霍尔/磁电/光电式转速传感器工作原理和应用

转速传感器和转速表构成转速测量系统，为方便仪表人深入了解转速传感器，路阳仪器以图文形式介绍霍尔式转速传感器、磁电式转速传感器和光电式转速传感器原理和应用。

霍尔式转速传感器

由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成，霍尔式转速传感器的各种不同结构如图1所示。将磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘便随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔开关集成传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知道被测对象的转速。磁性转盘上的小磁铁数目的多少，将决定传感器的分辨率。

霍尔式转速传感器结构

磁电式转速传感器

磁电式转速传感器的结构如图2所示。它是由永久磁铁、线圈、磁盘等组成。在磁盘上加工有齿形凸起，磁盘装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当转轴旋转时，磁盘的凹凸齿形将引起磁盘与永久磁铁间气隙大小的变化，从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。有磁路通过的感应线圈，当磁通量发生突变时，会感应出一定幅度的脉冲电势，其频率为：

f = (Z × n) / 60

公式中f为频率，单位Hz；Z为磁轮的齿数；n为磁轮的转速，单位r/min。

磁电式转速传感器的结构

光电式转速传感器

常见的光电式转速传感器有直射式和反射式两种。直射式输入轴与待测轴相接，光通过开孔圆盘和缝隙板照射在光敏元件上。开孔盘旋转一周，光敏元件接受光的次数等于盘上的开孔数。若开孔数为m，记录过程时间为t秒，总脉冲数为N，则转速为：

n = (60 × N) / (m × t)；单位 r/min

反射型的光电传感器如图3所示。其前端部分采用光纤封装，适应微小物体，特别是微小旋转体的测量。由于传感器内装有光源(LED)、感光元件(光电晶体管)以及放大器等，所以体积设计得很小，使用方便。光源是经过频率调制的，所以抗干扰性强，还有状态显示，可供用户测量时确认工作状态。振荡回路用来产生一个调制频率来点亮光源发光二极管，采用不稳定多谐振荡方式，振荡频率约为7kHz，脉宽约25μs。

反射型光电传感器原理

从光源发射出来的脉冲光，经过被检测物体的反射，被传感器的光电晶体管所接受，然后经过交流放大器，被放大到适当的电平后，进行检波和积分，再转换成直流电压信号。然后是波形整形，与一定的直流电压相比较，高于此值，输出为Hi，低于此值，输出为Lo。状态指示灯也是，输出高电平Hi时，LED点亮，输出低电平Lo时，LED不亮，以作为状态确认用。

光电转速传感器跟计数器配套使用，检测范围可达10000r/min，误差为1r/min。

转速传感器应用举例

1、霍尔传感器测量转速
图4所示是两种不同结构的霍尔转速传感器。用图示的方法设置磁体，使磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，霍尔传感器固定在磁性转盘附近。当被测转轴转动时，磁性盘随之转动，磁体每经过霍尔传感器一次，霍尔传感器便输出一个相应的电压脉冲。检出单位时间的脉冲数，便可求出被测转速。例如，在车轮转轴上装上磁体，在靠近磁体位置上装上霍尔传感器，即可制成车速表和里程表等。

2、光电式传感器测转速
图5为光电转速表的工作原理图。图5(a)在待测转轴上固定一个带孔的调制圆盘，在调制圆盘的一边由发光元件产生恒定光，光透过盘上的小孔到达由光敏二极管组成的光敏转换器上，转换成相应的电脉冲信号。若圆盘上开10个小孔，则旋转一周，光线透过小孔10次，输出10个脉冲信号，孔越多，测量的分辨率越高。测速也可以采用反射式，只要用白纸画上黑道的圆纸贴在旋转体上即可，如图5(b)所示，图中的1是待测转盘，2是发光元件，3是光敏转换器。