选用合适的非接触式传感器测量发动机曲轴[1]的转速，画出传感器布置示意图并说明其测量原理。（6 分）

本题考察非接触式传感器测量发动机曲轴转速的原理及应用，核心是根据不同传感器类型（霍尔、电涡流、光电等）的工作机制，结合曲轴转速测量的需求，分析其布置方式与测量原理。

1. 霍尔传感器方案

测量原理

霍尔效应：金属或半导体薄片（霍尔元件）置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上会产生电动势（霍尔电压）。

布置示意图

• 磁钢（永久磁铁）与霍尔元件相对固定，曲轴上安装带齿的齿轮（或触发轮）。
• 当曲轴旋转时，齿轮的齿交替经过霍尔元件与磁钢之间，导致磁场变化，霍尔元件输出脉冲信号。

转速计算

脉冲频率$f$等于齿轮齿数$N$与转速$n$的乘积（$f=Nn$），故转速$n=f/N$。

2. 电涡流传感器方案

测量原理

涡流效应：高频交变电流流过传感器线圈时，产生交变磁场，靠近的金属导体（如曲轴齿盘）中会感应出涡流，涡流反作用使线圈阻抗变化。

布置示意图

• 电涡流传感器（探头）正对曲轴上的金属齿盘（1为金属齿盘，2为传感器），两者不接触。
• 曲轴旋转时，齿盘凹凸变化导致传感器与齿盘的距离周期性变化，线圈阻抗周期性变化，输出脉冲信号。

转速计算

同理，脉冲频率$f=Nn$，转速$n=f/N$。

3. 光电传感器方案

测量原理

光电效应：光源发出的光经光阑或圆盘调制后，照射到光敏元件上，光强变化转化为电信号。

布置示意图

• 直射式：光源（1）与光敏元件（2）相对，曲轴上安装带通孔/黑色标记的圆盘。
• 反射式：传感器内置光源和光敏元件，通过反射光强度变化检测标记。
• 曲轴旋转时，圆盘的通孔/标记交替遮挡光线，光敏元件输出脉冲信号。

转速计算

脉冲频率$f=Nn$，转速$n=f/N$（$N$为圆盘开孔数或标记数）。