朱維琳

摘要 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中存在許多需要轉(zhuǎn)速測(cè)量的方面，針對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法落后、只能進(jìn)行接觸式測(cè)量等問(wèn)題，提出把霍爾傳感器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，利用霍爾效應(yīng)測(cè)量轉(zhuǎn)速，具有動(dòng)態(tài)特性好、測(cè)量轉(zhuǎn)速的精度高等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠達(dá)到非接觸式測(cè)量的效果。

【關(guān)鍵詞】霍爾元件 磁場(chǎng) 脈沖

在動(dòng)力機(jī)械性能測(cè)試中，轉(zhuǎn)速是其中重要的特性參數(shù)，也是電子控制系統(tǒng)其它參數(shù)計(jì)算的依據(jù)，同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用。對(duì)于多類(lèi)傳感器都可以對(duì)不同要求下的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)必須精準(zhǔn)地控制發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，所以要求傳感器需要能夠穩(wěn)定工作，因此選定合適的傳感器至關(guān)重要。本文選用霍爾傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，它在磁場(chǎng)感應(yīng)方面具有較強(qiáng)的靈敏度，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率范圍大、工作噪音小、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速測(cè)量方面有著重要的作用。

1 霍爾傳感器

1897年，美國(guó)物理學(xué)家霍爾通過(guò)研究大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：將某種金屬薄片放至在變化的磁場(chǎng)中并且垂直于此磁場(chǎng)，同時(shí)，在金屬薄片的另外兩端通入一個(gè)恒定電流，那么在金屬薄片中與它們方向相互垂直的兩側(cè)將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證可得，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象被人們稱(chēng)為霍爾效應(yīng)，如圖1所示。

霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小以及它的方向可以通過(guò)霍爾效應(yīng)和左手定則推導(dǎo)，大小可用E-kHIB表示，其中kH為霍爾元件的靈敏度系數(shù)，表示在磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流一定時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小，并且霍爾電動(dòng)勢(shì)的大小會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，當(dāng)磁場(chǎng)消失時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)亦會(huì)變?yōu)榱恪?/p>

2 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾器件已經(jīng)在很多應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行集成化，構(gòu)成霍爾集成電路，主要分成線(xiàn)性型和開(kāi)關(guān)型兩類(lèi)，并且都包含了霍爾元件。其中，開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路的主要組成部分有霍爾元件、差分放大器、穩(wěn)壓電路、OC門(mén)（集電集開(kāi)路輸出門(mén)）、施密特觸發(fā)器等。如圖2所示，如果外加磁場(chǎng)強(qiáng)度高于規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，oc門(mén)將從高組態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此刻輸出低電平UOL;當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于釋放點(diǎn)時(shí)，OC門(mén)重新變?yōu)楦呓M態(tài)，輸出高電平UOH。這類(lèi)器件中較典型的有UGN3020、3022系列等，利用這一特性，開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器常用于對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。

3 霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理

根據(jù)霍爾效應(yīng)可以看出，在控制電流I恒定的情況下，霍爾元件中輸出電壓信號(hào)將根據(jù)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的突變而隨之突變，相當(dāng)于產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)中的脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)速有緊密聯(lián)系，由此形成數(shù)字量傳感器。

選用開(kāi)關(guān)型霍爾集成傳感器參與轉(zhuǎn)速測(cè)量，與磁性轉(zhuǎn)盤(pán)一起構(gòu)成霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。將磁性轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸和被測(cè)轉(zhuǎn)軸連接在一起，在磁性轉(zhuǎn)盤(pán)附近固定在霍爾傳感器附近，在被測(cè)轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤(pán)也會(huì)隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁體轉(zhuǎn)過(guò)霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器便感應(yīng)到信號(hào)，同時(shí)輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓脈沖。如若測(cè)出在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖數(shù)，便可求出被測(cè)轉(zhuǎn)速。例如，在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在靠近磁體位置上裝上霍爾傳感器，即可制成車(chē)速表和里程表等。

4 結(jié)論

利用霍爾傳感器測(cè)量的應(yīng)用有許多，在測(cè)量電流、測(cè)量位移、測(cè)量壓力等方面都可使用，同時(shí)在電機(jī)控制的測(cè)速方面應(yīng)用也具有代表性。本文在測(cè)量轉(zhuǎn)速方面采用霍爾元件設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，與其他傳統(tǒng)的測(cè)速裝置相比較，不僅在穩(wěn)定性、精度、響應(yīng)速度等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，而且抗干擾能力好、實(shí)時(shí)檢測(cè)效果精準(zhǔn)，比較適合用于油污、煙霧、灰塵等復(fù)雜的環(huán)境中，可以精準(zhǔn)快的檢測(cè)機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)速值，滿(mǎn)足不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)時(shí)性和精度要求。

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