一种基于弱磁探测的转速测量方法

　　0　引言

　　在工程实际中,经常遇到各种需要测量转速的场合,如机床主轴、发动机、电动机、卷扬机等旋转设备的测试、运转和控制中,有时还需要将转速显示出来,测速环境和精度要求不同相应的测量方法也不同。转速测量方法分为模拟式和数字式两种,模拟式应用测速发电机为检测元件,获取的信号为电压量;数字式常采用光电编码盘、霍尔元件等为检测元件得到的是脉冲信号。但是利用光电编码盘测转速对环境要求很高,如果粉尘、油污比较严重,将大大降低测量的可靠性。用霍尔元件测速可以避免上述不足,但是霍尔元件的温度稳定性较差,一般还需要把高磁场强度的磁钢安装在被测轴或齿轮上,对它们的运转会产生一定的影响。其输出信号对测量间距非常敏感,因此对安装的要求较高(测量间距小于几个毫米)。

　　本文介绍一种新的数字式转速测量法,它能够克服上述各项缺点。该方法是基于铁质齿轮的轮齿、齿谷转过测试点时,使该处的地磁场强度发生变化的原理,利用高灵敏度磁阻传感器探测该变化进行的。齿轮的每个轮齿经过磁阻传感器时,都使其产生一个输出信号,处理后转变为输出脉冲,由单片机系统读入该脉冲并计数处理为转速数据,经四位LED显示。本设计方法对被测系统无任何影响,适用多种工作环境,特别是在轴或齿轮运转的同心度较差、灰尘及油污较严重的场合测转速更具优势。

　　1　非接触转速信号的采集

　　(1)非接触测速原理

　　地球周围存在磁场,一般情况下认为是稳恒的静磁场,总的磁感应强度约为0. 4~0. 5高斯。一方面铁质物质在地磁场中会被磁化,尽管磁化强度很小;另一方面铁质物质,即使本身不带磁性,仍会对周围的地磁场产生扰动,虽然该扰动非常微弱。探测该微弱的地磁感应强度的变化就可以获取铁质物质的运动情况[1,2]。

　　(2) HMC磁阻传感器简介

　　当沿着长而薄的坡莫合金带的长度方向施加一定强度的电流,在垂直于电流的方向施加一磁场时,坡莫合金带的电阻值发生变化。本设计所用的HMC1001磁阻传感器就是据此原理制成的,该磁阻传感器中由四个磁阻组成了惠斯通电桥,如图1所示,其中Ucc为供电电压;在传感器线性工作区域内,传感器输出电压与被测磁场强度成正比;测量系统标定后,根据输出电压即可知被测点处的磁场强度。

　　本设计采用Honeywell公司生产的HMC1001磁阻传感器,主要参数有:

　　电桥电压:典型值5V,最大值10V;

　　测量范围:±2.2Gauss;

　　磁场分辨率:4×10-5Gauss;

　　灵敏度典型值:3.1mV/V/Gauss,

　　测试条件: Ioffset=50mA, Ucc=8V;