摘要：介紹了一種基于磁敏電阻元件的磁阻式接近開關,，設計了其信號處理電路,，并將其應用于鐵磁性齒輪的轉速測量。該接近開關利用磁阻效應原理制成，具有結構簡單,，成本低廉,，靈敏度高的優(yōu)點。對不同徑向間距下接近開關的差程值進行測量,，由實驗結果可知,，在3～7 mm的檢測距離內，該磁阻式接近開關工作性能穩(wěn)定,，動態(tài)特性良好，抗干擾能力強,，且工作頻率范圍較寬,，能適應高速和低速的齒輪轉速變化，可替代傳統(tǒng)的磁電式和霍爾式轉速傳感器,，用于鐵磁性齒輪的轉速測量,。
關鍵詞：接近開關；轉速,；傳感器,；磁阻

0 引言
    接近開關是一種電子開關量傳感器，主要功能是完成對位置的檢測,，將被測物體的位置量轉換成開關量電信號輸出,，具有防水、防油污,、耐腐蝕等優(yōu)點,，已廣泛用于定位、計數(shù)和控制等應用中,。傳統(tǒng)的磁電式轉速傳感器,，輸出信號的幅值受轉速和氣隙影響，當氣隙一定時,，轉速越高,，幅值越大；轉速一定時,，氣隙越小,，幅值越大，不易實現(xiàn)低速測量,，且信號處理復雜,。磁阻式接近開關可用于齒輪轉速測量，輸出信號大小不受齒輪轉速的影響,，且成本低,、重量輕，替代傳統(tǒng)的磁電式轉速傳感器和霍爾式轉速傳感器。

1 磁阻式接近開關工作原理
    磁阻式接近開關核心部件為InSb磁敏電阻,，基本原理是基于磁阻效應,。磁敏電阻由引腳、磁阻元件MR1和MR2,、永磁體,、絕緣基片、金屬外殼組成,，結構及等效電路如圖1所示,。

    當齒輪轉速為零時，兩磁阻元件阻值大概相等,，磁敏電阻中點輸出電壓為電源電壓值的1／2,。永磁體提供的偏置磁場，提高磁敏電阻靈敏度,，使磁阻元件工作特性移到電阻一磁場變化曲線的線性范圍之內,，使磁敏電阻不僅對磁鐵敏感，而且對鐵磁性物體也非常敏感,。當齒輪齒尖對準MR1時,，齒根對準MR2，永磁體的磁場分布發(fā)生變化,，通過MR1的磁感線增多,，通過MR2的磁感線減少，即MR1的阻值增大而MR2的阻值減小,。當齒輪齒尖對準MR2時,，齒根對準MR1，此時MR2的阻值增大而MR1的阻值減小,。因此齒輪的連續(xù)轉動,，將引起磁阻元件MR1和MR2的阻值發(fā)生周期性變化，磁阻元件中點就會輸出以電源電壓的1／2為基準電壓做微小變化的周期性電壓,。若設輸出信號頻率,、轉速和齒輪數(shù)分別為f，n(r／min)和Z,，則f=nZ／60,。由此，當齒輪齒數(shù)一定時,，輸出信號的頻率只與齒輪轉速有關,。經過后級的信號處理電路進行電壓放大，然后輸入到電壓比較級電路,，就可得到與齒輪轉速對應的周期性變化的方波信號,，根據輸出波形的頻率可計算出齒輪轉速,。

2 信號處理電路
    磁阻式接近開關電路由信號采集、信號放大,、比較級和驅動級四部分構成,，如圖2所示。磁敏電阻采用三端式可以克服環(huán)境溫度變化引起的溫漂問題,，穩(wěn)定低頻輸出電壓,。電壓跟隨器可以提高輸入電阻，減小輸出電阻,，達到阻抗匹配的目的,，減少對磁敏電阻的影響。放大電路采用直接耦合反相濾波放大,，既可以放大直流信號和交流信號,，又能濾除高頻噪聲。反相輸入比較器保證接近開關動態(tài)響應速度快,，差程小，靈敏度高,。驅動電路采用達林頓連接方式提高接近開關的帶負載能力,。

3 結果分析
    由于接近開關的差程是接近開關重要的技術指標，決定了接近開關動作性能的優(yōu)劣,，因此對不同徑向間距下磁阻式接近開關的差程進行了測量,，結果如圖3所示。

    由圖3可以看出,，徑向間距3～7 mm內,，接近開關的差程大致基本相等，說明接近開關動態(tài)性能穩(wěn)定,，開關特性良好,。當徑向間距大于7 mm時，差程變大,，接近開關動態(tài)性能變差,，這是由于外界環(huán)境的干擾影響造成接近開關穩(wěn)定性變差?？紤]到實際的工作環(huán)境和距離需要等因素,，接近開關取徑向距離為3～7 mm。研究結果表明,，環(huán)境溫度在-30～+80℃內變化時,，接近開關都能夠正常工作，輸出比較工整的脈沖波形,，在0～5 kHz的工作頻率范圍內,，工作可靠,，性能穩(wěn)定。

4 結語
    磁阻式接近開關結構簡單,、成本低廉,、靈敏度高，可用于鐵磁性齒輪轉速測量,。實驗結果可知,，檢測距離3～7 mm內，動態(tài)特性良好,，性能穩(wěn)定,，可靠性高，輸出電壓和工作頻率范圍能滿足工作需要,。其性能穩(wěn)定,，抗干擾能力強，能在惡劣環(huán)境下工作,，替代傳統(tǒng)的磁電式轉速傳感器,。