑差,滑差的存在也将影响测量的正确性。因此传感器使用中必须施加一定的正压力或着滚轮表面采用摩擦力系数大的材料,尽可能减小滑差。旋转式速度传感器与运动物体无直接接触,非接触式测量原理很多,以下仅介绍两点,供参考。光电流速传感器叶轮的叶片边缘贴有反射膜,流体流动时带动叶论旋转,页轮每转动一周光纤传输反光一次,产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数,计算出流速。光电风速传感器风带动风速计旋转,经齿轮传动后带动凸轮成比例旋转。光纤被徒轮轮番遮断形成一串光脉冲,经光电管转换成定信号,经计算可检测出风速。非接触式旋转速度传感器寿命长,无需增加补偿电路。但脉冲当量不是距离整数倍,因此速度运算相对比较复杂。

  旋转式速度传感器的性能可归纳如下:传感器的输出信号为脉冲信号,其稳定性比较好,不易受外部噪声干扰,对测量电路无特殊要求。.结构比较简单,成本低,性能稳定可靠。功能齐全的微机芯片,使运算变换系数易于获得,故目前速度传感器应用极为普遍。在过去,用来测速的传感器通常性能不稳定,而且容易出现故障,经常引起车辆事故。主要原因是早期使用的主要是模拟传感器,而当时使用的数字传感器效果也很差。造成上述速度传感器问题的主要原因是轨道车辆应用的环境都极度恶劣。德国 Lenord+Bauer公司经过多年的研究和实际经验的积累,开发出高品质的多功能的速度传感器,而且性能非常稳定,广泛应用于工况恶劣的轨道列车行业。传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro- Electro-MechanicalSystems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。