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1、河南科技大学毕业设计（论文）无源磁脉冲转速传感器摘 要无源磁脉冲转速传感器作为感知速度的触角，可在无源感知被测对象的运动信息，并按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。因此，目前被广泛应用于机械、化工、交通、自控、军用、汽车ABS、车轮转速和发动机转速控制等各个领域。无源磁脉冲转速传感器是一种磁电式转速传感器，基于电磁感应原理实现测速。当被测物体齿轮或齿盘旋转时，导致传感器内部磁场和磁通量发生变化，从而在传感器内部线圈中产生周期性变化的感应电动势，该电压信号经过整形调理以脉冲信号形式输出；通过对脉冲信号进行运算处理即可测出被测物体
2、的转速。本文详细讨论了无源磁脉冲转速传感器的工作原理和系统设计问题。设计内容主要包括整体设计方案制定、磁路设计、结构设计、加工工艺编制、信号调理，电路设计等，并使用Ansoft电磁场仿真软件进行了仿真分析和参数优化，在此基础上加工出一套样机。本课题设计的脉冲输出式转速传感器的新颖之处在于：（1）内置信号整形电路，可直接输出大幅值脉冲信号，具有很强的抗干扰性能；（2）采用无源设计技术，无需外部供电。因此，相信该产品将具有很好的市场前景。关 键 词：传感器，脉冲，转速，磁路PULSE-OUTPUT SPEED SENSORABSTRACTSpeed sensor is the antenna of
3、 sensing speed. It can perceive the motion information of measured object, and convert the information to electrical signals or other information to meet the requests of transmission, processing, storage, display, record and control. So it is widely used in mechanical, chemical, transportation, auto
4、matic control, military, automotive ABS, wheel speed and engine speed control.Pulse-output speed sensor is a magnetic-electric speed sensor, based on the principle of electromagnetic induction to achieve the velocity measurement. When measured object gear or gear plate rotates, the magnetic field an
5、d magnetic flux inside the sensors will change, which can induce electromotive force inside the sensor coils. The induced voltage signal is output in pulse form. By handling the pulse signal, the speed of measured object can be got. This paper discusses the working principle and system design of the
6、 pulse-output speed sensor in detail. The design includes the overall design, circuit design, structural design, preparation process, signal conditioning circuit design, the simulation analysis and parameter optimization by Ansoft and so on. Based on the above research, three prototypes been process
7、ed. Pulse output speed sensor has two novelties: (1) Built-in signal shaping circuit can be directly output large magnitude pulse signal, which improves the anti-interference performance; (2) The passive design leads to no need for an external power supply. Therefore, the product must be of sunshine
8、 market prospects.KEY WORDS：sensor, pulse, speed, magnetic circuit目 录前 言1第1章 无源磁脉冲转速传感器的测量原理51.1 转速传感器测量原理51.2 无源磁脉冲转速传感器原理5第2章 磁路设计与计算82.1 工作气隙设计92.2 永久磁铁设计102.3 软磁铁设计132.4 线圈参数设计13第3章 磁场仿真优化153.1 Ansoft 软件153.2 磁路仿真15第4章 传感器结构设计184.1 传感器外壳的结构与工艺19 4.2 传感器固定件的结构与工艺204.3 永磁铁固定件的结构与工艺214.4 线圈骨架的结构与工艺
9、234.5 永久磁铁的结构与工艺244.6 软磁铁的结构与工艺25第5章 转速信号处理275.1 转速信号的拾取275.2 脉冲信号的获得28结 论31参考文献32致 谢33IV前 言背景介绍在信息化时代发展过程中，高科技的快速发展是重要标志。作为当今高科技的重要组成部分，电脑、各类智能仪器、机器人技术得到了越来越广泛的应用，在电子信息工程应用中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理都需要必不可少的“感知器官”，这就是传感器，也被称为“电五官”。人体为从外界获取信息，必须借助于感觉器官，但是单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需
10、要传感器。在当今社会，可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。当今世界已进入信息时代，在利用
11、信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。我的定义是：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。这一定义包含了以下几方面的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输出量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分组成，组成框图如下。敏感元件转换元件转换电路被测量电量在现代工业
12、生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传
13、感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。常见的转速传感器及研究现状在现
14、代化工业生产中，随着科学技术水平的提高，对机电设备的转速检测及自动调节日益显出其重要性转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。按信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式和数字式两种。前者的输出信号值是转速的线性函数,后者的输出信号频率与转速成正比,或其信号峰值间隔与转速成反比。转速传感器的种类繁多、应用极广，其原因是在自动控制系统和自动化仪表中大量使用各种电机，在不少场合下对低速（如每小时一转以下）、高速（如每分钟数十万转）、稳速（如误差仅为万分之几）和瞬时速度的精确测量有严格的要求。常用的转速传感器有以下几种：转矩转速传感器 根据磁电转换和相位差原理，将转矩，转
15、速机械量转换成两路有一定相位电压讯号的一种精密仪器，它一般与转矩转速(简称测量仪)配套使用，能直接测量各种动力机械的转矩与转速(即机械功率)，具有测量精度高，操作简便，显示直观，测量范围广等优点，可以测量轴静止状态至额定转速范围的转矩。但其结构复杂且成本较高。光电式转速传感器 它分为投射式和反射式两类。投射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有间隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化,光敏元件即输出电流脉冲信号。反射式光电传感器在被测转轴上设有反射记号，由光源发出的光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。转轴转动时，反射记号对投射光点的反射率
16、发生变化。反射率变大时，反射光线经透镜投射到光敏元件上即发出一个脉冲信号；反射率变小时，光敏元件无信号。在一定时间内对信号计数便可测出转轴的转速值。变磁阻式转速传感器 它属于变磁阻式传感器。变磁阻式传感器的三种基本类型，电感式传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器都可制成转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率。这类传感器按结构不同又分为开磁路式和闭磁路式两种。开磁路式转速传感器结构比较简单，输出信号较小，不宜在振动剧烈的场合使用。闭磁路式转速传感器由装在转轴上的外齿轮、内齿轮、线圈和永久磁铁构成。内、外齿轮有相同的齿数。当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运
