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KMI15系列集成转速传感器的原理与应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:集成转速传感器具有灵敏度高、测量范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点,是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。文中介绍了KMI15系列磁阻式集成转速传感器的工作原理与典型应用。

    关键词:转速传感器;磁阻;电磁干扰滤波器;KMI15

转速属于常规电测参数。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量,传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的,亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点:第一,灵敏度低,传感器与转动齿轮的最大间隙(亦称磁感应距离)只有零点几毫米;第二,在测量高速旋转物体的转速时,因安装不牢固或受机械振动,容易与齿轮发生碰撞,安全性较差;第三,这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号,因此,需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号,才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速,而且外围电路比较复杂;第四,它无法测量非常低(接近于零)的转速,因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。

目前,转速传感器正朝着高灵敏度、(范文先生网www.fwsir.com收集整理)高可靠性和全集成化的方向发展,典型产品有飞利浦(Philips)公司生产的KMI15系列磁阻式集成转速传感器。该传感器性能优良,安全性好,稳定性强,是分立式转速传感器理想的升级换代产品。KMI15系列包括KMI15-1、KMI15-2、KMI15-4等型号,它们的工作原理相同,仅性能指标略有差异。下面就以KMI15-1为例来介绍该系列集成转速传感器的工作原理与具体应用方法。

1 KMI15-1型传感器的性能特点

KMI15-1芯片内含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和IC。它利用IC来完成信号变换功能,其输出的电流信号频率与被测转速成正比,电流信号的变化幅度为7mA~14mA。由于其外围电路比较简单,因而很容易配二次仪表测量转速。

KMI15-1器件的测量范围宽,灵敏度高,它的齿轮转动频率范围是0~25kHz,而且即使在转动频率接近于零时,它也能够进行测量。传感器与齿轮的最大磁感应距离为2.9mm(典型值),由于与齿轮相距较远,因此使用比较安全。

该传感器抗干扰能力强,同时具有方向性,它对轴向振动不敏感。另外,芯片内部还有电磁干扰(EMI)滤波器、电压控制器以及恒流源,从而保证了其工作特性不受外界因素的影响。

KMI15-1的体积较小,其最大外形尺寸为8×6×21mm,能可靠固定在齿轮附近。

KMI15采用+12V电源供电(典型值),最高不超过16V。工作温度范围宽达-40~+85℃。

图2 图3

2 工作原理

KMI15-1型集成转速传感器的外形如图1所示,它的两个引脚分别为UCC(接+12V电源端)和U-(方波电流信号输出端)。为使IC处于较低的环境温度中,设计时专门将IC与传感元件分开,以改善传感器的高温工作性能。

该传感器的简化电路如图2所示。其内部主要包括以下六部分:

(1)磁敏电阻传感器;

(2)前置放大器A1;

(3)施密特触发器;

(4)开关控制式电流源;

(5)恒流源;KMI15系列集成转速传感器的原理与应用

(6)电压控制器。实际上,该传感器是由4只磁敏电阻构成的一个桥路,可固定在靠近齿轮的地方,其测量原理如图3所示。

    当齿轮沿Y轴方向转动时,由于气隙处的磁力线发生变化,磁路中的磁阻也随之改变,从而可在传感器上产生电信号。此外,该传感器具有很强的方向性,它对沿Y轴转动的物体十分敏感,而对沿Z轴方向的振动或抖动量很不敏感。这正是测量转速所需要的。

工作时,传感器产生的电信号首先通过EMI滤波器滤除高频电磁干扰,然后经过前置放大器,再利用施密特触发器进行整形以获得控制信号U

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