分别用光电元件和霍尔元件设计测量转速装置，并说明其原理，高分跪求

增量式光电编码器有带缝隙圆盘和指示缝隙盘及光源和光电器件组成。光源发出光通过带缝隙圆盘和指示缝隙盘照射到光电元件上，当带缝隙圆盘被测轴转动时，由于圆盘缝隙间距与指示缝隙间距相同，因此圆盘每转一周，光电元件输出与圆盘缝隙数相同的电脉冲，而利用测量时间段内的电脉冲数获得被测轴的转速。及n=60N/Zt Z为编码器缝隙数，N为电脉冲个数

1、电机的霍尔是一个半导体传感器，在洛仑兹力的作用下，电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片侧向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。

2、霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。

3、电机中，一个转动的磁钢作为控制磁通量的开关，当磁钢离霍尔集成电路较近时，霍尔电压大（开），磁场偏离集成片，霍尔电压消失（关）。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出轴处在某一位置，利用这一工作原理，可控制电机转动。

1 车速传感器，是一种安装在变速箱上，通过变速箱输出轴上的主动齿轮带动传感器的齿轮，利用传感器内的霍尔效应作用，从而使传感器输出一个与变速箱输出轴转速对应的电信号，车载控制系统以及显示系统采集该信号，从而实现车速的显示和对发动机系统的控制。变速箱内的主动齿轮传感器车速传感器传感的是变速箱输出轴位置的转速信号，传感器反映出来的信号是与它自身的齿轮一一对应的，即传感器齿轮转一圈，传感器就输出对应数目的信号，这个对应的数目是固有的，是随传感器的设计而不能改变的，一个传感器对应一个这样的参数，常规的是4或者8，在参数中称为每转脉冲数。而车速传感器在显示系统中要显示的是车辆行驶的里程，那么在车载显示系统中就要通过计算而获得每公里的脉冲数，从而通过每公里的脉冲数去显示车辆的即时车速，计算这个脉冲数需要的参数有：变速器内主动齿轮与传感器齿轮的减速比、变速器与车辆主轴的减速比以及车辆轮胎的大小。而在控制系统中主要是利用该车速传感器来反映整个发动机系统的输出状况，对于发动机系统，从变速箱的输出轴位置得到的数据是能够全面反映发动机状况的，也是最真实，最直接的发动机系统数据。所以该车速传感器的输出信号有两路输出，一路是到车辆显示系统，即仪表；另一路是直接输出给发动机ECU。 除了以上主要功能外，在一些高档的车子上通过该车速传感器与ABS系统的配合使用可以实现ESP和EDL功能。这些功能在某种理论中，称之为最高档的ABS功能，要实现这样的功能，在ABS系统中必须要有4通道4传感器和3位电磁阀的硬件配备才行。ESP之所以能够让前驱车减小转向不足，后驱车减小转向过度，就是因为它能对滑移率超过临界值的车轮（即将打滑的车轮）单独进行制动，从而摆脱失控的局面，这一切都不需要人为的介入，而是在很短的时间内通过电脑的控制来完成的。简单的说，其原理就是电脑通过四个车轮转速传感器检测到每个车轮的转速值，然后通过安装在变速箱上的该车速传感器以及转向角度传感器计算出某个车轮的理论转速。如果四个车轮的实际转速与理论转速不匹配电脑则会判断该车轮有打滑失控的危险，那么ECU则会立即通知三位电磁阀给这个车轮进行制动，让他在制动力的限制下恢复到正常的转速。所以他能在很大程度上提高汽车的主动安全性能，让汽车拥有更好的循迹性。EDL功能与ESP实现基本一致。

转速测量的方法分为两大类：直接法和间接法。直接法即直接观测机械或电机的机械运动，测量特定时间内机械运转规律从而测出机械运动的转速。间接法是因为机械或电机机械运动而产生变化的其他物理量与转速之间的关系来间接确定转速。因机械或电机的机械运动而产生的变化并与转速有关的物理量有很多，所以间接测量转速的方法也有很多。

一、光电码盘转速测量法

光电码盘测速法是在电机转子端轴上固定一个光电码盘，光电码盘上设置有一个或多个能透光的光栅，每个光栅背后都有一个光敏元件对应。随着电机转动，光电码盘也随着转动，当固定光源照射在光电码盘上时，透过光栅的光被光敏元件接收并产生脉冲电信号。假如光电码盘的编码数为1，在时间t内测量得到的脉冲数为N，则转速n=60N/(t1)。码盘上的编码数量越多，测量精度也随着越高。

光电码盘测速法示意图

二、霍尔元件转速测量法

顾名思义，此方法是利用霍尔开关元件测转速的。跟光电码盘测速一样，霍尔元件测速法也是在电机转轴上安装一个圆盘，圆盘上若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关则固定在小磁钢附近，当电机转动时，圆盘上的小磁钢会一次经过霍尔开关，每一个小磁钢经过，霍尔开关便会输出一个脉冲，计算单位的脉冲数就可以确定旋转体的转速了。

霍尔元件测速法示意图

三、离心式转速测量法

离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。

我们都知道离心力与转速的换算公式：g=r×1118×10-6×n2

其中g为离心力、r为轨迹曲率半径、n为转速(r/min)。

当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。当指针上的d簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。这就是离心式转速表的原理。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。

四、测速发电机转速测量法

测速发电机即为输出电动势与转速成比例的微特电机。利用直流发电机的电枢电动势E与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，

面对电喷发动机无法启动的故障，有的汽修人员常常束手无策，盲目换件之后仍然无济于事。事实上，很多情况是由于曲轴位置传感器(又称为发动机转速传感器)损坏引起的。 曲轴位置传感器安装在曲轴前端、凸轮轴前端、分电器内或飞轮上，用于检测活塞上止点和曲轴的转角。曲轴位置和转速信号既发送给发动机电控单元，又发送给转速表。曲轴位置传感器损坏后，发动机既不会点火，也不会喷油。因此，曲轴位置传感器是发动机电子控制系统的最主要的传感器。

1电磁互转换，工作原理须明白

按照工作原理的不同，曲轴位置传感器划分为磁脉冲式、霍尔式和光电式等三大类。日产公爵王、伏尔加、本田雅阁、日产蓝鸟、北京切诺基、三菱太空以及丰田(K、5R、12R)等系列汽车采用磁脉冲式曲轴位置传感器，大众车系(桑塔纳、捷达、奥迪、红旗等)大多采用霍尔式曲轴位置传感器，而日产公司有的车型采用光电式曲轴位置传感器。

磁脉冲式曲轴位置传感器又称为可变磁阻式传感器，它是基于变化的磁场与电流之间相互感应这一电学原理而工作的。这种传感器带有磁铁和感应线圈(称为“传感头”)，与安装在转动部位(如曲轴、飞轮)的铁磁质信号发生盘(俗称“转子”)配合工作。当带齿的信号发生盘转动时，转子与传感头之间的磁场产生变化，于是在传感头的线圈内感应出交流电压。如果信号发生盘的转速发生变化，传感头输出的信号电压和频率也随之变化，这就是磁脉冲式曲轴位置传感器的基本工作原理。

车载自诊断(OBD-Ⅱ)系统通过曲轴位置传感器监测曲轴转速和转角的变化，如果出现较大的转速波动，则判定汽缸出现了燃烧不正常(俗称“缺缸”)现象。或者曲轴转速信号不能触发电子点火器(或ECU)工作，将导致没有点火指令，此时发动机不能启动。

2气隙有要求，安装位置应准确

首先，曲轴位置传感器的脉冲信号发生盘的安装位置不能弄反，必须靠近传感头。否则，传感头感知不到曲轴位置的变化，甚至发出错误的信号，使得发动机ECU据此确定的点火指令和喷油指令也是错误的，进而导致发动机无法正常运转。

其次，磁脉冲式曲轴位置传感器信号发生盘的齿顶与传感头之间的气隙必须符合要求，否则难以感知磁力线的变化，将造成输出信号减弱或者无信号输出。

有的车型曲轴位置传感器的传感头固定在油底壳上，而信号发生盘安装在曲轴上，汽缸体与油底壳之间没有密封垫圈(依靠密封胶)。有时为防漏油，在汽缸体与油底壳之间加装密封垫圈，可致使曲轴位置传感器气隙达到3mm(标准为08～12mm)。曲轴位置传感器的传感头与信号发生盘的气隙过大，转速增加时，会出现曲轴位置信号不准或者丢失，导致发动机加速不良甚至无法启动等不良后果。

对于需要调整气隙的磁脉冲式曲轴位置传感器，可以采用类似分电器触点间隙的调整方法进行。

请注意：装配位于飞轮上的曲轴位置传感器。应当在组装完大飞轮和变矩器以后，再安装曲轴位置传感器，而且要紧固可靠，不允许随意增加垫片，如果拧得不紧或乱加垫片，都会使曲轴位置传感器与飞轮的间隙超过规定值，从而导致曲轴转速及位置信号失常。

3磁性会消退，粘贴磁铁能应急

一辆海南马自达旅行车，装备JM491Q-E 22L单点电喷发动机，累计行驶23万km，在一家快修店更换自动变速器油后不能启动，而且没有着车的征兆。开始以为是没有高压火花或者不喷油造成的，怀疑曲轴位置传感器的信号不正常。检查曲轴位置传感器的外观，没有发现损伤。进行火花塞跳火试验，只在启动时跳了1次火。拆开曲轴位置传感器的插接器，测量其线圈的电阻为128kΩ。正常。更换蓄电池，使用不到1周时间，故障又重现。借来一个原厂曲轴位置传感器，替换后试车，能够顺利启动。于是确定故障原因是曲轴位置传感器的磁场变弱。找来环氧树脂胶，将一小块磁铁可靠地粘贴在曲轴位置传感器的后面，装复后，发动机启动正常。分析原因，是由于曲轴位置传感器在长期使用过程中，磁性逐渐消退的缘故。

凡是磁脉冲式曲轴位置传感器，其内部都有磁体，该磁体在高温作用下(或撞击后)，磁性会逐渐减弱，容易导致信号电压降低或者不稳定。此时如果粘贴磁铁，往往可以奏效。

4电磁易干扰，实施屏蔽可防范

磁脉冲式曲轴位置传感器实质上是一个交流发电机，是有源式信号发生装置，它发出的信号电压是很微弱的，只有毫伏级，所以需要加装屏蔽保护装置(见图1)，防止发出的微弱信号被外界干扰。

在发动机启动时，由于启动机高速运转，加上其他电磁干扰，车上可能形成无线电频率冲突，影响曲轴位置传感器的信号输出。因此，最好采用带有电容的接地线，并通过连接螺母、垫圈等牢固安全地连接好。

一辆南京菲亚特派力奥(PALIO)15L两厢轿车。发生交通事故修竣后，发动机无法启动。通过检查，发现没有高压火花。更换曲轴位置传感器后，发动机能够启动，但是发动机正常运转时，用手一碰曲轴位置传感器的输出信号线，发动机马上熄火。于是考虑电磁干扰问题，检查曲轴位置传感器线束外侧的屏蔽线，发现接头附近有一段破损处。经过包扎处理后，现象消失。分析可能是因为人体带有静电，加上曲轴位置传感器的屏蔽不好，人体的静电干扰了曲轴位置传感器的信号输出。

另外，可以利用铝箔作为屏蔽材料应急。一辆2001款沃尔沃S80轿车，因事故进行维修后，发动机启动困难。怠速在2000～700r/min之间抖动。连接故障诊断仪VCT2000检测，提示曲轴位置传感器的信号缺失。进一步检查，发现曲轴位置传感器的屏蔽层外缘破损。分析原因，启动机的电磁线圈是一个较大的辐射源，它对相隔很近的曲轴位置传感器产生了很大的电磁干扰，导致ECU接收到错误的信号，导致发动机怠速抖动。找来包装香烟(或糖果)的铝箔，将破损的曲轴位置传感器的屏蔽层包扎起来，安装后试车，故障不再出现。

5性能易衰变，选准时机去检测

一辆帕萨特B4轿车，冷车启动正常，但热车启动困难。更换燃油泵、带模块的点火线圈、高压线、火花塞、分电器总成等，都不能排除故障。进行路试，待发动机达到正常工作温度以后，让发动机熄火，不能再次启动。迅速掀开发动机罩盖，拔出中心高压线试火，没有高压火，可以确定为电路故障。先从点火信号源头查起，拔出曲轴位置传感器的插接器，启动发动机，测量曲轴位置传感器的端子上有无信号电压。如果没有信号电压，可以确定为曲轴位置传感器损坏，更换曲轴位置传感器，故障一般可以排除。这种故障的产生原因，不是曲轴位置传感器的热性能不良，就是燃油泵继电器的热性能不良。等待发动机冷却后再进行启动，目的是让曲轴位置传感器适当冷 却，以恢复其正常性能。

6误报故障码，需要辩证地诊断

在维修实践中，有时实际是发动机转速信号错误，故障码却显示为判缸信号错误。一辆丰田佳美MCV10轿车，装备IMZ发动机，大修后出现启动困难、加速不良的故障。通过OBD-Ⅱ系统进行检测，显示判缸信号(G信号)不正常。经过反复检查，发现故障原因是安装在曲轴正时带轮上的转速信号(Ne信号)发生盘少了1个齿。本来曲轴带轮信号盘的缺齿位置是上止点的识别记号，现在另外一处出现缺齿，导致ECU无法确认真正的活塞上止点位置。更换曲轴带轮及信号发生盘以后，故障被排除。

在上述案例中，故障诊断仪显示G信号故障而不显示Ne信号，这是由于G信号和Ne信号是两个相互关联的信号，ECU无法识别哪一个是非正常缺齿，而且错误的上止点信号和G信号出现较大的相位差，所以ECU识别为G信号故障(凌志轿车也会出现类似的情况)。因此在维修中，要注意识别曲轴位置传感器故障码的“张冠李戴”现象。

7检测其性能，掌握技巧是关键

检测曲轴位置传感器的性能，一定要抓住故障再现时这一关键时机进行，发动机停机以后调出的故障码不能说明什么问题。如果检测到关于曲轴位置传感器的故障码，那是自诊断系统给出的检查范围，需要逐一检查传感头、信号发生盘、ECU以及控制线束等有无问题。检测方法主要有：开路测电阻、测量输出电压、采用示波器检测信号波形、采用模拟试验法检测、用自制信号发生器检测、测量点火提前角等。

8检测注意事项

(1)当发动机出现无法启动、不喷油、不点火、自动熄火等情况时。应当重点检查曲轴位置传感器。

一辆波罗(POLO)轿车，在更换了曲轴后油封之后，发动机无法启动。连接故障诊断仪VAG1552检测，读到4个故障码：16705/SP曲轴位置传感器G28信号不可信，17912/SP探知进气系统有泄漏，17745凸轮轴位置传感器G163对地短路。检查曲轴位置传感器G28，它的信号盘共有58齿，当第1缸活塞位于压缩上止点时，其缺齿位置正对着传感头。该车由曲轴位置传感器G28和凸轮轴位置传感器G1 63配合，以确定曲轴位置和判缸。而且ECU只有在G28缺2齿位置到来时，才去检查G163的信号。查看维修手册得知，该信号盘时有一个记号，这个记号应当与曲轴后油封法兰盘上的记号对齐。但是该车的这一记号推迟了90°，曲轴位置传感器G28缺2齿的位置与凸轮轴位置传感器G163的缺口位置不吻合，发动机ECU认为曲轴位置传感器G28信号不可信。由于错位喷油和点火，所以发动机不能启动。将信号盘在曲轴上转动90°后，故障现象完全消失。

如果汽车有过在行驶中突然熄火的现象，而且原地加速到4500r/min以上时，转速表指针会大幅度摆动，应该考虑曲轴位置传感器信号中断的可能性。

(2)在上海通用公司的维修手册中，要求在发动机大修后，即在更换曲轴位置(CKP)系统的相关部件后，应当使用TECH-2诊断仪执行曲轴位置(CKP)系统偏差读写程序。具体来说，在更换PCM、设置了故障码P1336、更换发动机、更换曲轴、更换曲轴缓振平衡器以及更换曲轴位置传感器之后，都应当执行曲轴位置(CKP)系统的变更读写程序。否则。可能导致汽缸中可燃混合汽燃烧不良的故障码。但是维修实践表明，并非每次都需要这样做。

(3)曲轴位置传感器损坏后，许多轿车(如丰田佳美)的发动机将不能启动，而有的轿车(如捷达2阀、北京现代伊兰特)却能够启动。这种情况主要是发动机ECU的控制策略不同的缘故，如北京现代伊兰特轿车发动机，ECU可从霍尔式凸轮轴位置传感器(CMP)获取转速信号，使发动机可以启动。

(4)对于霍尔式曲轴位置传感器，不能采取测量电阻的方法判断其性能好坏。霍尔式曲轴位置传感器有3个端子。一个是外供电源(由ECU提供5V电源)，一个是搭铁，另一个是信号线。在一个霍尔式曲轴位置传感器中，包含霍尔元件、放大电路、整形电路以及输出电路等。在维修资料中，通常不给出霍尔式曲轴位置传感器的电阻参数，因此不是像对待磁脉冲式曲轴位置传感器那样去测量电阻。正确的方法是利用示波器，测试其输出的波形是否正确。

(5)一辆老款奇瑞风云轿车，使用启动机无法启动发动机，但是用人推或者用其他汽车牵引，都可以启动。检查启动机、蓄电池都正常。更换过许多零件，一直修不好。经过专家认定，这是由于设计时，曲轴位置传感器与启动机的距离太近，启动机一旦出现电磁干扰，会影响曲轴位置传感器的正常工作。

霍尔效应式发动机转速传感器的基本原理：

霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。

霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。

霍尔转速传感器的测量方法霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔转速传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔转速传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。

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