一種可用于齒輪轉速測量的磁阻式接近開(kāi)關(guān)

摘要：介紹了一種基于磁敏電阻元件的磁阻式接近開(kāi)關(guān)，設計了其信號處理電路，并將其應用于鐵磁性齒輪的轉速測量。該接近開(kāi)關(guān)利用磁阻效應原理制成，具有結構簡(jiǎn)單，成本低廉，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。對不同徑向間距下接近開(kāi)關(guān)的差程值進(jìn)行測量，由實(shí)驗結果可知，在3～7 mm的檢測距離內，該磁阻式接近開(kāi)關(guān)工作性能穩定，動(dòng)態(tài)特性良好，抗干擾能力強，且工作頻率范圍較寬，能適應高速和低速的齒輪轉速變化，可替代傳統的磁電式和霍爾式轉速傳感器，用于鐵磁性齒輪的轉速測量。
關(guān)鍵詞：接近開(kāi)關(guān)；轉速；傳感器；磁阻

0 引言
接近開(kāi)關(guān)是一種電子開(kāi)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換成開(kāi)關(guān)量電信號輸出，具有防水、防油污、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于定位、計數和控制等應用中。傳統的磁電式轉速傳感器，輸出信號的幅值受轉速和氣隙影響，當氣隙一定時(shí)，轉速越高，幅值越大；轉速一定時(shí)，氣隙越小，幅值越大，不易實(shí)現低速測量，且信號處理復雜。磁阻式接近開(kāi)關(guān)可用于齒輪轉速測量，輸出信號大小不受齒輪轉速的影響，且成本低、重量輕，替代傳統的磁電式轉速傳感器和霍爾式轉速傳感器。

1 磁阻式接近開(kāi)關(guān)工作原理
磁阻式接近開(kāi)關(guān)核心部件為InSb磁敏電阻，基本原理是基于磁阻效應。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，結構及等效電路如圖1所示。

當齒輪轉速為零時(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(chǎng)，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(chǎng)變化曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍之內，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(shí)，齒根對準MR2，永磁體的磁場(chǎng)分布發(fā)生變化，通過(guò)MR1的磁感線(xiàn)增多，通過(guò)MR2的磁感線(xiàn)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(shí)，齒根對準MR1，此時(shí)MR2的阻值增大而MR1的阻值減小。因此齒輪的連續轉動(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為基準電壓做微小變化的周期性電壓。若設輸出信號頻率、轉速和齒輪數分別為f，n(r／min)和Z，則f=nZ／60。由此，當齒輪齒數一定時(shí)，輸出信號的頻率只與齒輪轉速有關(guān)。經(jīng)過(guò)后級的信號處理電路進(jìn)行電壓放大，然后輸入到電壓比較級電路，就可得到與齒輪轉速對應的周期性變化的方波信號，根據輸出波形的頻率可計算出齒輪轉速。