CN105164539B - 速度传感器 - Google Patents
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Abstract
一种速度传感器(1)，包括具有第一磁探测器(30)的第一磁传感器(3)，第一磁探测器(30)被连接到用于将输出模拟信号转换成数字信号的电子电路。来自于第一磁探测器(30)的输出电压的上和下阈值，相对于该模拟信号的上和下峰值自调节，超过该阈值时，第一模拟信号被转换成第一数字信号，且第一基础磁铁(31)的南极(S)接合第一磁探测器(30)。第二磁传感器(4)，具有第二磁探测器(40)，第二磁探测器(40)被连接到用于将它的输出第二模拟信号转换成第二数字信号的电子电路。来自于第二磁探测器(40)的输出电压的上和下阈值，相对于该模拟信号的上和下峰值自调节，超过该阈值时，第二模拟信号被转换成第二数字信号，且与第一基础磁铁平行但有相反取向布置的第二基础磁铁(41)的北极(N)接合第二磁探测器(40)。两个磁探测器(30和40)的轴(03和04)之间的距离(D)等于或小于所感测的齿轮(20)的齿(201)的宽度(W)或所感测的盘的磁性标记的宽度。该传感器被如此布置，以使得外部干扰磁场将仅仅使磁探测器中的一个超出它的灵敏度的范围，以致它将停止输出信号。另一个传感器会继续工作，且它的输出信号仍旧会正确地表示齿轮的速度。
Description
技术领域
本发明涉及速度传感器，尤其用于行车记录仪，其不受外部干扰磁场的影响。这种速度传感器例如可避免干扰行车记录仪的记录。
背景技术
行车记录仪从速度传感器接收数字信号，该行车记录仪(tachograph)例如依据时间，用图表记录车辆驾驶的历史，诸如车速、驾驶时间和中途停留。速度传感器通常被定位在车辆变速箱中，并扫描变速箱的输出轴上的齿轮的速度。典型地，使用具有霍尔探测器的速度传感器。霍尔探测器以从约0.5至2mm的距离紧靠齿轮的边缘放置。在驾驶期间，所述齿轮与车速成正比旋转，且总是在齿轮齿经过霍尔传感器前面时，霍尔传感器的基础磁铁的磁力线被会聚于霍尔探测器的中心，因此使得霍尔探测器输出电压增加。相反地，当齿轮的齿之间的齿隙经过霍尔传感器前面时，磁力线被稀释且磁场强度降低，这导致霍尔探测器的输出电压下降。来自于霍尔探测器的输出电压信号是模拟的，且在霍尔传感器的电子电路中，该模拟信号被转换成数字信号，该数字信号进入行车记录仪，在那里，信号被处理以示出车辆驾驶历史的图表的或其它的记录。在扫描旋转的齿轮时大体上具有正弦特征的模拟信号，仅仅在超过来自于霍尔传感器的输出电压的预定的上和下阈值时被转换为数字信号，该输出信号为霍尔传感器中心处的磁场强度的函数。当霍尔传感器的基础磁场受干扰磁场影响时，两个磁场相互干涉，以使得，取决于两个磁铁即干扰磁铁的磁铁和霍尔传感器的磁铁的相互的极性，霍尔探测器中心处的合成磁场的强度增加或降低，该干扰磁场例如通过将具有强干扰磁场的磁铁附连在速度传感器附近的变速箱壳体来生成。结果是，以来自于霍尔探测器的模拟信号形式的输出电压增加或降低，以使得输出电压的预定阈值不再被超过且速度传感器的输出数字信号具有恒定的值，在该输出电压上，模拟信号被转换成数字信号。相应地由于数字信号的任何变化或频率的缺失，即使在车辆移动时，行车记录仪记录了车辆的静止模式。
还已知的是，具有霍尔传感器的速度传感器和模拟信号到数字信号的电子处理相对于模拟信号的上和下峰值是自我调节的，以使得模拟信号到数字信号的转换仅仅在霍尔探测器中心处的磁场强度在霍尔传感器的灵敏度之外时的情况下，即在绝对值大约10mT之下或绝对值大约500mT之上时，是缺失的，其中，超过该上和下阈值使得模拟信号转换成数字信号。相反，当霍尔探测器中心处的磁场强度处于它的灵敏度的范围内时，即，处于约10mT和约500mT之间时，模拟信号总是被转换成数字信号。在这种情形中，相应地霍尔探测器中心处的磁场的力量或强度，由霍尔传感器的磁铁的磁场和紧邻利用霍尔传感器的磁性速度传感器定位的干扰磁铁的磁场之间的干涉来确定，例如，见S2011/0251805A1。
US2012/009000A1公开了一种具有产生两个输出信号的不同灵敏度的两个探测元件的速度传感器，该速度传感器，当探测元件被暴露于互不相同的干扰磁场时，使得具有低灵敏度的探测元件发出对应于实际速度的未失真信号，而具有高灵敏度的探测元件给出不对应于实际速度的失真信号。
US6,271,663B1描述了一种用于探测旋转位置的旋转探测器，包括按角度间隔排列在环绕转子的旋转轴的圆圈上的多个磁阻探测器。探测器的磁铁被安排成使它们的轴被径向设置并且不与磁阻探测器的敏感轴对准，由此，相邻磁铁的极性是相反的。
上述速度传感器的共同的缺点在于，当它们被暴露于外部干扰磁场时，探测器中心处的磁场可被减小或放大到这样的程度，使得它离开霍尔探测器的灵敏度范围，且输出模拟信号丢失。目前，市场上可获得的霍尔传感器响应于从大约10mT至大约500mT灵敏度范围内的磁场强度。
本发明的目的在于提供一种速度传感器，用于测量变速箱内，尤其是机动车辆的变速箱内齿轮的速度，该速度传感器不易受到紧邻速度传感器放置在变速箱的外表面上的可获得的永久磁铁的外部干扰磁场的影响，且其提供关于由这种速度传感器所感测的齿轮或磁性标记的速度的精确和未失真的信息。
发明内容
上面讨论的缺陷和缺点被避免，并通过用于测量安装在变速箱内的齿轮或配备有铁磁标记的轮子的速度的速度传感器实现本发明的目的，该速度传感器具有壳体，该壳体的一端适用于插入并固定到变速箱的通孔中，以便使得该壳体的前表面面对齿轮，由此，在壳体中，安排了具有面对壳体前表面的第一霍尔探测器的第一霍尔传感器，并且第一霍尔探测器被连接到用于将输出模拟信号转换成数字信号的电子电路，由此，来自于第一霍尔探测器的输出电压的上和下阈值相对于模拟信号的上和下峰值是自调节的，超过该阈值时，第一模拟信号被转换成第一数字信号，且由此，第一基础磁铁的南极接合第一霍尔探测器的位于对着壳体前表面处的侧面，与该霍尔探测器的敏感轴对准，作为基本特征包括，在速度传感器的壳体(10)中，安排了包括面对壳体的前表面的第二霍尔探测器的第二霍尔传感器(4)，并且第二霍尔传感器被连接到用于将它的第二输出模拟信号转换成第二数字信号的电子电路，由此，来自于霍尔探测器的输出电压的上和下阈值，相对于模拟信号的上和下峰值是自调节的，超过该阈值时，第二模拟信号被转换成第二数字信号，由此，第二基础磁铁的北极接合第一霍尔探测器的位于对着壳体前表面处的侧面，与该霍尔传感器的敏感轴对准，以便使得两个霍尔探测器的敏感轴互相平行且两个霍尔探测器的轴之间的距离等于或小于所感测的齿轮的齿的宽度或所感测的盘的磁性标记的宽度，以便使得两个霍尔探测器和基本磁铁被安排成使得附连于变速箱外侧面的干扰磁铁减弱在一个霍尔探测器中的磁通量同时增强在另一个霍尔探测器中的磁通量，并且使得至少一个霍尔传感器会在存在干扰磁场的情况下保持工作。
速度传感器的所述安排通过外部干扰磁场，避免了第一和第二霍尔探测器的两个相反取向的基础磁铁的磁场的同时消除或减小，以使得，在最坏的情况下，仅仅来自于两个霍尔磁探测器中的一个基础磁铁的磁场强度是在霍尔探测器的灵敏度范围之外。其它磁探测器，在齿轮旋转时产生具有比只对应于基础磁铁的磁场的那些电压值更高的电压值的模拟信号，该其它磁探测器暴露于它的基础磁铁的磁场并由干扰磁铁的磁场所加强。所述加强的磁场不超过霍尔传感器的灵敏度范围，这是因为目前没有磁铁可获得，该磁铁具有相应的尺寸并能够被附连到变速箱的外表面且能够在变速箱内霍尔探测器被定位的位置处产生超过霍尔探测器的灵敏度极限的磁场强度。
有利的是，如果来自于第一和第二霍尔传感器的第一和第二数字信号，在RS门电路中被统一成单个输出数字信号，该单个输出数字信号的上升门复制先前的第一或第二数字信号的上升门，而该单个输出数字信号的下降门复制先前的第一或第二数字信号的下降门。该安排使得速度传感器能产生提供关于齿轮的速度的信息的单个输出信号。
优选地，速度传感器可配有处理器，用于比较第一和第二数字信号以及用于在检测到所述数字信号之间的偏差时产生报警信号。
该报警信号指示影响速度传感器的企图。
附图说明
根据附图，阐释了本发明的一个实施例，其中单个附图示出了：
图1a为当齿出现在霍尔探测器前时的基础磁铁的磁力线的示意图；
图1b为当齿隙出现在霍尔探测器前时的基础磁铁的磁场线的示意图；
图2a为当齿出现在霍尔探测器前时的基础磁铁和干扰磁铁的描绘的磁场线的示意图，由此干扰磁铁磁性取向与基础磁铁相反；
图2b为当齿隙出现在霍尔探测器前时的基础磁铁和干扰磁铁的描绘的磁场线的示意图，由此干扰磁铁磁性取向与基础磁铁相反；
图3a为当齿出现在霍尔探测器前时的相关基础磁铁和干扰磁铁的描绘的磁场线的示意图，由此干扰磁铁磁性取向与基础磁铁一致；
图3b为当齿隙出现在霍尔探测器前时的基础磁铁和干扰磁铁的描绘的磁力线的示意图，由此干扰磁铁磁性取向与基础磁铁一致；
图4为具有齿轮的磁速度传感器的示意图；
图5为速度传感器中的霍尔传感器的布线图；
图6呈现了示出来自于霍尔传感器和来自于没受干扰磁铁影响的速度传感器的数字输出的曲线图；
图7呈现了示出来自于霍尔传感器和来自于受干扰磁铁的北极影响的速度传感器的数字输出的曲线图；
图8呈现了示出来自于霍尔传感器和来自于受干扰磁铁的南极影响的速度传感器的数字输出的曲线图。
具体实施方式
图1a-3b示出了当齿轮20的齿201位于霍尔探测器30前的时刻以及当齿201之间的齿隙202出现在霍尔探测器30前的时刻的两个时刻的霍尔传感器3的相关基础磁铁31的相应磁场或磁力线的曲线图。示意性阐释的霍尔传感器3包括霍尔探测器30和基础磁铁31，基础磁铁31以其南极S朝向霍尔探测器30取向。如图1a中所示的，当齿201位于霍尔探测器30前面时，基础磁铁31的磁力线以大密度穿过霍尔探测器30的中心，而当齿隙202出现在霍尔探测器30前时，磁力线不穿过霍尔探测器30的中心，参见图1b。
同图1a和1b一样，图2a和2b示出了基础磁铁31的磁力线的曲线图，然而，该磁力线受外部干扰磁铁5的磁场或磁力线的影响，该外部干扰磁铁的北极N朝向齿轮20，即在该意义上，其与霍尔传感器3的基础磁铁31的取向相反。如图2a中所示，当齿201出现在霍尔传感器3前时，相同取向的干扰磁铁5的干扰磁场，在霍尔探测器30的中心处产生较高的磁力线密度，并因此加强了磁场。当齿隙202出现在霍尔探测器30前时，磁力线不会穿过霍尔探测器30的中心。
同图2a和2b一样，图3a和图3b示出了基础磁铁31的磁力线和外部干扰磁铁5的干扰磁场的曲线图，然而，外部干扰磁铁5以其南极S朝向齿轮20取向，即沿与基础磁铁31的取向相同的方向取向。如图3a和3b中显示的，相互排斥的磁场使得，既不在齿201出现在霍尔传感器3前时(图3a)的情况下，也不在齿隙202出现在霍尔传感器3前时(图3b)的情况下，有磁力线穿过霍尔探测器30的中心，即，没有磁场出现在该区域，或者磁场如此弱以致其值在霍尔传感器3的灵敏度范围之外。
如前述显示的，外部干扰磁铁5仅仅在霍尔探测器30的基础磁铁31和干扰磁铁5取向相同时，可使得霍尔探测器30失去作用。相反地，如果该磁铁沿相反方向取向，霍尔探测器30中心处的磁场被加强，其导致分别增强了它的作用并且提高了输出电压。在该构造中，其中磁速度传感器包括具有相应的基础磁铁31和41的两个霍尔传感器3，4，基础磁铁31和41沿相反的方向相互磁性取向，因此，当它们受干扰磁铁5影响时，只有其基础磁铁31，41与干扰磁铁5取向相同这样的霍尔传感器3，4的功能被消除。其它霍尔传感器3，4的功能将不受影响。
图4为根据本发明的速度传感器1的示意图，速度传感器1由圆柱形壳体10组成，例如在其一端配有用于将其固定到变速箱2中的开口的螺纹，齿轮20被安装在该变速箱中，且齿轮20的速度由速度传感器1扫描。齿轮20配有由齿隙202相互间隔的齿201，由此齿201的前表面位于距速度传感器1的前表面大约0.5直到1.5mm的距离处，两个霍尔传感器3和4被安排于速度传感器1中。第一磁铁31通过它的磁性南极S接合第一霍尔探测器30，并且第二磁铁41通过它的磁性北极N接合第二霍尔探测器40。
具有第一磁铁31的第一霍尔传感器3被连接到印刷电路板6的一侧，且具有第二磁铁41的第二霍尔传感器4被连接到印刷电路板6的相反一侧。霍尔传感器3，4中的每一个包括霍尔探测器30，40和电子系统，该电子系统将来自于霍尔探测器30，40的模拟输出信号处理成数字信号300，400。模拟信号电压的上和下阈值，相对于模拟信号的上和下峰值是自调节的，依据该阈值模拟信号被转换成数字信号300，400。例如，通过借助于A/D转换器利用分别来自于模拟信号的最大幅值和最小幅值的固定调节的磁滞现象，将模拟信号转换成数字信号，实现自调节功能。这使得霍尔传感器3，4即使在具有霍尔探测器30，40的中心处的磁通量的最大变化时，也在它们的灵敏度范围内工作。
如图5中所显示，数字信号300出自霍尔传感器3，而数字信号400出自霍尔传感器4。这些信号中的每一个都被提供给处理器6和统一电路7两者。
在统一电路7的电路71和72中，数字信号300和400的上升门和下降门被评估，且在它们在OR电路73和74中组合后，速度传感器1的单个输出信号700随后被形成在RS电路中，该信号进一步被传递给行车记录仪(未示出)。在该行车记录仪中，输出信号700被评估并被传递给记录装置。数字信号300和400被在处理器6中比较，且如果已经确定有差值，报警信号600被产生并被传递给行车记录仪，以便发出信号告知速度传感器已受不利地影响。
第一霍尔探测器30的轴O3位于与第二霍尔探测器40的轴O4平行处，且他们之间的距离R等于或小于齿201的厚度T。因此，一方面，第一和第二霍尔探测器30和40在齿轮20旋转期间同时受齿轮20的相同的齿201控制，且另一方面，附连的干扰磁铁5的外部干扰磁场对第一和第二基础磁铁31和41的基础磁场产生相同程度的影响。
在齿轮20旋转期间，齿201和齿隙202交替地沿着具有霍尔探测器30和40的速度传感器1的前表面通过，并分别影响在两个霍尔探测器30和40中心处的基础磁铁31和41的磁力线的特性和磁场强度。所述强度的变化随后引起来自霍尔探测器30和40的输出电压变化并因此引起输出模拟信号特性上的变化，该模拟信号在霍尔传感器3，4中被转换成数字信号300，400。
如果速度传感器1的霍尔传感器3，4不受外部干扰磁场的影响，那么在齿轮20的旋转期间，在霍尔探测器30和40的中心处发生基础磁场强度的周期性变化，该探测器产生模拟信号，该模拟信号在霍尔传感器3和4的电子装置中被转换成数字信号300和400-参见图6。所述数字信号于是被在RS电路中结合以产生来自于速度传感器1的输出信号700，该速度传感器提供关于齿轮20的速度的信息。
如果强力干扰磁铁5紧邻速度传感器1被附连到变速箱2上，那么它的干扰磁场影响第一霍尔传感器3和第二霍尔传感器4的基础磁铁31和41的基础磁场，使得一个霍尔探测器的一个基础磁场被加强(图2a)，而另一个霍尔探测器的另一个基础磁场整体上被降低、稀释或消除(图3a)。
如图2a、图7中所示的，如果干扰磁铁5通过它的北极N被附连到变速箱2，它的干扰磁场加强第一霍尔传感器3的第一基础磁铁31的基础磁场，并抑制第二霍尔传感器4的第二基础磁铁41的基础磁场。因此，第一霍尔传感器3产生数字信号300并因此记录齿轮2的旋转或完全停止。在这种情形中，第二霍尔探测器40，其本身的基础磁场被抑制，不产生变化的模拟信号，以使得没有变化的数字信号400被从霍尔传感器4传递。从速度传感器1传递的合成数字信号700具有相同的频率和与图6中的合成信号700相同持续时间的位相，并且提供关于齿轮20的速度的未失真的信息。
如图3a、图8所示的，如果干扰磁铁的南极S被附连到变速箱2，它的干扰磁场消除第一霍尔传感器3的第一基础磁铁31的基础磁场并加强第二霍尔传感器4的第二基础磁铁41的基础磁场。因此，第一霍尔探测器30不产生变化的模拟信号，且没有变化的数字信号300被从第一霍尔传感器3传递。在这种情形中，第二霍尔探测器40，其基础磁场被加强，产生变化的模拟信号，以使得第二霍尔传感器4提供变化的数字信号400。必要的是，两个探测器本身的基础磁铁具有相反的磁性取向，以使得任何可能的外部干扰磁场加强来自于霍尔探测器中的一个的磁通量，且使得由两个磁探测器提供的模拟信号在超过自调节阈值时被转换成数字信号，由此它们的值通过可选择的选定磁滞现象而分别比模拟信号的上或下峰值分别低或高。
Claims (3)
1.一种速度传感器(1)，用于测量安装在变速箱(2)内部的齿轮(20)或配备有铁磁标记的轮的速度，该速度传感器(1)具有壳体(10)，该壳体的一端适用于插入并固定到变速箱(2)的通孔，以使壳体(10)的前表面面对着齿轮(20)，由此，在壳体(10)中，安排了具有面对着壳体(10)的前表面的第一霍尔探测器(30)的第一霍尔传感器(3)，并且第一霍尔探测器(30)被连接到用于将输出模拟信号转换成数字信号的电子电路，由此，来自于第一霍尔探测器(30)的输出电压的上和下阈值相对于该模拟信号的上和下峰值是自调节的，超过该上和下阈值时，第一模拟信号被转换成第一数字信号(300)，并且由此，第一基础磁铁(31)的南极(S)接合第一霍尔探测器(30)的位于对着壳体(10)的前表面处的侧面，与第一霍尔探测器(30)的敏感轴(O3)对准，其特征在于，
在速度传感器(1)的壳体(10)中，安排了包括面对着壳体(10)的前表面的第二霍尔探测器(40)的第二霍尔传感器(4)，并且第二霍尔探测器(40)被连接到用于将它的第二模拟信号转换成第二数字信号(400)的电子电路，由此，来自于第二霍尔探测器(40)的输出电压的上和下阈值相对于该模拟信号的上和下峰值是自调节的，超过该上和下阈值时，第二模拟信号被转换成第二数字信号(400)，由此，第二基础磁铁(41)的北极(N)接合第二霍尔探测器(40)的位于对着壳体(10)的前表面处的侧面，与第二霍尔探测器(40)的敏感轴(O4)对准，以使两个霍尔探测器(30，40)的敏感轴(O3，O4)相互平行，且两个霍尔探测器(30和40)的敏感轴(O3和O4)之间的距离(R)等于或小于所感测的齿轮(20)的齿(201)的宽度(W)或所感测的盘的铁磁标记的宽度，以使两个霍尔探测器(30和40)和两个基础磁铁(31，41)被安排成使附连于变速箱(2)外侧的干扰磁铁(5)减弱一个霍尔探测器(30)中的磁通量，同时增强第二霍尔探测器(40)中的磁通量，并且使两个霍尔传感器(3，4)中的至少一个在存在干扰磁场的情况下会保持工作。
2.根据权利要求1的速度传感器(1)，其中，来自于第一和第二霍尔传感器(3和4)的第一和第二数字信号(300和400)，在RS门电路中被统一成一个输出数字信号(700)，该输出数字信号(700)的上升门复制先前的第一或第二数字信号(300和400)的上升门，且该输出数字信号(700)的下降门复制先前的第一或第二数字信号(300和400)的下降门。
3.根据权利要求2的速度传感器(1)，其中，速度传感器(1)配有用于比较第一和第二数字信号(300和400)以及用于在检测到所述数字信号之间的偏差时产生报警信号(600)的处理器(6)。
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