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     為確?？蛻?hù)正確使用德國(guó)FESTO費(fèi)斯托位置傳感器，今天再次做解析

FESTO位置傳感器用來(lái)測(cè)量機(jī)器人自身位置的傳感器。FESTO位置傳感器可分為兩種，接觸式傳感器和接近式傳感器。

FESTO位置傳感器（position sensor），能感受被測(cè)物的位置并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。它能感受被測(cè)物的位置并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。

FESTO位置傳感器可用來(lái)檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，和位移傳感器不同，F(xiàn)ESTO位置傳感器有接觸式和接近式兩種。

接觸式傳感器

接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見(jiàn)的有行程開(kāi)關(guān)、二維矩陣式FESTO位置傳感器等。行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開(kāi)關(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。二維矩陣式FESTO位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。

接近式傳感器

接近開(kāi)關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作"信號(hào)的開(kāi)關(guān)，它無(wú)需和物體直接接觸。接近開(kāi)關(guān)有很多種類(lèi)，主要有電磁式、光電式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開(kāi)關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

FESTO位置傳感器是組成無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的三大部分之一，也是區(qū)別于有刷直流電動(dòng)機(jī)的主要標(biāo)志。其作用是檢測(cè)主轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，為邏輯開(kāi)關(guān)電路提供正確的換相信息，以控制它們的導(dǎo)通與截止，使電動(dòng)機(jī)電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化按次序換向，形成氣隙中步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。

直流無(wú)刷電機(jī)需要FESTO位置傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置，電機(jī)控制器通過(guò)接受FESTO位置傳感器信號(hào)來(lái)讓逆變器換相與轉(zhuǎn)子同步來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管直流無(wú)刷電機(jī)也可以通過(guò)定子繞組產(chǎn)生的反感生電動(dòng)勢(shì)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，而省去FESTO位置傳感器，但是電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速太小，反感生電動(dòng)勢(shì)信號(hào)太小而無(wú)法檢測(cè)。

可以用作直流無(wú)刷電機(jī)FESTO位置傳感器的霍爾傳感器芯片分為開(kāi)關(guān)型和鎖定型兩種。對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)電機(jī)，這兩種霍爾傳感器芯片都可以用來(lái)精確測(cè)量轉(zhuǎn)子磁鋼的位置。用這兩種霍爾傳感器芯片制作的直流無(wú)刷電機(jī)的性能，包括電機(jī)的輸出功率、效率和轉(zhuǎn)矩等沒(méi)有任何差別，并可以兼容相同的電機(jī)控制器。

FESTO位置傳感器的應(yīng)用，降低電機(jī)運(yùn)行的噪音、提高電機(jī)的壽命與性能，同時(shí)達(dá)到降低耗能的效果。FESTO位置傳感器的應(yīng)用無(wú)疑給電機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力。

曲軸與凸輪軸

曲軸FESTO位置傳感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)又稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，其功用是采集曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸入電子控制單元(ECu)，以便確定點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻。

凸輪軸FESTO位置傳感器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱(chēng)為氣缸識(shí)別傳感器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，為了區(qū)別于曲軸FESTO位置傳感器(CPS)，凸輪軸FESTO位置傳感器一般都用CIS表示。凸輪軸FESTO位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號(hào)，并輸入ECU，以便ECU識(shí)別氣缸1壓縮上止點(diǎn)，從而進(jìn)行順序噴油控制、點(diǎn)火時(shí)刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號(hào)還用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)識(shí)別出第一次點(diǎn)火時(shí)刻。因?yàn)橥馆嗇SFESTO位置傳感器能夠識(shí)別哪一個(gè)氣缸活塞即將到達(dá)上止點(diǎn)，所以稱(chēng)為氣缸識(shí)別傳感器。

光電式曲軸與凸輪軸FESTO位置傳感器

(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

日產(chǎn)公司生產(chǎn)的光電式曲軸與凸輪軸FESTO位置傳感器是由分電器改進(jìn)而成的，主要由信號(hào)盤(pán)(即信號(hào)轉(zhuǎn)子)、信號(hào)發(fā)生器、配電器、傳感器殼體和線(xiàn)束插頭等組成。

信號(hào)盤(pán)是傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)子，壓裝在傳感器軸上，如圖2-22所示。在靠近信號(hào)盤(pán)的邊緣位置制作有均勻間隔弧度的內(nèi)、外兩圈透光孔。其中，外圈制作有360個(gè)透光孔(縫隙)，間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，用于產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速信號(hào)；內(nèi)圈制作有6個(gè)透光孔(長(zhǎng)方形孑L)，間隔弧度為60。，用于產(chǎn)生各個(gè)氣缸的上止點(diǎn)信號(hào)，其中有一個(gè)長(zhǎng)方形的寬邊稍長(zhǎng)，用于產(chǎn)生氣缸1的上止點(diǎn)信號(hào)。

信號(hào)發(fā)生器固定在傳感器殼體上，它由Ne信號(hào)(轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào))發(fā)生器、G信號(hào)(上止點(diǎn)信號(hào))發(fā)生器以及信號(hào)處理電路組成。Ne信號(hào)與G信號(hào)發(fā)生器均由一個(gè)發(fā)光二極管(LED)和一個(gè)光敏晶體管(或光敏二極管)組成，兩個(gè)LED分別正對(duì)著兩個(gè)光敏晶體管。

(2)工作原理

光電式傳感器的工作原理如圖2-22所示。信號(hào)盤(pán)安裝在發(fā)光二極管(LED)與光敏晶體管(或光敏二極管)之間。當(dāng)信號(hào)盤(pán)上的透光孔旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時(shí)，LED發(fā)出的光線(xiàn)就會(huì)照射到光敏晶體管上，此時(shí)光敏晶體管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當(dāng)信號(hào)盤(pán)上的遮光部分旋轉(zhuǎn)到LED與光敏晶體管之間時(shí)，LED發(fā)出的光線(xiàn)就不能照射到光敏晶體管上，此時(shí)光敏晶體管截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。

如果信號(hào)盤(pán)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，透光孔和遮光部分就會(huì)交替地轉(zhuǎn)過(guò)LED而透光或遮光，光敏晶體管集電極就會(huì)交替地輸出高電平和低電平。當(dāng)傳感器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)盤(pán)上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏晶體管之間轉(zhuǎn)過(guò)，LED發(fā)出的光線(xiàn)受信號(hào)盤(pán)透光和遮光作用就會(huì)交替照射到信號(hào)發(fā)生器的光敏晶體管上，信號(hào)傳感器中就會(huì)產(chǎn)生與曲軸位置和凸輪軸位置對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。

由于曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，傳感器軸帶動(dòng)信號(hào)盤(pán)旋轉(zhuǎn)一圈，因此，G信號(hào)傳感器將產(chǎn)生6個(gè)脈沖信號(hào)。Ne信號(hào)傳感器將產(chǎn)生360個(gè)脈沖信號(hào)。因?yàn)镚信號(hào)透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉(zhuǎn)120。就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，所以通常G信號(hào)稱(chēng)為120。信號(hào)。設(shè)計(jì)安裝保證120。信號(hào)在上止點(diǎn)前70。(BTDC70。)時(shí)產(chǎn)生，且長(zhǎng)方形寬邊稍長(zhǎng)的透光孔產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1上止點(diǎn)前70。，以便ECU控制噴油提前角與點(diǎn)火提前角。因?yàn)镹e信號(hào)透光孔間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，所以在每一個(gè)脈沖周期中，高、低電平各占1。曲軸轉(zhuǎn)角，360個(gè)信號(hào)表示曲軸旋轉(zhuǎn)720。。曲軸每旋轉(zhuǎn)120。，G信號(hào)傳感器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，Ne信號(hào)傳感器產(chǎn)生60個(gè)信號(hào)。

磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸FESTO位置傳感器

磁感應(yīng)式傳感器的工作原理如圖2-23所示，磁力線(xiàn)穿過(guò)的路徑為磁鐵N極一定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙一轉(zhuǎn)子凸齒一轉(zhuǎn)子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導(dǎo)磁板一磁鐵S極。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁路中的氣隙就會(huì)周期性地發(fā)生變化，磁路的磁阻和穿過(guò)信號(hào)線(xiàn)圈磁頭的磁通量隨之發(fā)生周期性變化。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，傳感線(xiàn)圈中就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通量φ增多，磁通變化率增大(dφ/dt>0)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為正(E>0)，如圖2-24中曲線(xiàn)abc所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸齒接近磁頭邊緣時(shí)，磁通量φ急劇增多，磁通變化率最大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E最高(E=Emax)，如圖2-24中曲線(xiàn)b點(diǎn)所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)b點(diǎn)位置后，雖然磁通量φ仍在增多，但磁通變化率減小，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E降低。

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到凸齒的中心線(xiàn)與磁頭的中心線(xiàn)對(duì)齊時(shí)(見(jiàn)圖2-24b)，雖然轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量φ最大，但是由于磁通量不可能繼續(xù)增加，磁通變化率為零，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為零，如圖2-24中曲線(xiàn)c點(diǎn)所示。

當(dāng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蚶^續(xù)旋轉(zhuǎn)，凸齒離開(kāi)磁頭時(shí)(見(jiàn)圖2-23c)，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路磁阻增大，磁通量φ減少(dφ/dt< 0)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為負(fù)值，如圖2-24中曲線(xiàn)cda所示。當(dāng)凸齒轉(zhuǎn)到將要離開(kāi)磁頭邊緣時(shí)，磁通量φ急劇減少，磁通變化率達(dá)到負(fù)向最大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E也達(dá)到負(fù)向最大值(E=-Emax)，如圖2-24中曲線(xiàn)上d點(diǎn)所示。

由此可見(jiàn)，信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)凸齒，傳感線(xiàn)圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性交變電動(dòng)勢(shì)，即電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)一次最大值和一次最小值，傳感線(xiàn)圈也就相應(yīng)地輸出一個(gè)交變電壓信號(hào)。磁感應(yīng)式傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電源，磁鐵起著將機(jī)械能變換為電能的作用，其磁能不會(huì)損失。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)子凸齒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度將發(fā)生變化，鐵心中的磁通變化率也將隨之發(fā)生變化。轉(zhuǎn)速越高，磁通變化率就越大，傳感線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就越高。轉(zhuǎn)速不同時(shí)，磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化情況如圖2-24所示。

由于轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙直接影響磁路的磁阻和傳感線(xiàn)圈輸出電壓的高低，因此在使用中，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙不能隨意變動(dòng)。氣隙如有變化，必須按規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，氣隙一般設(shè)計(jì)在0．2～0．4mm范圍內(nèi)。

捷達(dá)、桑塔納轎車(chē)磁感應(yīng)式曲軸FESTO位置傳感器

1)曲軸FESTO位置傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：捷達(dá)AT和GTX、桑塔納2000GSi型轎車(chē)的磁感應(yīng)式曲軸FESTO位置傳感器安裝在曲軸箱內(nèi)靠近離合器一側(cè)的缸體上，主要由信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)轉(zhuǎn)子組成，如圖2-25所示。

信號(hào)發(fā)生器用螺釘固定在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上，由磁鐵、傳感線(xiàn)圈和線(xiàn)束插頭組成。傳感線(xiàn)圈又稱(chēng)為信號(hào)線(xiàn)圈，磁鐵上帶有一個(gè)磁頭，磁頭正對(duì)安裝在曲軸上的齒盤(pán)式信號(hào)轉(zhuǎn)子，磁頭與磁軛(導(dǎo)磁板)連接而構(gòu)成導(dǎo)磁回路。

信號(hào)轉(zhuǎn)子為齒盤(pán)式，在其圓周上均勻間隔地制作有58個(gè)凸齒、57個(gè)小齒缺和一個(gè)大齒缺。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度。所以信號(hào)轉(zhuǎn)子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為360。

2)曲軸FESTO位置傳感器工作情況：當(dāng)曲軸FESTO位置傳感器隨曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知，信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)凸齒，傳感線(xiàn)圈中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性交變電動(dòng)勢(shì)(即電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)一次最大值和一次最小值)，線(xiàn)圈相應(yīng)地輸出一個(gè)交變電壓信號(hào)。因?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)子上設(shè)有一個(gè)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的大齒缺，所以當(dāng)大齒缺轉(zhuǎn)過(guò)磁頭時(shí)，信號(hào)電壓所占的時(shí)間較長(zhǎng)，即輸出信號(hào)為一寬脈沖信號(hào)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度。電子控制單元(ECU)接收到寬脈沖信號(hào)時(shí)，便可知道氣缸1或氣缸4上止點(diǎn)位置即將到來(lái)，至于即將到來(lái)的是氣缸1還是氣缸4，則需根據(jù)凸輪軸FESTO位置傳感器輸入的信號(hào)來(lái)確定。由于信號(hào)轉(zhuǎn)子上有58個(gè)凸齒，因此信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈(發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈)，傳感線(xiàn)圈就會(huì)產(chǎn)生58個(gè)交變電壓信號(hào)輸入電子控制單元。

每當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，傳感線(xiàn)圈就會(huì)向電子控制單元(ECU)輸入58個(gè)脈沖信號(hào)。因此，ECU每接收到曲軸FESTO位置傳感器58個(gè)信號(hào)，就可知道發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)了一圈。如果在1min內(nèi)ECU接收到曲軸FESTO位置傳感器116000個(gè)信號(hào)，ECU便可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速n為2000(n=116000/58=2000)r/rain；如果ECU每分鐘接收到曲軸FESTO位置傳感器290000個(gè)信號(hào)，ECU便可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速為5000(n=290000/58=5000)r/min。依此類(lèi)推，ECU根據(jù)每分鐘接收曲軸FESTO位置傳感器脈沖信號(hào)的數(shù)量，便能計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和負(fù)荷信號(hào)是電子控制系統(tǒng)最重要、最基本的控制信號(hào)，ECU根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)就能計(jì)算出基本噴油提前角(時(shí)間)、基本點(diǎn)火提前角(時(shí)間)和點(diǎn)火導(dǎo)通角(點(diǎn)火線(xiàn)圈一次電流接通時(shí)間)三個(gè)基本控制參數(shù)。

捷達(dá)AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車(chē)磁感應(yīng)式曲軸FESTO位置傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子上大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)，ECU控制噴油時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間是以大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行控制的。當(dāng)ECu接收到大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)后，再根據(jù)小齒缺信號(hào)來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)間、噴油時(shí)間和點(diǎn)火線(xiàn)圈一次電流接通時(shí)間(即導(dǎo)通角)。

豐田計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(1FCCS)采用的磁感應(yīng)式曲軸與凸輪軸FESTO位置傳感器由分電器改進(jìn)而成，由上、下兩部分組成。上部分為檢測(cè)曲軸位置基準(zhǔn)信號(hào)(即氣缸識(shí)別與上止點(diǎn)信號(hào)，稱(chēng)為G信號(hào))發(fā)生器；下部分為曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)(稱(chēng)為Ne信號(hào))發(fā)生器。

a)Ne信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：Ne信號(hào)發(fā)生器安裝在G信號(hào)發(fā)生器的下面，主要由No．2信號(hào)轉(zhuǎn)子、Ne傳感線(xiàn)圈和磁頭組成，如圖2-26a所示。信號(hào)轉(zhuǎn)子固定在傳感器軸上，傳感器軸由配氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，軸的上端套裝分火頭，轉(zhuǎn)子外制有24個(gè)凸齒。傳感線(xiàn)圈及磁頭固定在傳感器殼體內(nèi)，磁頭固定在傳感線(xiàn)圈中。

b)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)的產(chǎn)生原理與控制過(guò)程：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，配氣凸輪軸便驅(qū)動(dòng)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙交替發(fā)生變化，傳感線(xiàn)圈的磁通隨之交替發(fā)生變化，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知，在傳感線(xiàn)圈中就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)，信號(hào)電壓的波形如圖2-26b所示。因?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)子有24個(gè)凸齒，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，傳感線(xiàn)圈就會(huì)產(chǎn)生24個(gè)交變信號(hào)。傳感器軸每轉(zhuǎn)一圈(360。)相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈(720。)，所以一個(gè)交變信號(hào)(即一個(gè)信號(hào)周期)相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)30。(720。÷24=30。)，相當(dāng)于分火頭旋轉(zhuǎn)15。(30?！?=15。)。ECU每接收Ne信號(hào)發(fā)生器24個(gè)信號(hào)，即可知道曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈、分火頭旋轉(zhuǎn)了一圈。ECU內(nèi)部程序根據(jù)每個(gè)Ne信號(hào)周期所占時(shí)間，即可計(jì)算確定發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速和分火頭轉(zhuǎn)速。為了精確控制點(diǎn)火提前角和噴油提前角，還需將每個(gè)信號(hào)周期所占的曲軸轉(zhuǎn)角(30。角)分得更小。微機(jī)完成這一工作十分方便，由分頻器將每個(gè)Ne信號(hào)(曲軸轉(zhuǎn)角30。)等分成30個(gè)脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖信號(hào)就相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角1。(30?！?0=1。)。如將每個(gè)Ne信號(hào)等分成60個(gè)脈沖信號(hào)，則每個(gè)脈沖信號(hào)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角0．5。(30?！?0=0．5。)。具體設(shè)定由轉(zhuǎn)角精度要求和程序設(shè)計(jì)確定。

c)G信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：G信號(hào)發(fā)生器用來(lái)檢測(cè)活塞上止點(diǎn)位置與判別是哪一個(gè)氣缸即將到達(dá)上止點(diǎn)位置等基準(zhǔn)信號(hào)。故G信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)為氣缸識(shí)別與上止點(diǎn)信號(hào)發(fā)生器或基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。G信號(hào)發(fā)生器由信號(hào)轉(zhuǎn)子、傳感線(xiàn)圈G1、G2和磁頭等組成。信號(hào)轉(zhuǎn)子帶有兩個(gè)凸緣，固定在傳感器軸上。傳感線(xiàn)圈G1、G2相隔180。安裝，G1線(xiàn)圈產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)第六缸壓縮上止點(diǎn)。、G2線(xiàn)圈產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)第一缸壓縮上止點(diǎn)前l(fā)O。。

d)氣缸識(shí)別與上止點(diǎn)信號(hào)的產(chǎn)生原理與控制過(guò)程：G信號(hào)發(fā)生器的工作原理與Ne信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)的原理相同。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸驅(qū)動(dòng)傳感器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，G信號(hào)轉(zhuǎn)子(信號(hào)轉(zhuǎn)子)的凸緣便交替經(jīng)過(guò)傳感線(xiàn)圈的磁頭，轉(zhuǎn)子凸緣與磁頭之間的氣隙交替發(fā)生變化，在傳感線(xiàn)圈Gl、G2中就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線(xiàn)圈G1的磁頭時(shí)，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此傳感線(xiàn)圈G1中產(chǎn)生正向脈沖信號(hào)，稱(chēng)為G1信號(hào)；當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分接近傳感線(xiàn)圈G2時(shí)，由于凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此傳感線(xiàn)圈G2中也產(chǎn)生正向脈沖信號(hào)，稱(chēng)為G2信號(hào)。當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分經(jīng)過(guò)G1、G2的磁頭時(shí)，由于凸緣與磁頭之間的氣隙不變、磁通量不變、磁通變化率為零，因此傳感線(xiàn)圈G1、G2中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為零。當(dāng)G信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸緣部分離開(kāi)G1、G2的磁頭時(shí)，由于凸緣與磁頭之間的氣隙增大、磁通量減小、磁通變化率為負(fù)，因此傳感線(xiàn)圈G1、G2中將感應(yīng)產(chǎn)生負(fù)向交變電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。傳感器每轉(zhuǎn)一圈(360。)相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720。)，因?yàn)閭鞲芯€(xiàn)圈G1、G2相隔180。安裝，所以G1、G2中各產(chǎn)生一個(gè)正向脈沖信號(hào)。其中G1信號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)第六缸，用來(lái)檢測(cè)第六缸上止點(diǎn)的位置；G2信號(hào)對(duì)應(yīng)于第一缸，用來(lái)檢測(cè)第一缸上止點(diǎn)的位置。電子控制單元檢測(cè)的對(duì)應(yīng)位置實(shí)際上是G轉(zhuǎn)子凸緣的前端接近并與傳感線(xiàn)圈G1、G2的磁頭對(duì)齊時(shí)刻(此時(shí)磁通量最大、信號(hào)電壓為零)的位置，該位置對(duì)應(yīng)于活塞壓縮上止點(diǎn)。(BT-DCl0。)位置。

霍爾式曲軸與凸輪軸FESTO位置傳感器

(1)霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理

霍爾式曲軸與凸輪軸FESTO位置傳感器及其他形式的霍爾式傳感器都是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的傳感器。

1)霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)(Hall Effect)是美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)物理學(xué)家霍爾博士(Dr．E．H．Hall)于1879年首先發(fā)現(xiàn)的。他發(fā)現(xiàn)把一個(gè)通有電流I的長(zhǎng)方體形白金導(dǎo)體垂直于磁力線(xiàn)放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中時(shí)(見(jiàn)圖2-27)，在白金導(dǎo)體的兩個(gè)橫向側(cè)面上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向的電壓UH，當(dāng)取消磁場(chǎng)時(shí)，電壓立即消失。該電壓后來(lái)稱(chēng)為霍爾電壓，UH與通過(guò)白金導(dǎo)體的電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，即(見(jiàn)下頁(yè)）

利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱(chēng)為霍爾元件，利用霍爾元件制成的傳感器稱(chēng)為霍爾式傳感器。利用霍爾效應(yīng)不僅可以通過(guò)接通和切斷磁場(chǎng)來(lái)檢測(cè)電壓，而且可以檢測(cè)導(dǎo)線(xiàn)中流過(guò)的電流，因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)弱與流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電流成正比關(guān)系。20世紀(jì)80年代以來(lái)，汽車(chē)上應(yīng)用的霍爾式傳感器與日劇增，主要原因在于霍爾式傳感器有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：一是輸出電壓信號(hào)近似于方波信號(hào)；二是輸出電壓高低與被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)?；魻柺絺鞲衅髋c磁感應(yīng)式傳感器不同的是需要外加電源。

2)霍爾式傳感器基本結(jié)構(gòu)：霍爾式傳感器主要由觸發(fā)葉輪、霍爾集成電路、導(dǎo)磁鋼片(磁軛)與磁鐵等組成。觸發(fā)葉輪安裝在轉(zhuǎn)子軸上，葉輪上制有葉片(在霍爾式點(diǎn)火系統(tǒng)中，葉片數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相等)。當(dāng)觸發(fā)葉輪隨轉(zhuǎn)子軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片便在霍爾集成電路與磁鐵之間轉(zhuǎn)動(dòng)?；魻柤呻娐酚苫魻栐⒎糯箅娐?、穩(wěn)壓電路、溫度補(bǔ)償電路、信號(hào)變換電路和輸出電路等組成。

3)霍爾式傳感器工作原理：當(dāng)傳感器軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，觸發(fā)葉輪的葉片便從霍爾集成電路與磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過(guò)：當(dāng)葉片離開(kāi)氣隙時(shí)，磁鐵的磁通便經(jīng)霍爾集成電路和導(dǎo)磁鋼片構(gòu)成回路，此時(shí)霍爾元件產(chǎn)生電壓(UH=1．9～2．0V)，霍爾集成電路輸出級(jí)的晶體管導(dǎo)通，傳感器輸出的信號(hào)電壓U0為低電平(實(shí)測(cè)表明：當(dāng)電源電壓Ucc=14．4V或5V時(shí)，信號(hào)電壓U0=0．1～0．3 V)。

當(dāng)葉片進(jìn)入氣隙時(shí)，霍爾集成電路中的磁場(chǎng)被葉片旁路，霍爾電壓UH為零，集成電路輸出級(jí)的晶體管截止，傳感器輸出的信號(hào)電壓U0為高電平(實(shí)測(cè)表明：當(dāng)電源電壓Ucc=14．4V時(shí)，信號(hào)電壓U0=9．8 V；當(dāng)電源電壓Ucc=5V時(shí)，信號(hào)電壓U0=4．8 V)。