EPS轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角一體化傳感器的研究

方向盤的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器是汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分,其輸出信號的品質(zhì)直接影響電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。1988年，Grunberg和Baibich等人通過分子束外延的方法制備了Fe/Cr多層膜，并在其中發(fā)現(xiàn)了磁阻變化率達到50%以上。為了滿足電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對方向盤轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角的測量要求,本文研究了一種同時輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號的非接觸式智能傳感器。首先,本文對國內(nèi)外現(xiàn)有的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器進行了分析,并對能夠同時提供復合信號的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角傳感器進行了重點討論。

然后介紹了霍爾效應的基本理論,并對轉(zhuǎn)矩的常用測量方法進行了歸納總結(jié)。本文章簡要概述了模擬集成電路的重要性及發(fā)展國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎上引出了數(shù)?；旌霞傻幕魻杺鞲衅餍酒?對霍爾傳感器原理、應用和未來發(fā)展狀況作了詳細的描述。根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向特性及霍爾芯片的性能,提出了一種全新的測量方法,實現(xiàn)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩的同時測量。其次,通過對齒輪傳動的推導分析,確定了齒輪的基本參數(shù)要求,并對傳感器總成中的各傳動齒輪進行了詳細的設計。再次,對傳感器的電路進行了模塊化的設計。本文將傳感器的測量電路分為單片機管理模塊、轉(zhuǎn)矩傳感器芯片模塊、角度傳感器電路芯片模塊,并分別對各測量電路進行了選材和設計。

什么是接近傳感器？

接近傳感器，是指代替限位開關(guān)等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進行檢測為目的的傳感器的總稱。其能將檢測對象的移動信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號。

在轉(zhuǎn)換為電氣信號的檢測方式中，包括利用電磁感應引起的檢測對象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式、利石和引導開關(guān)的方式。 由感應型、靜電容量型、超聲波型、光電型、磁力型等構(gòu)成。

接近傳感器是利用振動器發(fā)生的一個交變磁場，當金屬目標接近這磁場并達到感應距離時，在金屬目標內(nèi)發(fā)生渦流，因此導致振動衰減，以至接近傳感器的振動器停振。它們通常用于健身跟蹤應用、可佩戴式產(chǎn)品、計算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄器和汽車應用。接近傳感器的振動器振動及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，因此達到接近傳感器的非接觸式之檢測的目的。這就是接近傳感器的運作原理。

接近傳感器廣泛地應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。磁電阻/超導復合式磁傳感器作為一種新型的高靈敏度磁探測器，其探測精度目前已接近SQUID器件并已達到fT量級。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長、工作可靠、重復定位精度高、無機械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強等特點。目前，接近傳感器的應用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。

復合式磁傳感器

弱磁探測技術(shù)的發(fā)展，歸根結(jié)底依靠的是磁傳感器技術(shù)的進步。近年來,基于隨機有限集理論的多傳感器多目標跟蹤方法開始受到研究學者的關(guān)注。近年來，隨著各種物理效應在磁場測量中的應用，各種弱磁測量的方法已經(jīng)逐漸趨于完善，而根據(jù)不同測量方法，各類磁傳感器也應運而生。從霍爾效應磁傳感器、磁通門磁傳感器、磁電阻傳感器到光泵磁強計和超導量子干涉器件(SQUID)，磁傳感器技術(shù)不斷的向前發(fā)展。這其中，為熟知的探測精度達到fT量級的弱磁傳感器當屬基于超導約瑟夫森效應的超導量子干涉器件。目前，單獨的SQUID 器件在低溫下靈敏度可以達到0.2—2 pT，而通過加入耦合線圈磁通放大器，在4.2 K靈敏度可以達到10 fT 以下。然而，對于低溫超導SQUID 而言，需要昂貴的低溫制冷設備(液氦、低溫制冷機等)；高溫超導SQUID由于超導材料的相干長度短，在約瑟夫森結(jié)的制備方面存在困難。這些因素都制約了SQUID的大規(guī)模應用。

伴隨著科技進步和信息技術(shù)的發(fā)展，除了靈敏度之外，人們也對磁傳感器的尺寸、穩(wěn)定性、功耗、制備工藝的簡單化等提出了越來越高的要求。并且在探測精度方面相比于SQUID、光泵磁力儀等高靈敏度磁傳感器仍然有較大差距，這也限制了其在生物磁性、等一些弱磁探測領(lǐng)域的應用。其中基于磁電阻效應的傳感器因其具備高靈敏度、功耗低、體積小、加工技術(shù)成熟等優(yōu)點正在越來越大規(guī)模的使用。其中，基于巨磁電阻(GMR)及隧道磁電阻(TMR)效應制備的磁電阻傳感器因其飽和磁場較低、單位磁場靈敏度高、溫度特性穩(wěn)定等優(yōu)點，目前已被廣泛用于生產(chǎn)應用中。特別是TMR磁傳感器，擁有小型化、低成本、低功耗、高集成性、高相應頻率和高靈敏度特性，使其成為未來競爭的制高點。

另一方面，作為高靈敏度傳感器而言，GMR和TMR的固有噪聲仍然較大，特別是在低頻下，傳感器存在明顯的1/f 噪聲。和普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應電流在目標物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。并且在探測精度方面相比于SQUID、光泵磁力儀等高靈敏度磁傳感器仍然有較大差距，這也限制了其在生物磁性、等一些弱磁探測領(lǐng)域的應用。

TD傳感器是什么

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺。而單靠人們自身的感覺，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。

為適應這種情況，就需要傳感器。半導體應變片與電阻應變片相比，具有靈敏系數(shù)高（約高50～100倍）、機械滯后小、體積小、耗電少等優(yōu)點。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 新技術(shù)革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎。 

在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比?，F(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，進入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。