磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的基礎(chǔ)理論概述目錄TOC\o"1-3"\h\u30858磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的基礎(chǔ)理論概述 1278661.1磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作原理 114701.2磁電型轉(zhuǎn)速傳感器基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求 3166491.3磁電型轉(zhuǎn)速傳感器磁路與電路關(guān)系式 1117801.4磁電型轉(zhuǎn)速傳感器測量和轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 141.1磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作原理本文研究的ZG941Z2型磁電型轉(zhuǎn)速傳感器是一種無源式傳感器，安裝在某型發(fā)動機(jī)曲軸前端和后端飛輪部分，應(yīng)用在收集曲軸機(jī)械轉(zhuǎn)動角度與發(fā)動機(jī)引擎實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)信號，并且自動輸入操作控制基本單元ECU，方便明確點(diǎn)火時間點(diǎn)與噴油時間點(diǎn)。該類轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理就是利用法拉弟電磁感應(yīng)定律，將檢測信號輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動變換為類正弦波脈沖信號進(jìn)行輸出。即將該轉(zhuǎn)速傳感器固定到車架上，其探頭前端與采集裝在曲軸上的檢測信號輪保持0.8～1.2毫米的間隙，當(dāng)曲軸隨著發(fā)動機(jī)運(yùn)作轉(zhuǎn)動時，被檢測的信號輪就會相對這個實(shí)際轉(zhuǎn)速檢測設(shè)備展開機(jī)械轉(zhuǎn)動，促使檢測齒輪與實(shí)際轉(zhuǎn)速檢測設(shè)備內(nèi)部安裝設(shè)置的永久磁鋼產(chǎn)生的工作磁路安裝間隙產(chǎn)生工作周期性改變，這個安裝間隙的轉(zhuǎn)換促使感應(yīng)設(shè)備內(nèi)部之間的金屬線圈工作周期性分割磁力線，把測試數(shù)據(jù)信號輪的機(jī)械能交換為電能展開自動輸出。磁電型轉(zhuǎn)速檢測設(shè)備工作基本理論組成結(jié)構(gòu)如下示意圖1.1所示[24]。這類實(shí)際轉(zhuǎn)速檢測設(shè)備的特征是組成結(jié)構(gòu)簡易加強(qiáng)穩(wěn)固、可行性高。除此之外，它的服務(wù)工作環(huán)境溫度范圍大，并且僅僅需要兩根鏈接金屬導(dǎo)線，因此在電磁兼容需求非常嚴(yán)格的環(huán)境上得到了非常廣泛的使用。圖1.1磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作原理結(jié)構(gòu)圖從圖1.1可以看出，磁電型實(shí)際轉(zhuǎn)速檢測設(shè)備自動感應(yīng)組成部分由永久磁鋼、金屬線圈、鐵芯構(gòu)成。之后經(jīng)過感應(yīng)設(shè)備外殼固定車架上，使其鐵芯對準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號輪徑向并且和齒頂相隔一定安裝間隙(用代表符號δ代表，數(shù)據(jù)單位是毫米)。當(dāng)被測試數(shù)據(jù)信號輪由被測轉(zhuǎn)軸聯(lián)動旋轉(zhuǎn)的時候，在正常矩形齒組成部分，其齒頂與齒谷交替通過磁電型實(shí)際轉(zhuǎn)速檢測設(shè)備，使實(shí)際轉(zhuǎn)速傳感設(shè)備鐵心端部和固定輪齒之之間的空氣實(shí)際間隙交替改變，引發(fā)工作磁路的設(shè)計(jì)磁阻交替改變，進(jìn)而使經(jīng)過金屬線圈的磁通量交替改變,即當(dāng)該被檢測信號輪某齒齒頂接近線圈時，氣隙變小，磁路的磁阻變小，磁通增加；當(dāng)該被檢測信號輪某齒齒頂對準(zhǔn)線圈時，磁通達(dá)到最大值；當(dāng)該被檢測信號輪某齒齒頂離開金屬線圈的時候，磁通開始降低。這樣，每一個齒均會引發(fā)金屬線圈內(nèi)磁通由零變到最高，又由最高變到零的工作周期性改變，進(jìn)而在自動感應(yīng)金屬線圈中形成一個相似正弦振蕩波的自動感應(yīng)額定電動勢E[25]自動輸出，其大小和磁通的轉(zhuǎn)化率為正比例關(guān)系，磁通與感應(yīng)電壓變化對應(yīng)關(guān)系見圖1.2。E=?NdΦdt(圖1.2ZG941Z2型磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作時磁通與感應(yīng)電壓變化對應(yīng)關(guān)系而當(dāng)通過圖1.1中缺齒部分時，因轉(zhuǎn)速傳感器鐵心端部與輪齒之間的空氣間隙無法進(jìn)行交替變換，從而此段的感應(yīng)電動勢處于某一固定值，稱為“0”位。從而使轉(zhuǎn)速傳感器的輸出波形出現(xiàn)周期性間斷，將此信號輸入到ECU時，ECU通過這周期性間斷的曲線能清楚地判斷曲軸的相對位置，控制噴油和點(diǎn)火。1.2磁電型轉(zhuǎn)速傳感器基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求本文研究的ZG941Z2型磁電轉(zhuǎn)速傳感器探頭部分主要由鐵芯、永久磁鋼、線圈骨架、線圈、傳感器外殼等零件組成，在用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行固定密封，見圖1.3所示。各部分的作用及設(shè)計(jì)要求為：環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠線圈骨架磁鋼環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠線圈骨架磁鋼線圈鐵芯傳感器外殼線圈鐵芯傳感器外殼圖1.3ZG941Z2型磁電型轉(zhuǎn)速傳感器整體結(jié)構(gòu)a）永久磁鋼永久磁鋼是供應(yīng)磁電型實(shí)際轉(zhuǎn)速傳感設(shè)備運(yùn)行工作氣隙磁能的能源，是磁電型實(shí)際轉(zhuǎn)速傳感設(shè)備感應(yīng)設(shè)備里的核心所在設(shè)備零部件。它是由永磁合金制成的，不同的永磁合金的磁性能各異，可以使用多種系數(shù)來代表。在項(xiàng)目工程使用里，就是參考依據(jù)上述系數(shù)在數(shù)目上的差異不同展開分類，并且判斷他們的主要用途，是永磁工作磁路綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通常按照[26-37]。矯頑力Hc、其余磁自動感應(yīng)作用強(qiáng)度Br、最高磁能積(BH)max是代表永磁物質(zhì)材料磁作用功能的三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。在電機(jī)設(shè)備里運(yùn)用的永磁物質(zhì)材料通常包括：永磁鐵氧體物質(zhì)材料、鋁鎳鈷永磁合金與稀土永磁物質(zhì)材料，例如釹鐵硼、釤鈷等。本文研究的ZG941Z2型磁電轉(zhuǎn)速傳感器采用的永磁材料為——，釹鐵硼N40SH。它主要具備如下特點(diǎn)：最大磁能積(BH)max高釹鐵硼是當(dāng)代永磁材料中性能最強(qiáng)的永磁材料。它的最大磁能積(BH)max值是鐵氧體磁鐵的5～12倍，是鋁鎳鈷磁鐵的3～10倍；它的矯頑力Hc相當(dāng)于鐵氧體磁鐵的5～10倍，相當(dāng)于鋁鎳鈷磁鐵的5～15倍，其潛在的磁性能極高，能吸起相當(dāng)于自身重量640倍的重物。N40SH釹鐵硼最大磁能積(BH)max為302～326KJ/m3，在釹鐵硼系列里為較高等級。釹鐵硼系列材料性能等級比較見表1.1。表1.1釹鐵硼系列材料性能等級一覽表牌號剩磁感應(yīng)強(qiáng)度矯頑力內(nèi)稟矯頑力最大磁能積最高工作溫度BrmTbHcKA/mjHcKA/m（BH）maxKJ/m3Tw℃N351170-1210≥868≥955263-28780N381210-1250≥899≥955287-31080N401250-1280≥923≥955318-34280N421280-1320≥923≥955318-34280N451320-1380≥876≥955342-36680N481380-1420≥835≥876366-39080N33H1130-1170≥836≥1353247-241120N35H1170-1210≥868≥1353263-287120N38H1210-1250≥899≥1353287-310120N40H1240-1280≥923≥1353302-326120N42H1280-1320≥955≥1353318-342120N45H1320-1360≥955≥1353342-366120N33SH1130-1170≥844≥1592247-272150N35SH1170-1210≥876≥1592263-287150N38SH1210-1250≥907≥1592287-310150N40SH1240-1280≥939≥1592302-3261502）優(yōu)良的耐高溫性實(shí)際溫度作用功能不好是釹鐵硼磁鋼的問題不足的地方，高溫下使用時磁損失比較大，普通的釹鐵硼磁鋼都在80℃左右，但由于進(jìn)行了特殊處理，N40SH釹鐵硼耐溫性能大大提高，最高工作溫度能達(dá)到150℃。3）優(yōu)異的工作性能經(jīng)過對磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作基本理論的研究分析可以得知，傳感器在運(yùn)行工作過程里空氣實(shí)際間隙持續(xù)改變，進(jìn)而會造成永磁循環(huán)回路體系內(nèi)氣息設(shè)計(jì)磁阻持續(xù)的產(chǎn)生改變，也就是說永久磁鋼的工作運(yùn)行狀態(tài)是實(shí)時動態(tài)的，運(yùn)行工作荷載線的斜比例也會隨后改變，因此它的任務(wù)工作點(diǎn)就不在退磁分布曲線上，而是在回復(fù)分布曲線上往復(fù)改變，，具體見下圖所示1.4。通常永磁物質(zhì)材料的回復(fù)分布曲線與退磁分布曲線是不現(xiàn)實(shí)重復(fù)多次的，運(yùn)行工作點(diǎn)的這類往復(fù)改變最后會是永磁物質(zhì)材料退磁。圖1.4一般永磁材料的回復(fù)曲線而N40SH釹鐵硼的退磁曲線基本上為一直線（見圖1.5），這樣它的其回復(fù)曲線與退磁曲線就會的十分接近，可近似認(rèn)為二者相互重合，所以當(dāng)N40SH釹鐵硼的工作點(diǎn)設(shè)計(jì)到退磁曲線（見圖1.6）的拐點(diǎn)以上時，是不會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象的。故N40SH釹鐵硼具有優(yōu)異的工作性能。圖1.5N40SH釹鐵硼的回復(fù)曲線圖1.6N40SH釹鐵硼的退磁曲線4）良好的機(jī)械性能釹鐵硼磁鐵的機(jī)械加工性比釤鈷和鋁鎳鈷磁鐵都好，容易進(jìn)行切割和鉆孔。5）形成釹鐵硼磁鐵的主要原材料都比較經(jīng)濟(jì)，在我國，稀土釹的儲量比釤多10～16倍，因此其價格在所有永磁材料中最為便宜。表1.1中各種牌號的釹鐵硼市場上均有生產(chǎn)，使用過程中主要根據(jù)使用環(huán)境要求進(jìn)行選擇。綜上所述，在本文研究的磁電轉(zhuǎn)速傳感器磁路設(shè)計(jì)過程中，永久磁鋼擬選用N40SH釹鐵硼，其結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)為長：16毫米，寬：13.5毫米，高：7毫米。b）鐵芯1）材料方面的要求鐵芯在磁電轉(zhuǎn)速傳感器磁路設(shè)計(jì)中作為磁性附件使用,是其關(guān)鍵部件。它性能的好壞將影響到整個傳感器，即就是減少降低工作磁路里的設(shè)計(jì)磁阻，加大磁通實(shí)際有效密度，也就是設(shè)計(jì)磁阻與磁導(dǎo)比例為反比例關(guān)系，磁導(dǎo)比例愈大，設(shè)計(jì)磁阻就愈小。軟磁材料具備這種特性,它具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率性能。常用的軟磁材料及其應(yīng)用見表1.2。表1.2軟磁物質(zhì)材料類型、特征與使用作用范圍類型重要特征使用作用范圍電磁純鐵含有的碳元素總量在0.040%如下，充分飽和磁自動感應(yīng)作用強(qiáng)度大，冷生產(chǎn)加工性好。但是額定電阻比例小，鐵損大，有磁時效問題現(xiàn)象通常應(yīng)用在直流分布磁場硅鋼片和電工純鐵對比，額定電阻比例加大，鐵損降低，磁時效基本去除。但是導(dǎo)熱參數(shù)減少，實(shí)際有效硬度加大，脆性增大電機(jī)設(shè)備、變壓調(diào)節(jié)器、繼電器設(shè)備、互感控制器設(shè)備、控制開關(guān)等商品鐵芯鐵鎳合金和其它軟磁物質(zhì)材料對比，在弱分布磁場下，磁導(dǎo)比例大，矯頑力小，但是針對應(yīng)力比較敏銳頻次在1.0兆赫茲如下，弱分布磁場里運(yùn)行工作的設(shè)備器件鐵鋁合金和鐵鎳合金對比，額定電阻比例大，質(zhì)量輕，但是磁導(dǎo)比例小。隨含鋁量的增長實(shí)際有效硬度與脆性增大，塑性變差弱分布磁場與強(qiáng)分布磁場下運(yùn)行工作的設(shè)備器件表1.2（續(xù)）軟磁物質(zhì)材料類型、特征與使用作用范圍類型重要特征使用作用范圍軟磁鐵氧體是金屬氧化經(jīng)陶瓷生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的燒結(jié)體，額定電阻比例很大，渦流消耗極小。充分飽和磁自動感應(yīng)作用強(qiáng)度較低，實(shí)際溫度穩(wěn)定安全性比較差高頻或者比較大頻次控制范圍里，額定功率不過大的磁性設(shè)備元件磁中間介質(zhì)由金屬軟磁物質(zhì)材料的粉末經(jīng)絕緣性生產(chǎn)原材料膠合而形成，渦流消耗小，穩(wěn)定安全性好，價高低頻或高頻范圍弱磁場下工作的器件而從磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作原理可知，磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作磁場恒定，相當(dāng)于直流磁場，故鐵芯一般選用電磁純鐵。本文研究的ZG941Z2型磁電型轉(zhuǎn)速傳感器鐵芯采用的材料為——電磁純鐵DT4C。鐵芯采用電磁純鐵DT4C可提高磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的工作靈敏度和長期穩(wěn)定性，其缺點(diǎn)是熱處理工藝嚴(yán)苛復(fù)雜，故在生產(chǎn)過程中，需針對電磁純鐵DT4C熱處理做出詳細(xì)的工藝規(guī)定，以便得到更加優(yōu)良的材料。處理后的電磁純鐵DT4C與10#鋼、坡莫合金1J50的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線見圖1.7。由圖1.7可知，退火處理后的電磁純鐵DT4C在作為導(dǎo)磁回路使用時，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)在兩萬高斯以上。1--電磁純鐵DT4C，已退火；2--10#鋼，已退火；3——坡莫合金1J50圖1.7電磁純鐵DT4C與10#鋼、坡莫合金1J50的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖2）外形尺寸方面的要求在磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的設(shè)計(jì)過程中，除為保證鐵芯與永久磁鋼的接觸面積，一般鐵芯設(shè)計(jì)成“T”形外，鐵芯設(shè)計(jì)還需考慮另外一個因素，即鐵芯外形直徑和檢測齒輪的齒寬關(guān)系。從圖1.2磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作原理可以知道，每過檢測齒輪一個齒，磁電型轉(zhuǎn)速傳感器波形輸出從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)，若特性外形直徑過大，若超過檢測齒輪的齒寬，在檢測時，將胡會出現(xiàn)同時能檢測到兩個齒，出現(xiàn)干擾波形，從而影響磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的輸出。一般鐵芯外形直徑和檢測齒輪齒寬關(guān)系需滿足：⑴齒寬A等于或大于鐵芯外形直徑D；（2）齒間距等于或大于3倍的鐵芯外形直徑D；（3）齒厚F等于或大于鐵芯外形直徑，其關(guān)系圖見圖1.8。傳感器鐵芯傳感器鐵芯圖1.8鐵芯外形直徑和檢測齒輪齒寬關(guān)系圖c）線圈參數(shù)磁電型轉(zhuǎn)速傳感器線圈的主要參數(shù)包含三個部分：電阻、電感和分布電容[38]。1）電阻電阻由繞制漆包線的原材料、線徑及繞制長度等決定。其中漆包線材料須具備的特點(diǎn)是：原材料純度高，電阻率低，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，較好的耐腐蝕性，且市場貨源充足；一般選用銅漆包線而不用鋁制線圈，原因在于純銅有較好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，機(jī)械性能較高，柔韌性好，易于繞制線圈。且銅導(dǎo)線的電阻率比鋁導(dǎo)線要小的多，純銅線的電導(dǎo)率為σ02）電感額定電感是金屬線圈內(nèi)經(jīng)過交流工作電流的時候，在線圈的中間內(nèi)部及其四周形成交變磁通，其磁通量和形成此磁通的工作電流的比例。額定電感除了受磁芯物質(zhì)材料的影響作用之外同時還和金屬線圈匝數(shù)的平方為正比例關(guān)系[39]。3）電容繞制好的線圈組件匝與匝之間，線圈組件與外殼之間都會存在分布電容。從資料上可以知道，線圈的諧振頻率公式為：f=12π式中：L——表示線圈電阻；C——表示線圈電容。從公式（1.2）可以得出，如果想要獲取比較大的諧振頻次，就需要減少金屬線圈的分散額定電容。但是在實(shí)際里金屬線圈的額定電容數(shù)值沒有辦法精確預(yù)計(jì)的，由于金屬線圈的額定電容數(shù)值不單單和線徑與金屬導(dǎo)線上絕緣保護(hù)層的物理特征相關(guān)，同時還和金屬線圈匝的排布序列排列次序相關(guān)，而這些都是無法控制的。就拿一平行線匝來說，如果應(yīng)用纏繞金屬導(dǎo)線的有效直徑比較多、并且排布序列密切，絕緣性生產(chǎn)原材料的絕緣作用強(qiáng)度也非常高的時候，金屬線圈的額定電容數(shù)值也勢必加大。如果為減少繞制金屬線圈的分散額定電容數(shù)值，應(yīng)該應(yīng)用紗包線，這通常都是由于紗包線外面包裹的棉線實(shí)際有效厚度可以促使金屬導(dǎo)線間隔增大，能夠減少額定電容數(shù)值，并且在干燥的條件下，紗包線外面包裹的棉線表面的絕緣層的介電常數(shù)比一般絕緣層的介電常數(shù)都要低。但是一經(jīng)受潮氣侵蝕，介電常數(shù)就會陡然增高，從而導(dǎo)致電容值加大，諧振頻率降低，使產(chǎn)品工作不穩(wěn)定。綜上所述，選擇純銅銅漆包線最為合適，但在繞制前，需根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行繞制匝數(shù)方面的估計(jì)計(jì)算。d）線圈骨架線圈骨架的材料需采用不受溫度影響的，穩(wěn)定性好的非金屬材料，一般有聚甲醛、聚四氟乙烯、尼龍等,需根據(jù)磁電型轉(zhuǎn)速傳感器工作環(huán)境進(jìn)行選擇。本文研究的ZG941Z2型磁電轉(zhuǎn)速傳感器在線圈骨架材料上就選擇了尼龍1010加30%的玻璃纖維，既有一定的韌性還能保證線圈骨架的強(qiáng)度，在溫度沖擊環(huán)境下，線膨脹系數(shù)方面都比較好，且添加玻璃纖維后的增強(qiáng)性尼龍1010可在-60℃～180℃內(nèi)長期使用。增強(qiáng)性尼龍還有一個特點(diǎn)，即采用502膠、1495膠固定時，有很好的粘接性，不會出現(xiàn)皸裂現(xiàn)象。e）灌封膠磁電型轉(zhuǎn)速傳感器一般體積較小，內(nèi)部不能進(jìn)行機(jī)械方式進(jìn)行鎖固，但為保證產(chǎn)品的長期可靠性，均采用灌封膠——環(huán)氧樹脂進(jìn)行真空灌封。具體的工藝步驟為在磁電型轉(zhuǎn)速傳感器內(nèi)部安裝完成后,用真空泵將傳感器內(nèi)部抽成真空,真空程度達(dá)到1×10-4KPa后,再用灌膠設(shè)備向傳感器內(nèi)部灌入混合好的環(huán)氧樹脂,且使其從頂端線圈部位處自然流到傳感器的最底部。使磁電型轉(zhuǎn)速傳感器內(nèi)部各零部件形成一個整體,這樣便可大大提高磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的長期可靠性、抗振性以及高溫性能。1.3磁電型轉(zhuǎn)速傳感器磁路與電路關(guān)系式由公式（1.1）磁電型轉(zhuǎn)速傳感器輸出額定電動勢運(yùn)算方程式可以得知，磁電型轉(zhuǎn)速傳感器在發(fā)動機(jī)引擎的運(yùn)行起動時期（發(fā)動機(jī)引擎平均實(shí)際轉(zhuǎn)速約為100r/min～200r/min），輸出信號的幅值可能只有零點(diǎn)幾伏，但隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，輸出信號的幅值會增大，到發(fā)動機(jī)高速工況（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速5000～6000r/min）時，磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號幅值就可以達(dá)到或超過吧百伏。所以磁電型轉(zhuǎn)速傳感器在數(shù)據(jù)信號全面處理上，要比霍爾式實(shí)際轉(zhuǎn)速傳感設(shè)備龐雜的多。仍以本文研究的ZG941Z2g磁電型轉(zhuǎn)速傳感器及其檢測齒輪（58X+2曲軸信號輪）（見圖1.1）為例，分析磁路與電路的關(guān)系，并推導(dǎo)出電動勢幅度公式。在圖1.1中，在永久磁鋼產(chǎn)生一工作磁場時，由永久磁鋼、鐵芯和傳感器與檢測齒輪之間的適當(dāng)大小的空隙三部分，組成了磁路。永久磁鋼提供磁通Φ，經(jīng)過鐵芯連接后在安裝間隙處分別存在有用磁通和漏磁通，為ΦU和ΦI（Φ=ΦU+ΦI）。ΦU和ΦI均受到磁通勢F的驅(qū)動。假如用工作電路里的工作電流與工作電壓相對照，Φ相當(dāng)工作電流，F(xiàn)相當(dāng)工作電壓，而F/ΦI相當(dāng)消耗額定電阻，即磁路中的磁阻Rm。也稱作磁路中的歐姆定律。若磁路由同一種材料制成，磁阻Rm可用公式（1.3）計(jì)算。Rm=lμA式中：某段磁路的截面積l—某段磁路的長度μ—磁路材料的磁導(dǎo)率因此在圖1.1中，當(dāng)被檢測齒輪齒頂正對著磁電型轉(zhuǎn)速傳感器鐵芯的時候，傳感器等效工作磁路總設(shè)計(jì)磁阻Rmd為：Rmd=RY+RC+RJ（1.4）式中：RY——傳感器內(nèi)永久磁鋼和鐵芯的總設(shè)計(jì)磁阻RC——被檢測齒輪的設(shè)計(jì)磁阻RY——鐵芯與被檢測齒輪齒頂之間的實(shí)際安裝間隙的設(shè)計(jì)磁阻當(dāng)被檢測齒輪的齒底正對磁電型轉(zhuǎn)速傳感器鐵芯時候，鐵芯與被檢測齒輪之間的氣隙有效長度增加了一個輪齒高度h，設(shè)其設(shè)計(jì)磁阻增大量為Rg，則工作磁路總設(shè)計(jì)磁阻為：Rmg=RY+RC+RJ+Rg（1.5）從文獻(xiàn)資料上可知，材料若為非鐵磁性材料時，一般認(rèn)為μ等于真空磁導(dǎo)率μ0，即常數(shù)1。如果材料是鐵磁物質(zhì)，μ不是常數(shù)，約為10000。通過公式（1.2），可將公式（1.4）、（1.5）進(jìn)行簡化，即：Rmd=RY=δA（δ為安裝間隙）（1.Rmg=RY+Rg=δA+?A=δ+?A（h從而得出：Rmg=（1+?δ）Rmd（1.據(jù)計(jì)算方程式（1.7）由此可知，伴隨著檢測齒輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動，工作磁路設(shè)計(jì)磁阻是在一固定數(shù)值的基礎(chǔ)之上迭加一工作周期性改變的分量0～h/δ。測試檢測齒輪每一轉(zhuǎn)過一個齒，數(shù)據(jù)信號正好度過一個工作周期T。如果檢測齒輪實(shí)際齒數(shù)為Z，被測軸實(shí)際轉(zhuǎn)速為n(轉(zhuǎn)/分鐘),則：T=60Zn又因磁動勢F基本上是恒定的，由于設(shè)計(jì)磁阻的變化，穿過傳感器線圈的磁通隨其進(jìn)行周期性變化。且齒頂正對鐵芯到齒底正對鐵芯的間隔時間Δt正好是半個周期，根據(jù)計(jì)算方程式(1.9)得:Δ??=T2=30Zn(s)(在這半個周期中，磁通量Φ的變化為:ΔΦ=Φ谷-Φ頂=F（1R=-FRm頂?因?yàn)榭諝獯艑?dǎo)率略等于真空磁導(dǎo)率μ0，根據(jù)公式（1.3），公式（1.6）式可以表示成：Rm頂=R隙=δ4πA×1010（式中：μ0=4π×10-7H/mA—鐵芯斷面面積，毫米2在將公式（1.11）帶入到（1.12）中，得：ΔΦ=?4πFAhδ（h+δ）×10-10（Wb參考依據(jù)法拉弟電磁自動感應(yīng)基本定律，圈數(shù)為N的金屬線圈兩側(cè)的自動感應(yīng)電勢E。見運(yùn)算方程式（1.1），也就是這個電勢在半個工作周期內(nèi)部的平均有效數(shù)值E為：E=2=?N?Φ?t（V）（然后將公式（1.10）和公式（1.13）代入，整理得：E=4πFAN?Zn30δ（?+δ）×10-10（V）（從公式（1.15）中可以知道，對于安裝好的磁電型轉(zhuǎn)速傳感器來講，F(xiàn)、A、N、h、Z、δ這5個參數(shù)均為定值，由F、A、N、h、Z、δ組成的公式稱為磁電型轉(zhuǎn)速傳感器靈敏度公式，即：S=4πFAN?Z30δ（?+δ）×10-10（從公式（1.17）中還可得知，對于安裝好的磁電型轉(zhuǎn)速傳感器來說，F(xiàn)、A、N、h、Z、δ這5個參數(shù)均為定值，就足以清楚地表明感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，圖1.9為采集某磁電型轉(zhuǎn)速傳感器與檢測齒輪安裝間隙一定（安裝間隙δ為0.8毫米）分別在200轉(zhuǎn)/分鐘、800轉(zhuǎn)/分鐘下，輸出波形及感應(yīng)電勢峰峰值的情況。從圖中可以看出，在200轉(zhuǎn)/分鐘時，輸出的感應(yīng)電勢峰峰值為19.8V，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至800轉(zhuǎn)/分鐘時，峰峰值可到達(dá)60V以上。a）200轉(zhuǎn)/分鐘下輸出情況b）800轉(zhuǎn)/分鐘下輸出情況圖1.9某磁電型轉(zhuǎn)速傳感器不同轉(zhuǎn)速下信號輸出情況1.4磁電型轉(zhuǎn)速傳感器測量和轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)從磁電型轉(zhuǎn)速傳感器的工作基本理論可知，磁電型轉(zhuǎn)速傳感器自動輸出的信號為近似正弦振蕩波的交流信號，這種波形的信號通常帶有許多噪聲干擾信號,不能被發(fā)動