航空工程領(lǐng)城，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、旋翼以及機(jī)輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，分時(shí)或連續(xù)測(cè)量并顯示瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，已達(dá)到對(duì)飛機(jī)飛行的控制。老式離心式轉(zhuǎn)速測(cè)量精度低，僅用于儀表觀測(cè)，不能用于控制。而光電式傳感器和磁感應(yīng)式傳感器則將轉(zhuǎn)速量轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，通過對(duì)電平信號(hào)的處理達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。光電式傳感器和磁感應(yīng)式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速各有優(yōu)缺點(diǎn)，較磁感應(yīng)傳感器，光電式傳感器靈敏度高，但抗干擾能力差；而磁感應(yīng)式傳感器具有結(jié)構(gòu)牢固、重量輕、體積小、功耗小、壽命長、安裝方便、頻率范圍寬、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

在飛機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速的測(cè)量中，磁感應(yīng)式傳感器應(yīng)用廣泛，最為常見的就是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。


霍爾轉(zhuǎn)速傳感器
霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)以霍爾效應(yīng)為原理制成的一種磁傳感器，根據(jù)霍爾效應(yīng)，當(dāng)霍爾元件處于磁場(chǎng)中，并在垂直于磁場(chǎng)的方向上通以電流時(shí)，霍爾元件上和電流與磁場(chǎng)垂直的方向會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差。

當(dāng)通過霍爾元件的電流恒定不變時(shí)，改變磁場(chǎng)的大小，能夠改變霍爾電勢(shì)差?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器需要磁場(chǎng)和電流霍爾原件。在不改變被測(cè)物體轉(zhuǎn)速的情況下在被測(cè)物體轉(zhuǎn)軸上安裝磁鋼以提供磁場(chǎng)，霍爾開關(guān)固定在轉(zhuǎn)盤外緣附近，如圖1 所示。


旋翼轉(zhuǎn)速
測(cè)量飛機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速時(shí)，將磁鋼安裝在飛機(jī)旋翼轉(zhuǎn)軸上，霍爾開關(guān)固定在靠近磁鋼轉(zhuǎn)軸外側(cè)，旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾開關(guān)開始切割磁鋼區(qū)域磁場(chǎng)，沒有磁鋼時(shí)輸出高電平，有磁鋼時(shí)輸出低電平[4]，產(chǎn)生周期性的電平變換。如圖2示，同圖1安裝示意，一個(gè)轉(zhuǎn)軸上4個(gè)磁鋼，則4個(gè)脈沖為一個(gè)周期。

 
假設(shè)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)磁鋼 ，則旋翼旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)周期脈沖。旋翼旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間 T=1個(gè)脈沖周期；若轉(zhuǎn)軸上安裝N個(gè)磁鋼，則旋翼旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生N個(gè)周期脈沖，旋翼旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間T=N個(gè)脈沖周期；旋翼轉(zhuǎn)速安裝磁鋼應(yīng)保證磁鋼間均勻安裝，以保證后續(xù)對(duì)周期計(jì)算的準(zhǔn)確性[5。由于旋翼轉(zhuǎn)速= 1/T，因此只要計(jì)算出旋翼旋轉(zhuǎn)的周期T，即可知轉(zhuǎn)速。對(duì)旋翼周期的計(jì)算就是對(duì)霍爾開關(guān)產(chǎn)生的周期性頻率信號(hào)進(jìn)行采集過程。

采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
霍爾開關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，需要經(jīng)過處理產(chǎn)生TTL脈沖信號(hào)，通過對(duì)TTL頻率信號(hào)的處理和采集，獲取頻率信號(hào)周期，進(jìn)而獲取旋翼轉(zhuǎn)速。頻率采集硬件回路設(shè)計(jì)如圖3所示。

從圖3可以看出對(duì)霍爾開關(guān)信號(hào)的處理包括了隔離、濾波、采集最后給處理器，處理器通過控制率計(jì)算控制伺服，進(jìn)而控制旋翼轉(zhuǎn)速。

隔離
由于傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的參考地同數(shù)字采集系統(tǒng)的參考地可能不一致，因此需要將傳感器信號(hào)通過光電隔離器件處理為數(shù)字系統(tǒng)信號(hào)。如圖4所示。

隔離的好處在于對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的保護(hù)，防止由于外部大功率信號(hào)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的破壞。通常隔離采用光耦進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

濾波
傳感器產(chǎn)生的信號(hào)較易受到外界干擾，加之于旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生毛刺，因此需要對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行降噪處理，通常采用濾波去除外界干擾和毛刺。濾波的位置可以放在隔離電路之前，也可以在其之后。本文將濾波電路放在隔離電路的前端。濾波電路設(shè)計(jì)時(shí)需要保證濾除期望的毛刺，并且其截止頻率應(yīng)當(dāng)大于正?；魻栭_關(guān)產(chǎn)生的頻率信號(hào)。濾波電路根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，選擇合適的一階或二階濾波電路。