EPS轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角一體化傳感器的研究

方向盤(pán)的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器是汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分,其輸出信號(hào)的品質(zhì)直接影響電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。1988年，Grunberg和Baibich等人通過(guò)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(dá)到50%以上。為了滿足電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角的測(cè)量要求,本文研究了一種同時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號(hào)的非接觸式智能傳感器。首先,本文對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行了分析,并對(duì)能夠同時(shí)提供復(fù)合信號(hào)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行了重點(diǎn)討論。

然后介紹了霍爾效應(yīng)的基本理論,并對(duì)轉(zhuǎn)矩的常用測(cè)量方法進(jìn)行了歸納總結(jié)。本文章簡(jiǎn)要概述了模擬集成電路的重要性及發(fā)展國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上引出了數(shù)?；旌霞傻幕魻杺鞲衅餍酒?對(duì)霍爾傳感器原理、應(yīng)用和未來(lái)發(fā)展?fàn)顩r作了詳細(xì)的描述。根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性及霍爾芯片的性能,提出了一種全新的測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩的同時(shí)測(cè)量。其次,通過(guò)對(duì)齒輪傳動(dòng)的推導(dǎo)分析,確定了齒輪的基本參數(shù)要求,并對(duì)傳感器總成中的各傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。再次,對(duì)傳感器的電路進(jìn)行了模塊化的設(shè)計(jì)。本文將傳感器的測(cè)量電路分為單片機(jī)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(duì)各測(cè)量電路進(jìn)行了選材和設(shè)計(jì)。

什么是接近傳感器？

接近傳感器，是指代替限位開(kāi)關(guān)等接觸式檢測(cè)方式，以無(wú)需接觸檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)為目的的傳感器的總稱。其能將檢測(cè)對(duì)象的移動(dòng)信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)。

在轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的檢測(cè)方式中，包括利用電磁感應(yīng)引起的檢測(cè)對(duì)象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕測(cè)體的接近引起的電氣信號(hào)的容量變化的方式、利石和引導(dǎo)開(kāi)關(guān)的方式。 由感應(yīng)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(dòng)器發(fā)生的一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這磁場(chǎng)并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)發(fā)生渦流，因此導(dǎo)致振動(dòng)衰減，以至接近傳感器的振動(dòng)器停振。它們通常用于健身跟蹤應(yīng)用、可佩戴式產(chǎn)品、計(jì)算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄器和汽車(chē)應(yīng)用。接近傳感器的振動(dòng)器振動(dòng)及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，因此達(dá)到接近傳感器的非接觸式之檢測(cè)的目的。這就是接近傳感器的運(yùn)作原理。

接近傳感器廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器作為一種新型的高靈敏度磁探測(cè)器，其探測(cè)精度目前已接近SQUID器件并已達(dá)到fT量級(jí)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無(wú)機(jī)械磨損、無(wú)火花、無(wú)噪音、抗振能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前，接近傳感器的應(yīng)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(fù)合式磁傳感器

弱磁探測(cè)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(jìn)步。近年來(lái),基于隨機(jī)有限集理論的多傳感器多目標(biāo)跟蹤方法開(kāi)始受到研究學(xué)者的關(guān)注。近年來(lái)，隨著各種物理效應(yīng)在磁場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用，各種弱磁測(cè)量的方法已經(jīng)逐漸趨于完善，而根據(jù)不同測(cè)量方法，各類(lèi)磁傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。從霍爾效應(yīng)磁傳感器、磁通門(mén)磁傳感器、磁電阻傳感器到光泵磁強(qiáng)計(jì)和超導(dǎo)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(cè)精度達(dá)到fT量級(jí)的弱磁傳感器當(dāng)屬基于超導(dǎo)約瑟夫森效應(yīng)的超導(dǎo)量子干涉器件。目前，單獨(dú)的SQUID 器件在低溫下靈敏度可以達(dá)到0.2—2 pT，而通過(guò)加入耦合線圈磁通放大器，在4.2 K靈敏度可以達(dá)到10 fT 以下。然而，對(duì)于低溫超導(dǎo)SQUID 而言，需要昂貴的低溫制冷設(shè)備(液氦、低溫制冷機(jī)等)；高溫超導(dǎo)SQUID由于超導(dǎo)材料的相干長(zhǎng)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(yīng)用。

伴隨著科技進(jìn)步和信息技術(shù)的發(fā)展，除了靈敏度之外，人們也對(duì)磁傳感器的尺寸、穩(wěn)定性、功耗、制備工藝的簡(jiǎn)單化等提出了越來(lái)越高的要求。并且在探測(cè)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(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。其中基于磁電阻效應(yīng)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(diǎn)正在越來(lái)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(yīng)制備的磁電阻傳感器因其飽和磁場(chǎng)較低、單位磁場(chǎng)靈敏度高、溫度特性穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛用于生產(chǎn)應(yīng)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(yīng)頻率和高靈敏度特性，使其成為未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。

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(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起的能量損失影響到振蕩頻率。并且在探測(cè)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(cè)領(lǐng)域的應(yīng)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(jué)。而單靠人們自身的感覺(jué)，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。

為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。半導(dǎo)體應(yīng)變片與電阻應(yīng)變片相比，具有靈敏系數(shù)高（約高50～100倍）、機(jī)械滯后小、體積小、耗電少等優(yōu)點(diǎn)。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。 新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)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(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)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(chǔ)。 

在基礎(chǔ)學(xué)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(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測(cè)壓力成正比?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)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(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)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(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。