用于齒輪轉(zhuǎn)速測量的磁阻式接近開關(guān)

　　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)量電信號輸出，具有防水、防油污、耐腐蝕等優(yōu)點，已廣泛用于定位、計數(shù)和控制等應(yīng)用中。傳統(tǒng)的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，輸出信號的幅值受轉(zhuǎn)速和氣隙影響，當氣隙一定時，轉(zhuǎn)速越高，幅值越大;轉(zhuǎn)速一定時，氣隙越小，幅值越大，不易實現(xiàn)低速測量，且信號處理復雜。磁阻式接近開關(guān)可用于齒輪轉(zhuǎn)速測量，輸出信號大小不受齒輪轉(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。

　　當齒輪轉(zhuǎn)速為零時，兩磁阻元件阻值大概相等，磁敏電阻中點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)，使磁敏電阻不僅對磁鐵敏感，而且對鐵磁性物體也非常敏感。當齒輪齒尖對準MR1時，齒根對準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。當齒輪齒尖對準MR2時，齒根對準MR1，此時MR2的阻值增大而MR1的阻值減小。因此齒輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，將引起磁阻元件MR1和MR2的阻值發(fā)生周期性變化，磁阻元件中點就會輸出以電源電壓的1/2為基準電壓做微小變化的周期性電壓。若設(shè)輸出信號頻率、轉(zhuǎn)速和齒輪數(shù)分別為f，n(r/min)和Z，則f=nZ/60。由此，當齒輪齒數(shù)一定時，輸出信號的頻率只與齒輪轉(zhuǎn)速有關(guān)。經(jīng)過后級的信號處理電路進行電壓放大，然后輸入到電壓比較級電路，就可得到與齒輪轉(zhuǎn)速對應(yīng)的周期性變化的方波信號，根據(jù)輸出波形的頻率可計算出齒輪轉(zhuǎn)速。

　　2 信號處理電路

　　磁阻式接近開關(guān)電路由信號采集、信號放大、比較級和驅(qū)動級四部分構(gòu)成，如圖2所示。磁敏電阻采用三端式可以克服環(huán)境溫度變化引起的溫漂問題，穩(wěn)定低頻輸出電壓。電壓跟隨器可以提高輸入電阻，減小輸出電阻，達到阻抗匹配的目的，減少對磁敏電阻的影響。放大電路采用直接耦合反相濾波放大，既可以放大直流信號和交流信號，又能濾除高頻噪聲。反相輸入比較器保證接近開關(guān)動態(tài)響應(yīng)速度快，差程小，靈敏度高。驅(qū)動電路采用達林頓連接方式提高接近開關(guān)的帶負載能力。