Cảm biến tốc độ hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Cuộn dây của cảm biến cĩ lõi sắt từ chịu tác động từ trường của nam châm vĩnh cửu, nĩ được đặt đối
Khe hở từ
H. 2- 8: Khe hở giữa cảm biến và vịng răng
Cảm biến tốc độ
Đĩa phanh
Vành răng cảm biến
diện với vành răng làm bằng vật liệu sắt từ. Do chịu tác động từ trường của nam châm vĩnh cửu nên trong cuộn dây luơn tồn tại một từ thơng φ0.
Khi vành răng quay do khe hở từ giữa vành răng và cảm biến thay đổi nên từ trở của cuộn dây biến thiên tuần hồn (do vành răng cĩ cấu tạo tuần hồn- bề mặt vành chia ra thành các răng bằng nhau). Sự biến đổi tuần hồn từ trở làm cho từ thơng trong cuận dây cũng biến đổi tuần hồn.
φω =φ0.f(ω) (2 . 1) Trong đĩ:
φx- Từ thơng trong mạch.
ω- Biến số của vị trí thay đổi theo gĩc quay.
Theo định luật Faraday: sự biến đổi từ thơng qua mạch kín sẽ sinh ra một suất điện động cảm ứng e: dt d e=− φ (2 . 2) Trong đĩ: e – Suất điện động. t – Thời gian. Từ cơng thức (2. 1) và (2. 2) ta cĩ: dt df e ( ) 0 ω φ − = Hay: dt d d df e ω ω ω φ ( ) 0 − = (2 . 3)
Từ biểu thức (2. 3) ta thấy: Suất điện động sinh ra trong cuộn dây phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Khoảng cách giữa cuộn dây và vành răng- khe hở từ: Khe hở này càng lớn thì biên độ của suất điện động càng nhỏ.
- Tốc độ quay: Biên độ của suất điện động tỷ lệ thuận với tốc độ quay (cường độ của tín hiệu luơn đồng bộ với việc tăng/ giảm tốc độ bánh xe).
Khi tốc độ quay nhỏ thì suất điện động sinh ra cĩ biên độ bé và ngược lại, khi tốc độ bánh xe cao thì suất điện động sinh ra cĩ biên độ lớn.
Sự biến đổi từ thơng (φ) và suất điện động (e) trong mạch theo biến số của vị trí (gĩc quay của bánh xe- vị trí của răng) hoặc thời gian được thể hiện như sau:
Tốc độ bánh xe thấp Tốc độ bánh xe cao t(s) 0 0 +e -e
H. 2- 9: Sự phụ thuộc của suất điện động vào tốc độ bánh xe ) (t ω ) (t ω 5 4 3 2 1 e 1 2 3 4 5 Cảm biến Vành răng φ
H. 2- 10: Sự biến đổi từ thơng (φ) và suất điện động (e) theo vị trí của cảm biến và vịng răng
Khi vành răng cùng bánh xe quay làm cho khe hở từ thay đổi, sự thay đổi khe hở từ làm cho từ trở thay đổi dẫn đến thay đổi tín hiệu ra của cảm biến tốc độ bánh xe.
Ta xét sự thay đổi khe hở từ tại năm vị trí như trên (H. 2- 10).
- Ở vị trí 1 khe hở giữa cảm biến và vành răng là lớn nhất do đĩ từ trở lớn làm cho từ thơng trong cuộn dây nhỏ (≈φ0).
- Tại vị trí 2 khe hở này giảm dần làm cho từ trở giảm do đĩ từ thơng trong cuộn dây tăng lên (φω).
- Tại vị trí 3 khe hở từ nhỏ nhất nên từ thơng trong cuộn dây đạt giá trị cực đại (φmax).
- Tại vị trí 4 và vị trí 5 tương tự như vị trí 2 và vị trí 1 nhưng lúc này do khe hở từ cĩ xu hướng tăng nên từ thơng trong cuộn dây sẽ giảm.
Từ đồ thị của từ thơng (φ) ta vi phân theo biến số vị trí hoặc thời gian ta sẽ được đồ thị chỉ sự biến đổi của suất điện động (e) theo vị trí hoặc thời gian. Tại vị trí 1 và 5 do từ thơng nhỏ nên suất điện động sinh ra cĩ biên độ rất nhỏ (≈0). Tại vị trí 2 và vị trí 4 do đồ thị chỉ sự biến đổi của từ thơng là điểm uốn nên trên đồ thị suất điện động e cĩ biên độ cực đại. Do tại điểm 2 giá trị từ thơng đang tăng nên biên độ của suất điện động mang dấu dương, ở vị trí 4 từ thơng trong cuộn dây đang giảm nên suất điện động cĩ biên độ mang dấu âm. Tại vị trí 3 do từ thơng cực đại nên đạo hàm của nĩ trên đồ thị biểu diễn sự thay đổi suất điện động bằng khơng.
Quá trình này được lặp đi lặp lại liên tục khi bánh xe chuyển động nên trong cuộn dây sinh ra một suất điện động biến đổi dạng hình sin.
Do mạch cảm biến được khép kín nên trong mạch sẽ xuất hiện một dịng điện cảm ứng. Dịng điện này cĩ tần số tỷ lệ với tốc độ quay của bánh xe. Ở đầu ra của cảm biến ta sẽ thu được một hiệu điện thế xoay chiều và đây chính là tín hiệu đưa về bộ điều khiển trung tâm. Tín hiệu này được bộ điều khiển trung tâm đọc thơng qua số lượng các xung theo thời gian và qua đĩ chuyển đổi thành tốc độ bánh xe. Do đĩ mà bộ điều khiển trung tâm cĩ thể xác định được tình trạng làm việc và khả năng bĩ cứng của bánh xe.
Trong cảm biến tốc độ dạng từ trở biến thiên, dải tín hiệu thu được phụ thuộc vào số lượng răng của vành răng.
-Tốc độ tối thiểu Vmin cĩ thể đo được sẽ nhỏ khi số lượng răng của vành răng (p) lớn.
- Tốc độ tối đa Vmax cĩ thể đo được sẽ lớn khi p nhỏ.