发布日期:2022-10-09 点击率:249
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1、概述
应用在汽车上的速度/减速度传感器有:
发动机转速传感器:其功用是检测发动机转速,并把检测结果输入到汽车仪表系统显示发动机工况;或输入发动机控制系统和底盘某些控制系统的ECU,用于燃油喷射量、点火提前角、动力传动等控制。
发动机转速的检测通常利用曲轴位置传感器的检测信号实现的。
车速传感器:其功用是检测汽车行驶速度,并把检测结果输入给汽车仪表系统,用于显示车速;或用于自动变速器系统、巡航定速系统等。
车速通常通过直接或间接检测汽车轮胎的转速获得的。
车轮转速传感器:其功用是检测车轮转速,并把检测结果输入ABS/ASR系统ECU,用于汽车的制动或驱动控制。
减速传感器:其功用是检测汽车的减速度,并把检测结果输入ABS系统的ECU,用于汽车的制动或驱动控制。
速度/减速度传感器的结构、原理一览表
2、发动机转速传感器
美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器
3、车速传感器
在汽车仪表系统中要显示车速;在汽车燃油喷射、自动变速器、ABS/ASR、巡航定速控制等系统中都要涉及到汽车的车速状况。车速通常通过直接或间接检测汽车轮胎的转速计算获得的。
1.功用
检测汽车行驶速度,并把检测结果输入给汽车仪表系统用于显示车速;或将检测的车速信号输入到需要车速信号的汽车控制系统的ECU。
2.车速传感器的类型
车速传感器的类型有:舌簧开关式、电磁感应式、光电式、可变磁阻式、霍尔式等
一、舌簧开关式车速传感器的结构、原理与检测
(一)舌簧开关式车速传感器的结构、原理
1.传感器的结构
如下图为舌簧开关式车速传感器的结构。
舌簧开关式传感器安置在车速表转子附近,当车速表驱动软轴回转时,永久磁铁也回转,磁铁的N、S 极将靠近或远离舌簧开关的触点。
舌簧开关式车速传感器
2.传感器的工作原理
如图当N、S磁极从接近舌簧开关到逐渐离开时,上下两个触点变为不同极性的磁极,触点互相吸引,开关变成闭合状态。
如图当N极或S极接近触点时,上下两个触点变为同一极性的磁极,触点互相排斥,所以舌簧开关断开。
转子磁铁一般是4极的,车速表驱动轴每回转一圈,就会输出4个脉冲。
舌簧开关式车速传感器应用于电子式车速/里程表
(二)舌簧开关式车速传感器的检测
用指针式万用表电压档检测舌簧开关式车速传感器,把表笔接在传感器连接器插头两端子上,起动机转动1~2s,观察电压表指针是否有脉冲电压产生,若无脉冲电压产生,表示传感器有故障,应当更换。
二、电磁感应式车速传感器的结构、原理与检测
(一)电磁感应式车速传感器的结构、原理
1.传感器的结构
如图车速传感器由永久磁铁和电磁感应线圈组成,它被固定安装在变速器输出轴附近的壳体上,输出轴上的驻车锁定齿轮为感应转子。
2.传感器的工作原理
当变速器输出轴转动时,驻车锁定齿轮的凸齿,不断地靠近或离开车速传感器,使线圈内的磁通量发生变化,从而产生交流电,车速越高,输出轴转速也越高,感应电压脉冲频率也越高,电控组件根据感应电压脉冲的频率计算汽车行驶的速度。
3.传感器的安装位置
电磁感应式车速传感器安装在自动变速器输出轴附近的壳体上,用于检测自动变速器输出轴的转速。
电控单元ECU根据车速传感器的信号计算车速,作为换挡控制的依据。
该传感器的安装情况如图所示。
(二)电磁感应式车速传感器的检测
1.开路检测:检测传感器的电阻。
2.模拟检测:检测传感器的输出波形。
3.开路检测:检测感应脉冲。
(三)变速器输入轴车速传感器
别克轿车车速传感器是电磁感应式,该传感器安装在自动变速器输入轴端。
该传感器的安装情况如图所示。
三、光电式车速传感器的结构、原理与检测
光电式车速传感器的结构、原理与曲轴或凸轮轴光电式位置传感器基本相同,检测方法类似。
车速表软轴每转一圈,传感器产生20个脉冲。
光电车速传感器原理
车速表电路框图
四、可变磁阻式车速传感器的结构、原理与检测
磁阻效应(Magneto-resistanceEffects)是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。
磁阻效应在金属里可以忽略,在某些半导体中较大。
1.传感器的结构
主要有两个器件:磁环和内装有磁阻元件的混合集成电路。
2.传感器的原理
如图所示,当多极磁环绕其轴旋转时,使靠近磁环的混合集成电路内的磁阻元件处的磁场变化,从而使磁阻元件的电阻发生变化。
混合集成电路在磁阻元件的电阻变化时,输出与多极磁环绕旋转速度相对应的脉冲信号。
该传感器的优点是多极磁环可安装在变速器的输出轴上,这样可以取消仪表的软轴。
五、霍尔式车速传感器的结构原理
霍尔式车速传感器的结构、原理与曲轴或凸轮轴光电式位置传感器基本相同,检测方法类似。
4、轮速传感器
有关汽车制动或驱动的各类电子控制系统如:防抱死制动(ABS)、驱动防滑(ASR)或电子制动力分配(EBD)、转向制动控制(CBC)、电子稳定程序(ESP)等系统控制均需要获取车轮的转速状况。
车速通常检测汽车传动系统的转动,换算为汽车驱动轮的转速间接获得的。
轮速传感器一般是直接检测车轮的转速且所有车轮的转速均检测。
1.轮速传感器的功用
是检测车轮转速,并把检测结果输入ABS/ASR等用于制动或驱动控制的系统的ECU。
2.轮速传感器的类型
本节介绍的轮速传感器有电磁式、霍尔式两类。
其结构与原理与汽车其他位置的这类转速检测传感器类似。
一、电磁式轮速传感器的结构、原理与检测
1.传感器的结构
传感头:安装在不随车轮旋转的部件上,如转向节、悬架支承、半轴套管或制动底板上。
齿圈:安装在随车轮旋转的部件上,如轮毂、制动盘或半轴上。
2.传感器的特点
优点:
电磁式轮速传感器结构简单、成本低、对粉尘污染不敏感,传感头不需外接电源。
缺点:
输出信号的幅值和频率受转速影响大,抗电磁波干扰能力差,易产生误信号。
适于15~160 km/h
2.传感器的安装部位
安装在前轮上
安装在后轮上
二、霍尔式轮速传感器的结构、原理与检测
1.传感器的结构、原理
2.传感器的特点
输出信号电压幅值不受转速的影响,频率响应高,抗电磁波干扰能力强。
3.传感器的安装
类似于电磁感应轮速传感器。
5、减速度传感器
减速度传感器又称G传感器,通常用于四轮驱动汽车的ABS/ASR等与汽车驱动与制动控制有关的系统上。
汽车高附着系数路面上制动时其减速度大,在低附着系数路面上制动时其减速度小,当汽车行驶在雪地、结冰路等低附着系数路面上时,采取相应措施,以提高制动性能。
汽车在在低附着系数行驶时,其驱动轮通常会出现滑转现象。
两轮驱动的汽车上,ABS系统的ECU可根据轮速传感器传来的信号判断驱动车轮的滑转状况。
ABS系统在不同的附着系数路面将采用不同的防抱死制动方式。
1.减速度传感器的功用
用于获取汽车减速度信号;该信号送入ECU后,对路面的附着系数高低进行判断。
2.减速度传感器类型
减速度传感器有光电式、水银式、差动式变压式等。
一、光电式减速度传感器的结构、原理
1.感器的结构
光电式减速度传感器由两个发光二极管、两个光敏三极管一个透光板和信号转换电路组成。
光电式减速度传感器的结构
2.感器的工作原理
汽车匀速行驶时,传感器的透光板静止不动;汽车制动时,即减速行驶时,透光板由于惯性则随着减速度的变化而沿汽车的纵轴方向进行摆动。
透光板的作用是穿过或隔断发光二极管到光电三极管之间的光线,以此控制光电三极管的开与关。
两对发光二极管和光电三极管的组合可以将汽车的减速度分为4个等级。
光电式减速度传感器的工作原理
减速度率的等级与光敏三极管同断的关系
二、水银式减速度传感器的结构、原理
1.传感器的结构
水银式减速度传感器的结构如图所示,它主要由水银和玻璃管组成,这种传感器应用在日产4×4全轮驱动汽车上。
2.传感器的工作原理
当汽车制动时,若减速度小,玻璃管内的水银球基本不动,则输出电极1、2均与搭铁接通,意味着汽车处在附着系数较小的路面上,图(a);
当汽车制动时,减速度大,水银在玻璃管内由于惯性作用前移,则输出电极1与搭铁接通,输出电极2与搭铁断开,意味着汽车处在附着系数较大的路面上,图(b)。
三、差动变压器式减速度传感器的结构、原理
1.传感器的结构
日本三菱汽车应用了如图所示的减速度传感器。
1)差动变压器线圈
2)铁芯:汽车减速时,铁芯受惯性力的作用可向前移动。
3)弹簧:使移动后的铁芯复位。
4)变压器油:对移动的铁芯起着阻尼作用。
5)印制电路板:处理差动变压器内感应电势信号。
2.传感器的工作原理
当汽车正常行驶时,差动变压器线圈内的铁芯处于线圈中间位置,输出电压为“0”;
当汽车减速时,由于铁芯受惯性力的作用向前移动,差动变压器内感应电势将发生变化,并以此变化作为ABS工作的控制信号。
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车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号,也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数字信号,车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内,车速传感器信号线通常装在屏蔽的外套内,这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干扰,用于保证电子通讯不产生中断,防止造成驾驶性能变差或其他问题,在汽车上磁电式及光电式传感器是应用最多的两种车速传感器,在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上比较广泛采用磁电式传感器来进行车速(VSS)、曲轴转角(CKP)和凸轮轴转角(CMP)的控制,同时还可以用它来感受其它转动部位的速度和位置信号等,例如压缩机离合器等。
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速度传感器
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单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度,与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器,我们都统称为速度传感器。
中文名
速度传感器
分 为
线速度传感器和角速度传感器
应用于
汽车检测市场
结 构
多采用霍尔式结构
目录
1
简介
?
velocity
?
激光测速
?
雷达测速
2
特征
?
接触式
?
非接触式
3
种类
?
前景
?
应用
?
其他
速度传感器简介
语音
传感器(sensor)是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的原件,根据转换的非电量不同可分为压力传感器、速度传感器、温度传感器等,是进行测量、控制仪器及设备的零件、附件。
[1]
速度传感器velocity
在机器人自动化技术中,旋转运动速度测量较多,而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。例如:测速发电机可以将旋转速度转变成电信号,就是一种速度传感器。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系,并要求输出电压陡度大,时间及温度稳定性好。测速机一般可分为直流式和交流式两种。直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种,电枢结构有带槽的、空心的、盘式印刷电路等形式,其中带槽式最为常用。
速度传感器激光测速
随着现今精密制造业的崛起和节省成本的需求,非接触测速传感器会慢慢取接触式测速传感器。而现在市场上精度较高、最常用的非接触激光测速传感器就是ZLS-Px像差测速传感器。像差测速传感器有两个端口:一个发射端口,发出LED光源;一个是高速拍照端口,实现CCD面积高速成像对比,通过在极短时间内的两个时间的图像对比,分辨被测物体移动的距离,结合传感器内部的算法,实时输出被测物体的速度。如图所示,①LED光发射口,②摄像接收口,③、④接线端,⑤固定螺孔 。①LED光发射口对着被测物发射出激光,经反射到②摄像接收口,接收到信号后传给信号处理器,通过算法计算出它的速度。ZLS-Px像差测速传感器能同时测量两个方向的速度、长度,不但能觉察被测体是否停止,而且能觉察被测体的运动方向。将传感器固定在稳定的支架上,确保转动物体转动过程不会产生过大的振动,从而能测出转动被测体的转角和转速。
速度传感器雷达测速
雷达测速传感器
传统的测速大多以旋转式运动速度测量和直线运动速度测量,但现实工业自动化中有不少非规律性的测速,比如运动员运动测速,交通车辆测速,高尔夫球速测量等情况下,雷达测速传感器可以满足这些要求。
速度传感器特征
语音
旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。
速度传感器接触式
接触式旋转式速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时,摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器,发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值,从而就能测出线速度。
速度传感器
接触式旋转速度传感器结构简单,使用方便。但是接触滚轮的直径是与运动物体始终接触着,滚轮的外周将磨损,从而影响滚轮的周长。而脉冲数对每个传感器又是固定的。影响传感器的测量精度。要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路。另外接触式难免产生滑差,滑差的存在也将影响测量的正确性。
速度传感器非接触式
非接触式旋转式速度传感器与运动物体无直接接触,非接触式测量原理很多,以下仅介绍两点,供参考。[1].光电流速传感器叶轮的叶片边缘贴有反射膜,流体流动时带动叶轮旋转,叶轮每转动一周光纤传输反光一次,产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数,计算出流速。[2].光电风速传感器风带动风速计旋转,经齿轮传动后带动凸轮成比例旋转。光纤被凸轮轮盘遮断形成一串光脉冲,经光电管转换成定信号,经计算可检测出风速。
速度传感器
非接触式旋转速度传感器寿命长,无需增加补偿电路。但脉冲当量不是距离整数倍,因此速度运算相对比较复杂。旋转式速度传感器的性能可归纳如下:(1).传感器的输出信号为脉冲信号,其稳定性比较好,不易受外部噪声干扰,对测量电路无特殊要求。(2).结构比较简单,成本低,性能稳定可靠。功能齐全的微机芯片,使运算变换系数易于获得,故速度传感器应用极为普遍。
速度传感器种类
语音
(1)光电式车速传感器--由带孔的转盘两个光导体纤维,一个发光二极管,一个作为光传感器的光电三极管组成。一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号,光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲)。发光二极管透过转盘上的孔照到光电二极管上实现光的传递与接收。(2)磁电式车速传感器--模拟交流信号发生器,产生交变电流信号,通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。磁组轮上的逐个齿轮将产生一一对应的系列脉冲,其形状是一样的。输出信号的振幅与磁组轮的转速成正比(车速),信号的频率大小表现于磁组轮的转速大小。发动机控制电脑或点火模块正是靠这个同步脉冲信号来确定触发电火时间或燃油喷射时刻的。磁电式转速传感器,主要是利用磁阻元件来做转速测量的。磁阻元件有一个特性,就是其阻抗值会随着磁场的强弱而变化。通常磁电式传感器内装有磁性铁,使传感器预先带有一定的磁场,当金属的检测齿轮靠近传感元件时,齿轮的齿顶与齿谷所产生的磁场变化使得传感元件的磁阻抗也跟着变化。但是磁阻元件的阻抗值随温度变化很大,用一个磁阻元件测量转速时,温漂影响非常厉害,这使磁阻元件的应用受到很大的限制。可是我们小野测器的传感器却不同,它采用了2个磁阻元件,不仅补偿了温度的影响,还大大地增强了传感器的灵敏度。
[2]
[2]
上图所示是磁电式转速传感器的原理图,由两个磁阻元件和两个电阻构成的电桥回路,其差动输出信号即检测信号被取出后直接送到DC放大器进行放大。这里简单地把框图再说明一下。为了调整两个磁阻元件的阻抗差异,电桥回路里还加入了可调电位器作为阻抗的平衡调整。平衡电桥的输出接DC放大器。若检测用齿轮采用渐开线齿轮时,输出波形几乎和正弦波差不离。信号经过放大后,被送到整形回路进行整形,使其变成上沿和下沿跳变得更快的矩形波。输出回路采用集电极输出,输出阻抗约为330Ω左右。指示器LED会随着输出波形的Hi、Lo变换而点灭。整个电路由5V电压驱动,电路内有5V电压输出的执行器。电源的输入电压与其他传感器相同,为DC12V±2V。磁阻元件被封装在传感器的顶端,考虑到安装时有方向性,所以在传感器上标有位置对准的记号。
[2]
速度传感器
(3)霍尔式车速传感器--它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上,用于开关点火和燃油喷射电路触发,它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成,一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙,在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器,而没有窗口的部分则中断磁场。(4)车轮转速传感器—检测车轮转速并将检测结果输出ECU,主要是的作用是在汽车制动的控制和驱动控制这两方面;(5)发动机转速传感器---检测发动机的转速,通常利用曲轴位置传感器来检测发动机的转速并输出来实现的。用于燃油喷射量、点火提前角、动力传动控制等;
速度传感器
(6)减速传感器---其主要的是要检测汽车在减速的时候的减速速度,也是将这个信号回传到ECU,汽车制动的控制和驱动控制这两方面。(7)车速传感器---通常是直接或者间接检测汽车轮胎的转速来来获得的,主要是体现在我们可以在汽车行驶的时候可以知道自己的行驶的车速。(8)旋转式速度传感器的结构和特征旋转式速度传感器按安装形式分为接触式和非接触式两类。(9)接触式旋转速度传感器结构简单,使用方便,因此传感器使用中必须施加一定的正压力或着滚轮表面采用摩擦力系数大的材料,尽可能减小滑差。
速度传感器前景
咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。
速度传感器
一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。21世纪,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。
速度传感器应用
速度传感器将应用于汽车检测市场现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置,这些装置都需要汽车车速信号。因此,测量车运行速度传感器的输出信号准确性和稳定性将对这些控制单元产生极大的影响。汽车速度传感器多采用霍尔式结构,霍尔速度传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器,具有对磁场敏感度高、输出信号稳定、频率响应高、抗电磁干扰能力强、结构简单、使用方便等特点。它主要是由特定磁极对数的永久磁铁(一般为4或8对)、霍尔元件、旋转机构及输入/输出插件等组成。其工作原理是当传感器的旋转机构在外驱动作用下旋转时,会带动永久磁铁旋转,穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化,引起霍尔元件输出电压变化,通过后续电路处理形成稳定的脉冲电压信号,作为车速传感器的输出信号。霍尔结构的速度传感器主要电气技术参数包括:输出信号高电压、低电压、占空比、周期、上升时间、下降时间、周期脉冲数等,为了保证产品的性能可靠性,必须在出厂前对这些参数进行定量测试。
速度传感器
集成化与智能化、高效自动测量、软件计算、图形或数表显示测试结果的测试系统越来越受到汽车速度传感器生产企业的青睐。常用的霍尔式车速传感器的性能测量而开发的一种综合检测装置。基于成本考虑,利用微处理器的高速计数器端口作为车速传感器的数据采集,利用软件控制实现对采集数据的计算和图形化显示处理。完成的检测装置具有测试精度高、数据通信可靠、图表化的良好用户界面、抗干扰能力强、检测过程简单直观、系统开发成本低等优点,具有较好的推广市场,因此速度传感器将会在车辆速度检测上有巨大应用前景。
速度传感器其他
带式输送机的速度传感器采用霍尔传感器,其主要是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器,霍尔效应自1879年被发现至今已有100多年的发展历史,但其应用是在本世纪50年代,由于微电子学的快速发展,才被人们所重视和推广使用,并且不断地开发了多种霍尔元件。我国从20世纪70年代开始加大研究霍尔元件,经过近几十年的研究和开发,己经能生产各种性能的霍尔元件,例如:普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁型和开关式的霍尔元件。由于霍尔传感器的特点是灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等,所以已经广泛应用于非电量测量自动控制、计算机装置和现代军事技术等各个工业领域。
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参考资料
1.
速度传感器简介
.百度空间[引用日期2013-07-01]
2.
速度传感器原理
.百度文库.2009-12-08[引用日期2015-02-16]
传感器(sensor)是一种将非电量(如 速度、 压力)的变化转变为电量变化的原件,根据转换的非电量不同可分为 压力传感器、速度传感器、 温度传感器等,是进行测量、控制仪器及设备的零件、附件。
velocity
在机器人自动化技术中,旋转 运动速度测量较多,而且 直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。例如: 测速发电机可以将旋转速度转变成电信号,就是一种速度传感器。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系,并要求输出电压陡度大,时间及温度稳定性好。测速机一般可分为直流式和交流式两种。直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种,电枢结构有带槽的、空心的、盘式印刷电路等形式,其中带槽式最为常用。
激光测速
随着现今精密制造业的崛起和节省成本的需求,非接触测速传感器会慢慢取接触式测速传感器。而现在市场上精度较高、最常用的非接触 激光测速传感器就是ZLS-Px像差测速传感器。像差测速传感器有两个端口:一个发射端口,发出LED光源;一个是高速拍照端口,实现CCD面积高速成像对比,通过在极短时间内的两个时间的图像对比,分辨被测物体移动的距离,结合传感器内部的算法, 实时输出被测物体的速度。如图所示,①LED光发射口,②摄像接收口,③、④接线端,⑤固定螺孔 。①LED光发射口对着被测物发射出激光,经反射到②摄像接收口,接收到信号后传给信号处理器,通过算法计算出它的速度。
ZLS-Px像差测速传感器能同时测量两个方向的速度、长度,不但能觉察被测体是否停止,而且能觉察被测体的运动方向。将传感器固定在稳定的支架上,确保转动物体转动过程不会产生过大的振动,从而能测出转动被测体的转角和转速。
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速度传感器
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