速度传感器

1.简介

　　传感器（sensor）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。[1]velocity

　　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。例如：测速发电机可以将旋转速度转变成电信号，就是一种速度传感器。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。

　　激光测速

　　随着现今精密制造业的崛起和节省成本的需求，非接触测速传感器会慢慢取接触式测速传感器。而现在市场上精度较高、最常用的非接触激光测速传感器就是ZLS-Px像差测速传感器。像差测速传感器有两个端口：一个发射端口，发出LED光源；一个是高速拍照端口，实现CCD面积高速成像对比，通过在极短时间内的两个时间的图像对比，分辨被测物体移动的距离，结合传感器内部的算法，

　　实时输出被测物体的速度。如图所示，①LED光发射口，②摄像接收口，③、④接线端，⑤固定螺孔。①LED光发射口对着被测物发射出激光，经反射到②摄像接收口，接收到信号后传给信号处理器，通过算法计算出它的速度。

　　ZLS-Px像差测速传感器能同时测量两个方向的速度、长度，不但能觉察被测体是否停止，而且能觉察被测体的运动方向。将传感器固定在稳定的支架上，确保转动物体转动过程不会产生过大的振动，从而能测出转动被测体的转角和转速。

　　雷达测速

　　传统的测速大多以旋转式运动速度测量和直线运动速度测量，但现实工业自动化中有不少非规律性的测速，比如运动员运动测速，交通车辆测速，高尔夫球速测量等情况下，雷达测速传感器可以满足这些要求。

2.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。

　　接触式

　　接触式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。

　　非接触式

　　非接触式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

　　叶轮的叶片边缘贴有反射膜，流体流动时带动叶轮旋转，叶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。

　　[2].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。光纤被凸轮轮盘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：

　　(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，故速度传感器应用极为普遍。

3.种类

　　(1)光电式车速传感器--由带孔的转盘两个光导体纤维，一个发光二极管，一个作为光传感器的光电三极管组成。一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号，光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲)。发光二极管透过转盘上的孔照到光电二极管上实现光的传递与接收。

　　(2)磁电式车速传感器--模拟交流信号发生器，产生交变电流信号，通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲，其形状是一样的。输出信号的振幅与磁组轮的转速成正比(车速)，信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。发动机控制电脑或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发电火时间或燃油喷射时刻的。

　　(3)霍尔式车速传感器--它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成，一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙，在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分则中断磁场。

　　(4)车轮转速传感器—检测车轮转速并将检测结果输出ECU，主要是的作用是在汽车制动的控制和驱动控制这两方面;

　　(5)发动机转速传感器---检测发动机的转速，通常利用曲轴位置传感器来检测发动机的转速并输出来实现的。用于燃油喷射量、点火提前角、动力传动控制等;

　　(6)减速传感器---其主要的是要检测汽车在减速的时候的减速速度，也是将这个信号回传到ECU，汽车制动的控制和驱动控制这两方面。

　　(7)车速传感器---通常是直接或者间接检测汽车轮胎的转速来来获得的，主要是体现在我们可以在汽车行驶的时候可以知道自己的行驶的车速。

　　（8）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。

　　（9）接触式旋转速度传感器结构简单，使用方便，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。

4.前景

　　咨询公司INTECHNOCONSULTING的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%。

　　21世纪，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。

5.应用

　　速度传感器将应用于汽车检测市场

　　现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置，这些装置都需要汽车车速信号。因此，测量车运行速度传感器的输出信号准确性和稳定性将对这些控制单元产生极大的影响。

　　汽车速度传感器多采用霍尔式结构，霍尔速度传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器，具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定磁极对数的永久磁铁（一般为4或8对）、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成。其工作原理是当传感器的旋转机构在外驱动作用下旋转时，会带动永久磁铁旋转，穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化，引起霍尔元件输出电压变化，通过后续电路处理形成稳定的脉冲电压信号，作为车速传感器的输出信号。霍尔结构的速度传感器主要电气技术参数包括：输出信号高电压、低电压、占空比、周期、上升时间、下降时间、周期脉冲数等，为了保证产品的性能可靠性，必须在出厂前对这些参数进行定量测试。

　　集成化与智能化、高效自动测量、软件计算、图形或数表显示测试结果的测试系统越来越受到汽车速度传感器生产企业的青睐。常用的霍尔式车速传感器的性能测量而开发的一种综合检测装置。基于成本考虑，利用微处理器的高速计数器端口作为车速传感器的数据采集，利用软件控制实现对采集数据的计算和图形化显示处理。完成的检测装置具有测试精度高、数据通信可靠、图表化的良好用户界面、抗干扰能力强、检测过程简单直观、系统开发成本低等优点，具有较好的推广市场，因此速