一種可用于齒輪轉(zhuǎn)速測量的磁阻式接近開關(guān)

摘要：介紹了一種基于磁敏電阻元件的磁阻式接近開關(guān)，設(shè)計(jì)了其信號(hào)處理電路，并將其應(yīng)用于鐵磁性齒輪的轉(zhuǎn)速測量。該接近開關(guān)利用磁阻效應(yīng)原理制成，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)不同徑向間距下接近開關(guān)的差程值進(jìn)行測量，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在3～7 mm的檢測距離內(nèi)，該磁阻式接近開關(guān)工作性能穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)特性良好，抗干擾能力強(qiáng)，且工作頻率范圍較寬，能適應(yīng)高速和低速的齒輪轉(zhuǎn)速變化，可替代傳統(tǒng)的磁電式和霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，用于鐵磁性齒輪的轉(zhuǎn)速測量。
關(guān)鍵詞：接近開關(guān)；轉(zhuǎn)速；傳感器；磁阻

0 引言
接近開關(guān)是一種電子開關(guān)量傳感器，主要功能是完成對(duì)位置的檢測，將被測物體的位置量轉(zhuǎn)換成開關(guān)量電信號(hào)輸出，具有防水、防油污、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于定位、計(jì)數(shù)和控制等應(yīng)用中。傳統(tǒng)的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，輸出信號(hào)的幅值受轉(zhuǎn)速和氣隙影響，當(dāng)氣隙一定時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，幅值越大；轉(zhuǎn)速一定時(shí)，氣隙越小，幅值越大，不易實(shí)現(xiàn)低速測量，且信號(hào)處理復(fù)雜。磁阻式接近開關(guān)可用于齒輪轉(zhuǎn)速測量，輸出信號(hào)大小不受齒輪轉(zhuǎn)速的影響，且成本低、重量輕，替代傳統(tǒng)的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器和霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。

1 磁阻式接近開關(guān)工作原理
磁阻式接近開關(guān)核心部件為InSb磁敏電阻，基本原理是基于磁阻效應(yīng)。磁敏電阻由引腳、磁阻元件MR1和MR2、永磁體、絕緣基片、金屬外殼組成，結(jié)構(gòu)及等效電路如圖1所示。

當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為零時(shí)，兩磁阻元件阻值大概相等，磁敏電阻中點(diǎn)輸出電壓為電源電壓值的1／2。永磁體提供的偏置磁場，提高磁敏電阻靈敏度，使磁阻元件工作特性移到電阻一磁場變化曲線的線性范圍之內(nèi)，使磁敏電阻不僅對(duì)磁鐵敏感，而且對(duì)鐵磁性物體也非常敏感。當(dāng)齒輪齒尖對(duì)準(zhǔn)MR1時(shí)，齒根對(duì)準(zhǔn)MR2，永磁體的磁場分布發(fā)生變化，通過MR1的磁感線增多，通過MR2的磁感線減少，即MR1的阻值增大而MR2的阻值減小。當(dāng)齒輪齒尖對(duì)準(zhǔn)MR2時(shí)，齒根對(duì)準(zhǔn)MR1，此時(shí)MR2的阻值增大而MR1的阻值減小。因此齒輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，將引起磁阻元件MR1和MR2的阻值發(fā)生周期性變化，磁阻元件中點(diǎn)就會(huì)輸出以電源電壓的1／2為基準(zhǔn)電壓做微小變化的周期性電壓。若設(shè)輸出信號(hào)頻率、轉(zhuǎn)速和齒輪數(shù)分別為f，n(r／min)和Z，則f=nZ／60。由此，當(dāng)齒輪齒數(shù)一定時(shí)，輸出信號(hào)的頻率只與齒輪轉(zhuǎn)速有關(guān)。經(jīng)過后級(jí)的信號(hào)處理電路進(jìn)行電壓放大，然后輸入到電壓比較級(jí)電路，就可得到與齒輪轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的周期性變化的方波信號(hào)，根據(jù)輸出波形的頻率可計(jì)算出齒輪轉(zhuǎn)速。