基于电涡流效应的APP传感器应用研究

任春晖

（陕西交通职业技术学院汽车工程学院，陕西 西安 710018）

随着现代汽车的发展，越来越多汽车采用电子节气门。电子节气门工作原理示意如图1所示。在发动机电控过程中，加速踏板位置传感器将驾驶员脚踩加速踏板的加减速信息，传递给发动机控制模块ECM，ECM计算出最佳的节气门位置，发出控制信号给节气门电机以执行最佳的节气门开度位置。节气门实际所转过的角度再由节气门位置传感器获取，反馈给ECM。

APP传感器即加速踏板位置传感器，加速踏板位置传感器产生电信号用于反映油门踏板的位置。APP传感器电信号的精确度、灵敏度与可靠性，直接影响发动机的动力性与经济性能的提高。

在发动机电控系统中，常用的APP传感器主要有滑动电阻式和电涡流式两种类型。其中滑动电阻式的APP传感器是一种应用较早的传感器，属于典型接触式位移传感器，在工作过程中有机械磨损，存在机械迟滞，其工作可靠性和耐久性欠佳；而电涡流式的APP传感器是非接触式位移传感器，具有结构简单、长期工作可靠性好、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、响应速度快、抗干扰能力强和测量精度高等优点，已逐渐成为车用APP传感器的研究重点。

1 电涡流传感器

电涡流式传感器主要由产生交变磁场的通电线圈和置于线圈附近因而处于交变磁场中的金属导体两部分组成。金属导体也可以是被测对象本身。

电涡流位移传感器是利用电涡流效应，将位移信号转换为阻抗的变化 （或电感的变化），从而进行非电量测量构件。

图2 电涡流传感器测量原理图

电涡流传感器测量原理如图2所示。当接通电涡流位移传感器电源时，其线圈将通过一个交变激励电流信号，在线圈的周围就产生一个交变磁场H1。当被测金属导体置于该磁场内时，在被测导体内将产生电涡流。根据电磁感应原理，电涡流也将形成一个方向相反的交变磁场H2；由于磁场H2的反作用，涡流要消耗一部分能量，抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化。由此可见，被测金属导体的电阻率、磁导率、线圈与被测导体的距离d，以及线圈激励电流的角频率等参数，都将通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗有关。如果只改变上述参数中的一个，即线圈与被测导体的距离d，则距离d与阻抗就成为这个变化参数的单值函数，从而可确定该参数的大小。

2 电涡流APP传感器的应用

2.1 电涡流APP传感器的结构

图3为福特车用油门踏板位置传感器，其主要由金属体转子和带有两线圈的集成电路板构成。该传感器中两线圈分别是发射线圈和接收线圈，发射线圈工作时通以高频振荡电流，在线圈中产生交变的磁场。电涡流APP传感器工作原理如图4所示，当被测金属转子靠近这一磁场时，则在金属表面产生感应电涡流A。接收线圈是电涡流检测线圈，其功能在于感应涡流磁信号。由前述电涡流传感器原理可知，当传感器各构件其他参数不变，只改变线圈与被测导体（即转子）的距离时，线圈阻抗随之发生变化，则将使涡流检测线圈中产生的感应电动势U发生变化。通过检测A（模拟交流电信号）的大小和感应电动势U（占空比方波信号）的大小，就可以确定踏板位置。

图3 油门踏板位置传感器

图4 电涡流APP传感器工作原理

2.2 电涡流APP传感器故障诊断

电涡流传感器的故障主要表现在3个方面：①传感器电源与搭铁出现故障；②传感器模拟信号与占空比信号都没有信号；③传感器模拟信号与占空比信号中有一个工作不良。在进行故障诊断时，本着从易到难的原则，从外观诊断、线路诊断到信号检测依次进行故障诊断。

1）外观诊断 在进行外观诊断时，主要检查传感器的固定螺栓是否符合规定，检查插头是否松动，外观是否破损。

2）线路诊断 福特电涡流APP传感器线路如图5所示，利用万用表对该传感器电源线与搭铁线进行诊断 （该传感器电源线电压应该为蓄电池电压）。如果电源与搭铁都正常，则需要对信号进行检查。

3）信号检测 福特电涡流APP传感器信号如图6所示。福特APP传感器输出两路信号：APP1为占空比信号，APP2输出模拟直流电压信号，电压范围为0～4.5V。在进行信号检测时，测量5号脚占空比信号是否随油门开度增大而增大；测量2号脚模拟信号是否随着油门的开度增大而增大。如果信号超差或信号没有随着开度变化，说明传感器损坏。

图5 福特电涡流APP传感器线路图

图6 电涡流APP传感器信号

3 结束语

本文基于电涡流效应，结合福特车用APP传感器，分析了电涡流APP传感器结构与故障诊断。该传感器和常见滑动式APP传感器相比各方面都有不可替代的优越性，有效地提高了发动机工作过程中感应信号的精确度，为发动机电控系统性能提高提供了有力的可靠性支持，具有重要的实际意义。