專利名稱：基于巨磁電阻的非接觸式轉(zhuǎn)速測量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣測量領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸式轉(zhuǎn)速測量方法。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械控制系統(tǒng)中具有重要的作用，目前常用的測速傳感器有光電式、磁電式、振動(dòng)式、磁敏式和電容式等測速傳感器。光電式測速傳感器可以分為投射式測速傳感器和反射式測速傳感器等類型，具有可實(shí)現(xiàn)非接觸測量功能；磁電式為無源結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，但不容易測低速，振動(dòng)式和電容式等測速傳感器同樣不太適合測低速，因此在電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械低速運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用它們進(jìn)行控制時(shí)的效果不是很好。同時(shí)以 上測速傳感器的輸出一般要經(jīng)過后期的測量、放大、整形、計(jì)數(shù)等電路才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字測速。因此，利用新材料和新原理，設(shè)計(jì)測量范圍寬，靈敏度高，測量電路與傳感器本體兩者合二為一的集成式測速傳感器成為當(dāng)前電氣測試工程師的研究熱點(diǎn)。巨磁電阻效應(yīng)是1988年被阿爾伯特·費(fèi)爾和彼得·格魯伯格兩位科學(xué)家獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的重要現(xiàn)象，現(xiàn)已在直流電流傳感器，磁存儲(chǔ)等領(lǐng)域開始應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)以上傳統(tǒng)測速傳感器存在的問題，提出一種基于磁環(huán)和多層膜巨磁電阻的測速傳感器，將傳感器本體與單臂橋式電阻測量電路合二為一，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的高靈敏度與非接觸測量，且體積小，測速范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案所提出的測速傳感器由傳感器的轉(zhuǎn)子一磁環(huán)3和傳感器的定子一如圖3所示由4個(gè)巨磁電阻組成的單臂橋測量電路4組成。所述的磁環(huán)3由60個(gè)磁條均勻分布組成，同軸安裝于電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的輸出軸上，所述的巨磁電阻為多層膜結(jié)構(gòu)，位于磁環(huán)最頂端磁條平行位置，所述的測量電路為單臂橋電路，三個(gè)巨磁電阻Rl、R2和R3為被軟磁材料坡莫合金所屏蔽，R4為非屏蔽巨磁電阻，被檢測的輸出電壓Uo僅檢測其上升沿，每個(gè)上升沿計(jì)數(shù)一次，I秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值正好為電機(jī)轉(zhuǎn)速。具體而言，具有如下的技術(shù)有益效果I)靈敏度高，僅需較小的磁場就能輸出信號(hào)；2)因?yàn)榫薮烹娮璧男?yīng)，磁條可以制造得很薄，從而節(jié)約磁環(huán)成本；3)單臂橋電路僅需檢測電壓上升沿，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)；4)不受平行磁場的干擾；5)能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的非接觸測量；6)線性范圍大,測量范圍寬。


圖I是基于巨磁電阻的非接觸傳感器安裝示意圖。
圖2為測速傳感器所用磁環(huán)示意圖。圖3為基于巨磁電阻的單臂橋測量電路。圖4為轉(zhuǎn)速信號(hào)后續(xù)處理原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。圖I為基于巨磁電阻的非接觸傳感器安裝示意圖。首先將測速傳感器的轉(zhuǎn)子——具有60個(gè)磁條的磁壞3，同軸安裝于被測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的輸出軸上，然后將測速傳感器的定子一如圖3所示由4個(gè)巨磁電阻組成的單臂橋測量電路4，置于磁環(huán)附近，保證非屏蔽巨磁電阻R4與磁環(huán)平行，另外三個(gè)巨磁電阻Rl、R2和R3為被軟磁材料坡莫合金所屏蔽。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)磁條產(chǎn)生的磁場會(huì)使非屏蔽巨磁電阻值發(fā)生改變，此阻值會(huì)隨著磁 場的增大而減小，從而使如圖3所示的由巨磁電阻組成的單臂橋電路輸出產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，檢測這個(gè)脈沖信號(hào)，該信號(hào)被送到如圖4所示的放大整形電路輸入端，經(jīng)門電路和計(jì)數(shù)器等電路，將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速在顯示電路進(jìn)行顯示，設(shè)在設(shè)計(jì)數(shù)器在t秒內(nèi)記錄了 N個(gè)脈沖，對(duì)脈沖的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，因磁條的個(gè)數(shù)為60，則電機(jī)轉(zhuǎn)速為n = N/t,即I秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值正好為電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而完成轉(zhuǎn)速的測量。該測速傳感器由于采用了巨磁電阻效應(yīng)保證了系統(tǒng)的高靈敏性、測速范圍寬，而單臂橋測量上升沿電路則結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式測速傳感器，所述的測速傳感器包括轉(zhuǎn)子和定子兩部分，轉(zhuǎn)子為磁環(huán)，定子由多層膜巨磁電阻組成的單臂橋測量電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子磁環(huán)一周由60個(gè)薄磁片組成，成本低。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器定子，其特征在于，4個(gè)多層膜巨磁電阻組成單臂橋信號(hào)檢測電路，非屏蔽的多層膜巨磁電阻與磁環(huán)最上端平行，其他3個(gè)巨磁電阻被軟磁材料坡莫合金所屏蔽，測量時(shí)非屏蔽的巨磁電阻值隨磁場的增大而線性減小，并僅檢測輸出電壓的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，I秒內(nèi)顯示的計(jì)數(shù)值正好為轉(zhuǎn)速值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器，其特征在于，體積小，測速范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)非接觸測量轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明屬于電氣測量領(lǐng)域，涉及一種非接觸式轉(zhuǎn)速測量方法。具體提供一種基于磁環(huán)和多層膜巨磁電阻的測速傳感器，將傳感器本體與單臂橋式電阻測量電路合二為一，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的高靈敏度與非接觸測量，且體積小、測速范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。具體特征在于，所提出的測速傳感器由傳感器的轉(zhuǎn)子——磁環(huán)3，由60個(gè)磁條均勻分布組成，同軸安裝于電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的輸出軸上，和傳感器的定子——4個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)巨磁電阻組成的單臂橋測量電路組成。其中，4個(gè)巨磁電阻中的三個(gè)被軟磁材料所屏蔽，未被屏蔽的巨磁電阻位于磁環(huán)最頂端磁條平行位置，被檢測的輸出電壓僅檢測其上升沿，每個(gè)上升沿計(jì)數(shù)一次，1秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值正好為電機(jī)轉(zhuǎn)速。
文檔編號(hào)G01P3/488GK102967722SQ20121055233
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者肖朝霞, 方紅偉 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)