RU2270452C2

RU2270452C2 - Noncontact sensor of an automobile speed

Info

Publication number: RU2270452C2
Application number: RU2004102306/28A
Authority: RU
Inventors: Иван Сафонович Захаров (RU); Иван Сафонович Захаров; Сергей Федорович Яцун (RU); Сергей Федорович Яцун; Светлана Станиславовна Сысоева (RU); Светлана Станиславовна Сысоева
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Курский государственный технический университет ГОУ КурскГТУ
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2006-02-20
Also published as: RU2004102306A

Abstract

FIELD: the invention refers to automobile electron instrument-making and may be directly used for measuring of a linear speed of an automobile.

SUBSTANCE: noncontact sensor of an automobile speed measuring an angular speed of a ferromagnetic toothed rotor with an increased air gap and an expanded diapason of measured frequencies(downwards till null) has a magneto sensitive element on the base of an ultra fine and highly sensitive differential integral scheme, a gigantic magneto resistor with a backward displacing constant magnet with diminished residue magnetization and a small geometry in which a constant magnet is located at the distance L=0-2,5 mm from the surface of the installation of the integral scheme of the gigantic magneto resistor.

EFFECT: allows to optimize the functional characteristics of the sensor of the automobile speed, contributes to receiving minimal geometric dimensions of the arrangement at its common simplicity and increased sensitiveness.

3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение датчика скорости автомобиля (ДСА) относится к автомобильному электронному приборостроению и может быть непосредственно использовано как для измерения линейной скорости автомобиля, так и для измерения угловой скорости (частоты вращения) большого числа ферромагнитных зубчатых роторов, линейных и угловых перемещений (положений) других зубчатых механизмов и вращающихся валов в автомобильной, легкой и тяжелой промышленности.The present invention, a vehicle speed sensor (DSA) relates to automotive electronic instrumentation and can be directly used to measure the linear speed of the car, and to measure the angular velocity (speed) of a large number of ferromagnetic gear rotors, linear and angular movements (positions) of other gear mechanisms and rotating shafts in the automotive, light and heavy industries.

Известен бесконтактный датчик скорости автомобиля, предназначенный для измерения угловой скорости зубчатого ротора, применяющий магнитопровод в составе магниточувствительного элемента на основе дифференциальной интегральной схемы (ИС) Холла для получения скважности, близкой к двум. (RU 35441 U1 от 10.01.2004, МПК G 01 Р3/488).Known non-contact speed sensor of the car, designed to measure the angular velocity of the gear rotor, using a magnetic circuit as part of a magnetically sensitive element based on the Hall differential integrated circuit (IC) to obtain a duty cycle close to two. (RU 35441 U1 dated 01/10/2004, IPC G 01 P3 / 488).

Недостатком данного устройства является необходимость компромисса между помехоустойчивостью и точностью выходного сигнала (скважностью) и величиной максимального рабочего воздушного зазора, связанная с использованием эффекта Холла, и, в частности, с применением магнитопровода и дифференциальной ИС.The disadvantage of this device is the need for a compromise between noise immunity and accuracy of the output signal (duty cycle) and the maximum working air gap associated with the use of the Hall effect, and, in particular, with the use of a magnetic circuit and differential IC.

Известен бесконтактный датчик скорости автомобиля, предназначенный для измерения угловой скорости зубчатого ротора, применяющий технику разнесения дифференциальной ИС Холла и постоянного магнита обратного смещения по разные стороны печатной платы ДСА для получения скважности, близкой к двум, без компромисса с получением величины максимального воздушного зазора.A non-contact automobile speed sensor is known for measuring the angular velocity of a gear rotor using the technique of spacing the differential Hall IC and a permanent backward bias magnet on opposite sides of the DSA circuit board to obtain a duty cycle close to two without compromise to obtain the maximum air gap.

Недостатками данного устройства являются признаки, связанные с применением эффекта Холла, - ограниченный диапазон рабочего воздушного зазора, принципиальные ограничения при измерении малых угловых скоростей, практически близких к нулевой, малая чувствительность эффекта Холла к магнитному полю с образованием слабого первичного сигнала, означающая малую помехоустойчивость устройства в условиях динамического воздействия вибраций, электромагнитных помех, повышенную статическую чувствительность к допускам позиционирования, необходимость совместного применения с дифференциальной ИС «сильных» редкоземельных магнитов с высокой остаточной намагниченностью (высоким энергетическим произведением), также другие признаки, например повышенная пьезочувствительность и чувствительность ИС Холла к перепадам температур, ограничения свойств высокотемпературной стабильности рекомендуемых для эффекта Холла магнитов из материала NdFeB, совокупность которых в конечном итоге означает необходимость учета множества ограничивающих факторов и различных компромиссов в области оптимальных решений. В частности, введение с целью оптимизации скважности выходного сигнала расстояния L в конструкции прототипа между обратной стороной ИС и смещающим магнитом, имеющим для повышения максимального воздушного зазора увеличенную остаточную намагниченность и увеличенную геометрию, означает общее увеличение геометрических размеров устройства.The disadvantages of this device are the signs associated with the use of the Hall effect, - a limited range of the working air gap, fundamental limitations when measuring small angular velocities, almost close to zero, the low sensitivity of the Hall effect to the magnetic field with the formation of a weak primary signal, which means low noise immunity of the device in conditions of dynamic exposure to vibrations, electromagnetic interference, increased static sensitivity to positioning tolerances, is necessary the possibility of using “strong” rare-earth magnets with a high residual magnetization (high energy product) with a differential IC, as well as other signs, for example, increased piezoelectric sensitivity and sensitivity of the Hall IC to temperature drops, limitations of the high-temperature stability properties of NdFeB magnets recommended for the Hall effect, set which ultimately means the need to take into account many limiting factors and various compromises in the field of optim nal decisions. In particular, the introduction, in order to optimize the duty cycle of the output signal, of the distance L in the prototype design between the back of the IC and the biasing magnet, which has an increased residual magnetization and increased geometry to increase the maximum air gap, means a general increase in the geometric dimensions of the device.

Задачи изобретения - повышение чувствительности, точности и надежности бесконтактных ДСА, измеряющих угловую скорость вращения ферромагнитного зубчатого ротора, увеличение диапазона рабочего воздушного зазора, расширение измеряемого частотного диапазона, в том числе измерение скоростей практически до нуля вниз, расширение оптимизированной рабочей области со скважностью выходного сигнала, близкой к двум, дальнейшее упрощение процесса сборки и миниатюризация конструкции устройства.The objective of the invention is to increase the sensitivity, accuracy and reliability of contactless DSA measuring the angular velocity of rotation of a ferromagnetic gear rotor, increasing the range of the working air gap, expanding the measured frequency range, including measuring speeds almost to zero down, expanding the optimized working area with the duty cycle of the output signal, close to two, further simplifying the assembly process and miniaturizing the design of the device.

Поставленные задачи решаются тем, что в бесконтактном ДСА, измеряющем угловую скорость ферромагнитного зубчатого ротора, состоящем из магниточувствительного элемента и зафиксированной в пазах корпуса ДСА печатной платы ДСА с размещенной на ней электронной схемой обработки сигнала, печатная плата располагается между дифференциальной ИС гигантского магниторезистора и магнитом обратного смещения, образующими магниточувствительный элемент, ИС гигантского магниторезистора, установленная относительно оси ее чувствительного направления перпендикулярно заданной диаметральной оси ротора и коаксиально этой же оси ротора относительно своей оси симметрии, запаивается способом поверхностного монтажа с одной стороны платы ДСА, аксиально намагниченный постоянный магнит обратного смещения из материалов типа ферритов или Алнико, центрированный относительно оси симметрии ИС, жестко устанавливается с другой стороны платы в отдельном пластмассовом корпусе или специальном пазе платы вдоль своей оси легкой намагниченности перпендикулярно плоскости, образованной вращением чувствительной оси в плане ИС, причем, с целью оптимизации скважности выходного сигнала, постоянный магнит размещается на расстоянии L=0÷2,5 мм от поверхности установки ИС гигантского магниторезистора, в зависимости от собственных геометрии, величины и однородности остаточной намагниченности и других конструктивных соображений.The tasks are solved in that in a contactless DSA measuring the angular velocity of a ferromagnetic gear rotor, consisting of a magnetically sensitive element and fixed in the grooves of the DSA of the DSA printed circuit board with an electronic signal processing circuit located on it, the printed circuit board is located between the differential IC of the giant magnetoresistor and the reverse magnet bias, forming a magnetically sensitive element, a giant magnetoresistor IC mounted relative to its sensitive axis is directed perpendicular to the given diametrical axis of the rotor and coaxially to the same axis of the rotor with respect to its axis of symmetry, it is sealed by surface mounting on one side of the DSA board, the axially magnetized permanent reverse bias magnet made of materials such as ferrite or Alnico, centered relative to the symmetry axis of the IC, is rigidly mounted on the other sides of the board in a separate plastic case or a special groove of the board along its axis of easy magnetization perpendicular to the plane formed by rotation of axis, in order to optimize the duty cycle of the output signal, the permanent magnet is placed at a distance L = 0 ÷ 2.5 mm from the surface of the IC installation of a giant magnetoresistor, depending on the intrinsic geometry, magnitude and uniformity of the remanent magnetization and other design considerations .

В общем случае для совместимости с существующими схемами последующей обработки частотного сигнала ДСА f_ДСА в автомобильных системах контроля и управления электронная схема обработки сигнала ДСА, размещаемая на плате, реализует схему деления частоты f_ИС импульсного сигнала с выхода дифференциальной ИС гигантского магниторезистора, кратной заданному целому коэффициенту деления К_д=f_ИС/f_ДСА (число К_д≥1), содержит стандартные схемы преобразования в выход с открытым коллектором двухпроводного токового интерфейса дифференциальной ИС гигантского магниторезистора, обеспечивает выход ДСА с втекающим через внешнее сопротивление током, и включает, при К_д>1, кроме дифференциальной ИС гигантского магниторезистора и схем преобразования токового выхода, ИС делителя частоты (счетчика), резистор, включенный между «плюсом» питания и стробирующим входом ИС счетчика, транзистор, обеспечивающий выход схемы ДСА с открытым коллектором, схемы защиты от перенапряжений, напряжения обратной полярности, импульсных помех по цепям питания.In general, for compatibility with existing schemes for the subsequent processing of the DSA frequency signal f _DSA in automotive control and management systems, the electronic signal processing circuit of the DSA placed on the board implements a frequency division circuit f of the pulse signal _IC from the output of the differential giant IC resistor multiple of a given integer coefficient divisions K _d = f _IC / f _DSA (number K _d ≥1), contains standard schemes for converting to the open-collector output of a two-wire current interface of a differential IC g of a giant magnetoresistor, provides a DSA output with a current flowing through an external resistance, and includes, for K _d > 1, in addition to the differential IC of the giant magnetoresistor and the current output conversion circuits, the frequency divider IC (counter), a resistor connected between the power plus and the gate counter IC input, a transistor providing an output of an open-collector DSA circuit, overvoltage protection circuits, reverse polarity voltages, impulse noise along power circuits.

В частном случае, когда требованиям совместимости соответствует коэффициент деления частоты К_д, равный единице, в схеме обработки сигнала ДСА исключаются ИС делителя частоты, резистор, обеспечивающий прохождение на вход ИС счетчика, выходной транзистор.In the particular case, when the compatibility factor corresponds to a frequency division coefficient K _d equal to unity, the frequency divider IC, a resistor that allows the counter to pass to the input of the counter, and the output transistor are excluded from the DSA signal processing circuit.

Дополнительно, если требованиям совместимости соответствует двухпроводной токовый интерфейс, исключается схема преобразования двухпроводного выхода ИС гигантского магниторезистора в выход с открытым коллектором.Additionally, if the two-wire current interface meets the compatibility requirements, the scheme for converting the two-wire output of the giant magnetoresistor IC into an open collector output is excluded.

Заявляемый ДСА показан на фиг.1, 2, 3.The inventive DSA is shown in figures 1, 2, 3.

На фиг.1 показано основное исполнение ДСА, на фиг.2 - исполнение, содержащее некоторые конструктивные варианты, на фиг.3 - пример основного исполнения схемы электрической принципиальной ДСА.Figure 1 shows the basic design of the DSA, figure 2 is a design containing some design options, figure 3 is an example of the basic circuit design of the electrical circuit diagram.

ДСА состоит из ферромагнитного зубчатого ротора 1, корпуса бесконтактного датчика 2, магниточувствительного элемента 3 на основе дифференциальной ИС гигантского магниторезистора 4 и аксиально намагниченного постоянного магнита 5 обратного смещения, из ферритового материала (типа Ceramic 8) или материала типа Алнико (Alnico 8), печатной платы 7, контактов 8. Магнит 5, центрированный относительно оси симметрии N ИС 4, жестко установлен вдоль своей оси легкой намагниченности перпендикулярно плоскости, образованной вращением чувствительной оси Y в плане ИС 4, на расстоянии L от поверхности установки ИС 4 на плате 7 (запрессован и вклеен в пластмассовом корпусе 6, оплавленном на плате 7 со стороны ИС 4 (фиг.1), или в специальном пазе платы 7, как показано на фиг.2). Выводы ИС 4 запаяны на плате 7 способом поверхностного монтажа, контакты 8 запрессованы в корпусе 2 и запаяны на плате 7.DSA consists of a ferromagnetic gear rotor 1, a proximity sensor housing 2, a magnetically sensitive element 3 based on a differential IC of a giant magnetoresistor 4 and an axially magnetized permanent bias magnet 5 of a reverse bias, made of ferrite material (Ceramic 8 type) or Alnico type material (Alnico 8), printed boards 7, contacts 8. Magnet 5, centered on the axis of symmetry N IS 4, is rigidly mounted along its axis of easy magnetization perpendicular to the plane formed by the rotation of the sensitive axis Y in the plan IC 4, at a distance L from the surface of the IC 4 installation on the circuit board 7 (pressed and glued into the plastic casing 6, melted on the circuit board 7 from the IC 4 side (Fig. 1), or in a special slot of the circuit board 7, as shown in Fig. 2 ) The conclusions of the IC 4 are sealed on the board 7 by surface mounting, the contacts 8 are pressed into the housing 2 and sealed on the board 7.

Конструкция и малые геометрические размеры заявляемого ДСА допускают расположение магниточувствительного элемента 3 на плате 7, симметричное относительно оси N, коаксиально любой заданной диаметральной оси ОР ротора 1, под любым углом х=0÷90° относительно оси симметрии М корпуса 2 ДСА.The design and small geometric dimensions of the claimed DSA allow the arrangement of the magnetically sensitive element 3 on the board 7, symmetrical about the N axis, coaxially to any given diametrical axis OP of the rotor 1, at any angle x = 0 ÷ 90 ° relative to the axis of symmetry M of the body 2 of the DSA.

Технология изготовления ДСА допускает как поэтапную сборку механических компонентов в одну или несколько механических частей корпуса 2 ДСА, как в ДСА, показанных на фиг.1, так и применение технологии обливки пластмассой электронного блока с выполненными электрическими соединениями (фиг.2).The manufacturing technology of the DSA allows for the phased assembly of mechanical components into one or more mechanical parts of the housing 2 of the DSA, both in the DSA shown in Fig. 1, and the application of the plastic dousing technology of the electronic unit with the electrical connections made (Fig. 2).

Конструкция ДСА предполагает использование большого числа типов зубчатых роторов 1, среди которых оптимальными являются конструкции с расчетом среднего шага ротора 1 в зависимости от расстояния между чувствительными элементами в дифференциальной ИС 4 гигантского магниторезистора, преимущественно штампованного типа. На фиг.1 показан ротор 1, штамповка зубьев 9 которого выполняется поверх пластмассовой основы 10. С целью повышения рабочего воздушного зазора d зубья 9 ротора 1 увеличенной высоты могут также изготавливаться методом штампования поверх ферромагнитной основы 10, как показано на фиг.2.The design of the DSA involves the use of a large number of types of gear rotors 1, among which the designs with the calculation of the average pitch of the rotor 1 are optimal depending on the distance between the sensitive elements in the differential IC 4 of a giant magnetoresistor, mainly stamped type. Figure 1 shows the rotor 1, the stamping of the teeth 9 of which is performed on top of the plastic base 10. In order to increase the working air gap d, the teeth 9 of the rotor 1 of increased height can also be made by stamping on top of the ferromagnetic base 10, as shown in figure 2.

ДСА функционирует следующим образом.DSA operates as follows.

При вращении зубчатого ротора 1, установленного на выходном валу коробки передач автомобиля, переходы зуб - слот формируют на выходе ИС 4 последовательность импульсов напряжения. Частота выходных импульсов f_ИС пропорциональна: частоте вращения ротора F, количеству зубьев ротора К и линейной скорости автомобиля v_авт When the rotation of the gear rotor 1 mounted on the output shaft of the gearbox of the car, the tooth-slot transitions form a sequence of voltage pulses at the output of the IC 4. The frequency of the output pulses f _{IP is} proportional to: the rotor speed F, the number of teeth of the rotor K and the linear speed of the car v _aut

f_ИС=FK,f _IP = FK,

где F -частота вращения ротора, Гц,where F is the frequency of rotation of the rotor, Hz,

F₀ - коэффициент пропорциональности, или частота вращения ротора при скорости автомобиля 1 м/с, м^-1;F ₀ - proportionality coefficient, or rotor speed at a vehicle speed of 1 m / s, m ^-1 ;

v_авт - скорость автомобиля, м/с.v _avt - vehicle speed, m / s.

Функциональность заявляемого ДСА в составе конкретного автомобиля обеспечивается выбранным соотношением числа зубьев ротора К с последующим пересчетом частотного сигнала f_ИС (делением на целое число К_д) в схеме обработки сигнала ДСАThe functionality of the inventive DSA as part of a specific vehicle is provided by the selected ratio of the number of teeth of the rotor K with subsequent conversion of the frequency signal f _IS (dividing by an integer K _d ) in the signal processing circuit of the DSA

где f_ДСА - выходной сигнал ДСА, Гц.where f _DSA is the output signal of the DSA, Hz.

Пример реализации схемы электрической принципиальной ДСА приведен на фиг.3.An example of the implementation of the circuit electrical circuit DSA shown in figure 3.

ДСА имеет трехпроводную электрическую схему подключения напряжения питания и сопротивления нагрузки: 1 - «плюс» напряжения питания, 2 - выход с втекающим током через внешнее сопротивление (открытый коллектор), 3 - «минус» питания (общий провод). Номинальное напряжение питания - 12 В постоянного тока.DSA has a three-wire electrical circuit for connecting the supply voltage and load resistance: 1 - “plus” of the supply voltage, 2 - output with flowing current through an external resistance (open collector), 3 - “minus” of the supply (common wire). The rated supply voltage is 12 V DC.

Выходной импульсный сигнал тока с вывода 5 двухпроводной дифференциальной ИС гигантского магниторезистора D1 типа AKL001-12 Nonvolatile Electronics, преобразованный с помощью резистора R3=100 Ом, включенного между выходом D1 и «землей», и переключающего биполярного транзистора VT2 (или полевого n-канального типа BST82 Philips) в трехпроводную схему подключения (выход с открытым коллектором), подается на стробирующий вход MCD2 счетчика CD4013BD Fairchild в схеме деления частоты на четыре, при помощи включенного между «плюсом» питания и входом счетчика параллельного резистора R2, имеющего сопротивление порядка 1,2÷2,5 кОм (до 20 кОм). Выход ДСА с открытым стоком обеспечивает транзистор VT1 (типа BST82 Philips).Pulse current output signal from terminal 5 of a two-wire differential IC of a giant D1 magnetoresistor AKL001-12 Nonvolatile Electronics, converted using a resistor R3 = 100 Ohms, connected between the output D1 and ground, and a switching bipolar transistor VT2 (or field n-channel type BST82 Philips) into a three-wire connection circuit (open collector output), fed to the gate input MCD2 of the CD4013BD Fairchild counter in the frequency division by four circuit, using the power connected between the plus and the counter input of the parallel resistor R2, having a resistance of the order of 1.2 ÷ 2.5 kOhm (up to 20 kOhm). An open drain DSA is provided by a VT1 transistor (type Philips BST82).

Для защиты от повышенного напряжения питания в схему включен параллельный стабилизатор - стабилитрон VD2 (типа BZX84-C15 Philips) с резистором R1 (сопротивление порядка 7÷10 кОм), для защиты от напряжений обратной полярности применяется выпрямительный диод VD1 типа BYD17D Philips. Конденсатор С1 (емкостью порядка 50ч100 нФ) предназначен для защиты схемы ДСА от импульсных помех по цепям питания.To protect against increased supply voltage, a parallel stabilizer is included in the circuit - a Zener diode VD2 (type BZX84-C15 Philips) with a resistor R1 (resistance of the order of 7 ÷ 10 kOhm), to protect against reverse polarity voltage, a rectifier diode VD1 type BYD17D Philips is used. Capacitor C1 (with a capacity of the order of 50h100 nF) is designed to protect the DSA circuit from impulse noise along the power supply circuits.

Все элементы схемы электрической принципиальной рассчитаны на диапазон рабочих температур внутри коробки передач (-40°С÷+150°С). Напряжение выходного сигнала высокого уровня составляет 12 В, скважность Q выходного сигнала ДСА определяется значениями 2÷2,2.All elements of the electrical circuit are designed for the operating temperature range inside the gearbox (-40 ° С ÷ + 150 ° С). The voltage of the high level output signal is 12 V, the duty cycle Q of the output signal of the DSA is determined by the values of 2 ÷ 2.2.

В таблице приведены общие сравнительные технические данные, характеризующие функционирование магниточувствительных элементов на основе дифференциальных ИС Холла, интегрального магниторезистивного модуля (типа KMI16/1 Philips), и дифференциальных ИС гигантского магниторезистора серии AKL00x-12 Nonvolatile Electronics, включенных по упрощенной схеме (без триггера), со штампованными роторами, без применения специальных механических способов оптимизации скважности выходного сигнала.The table shows general comparative technical data characterizing the operation of magnetosensitive elements based on differential Hall ICs, an integrated magnetoresistive module (type KMI16 / 1 Philips), and differential ICs of a giant magnetoresistor series AKL00x-12 Nonvolatile Electronics, included in a simplified circuit (without a trigger), with stamped rotors, without the use of special mechanical methods for optimizing the duty cycle of the output signal.

ТаблицаTable Сравнительные технические данныеComparative technical data Рабочие параметры датчиковSensor Performance Дифференциальные ИС Холла типа TLE4921-5U Infineon, HAL320A Micronas Intermetall, А3046 Allegro MicrosystemsDifferential Hall ICs like TLE4921-5U Infineon, HAL320A Micronas Intermetall, A3046 Allegro Microsystems Градиентный интегральный магниторезистивный модуль KMI16/1 PhilipsPhilips Gradient Integrated Magnetic Resistor Module KMI16 / 1 Дифференциальная ИС гигантского магниторезистора серии AKL00x-12 Nonvolatile ElectronicsGiant Magnetic Resistor Differential IC AKL00x-12 Nonvolatile Electronics 1one 22 33 4four Чувствительность S, мВ/В/кА/мSensitivity S, mV / V / kA / m 0,4÷0,70.4 ÷ 0.7 20twenty 45÷6045 ÷ 60 Максимальный рабочий воздушный зазор магниточувствительного элемента d_max, без учета толщины стенки корпуса 2 ДСА, ммThe maximum working air gap of the magnetically sensitive element d _max , without taking into account the wall thickness of the housing 2 DSA, mm 2÷3,1 (на примере ротора 1 со средним шагом Т=7 мм и модулем m=2,25)2 ÷ 3.1 (for example, rotor 1 with an average pitch of T = 7 mm and a module m = 2.25) 3,1 (на примере ротора 1 с модулем m=2,25)3.1 (for example, rotor 1 with module m = 2.25) 3,5 для AKL001-12 (в паре с роторами со средним шагом Т=2,5÷6 мм), 2,5 для AKL002-12 (роторы с Т=1÷2,5 мм)3.5 for AKL001-12 (paired with rotors with an average pitch T = 2.5 ÷ 6 mm), 2.5 for AKL002-12 (rotors with T = 1 ÷ 2.5 mm) Гарантированный рабочий воздушный зазор d_г между корпусом ДСА 2 и ротором 1, типичные значения на примере ротора 1 с модулем m=2,25, с учетом толщины s=0,8 мм стенки корпуса 2 ДСА, ммGuaranteed working air gap d _g between the DSA housing 2 and the rotor 1, typical values for the example of the rotor 1 with the module m = 2.25, taking into account the thickness s = 0.8 mm of the wall of the housing 2 DSA, mm 0,2÷2,00.2 ÷ 2.0 0,1÷2,20.1 ÷ 2.2 0,2÷2,5 (на примере AKL001-12)0.2 ÷ 2.5 (for example, AKL001-12) Диапазон измеряемых частот следования зубьев, кГцRange of measured tooth repetition frequencies, kHz 0,012÷10 (HAL320A), 0,010÷20 (TLE4921-5U, А3046)0.012 ÷ 10 (HAL320A), 0.010 ÷ 20 (TLE4921-5U, A3046) 0÷250 ÷ 25 0÷100 ÷ 10 Скважность QQ factor 2÷32 ÷ 3 2÷32 ÷ 3 2÷2,52 ÷ 2,5 Рекомендуемые типы магнитов, из материалаRecommended types of magnets made of material NdFeB, SmCoNdFeB, SmCo Интегральный ферритовый магнитIntegrated Ferrite Magnet Ферритовые (Ceramic 8) или Алнико (Alnico 8)Ferrite (Ceramic 8) or Alnico (Alnico 8) Рабочий температурный диапазон ДСАOperating temperature range DSA (-40÷+150°С), несколько лучшие свойства высокотемпературной стабильности (и больший рабочий зазор) обеспечиваются с магнитами из материала SmCo(-40 ÷ + 150 ° С), slightly better properties of high-temperature stability (and a larger working gap) are provided with magnets made of SmCo material (-40÷+150°С) для всех интегральных компонентов, в области чувствительного пермаллоевого элемента(20% Fe, 80% Ni), допускаются температуры до 190°С(-40 ÷ + 150 ° С) for all integral components, in the region of a sensitive permalloy element (20% Fe, 80% Ni), temperatures up to 190 ° С are allowed (-40÷+150°С), в перспективе материал на основе слоев сплавов никеля, железа, кобальта и меди допускает температуры до +225°С; для лучших свойств высокотемпературной стабильности магниточувствительного элемента рекомендуется материал магнита Alnico (типа Alnico 8)(-40 ÷ + 150 ° С), in the future, material based on layers of nickel, iron, cobalt and copper alloys allows temperatures up to + 225 ° С; for the best properties of the high-temperature stability of the magnetically sensitive element, Alnico magnet material (type Alnico 8) is recommended Коэффициент заполнения магниточувствительным элементом рабочей высоты корпуса ДСА, подобно показанному на фиг.1, 2The fill factor magnetically sensitive element of the working height of the housing DSA, similar to that shown in figure 1, 2 0,5÷10.5 ÷ 1 1÷1,11 ÷ 1,1 0,4÷0,50.4 ÷ 0.5

Продолжение таблицы 1Continuation of table 1 1one 22 33 4four Рекомендуемые типы роторовRecommended Rotor Types Роторы, имеющие средний шаг Т, устанавливаемый относительно оптимального шага T_opt: для ТLЕ4921-5U T_opt=5(4,5÷8)мм, для HAL320A T_opt=4,5 мм, для А3046 T_opt=3 ммRotors having an average pitch T set relative to the optimum pitch T _opt : for TLE4921-5U T _opt = 5 (4.5 ÷ 8) mm, for HAL320A T _opt = 4.5 mm, for A3046 T _opt = 3 mm Роторы с модулем m≥1,5 ммRotors with module m≥1.5 mm Роторы, имеющие средний шаг Т: для AKL001-12, Т=2,5÷6 мм, для AKL002-12 Т=1÷2,5 мм, для AKL003-12 Т=0,6÷1,5 ммRotors having an average pitch T: for AKL001-12, T = 2.5 ÷ 6 mm, for AKL002-12 T = 1 ÷ 2.5 mm, for AKL003-12 T = 0.6 ÷ 1.5 mm ЦенаPrice Низкая или средняяLow or medium ВысокаяHigh Низкая или средняяLow or medium

В соответствии с данными таблицы заявляемый ДСА имеет повышенную точность и надежность измерений, увеличенный диапазон рабочего воздушного зазора d (на 10÷30% по сравнению с ИС Холла и магниторезистивным модулем KMI16/1 Philips), расширенный рабочий частотный диапазон с возможностью измерения частот вращения (угловых скоростей), близких к нулевой, улучшенные показатели скважности выходного сигнала Q, что обеспечивается использованием магниточувствительного элемента на основе дифференциальной ИС гигантского магниторезистора, за счет собственной высокой чувствительности эффекта гигантского магнитосопротивления и высокой стабильности сильного первичного сигнала.In accordance with the data of the table, the claimed DSA has increased accuracy and reliability of measurements, an increased range of the working air gap d (by 10 ÷ 30% compared with the Hall IC and the magnetoresistive module KMI16 / 1 Philips), an extended operating frequency range with the possibility of measuring rotation frequencies ( angular velocities) close to zero, improved output duty cycle Q, which is ensured by the use of a magnetically sensitive element based on a differential IC of a giant magnetoresistor, due to th high sensitivity effect giant magnetoresistance and high stability strong primary signal.

Заявляемый ДСА отличается тем, что имеет совокупность признаков, включающую перечисленные выше признаки (увеличенный рабочий воздушный зазор, расширенный частотный диапазон, возможность измерения скоростей, близких к нулевой), а также повышенную устойчивость к динамическим механическим воздействиям (вибрациям, ударам), внешним электромагнитным помехам, малую пьезочувствительность, улучшенные показатели простоты и миниатюрности конструкции, сокращение числа операций и количества механических компонентов, необходимых для сборки изделия: поверхностный монтаж ультратонкой ИС непосредственно на плате ДСА исключает необходимость специального фиксирующего корпуса и дополнительно способствует улучшенному тепловому рассеянию ИС, применение для реализации эффекта гигантского магнитосопротивления «слабых» магнитов означает уменьшение их геометрических размеров и значительное уменьшение расстояния L, необходимого для минимизации неоднородностей их поверхности, а также исключает применение магнитопровода.The inventive DSA is characterized in that it has a combination of features, including the features listed above (increased working air gap, extended frequency range, the ability to measure speeds close to zero), as well as increased resistance to dynamic mechanical stress (vibration, shock), external electromagnetic interference , low piezoelectric sensitivity, improved indicators of simplicity and miniature design, reducing the number of operations and the number of mechanical components required for assembly of products Lia: surface mounting of an ultra-thin IC directly on a DSA board eliminates the need for a special fixing case and additionally contributes to improved thermal dissipation of the IC, the use of “weak” magnets to realize the effect of giant magnetoresistance means a decrease in their geometric dimensions and a significant reduction in the distance L necessary to minimize their surface inhomogeneities , and also eliminates the use of a magnetic circuit.

Поскольку дифференциальные ИС гигантского магниторезистора специально оптимизированы для роторов с малыми значениями средних шагов, увеличение плотности зубьев в которых дополнительно означает повышение разрешающей способности ДСА (точности), использование магниточувствительного элемента на основе ИС гигантского магниторезистора в заявляемом ДСА способствует миниатюризации всей конструкции устройства (ДСА и ротора). Простота обеспечения заданных допусков позиционирования магниточувствительного элемента на плате, обеспечивающих наилучшие функциональные показатели ДСА, и получаемые при этом увеличенные значения максимального рабочего воздушного зазора позволяют также при необходимости увеличивать допуски рабочего зазора при инсталляции ДСА.Since the differential ICs of the giant magnetoresistor are specially optimized for rotors with small average steps, increasing the density of the teeth in which additionally means increasing the resolution of the DSA (accuracy), the use of a magnetically sensitive element based on the ICs of the giant magnetoresistor in the inventive DSA helps to miniaturize the entire design of the device (DSA and rotor ) The simplicity of providing the specified tolerances for the positioning of the magnetically sensitive element on the board, providing the best functional characteristics of the BAC, and the resulting increased values of the maximum working air gap also make it possible to increase the tolerances of the working gap when installing the BAC.

Claims

1. A non-contact vehicle speed sensor (DSA), which measures the angular speed of a ferromagnetic gear rotor, consisting of a magnetically sensitive element and a printed circuit board of the DSA fixed to the grooves of the DSA housing with an electronic signal processing circuit on it, characterized in that the printed circuit board is located between the differential IC of a giant a magnetoresistor and a reverse bias magnet forming a magnetically sensitive element; a giant magnetoresistor IC mounted sensitively to its axis about the direction perpendicular to the given diametrical axis of the rotor and coaxially to the same axis of the rotor relative to its axis of symmetry, is soldered by surface mounting on one side of the DSA board, an axially magnetized permanent magnet of reverse bias made of materials such as ferrite or alnico, centered relative to the axis of symmetry of the IC, is rigidly installed with the other side of the board in a separate plastic case or a special groove of the board along its axis of easy magnetization perpendicular to the plane formed rotation of the sensitive axis in terms of IC, and in order to optimize the duty cycle of the output signal, the permanent magnet is placed at a distance L = 0 ÷ 2.5 mm from the surface of the IC installation of the giant magnetoresistor, depending on the intrinsic geometry, magnitude and uniformity of the residual magnetization and other design considerations.

2. The non-contact vehicle speed sensor (DSA) according to claim 1, characterized in that the electronic signal processing circuit of the DSA placed on the board implements a frequency division circuit f of the pulse signal _IC from the output of the differential giant IC resistor multiple of a given integer division coefficient K _d _IP = f / f _ACD (number K _d ≥1), comprises a standard conversion circuit in open collector output current of differential two-wire interface IP giant magnetoresistor provides ACD output influent through the outer oprotivlenie current and includes, for K _d> 1 except differential IP giant magnetoresistor and schemes transform the current output ICs frequency divider (counter), a resistor connected between "plus" power and strobe input of counter IC, the transistor providing an output DCA scheme open collector, surge protection circuits, reverse polarity voltages, impulse noise along power circuits.

3. The non-contact vehicle speed sensor (DSA) according to claim 2, characterized in that when K _d = 1, the frequency divider IC, a resistor that ensures the passage of the signal to the input of the counter IC, the output transistor are excluded in the DSA signal processing circuit.

4. The non-contact vehicle speed sensor (DSA) according to claim 3, characterized in that when K _d = 1, if the two-wire current interface corresponds to the compatibility requirements, the conversion scheme of the two-wire output of the giant magnetoresistor IC to an open collector output is excluded.