基于霍爾效應(yīng)傳感器的應(yīng)用

引言

　　開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器是磁敏接近式傳感器，具有應(yīng)用靈活、寬工作電壓范圍和采樣頻率高等特點(diǎn)，是一種可靠性高無(wú)接觸清潔型傳感器，在位置傳感、旋轉(zhuǎn)測(cè)量等方面得到了廣泛應(yīng)用。開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器主要分單極接近型和雙極鎖存型，其基本原理和應(yīng)用不再闡述，以下介紹幾種在位置傳感和旋轉(zhuǎn)測(cè)量中的特殊用法。

　　1 雙極性開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器

　　成品霍爾傳感器在芯片封裝時(shí)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，或用磁體的S極觸發(fā)，或用N極觸發(fā)，當(dāng)磁體是嵌入固定時(shí)，用戶在維護(hù)和更換時(shí)需要對(duì)磁體極性做出判別，應(yīng)用不便。雙極性開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器則無(wú)須判別磁體極性，具有很大的靈活性和方便性。

　　1．1 基本原理

　　霍爾芯片A3144的某一個(gè)感應(yīng)面為磁體的S極敏感，假設(shè)該面為s面，那么另一面一定是N極敏感，假設(shè)該面叫N面。

　　將兩個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾芯片A、B貼近疊放在一起，A芯片在前且s面朝外，B芯片在后且N面朝外，兩芯片的開(kāi)路輸出0a、0b連接作為一個(gè)輸出端，共用同一電源，并封裝在一個(gè)銅質(zhì)羅栓裝置中，芯片的作用面朝向磁體的磁極N或S，結(jié)構(gòu)原理參見(jiàn)圖1。

　　1．2 實(shí)現(xiàn)方法 由于A、B芯片前后疊放，磁場(chǎng)要穿過(guò)A芯片作用B芯片的敏感面，顯然B芯片的靈敏度會(huì)有所下降。實(shí)驗(yàn)證明磁體對(duì)底層B芯片的觸發(fā)距離與A芯片相比減少1．5mm左右，為補(bǔ)償B芯片靈敏度的降低，可通過(guò)在其背后襯加一小鐵磁質(zhì)材料的方法來(lái)補(bǔ)償。稀土磁鋼的磁場(chǎng)無(wú)須補(bǔ)償就能夠穿過(guò)A芯片并能作用觸發(fā)B芯片，當(dāng)S極接近傳感器時(shí)，A芯片輸出，N極接近傳感器時(shí)，B芯片輸出。這樣，無(wú)論磁體的那個(gè)磁極接近傳感器，總有一個(gè)芯片輸出，而對(duì)磁體的極性無(wú)需關(guān)心。雙極性開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須關(guān)心磁體極性，傳感器的互換性強(qiáng)，更換維護(hù)方便。不足的是采用兩個(gè)芯片，成本稍有增加，B芯片的作用距離稍微減少。

　　2 霍爾效應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)編碼器

　　精確測(cè)量旋轉(zhuǎn)角時(shí)常采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在使用環(huán)境惡劣和精度要求不高的場(chǎng)合，使用光電旋轉(zhuǎn)編碼器會(huì)造成系統(tǒng)成本過(guò)高，為提高可靠性一般采用多個(gè)廉價(jià)可靠的開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器按不同的角度位置安裝，用旋轉(zhuǎn)的磁體分別掠過(guò)傳感器的作用面來(lái)采樣。當(dāng)采樣點(diǎn)較多時(shí)，這種方法使用的傳感器數(shù)量和信號(hào)線較多，安裝不便，且占用控制系統(tǒng)接口資源較多。

　　2．1 基本原理 同雙極性開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器，不同點(diǎn)是A、B兩芯片分別輸出。其中芯片A作為起始”零點(diǎn)”脈沖輸出，芯片B作為旋轉(zhuǎn)角度”順序”脈沖輸出，無(wú)論采樣點(diǎn)是多少，只需安裝一支旋轉(zhuǎn)編碼傳感器，一條四芯電纜線，占用兩個(gè)系統(tǒng)接口，結(jié)構(gòu)原理參見(jiàn)附圖1。

　　2．2 實(shí)現(xiàn)方法 安裝磁體時(shí)，其中只有一個(gè)比如s極朝向傳感器的作用面，其它磁體N極朝向作用面，當(dāng)磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，s極作用開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)，編碼器輸出一個(gè)零點(diǎn)脈沖，而N極作用旋轉(zhuǎn)編碼器時(shí)則是序列脈沖輸出，由控制系統(tǒng)做出判斷和計(jì)量，見(jiàn)附圖1。由于磁體間有較大間隙，零點(diǎn)脈沖與序列脈沖并不重疊，采用兩線輸入，控制系統(tǒng)的軟件處理非常簡(jiǎn)單。

　　這種傳感器優(yōu)點(diǎn)是用一個(gè)傳感器代替多個(gè)傳感器，安裝簡(jiǎn)單成本低，采樣點(diǎn)越多，優(yōu)越性越明顯。不足的是兩個(gè)輸出的脈沖寬度與旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)；采樣點(diǎn)較多時(shí)，需要較大直徑的磁體安裝輪。在印刷設(shè)備的程序控制系統(tǒng)中，采用了開(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)編碼器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了傳感器數(shù)量。

　　3 磁偏置霍爾效應(yīng)高速齒輪接近開(kāi)關(guān)

　　電容或電感式接近開(kāi)關(guān)由于工作頻率低，難以滿足高速旋轉(zhuǎn)的測(cè)量。而能滿足高速測(cè)量的齒輪傳感器則價(jià)格相對(duì)昂貴?？衫瞄_(kāi)關(guān)型霍爾效應(yīng)傳感器芯片設(shè)計(jì)廉價(jià)的高速霍爾效應(yīng)接近開(kāi)關(guān)，參見(jiàn)附圖2。