海拉感应式位置传感器技术及其应用

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1、海拉感应式位置传感器技术及其应用 在传动系统和底盘系统中实现电控可进一步提高驾驶性能、安全性能、燃油经济性能以及排放水平。而在汽车可靠性不断提高的同时，作为电控装置的基本组成元件——位置传感器的开发也必须取得突破性的进展，即将传感器设计成为能有效免除灰尘影响的非接触类型。    实际应用表明，非接触式传感器替代电压计式传感器代表着技术进步的发展方向。因此，外界不断召唤新的非接触式传感器的出现。当然，最好的结果是在应用非接触式传感器的同时还要能够保留电压计式传感器的优点。　　海拉拥有专利技术的感应式位置传感器是一种能够

2、满足上述条件的新型位置传感器，它在一个简单、紧凑的空间条件下能够实现对线位移和角位移的非接触式测量，另外，它对制造精度和周围的环境要求较低，在汽车制造领域内获得了广泛的应用，如节气门传感器、加速踏板传感器和转向传感器等。　　一、结构与原理　　1．结构图1 海拉传感器结构和信号原理    感应式位置传感器同其他角传感器一样，也是由定子和转子组成的。在PCB上的定子由激励线圈、3个感应接受线圈和其他信号处理电子元件组成，转子是一块简单的冲压金属片。图1所示的是一个海拉的测量范围为60°的传感器结构和信号原理简图，从中可以

3、看出ASIC芯片内的振荡单元及PCB上的激励线圈和3个感应接受线圈，3个感应线圈的角度差值为量程的1/3（即20°）。    2．工作原理图2感应耦合原理    感应耦合的原理如图2所示，激励线圈中电流产生的电磁场在转子中产生感应电流。第一次感应耦合与角位置无关，其作用仅是通过感应耦合将能量传递给转子。传感器的相关信息是通过转子与接受线圈之间的第二次感应耦合来实现的，这次感应与转子相对于定子的相对位置有关。在第二次感应中，定子上的电压幅值随相对位置而变化，信号处理单元接受线圈的电压信号，进行整流、放大并成对地将其按比

4、例输出。这种将输出电压与角度按比例测量的原理在很大程度上不会受到机械公差（如空气间隙的变化、轴线偏心和倾斜）的影响。同时，电信号和电磁干扰在很大程度上也得到了抑制。    120°和60°的角度传感器相比较，仅需根据测量范围相应地改变PCB上的感应线圈和转子形状，其他零件都是不变的。这种标准化设计是海拉感应传感技术的优点之一，使得应用变得简单。图3  线性位置传感器结构    感应传感原理的应用不仅仅局限于旋转机构，同样也可以将传感器设计成线性结构（如图3所示）。电子油门踏板模块就是线性感应传感原理应用的一个典型实例

5、，由一块金属片组成的滑片（转子）贴在靠近回位弹簧的滑动元件上，能够实现100mm内的位移测量。    与静电磁场原理不同的是，感应式位置传感器里面没有与温度相关的磁性材料，如铁心、铁氧体或磁铁芯。因此，这种没有受温度影响元件的传感器无须设计专门的温度补偿回路，所有因尺寸变化和电信号处理过程中产生的温度漂移都可通过比例测量技术加以消除。现在，该特性已在多种应用中得到了证实。    二、技术特点    1．定制芯片和定制芯片的研制图4 海拉位置传感器的基本原理图    定制芯片技术是海拉的感应式位置传感器的一个重要组成部

6、分。使用一个定制芯片，可以相应地减少传感器的电子元件。图4所示的是海拉传感器的原理框图，其输出信号有两种：模拟信号和脉宽调制信号。同时，该传感器还可以设计有总线通信接口。但由于只有基于大批量生产才能获得可以接受的价格，相比于直接提供模拟信号和脉宽调制信号的传感器而言，这种可用于总线通信的传感器还没有得到大规模应用。    除了这个挑战外，在汽车中的应用还要求传感器能在-40℃～+50℃的温度范围和振动高达30g的情况下工作，具有可靠性好、寿命长、耐湿度性能好等特性，并能在各种不同形式的电磁场下工作。    2．ASI

7、C芯片家族及其开发策略    通过修改ASIC芯片，可在非接触式位置传感器的应用中不断取得进展。模块化的方法简化了传感器ASIC芯片的技术设计，使其可应用于各种场合。    有两种策略可以实现低成本的开发目标。第一种是以一个ASIC芯片实现所有功能，其优势在于该芯片可以实现大批量生产，但芯片尺寸偏大。另一种策略是定制ASIC芯片来实现特定的应用，其优势在于芯片尺寸小但批量不大。因此，必须利用模块化设计将传感器和芯片系列化，使得一种ASIC芯片要么满足特定的市场要么具有一定的应用功能。    为了降低复杂度并快速推向市

8、场，第一种芯片往往只具有最基本的功能，芯片的输出通过一个微控制器通信完成。在此基础上，海拉研制出了更为复杂的芯片来完全替代电压计式传感器。这种微电子芯片可以逐个产品进行标定，具有可灵活设置的界面和自检等特性，能够替代电压计的感应传感器芯片包含所有上述特性。这种芯片在大灯调节系统中的轴位置传感器、空气悬架系统及从2000年开始大量生产的加速油门踏