CN103954799A - 磁转速传感器自检装置、系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁转速传感器自检装置、系统及其方法，装置包括信号处理单元，以及与信号处理单元相连的磁敏感器件，磁敏感器件用于感应来自外部的测速齿轮随被测物体旋转时产生的交变磁场。自检装置还包括设置在磁敏感器件相对上部的线圈，当被测物体静止时，向线圈加入交变的电信号，交变的电信号在磁敏感器件的相对上部产生交变的磁场，该交变的磁场驱动磁敏感器件向信号处理单元输出速度信号，通过检测该速度信号来判断磁转速传感器是否正常。本发明无需被测物体运动，就能够解决在静态条件下对磁转速传感器的性能进行自检的技术问题，适用范围广泛、检测简单准确。

Description

磁转速传感器自检装置、系统及其方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其是涉及一种用于计算运动物体速度及加速度的磁转速传感器的自检装置、系统及其方法，可以被广泛地应用于如机车的列控系统、制动系统、牵引系统，汽车ABS系统等各类系统中。

背景技术

磁转速传感器是一类通过感应磁场变化来输出与转速相关的电信号的传感器，它包括如：磁电转速传感器、霍尔转速传感器、巨磁阻转速传感器等。磁转速传感器通常因为用于计算运动物体的速度及加速度而被广泛地应用于如：机车的列控系统、制动系统、牵引系统，汽车的ABS系统等各类系统中。因为这类系统往往是与安全直接相关联的，所以如果系统在正式工作前能进行自我检测，则能够大大的提高系统的安全性。因此，转速传感器作为这些系统的关键部件能否进行可靠的自检就显得尤为重要。而现有转速传感器的自检方式是先让被测物体运动起来，然后通过系统检测转速传感器的输出信号来判断传感器的工作状态正常与否。目前，用于转速测量的霍尔转速传感器、磁电转速传感器、巨磁阻传感器等磁类传感器都无法在静态下实现传感器性能的检测。

如附图1所示，现有技术中的磁转速传感器测速系统一般包括：信号处理单元1、磁敏感器件4和测速齿轮5，在测速齿轮5的磁顶10的部位设置有磁铁2。磁转速传感器则通常包括信号处理单元1和磁敏感器件4。磁敏感器件4处在一个磁场中，当测速齿轮5随被测物体旋转时，设置在测速齿轮5的磁顶10部位的磁铁2交替通过磁敏感器件4，从而在磁敏感器件4的周围产生一个交变的磁场。磁敏感器件4通过感应该交变的磁场变化从而产生交变的电信号，通过检测这个交变的电信号的频率就可以计算出测速齿轮5的转速，从而计算出被测物体的运动速度。而传统的磁转速传感器只有在测速齿轮5转动时才有信号输出，一旦被测物体处于静止状态时，磁转速传感器无速度信号输出也就无法检测磁转速传感器的磁敏感器件4、信号处理单元1以及磁转速传感器与上位机连接的好坏。

因此，现有磁转速传感器的自检方式主要存在两个技术缺陷：

(1)现有检测系统要对磁转速传感器进行自检就必须让先使被测物体运动起来，无法实现被测物体在静止条件下的自检；

(2)现有检测系统没有一个标准值来判断磁转速传感器的输出频率是否准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁转速传感器自检装置、系统及其方法，能够解决在静态条件下对磁转速传感器性能进行自检的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种磁转速传感器自检装置的技术实现方案，一种磁转速传感器自检装置，包括信号处理单元，以及与所述信号处理单元相连的磁敏感器件，所述磁敏感器件用于感应来自外部的测速齿轮随被测物体旋转时产生的交变磁场。所述自检装置还包括设置在所述磁敏感器件相对上部的线圈，当所述被测物体静止时，向所述线圈加入交变的电信号，所述交变的电信号在所述磁敏感器件的相对上部产生交变的磁场，所述交变的磁场驱动所述磁敏感器件向所述信号处理单元输出速度信号，通过检测所述速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

优选的，所述磁敏感器件通过感应来自外部的安装在所述测速齿轮上的磁铁产生的交变磁场来检测被测物体的旋转速度。

优选的，所述自检装置还包括设置在所述线圈相对上部的磁铁，所述测速齿轮采用导磁材料；当所述被测物体运动时，所述测速齿轮的磁顶和磁谷交替通过所述磁敏感器件，从而在所述磁敏感器件的周围产生交变的磁场。

优选的，所述自检装置还包括电缆线、外罩和定位块。所述线圈缠绕在所述定位块的外部，所述线圈和定位块设置在所述外罩的内部。所述线圈还包括铁芯，所述磁铁、铁芯和磁敏感器件从上至下设置在所述定位块中。用于连接所述磁敏感器件的电缆线穿过所述定位块、外罩后与所述信号处理单元相连。用于连接所述线圈的电缆线穿过所述定位块、外罩后与自检信号端相连。

优选的，所述磁敏感器件向所述信号处理单元输出速度信号的频率与向所述线圈加入交变的电信号的频率相等。

优选的，当所述被测物体静止时，向所述线圈加入交变的电信号为正弦信号或余弦信号。

本发明还另外具体提供了一种基于上述磁转速传感器自检装置的磁转速传感器自检系统的技术实现方案，一种磁转速传感器自检系统，包括：上位机、如上所述的磁转速传感器自检装置，以及测速齿轮。所述上位机为所述信号处理单元、磁敏感器件提供工作电源，并向所述线圈提供交变的电信号。当所述被测物体运动时，所述测速齿轮发生转动，所述磁敏感器件将感应到的随所述测速齿轮转动变化的脉冲信号传输至所述信号处理单元进行放大、整形处理后输出至所述上位机。当所述被测物体静止时，所述测速齿轮静止，所述上位机向所述线圈输出交变的电信号，所述交变的电信号通过所述线圈产生交变的磁场，所述磁敏感器件将感应到的交变的磁场转换成速度信号，并将所述速度信号输出至所述信号处理单元进行放大、整形处理后输出至所述上位机，所述上位机通过检测所述速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

本发明还另外具体提供了一种磁转速传感器自检方法的技术实现方案，一种磁转速传感器自检方法，包括以下步骤：

当所述被测物体运动时，所述测速齿轮发生转动，所述磁敏感器件将感应到的随所述测速齿轮转动变化的脉冲信号传输至所述信号处理单元进行放大、整形处理后输出至所述上位机；

当所述被测物体静止时，所述测速齿轮静止，所述上位机向所述线圈输出交变的电信号，所述交变的电信号通过所述线圈产生交变的磁场，所述磁敏感器件将感应到的交变的磁场转换成速度信号，并将所述速度信号输出至所述信号处理单元进行放大、整形处理后输出至所述上位机，所述上位机通过检测所述速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

优选的，在所述线圈的相对上部设置磁铁，所述测速齿轮采用导磁材料。当所述被测物体运动时，所述测速齿轮的磁顶和磁谷交替通过所述磁敏感器件，从而在所述磁敏感器件的周围产生交变的磁场。

优选的，所述磁敏感器件向所述信号处理单元输出速度信号的频率与向所述线圈加入交变的电信号的频率相等。

通过实施上述本发明提供的磁转速传感器自检装置、系统及其方法，具有如下技术效果：

(1)本发明无需被测物体运动，在静态条件下即可完成各项指标的测试，从而检测出磁转速传感器工作正常与否；

(2)本发明的自检信号是由上位机发出，也就是说自检时即可以确切地知道磁转速传感器应该输出的速度信号的频率，从而可以准确地检测出磁转速传感器的输出频率是否准确；

(2)本发明通过提供的一个特定频率的交变信号，从而输出频率与其相一致的转速信号来判断磁转速传感器是否正常，因为自检是基于磁转速传感器的工作原理，所以自检的结果真实可信。同时，由于自检信号是自主产生，因此系统可以确切地判断出磁转速传感器的输出频率是否正确，本发明适用范围广泛、检测简单准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术磁转速传感器的结构原理框图；

图2是本发明磁转速传感器自检装置一种具体实施方式的系统结构示意图；

图3是本发明磁转速传感器自检装置一种具体实施方式的结构原理示意图；

图4是本发明磁转速传感器自检装置一种具体实施方式中定位块的结构示意图；

图中：1-信号处理单元，2-磁铁，3-线圈，4-磁敏感器件，5-测速齿轮，6-电缆线，7-外罩，8-铁芯，9-定位块，10-磁顶，11-磁谷。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图2至附图4所示，给出了本发明磁转速传感器自检装置、系统及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

目前，在现有技术中，用于转速测量的霍尔转速传感器、磁电转速传感器、巨磁阻传感器等磁类传感器都无法在静态下实现对传感器性能的检测。为了解决这一问题，本发明具体实施例提出了一种在静态条件下对磁转速传感器性能进行自检的装置、系统及其方法的技术方案。

如附图2所示，一种磁转速传感器自检装置的具体实施例，包括信号处理单元1，以及与信号处理单元1相连的磁敏感器件4，磁敏感器件4用于感应来自外部的测速齿轮5随被测物体旋转时产生的交变磁场。自检装置还包括设置在磁敏感器件4相对上部的线圈3。当被测物体静止时，向线圈3加入一个用于自检的交变的电信号，交变的电信号在磁敏感器件4的相对上部产生交变的磁场，交变的磁场驱动磁敏感器件4向信号处理单元1输出速度信号，通过检测速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

作为本发明装置一种典型的具体实施例，向线圈3加入的交变的电信号可以是正弦信号或余弦信号等交变的电信号，交变的电信号也可以是其它交变的电信号。此时，磁敏感器件4向信号处理单元1输出速度信号的频率与向线圈3加入交变的电信号的频率相等。

根据磁转速传感器的工作原理，只要在磁敏感器件4的周围产生强度足够的交变磁场，磁敏感器件4就能够输出相应的速度信号。本发明具体实施例根据这一原理，在磁敏感器件4的相对上部加入一个线圈3，并向线圈3加入交变的电信号后，根据电磁感应定理，在垂直于线圈3的方向将产生一个交变的磁场，这个交变的磁场将驱动磁敏感器件4产生相应的速度信号。因此当被测物体处于静止状态时，只要向线圈3加入一个交变的电信号就能得到频率与电信号频率相等的速度信号，通过检测这个速度信号的相应指标(如：信号频率、相位或幅值等)就可以判断转速传感器是否正常。

作为本发明装置一种典型的具体实施例，磁敏感器件4进一步采用霍尔转速传感器。磁敏感器件4进一步由上位机提供4.5～24V直流电源，上位机同时与信号处理单元1相连。

作为本发明装置一种较佳的具体实施例，如附图2所示，自检装置还进一步包括设置在线圈3相对上部的磁铁2，测速齿轮5采用低碳钢导磁材料。当被测物体运动时，测速齿轮5的磁顶10和磁谷11交替通过磁敏感器件4，从而在磁敏感器件4的周围产生交变的磁场。这种方式不仅省去了必须在每个测速齿轮5的磁顶10设置磁铁的复杂操作过程，而且通过磁铁2与采用低碳钢导磁材料的测速齿轮5相配合，使得在磁敏感器件4的周围产生的交变的磁场更加稳定准确，且不易受到环境干扰。同时，交变的磁场的变化频率完全由测速齿轮5的磁顶10和磁谷11，即由测速齿轮5的齿数来决定，可以实现更加精确的速度测量。

作为本发明装置的另一种具体实施例，在测速齿轮5的磁顶10部位安装有磁铁2。磁敏感器件4通过感应来自外部的安装在测速齿轮5上的磁铁2产生的交变磁场来检测被测物体的旋转速度。

作为本发明装置一种典型的具体实施例，如附图3所示，自检装置还进一步包括电缆线6、外罩7和定位块9，线圈3缠绕在定位块9的外部，线圈3和定位块9设置在外罩7的内部。线圈3还包括铁芯8，磁铁2、铁芯8和磁敏感器件4从上至下设置在定位块9中。用于连接磁敏感器件4的电缆线6穿过定位块9、外罩7后与信号处理单元1相连，用于连接线圈3的电缆线6穿过定位块9、外罩7后与自检信号端相连。如附图4所示，定位块9不仅用于安装和固定磁铁2、铁芯8和磁敏感器件4的位置，同时还作为线圈3的安装骨架。

如附图2所示，一种基于上述磁转速传感器自检装置的转速传感器自检系统的具体实施例，包括：上位机、上述磁转速传感器自检装置，以及测速齿轮5。上位机为信号处理单元1、磁敏感器件4提供工作电源，并向线圈3提供交变的电信号。当被测物体运动时，测速齿轮5发生转动，磁敏感器件4将感应到的随测速齿轮5转动变化的脉冲信号传输至信号处理单元1进行放大、整形处理后输出至上位机。当被测物体静止时，测速齿轮5静止，上位机向线圈3输出交变的电信号，交变的电信号通过线圈3产生交变的磁场，磁敏感器件4将感应到的交变的磁场转换成速度信号，并将速度信号输出至信号处理单元1进行放大、整形处理后输出至上位机，上位机通过检测该速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

本发明具体实施例描述的磁转速传感器自检系统技术方案通过加入线圈3，并向线圈3加入用于自检的交变的电信号，在磁敏感器件4的相对上部产生交变的磁场，再由磁敏感器件4产生速度信号，通过检测该速度信号，可以实现在被测物体处于静态条件下，判断出磁敏感器件4、信号处理单元1，再到上位机的各个部件，以及整个速度检测链路的工作是否正常。

一种磁转速传感器自检方法的具体实施例，包括以下步骤：

当被测物体运动时，测速齿轮5发生转动，磁敏感器件4将感应到的随测速齿轮5转动变化的脉冲信号传输至信号处理单元1进行放大、整形处理后输出至上位机；

当被测物体静止时，测速齿轮5静止，上位机向线圈3输出交变的电信号，交变的电信号通过线圈3产生交变的磁场，磁敏感器件4将感应到的交变的磁场转换成速度信号，并将速度信号输出至信号处理单元1进行放大、整形处理后输出至上位机，上位机通过检测该速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

作为本发明一种较佳的具体实施例，在线圈3的相对上部设置磁铁2，测速齿轮5采用导磁材料。当被测物体运动时，测速齿轮5的磁顶10和磁谷11交替通过磁敏感器件4，从而在磁敏感器件4的周围产生交变的磁场。

作为本发明一种典型的具体实施例，磁敏感器件4向信号处理单元1输出速度信号的频率与向线圈3加入交变的电信号的频率相等。

本发明具体实施例描述的磁转速传感器自检装置、系统及其方法根据磁转速传感器的工作原理，提出了一种可以在静态下检测磁转速传感器工作是否正常的技术方案。该方案不需要被测物体运动，在静态下即可完成各项指标的检测，同时因为自检信号是由上位机发出，所以在自检时可以确切地知道磁转速传感器实际应当输出的速度信号的频率，从而可以准确地检测出磁转速传感器的输出频率是否准确。同时，本发明具体实施例还提出了一种将在静态条件下实现自检，在运动条件下实现测速两种功能进行充分有机融合的结构，定位块9不仅实现了磁铁2、铁芯8和磁敏感器件4的安装定位功能，同时还作为线圈3的安装骨架，用于缠绕线圈。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种磁转速传感器自检装置，包括信号处理单元(1)，以及与所述信号处理单元(1)相连的磁敏感器件(4)，所述磁敏感器件(4)用于感应来自外部的测速齿轮(5)随被测物体旋转时产生的交变磁场，其特征在于：所述自检装置还包括设置在所述磁敏感器件(4)相对上部的线圈(3)；当所述被测物体静止时，向所述线圈(3)加入交变的电信号，所述交变的电信号在所述磁敏感器件(4)的相对上部产生交变的磁场，所述交变的磁场驱动所述磁敏感器件(4)向所述信号处理单元(1)输出速度信号，通过检测所述速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

2.根据权利要求1所述的一种磁转速传感器自检装置，其特征在于：所述磁敏感器件(4)通过感应来自外部的安装在所述测速齿轮(5)上的磁铁(2)产生的交变磁场来检测被测物体的旋转速度。

3.根据权利要求1所述的一种磁转速传感器自检装置，其特征在于：所述自检装置还包括设置在所述线圈(3)相对上部的磁铁(2)，所述测速齿轮(5)采用导磁材料；当所述被测物体运动时，所述测速齿轮(5)的磁顶(10)和磁谷(11)交替通过所述磁敏感器件(4)，从而在所述磁敏感器件(4)的周围产生交变的磁场。

4.根据权利要求3所述的一种磁转速传感器自检装置，其特征在于：所述自检装置还包括电缆线(6)、外罩(7)和定位块(9)，所述线圈(3)缠绕在所述定位块(9)的外部，所述线圈(3)和定位块(9)设置在所述外罩(7)的内部，所述线圈(3)还包括铁芯(8)，所述磁铁(2)、铁芯(8)和磁敏感器件(4)从上至下设置在所述定位块(9)中；用于连接所述磁敏感器件(4)的电缆线(6)穿过所述定位块(9)、外罩(7)后与所述信号处理单元(1)相连，用于连接所述线圈(3)的电缆线(6)穿过所述定位块(9)、外罩(7)后与自检信号端相连。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种磁转速传感器自检装置，其特征在于：所述磁敏感器件(4)向所述信号处理单元(1)输出速度信号的频率与向所述线圈(3)加入交变的电信号的频率相等。

6.根据权利要求5所述的一种磁转速传感器自检装置，其特征在于：当所述被测物体静止时，向所述线圈(3)加入交变的电信号为正弦信号或余弦信号。

7.一种磁转速传感器自检系统，其特征在于，包括：上位机、如权利要求1至6中任一权利要求所述的磁转速传感器自检装置，以及测速齿轮(5)，所述上位机为所述信号处理单元(1)、磁敏感器件(4)提供工作电源，并向所述线圈(3)提供交变的电信号；当所述被测物体运动时，所述测速齿轮(5)发生转动，所述磁敏感器件(4)将感应到的随所述测速齿轮(5)转动变化的脉冲信号传输至所述信号处理单元(1)进行放大、整形处理后输出至所述上位机；当所述被测物体静止时，所述测速齿轮(5)静止，所述上位机向所述线圈(3)输出交变的电信号，所述交变的电信号通过所述线圈(3)产生交变的磁场，所述磁敏感器件(4)将感应到的交变的磁场转换成速度信号，并将所述速度信号输出至所述信号处理单元(1)进行放大、整形处理后输出至所述上位机，所述上位机通过检测所述速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

8.一种磁转速传感器自检方法，其特征在于，包括以下步骤：

当所述被测物体运动时，所述测速齿轮(5)发生转动，所述磁敏感器件(4)将感应到的随所述测速齿轮(5)转动变化的脉冲信号传输至所述信号处理单元(1)进行放大、整形处理后输出至所述上位机；

当所述被测物体静止时，所述测速齿轮(5)静止，所述上位机向所述线圈(3)输出交变的电信号，所述交变的电信号通过所述线圈(3)产生交变的磁场，所述磁敏感器件(4)将感应到的交变的磁场转换成速度信号，并将所述速度信号输出至所述信号处理单元(1)进行放大、整形处理后输出至所述上位机，所述上位机通过检测所述速度信号来判断磁转速传感器是否正常。

9.根据权利要求8所述的一种磁转速传感器自检方法，其特征在于：在所述线圈(3)的相对上部设置磁铁(2)，所述测速齿轮(5)采用导磁材料；当所述被测物体运动时，所述测速齿轮(5)的磁顶(10)和磁谷(11)交替通过所述磁敏感器件(4)，从而在所述磁敏感器件(4)的周围产生交变的磁场。

10.根据权利要求8或9所述的一种磁转速传感器自检方法，其特征在于：所述磁敏感器件(4)向所述信号处理单元(1)输出速度信号的频率与向所述线圈(3)加入交变的电信号的频率相等。