霍尔传感器测转速 【范文十篇】
霍尔传感器测转速
范文一：霍尔传感器的转速测量
班级：电气20101
姓名：黄科学
一．系统组成
系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。 处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系统原理框图如图2.1所示
二． 系统工作原理
转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机STC89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。
三． 霍尔传感器
霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz，额定电压为5-30（V）、检测距离为10（mm）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm处。当磁钢与霍尔元件相
对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
四． 转速测量原理
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l、ｂ、ｄ。若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁场Ｂ，在沿ｌ方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：f=qVB
式中：f—洛仑磁力， ｑ—载流子电荷， Ｖ—载流子运动速度， Ｂ—磁感应强度。 这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差HU称为霍尔电压。
霍尔电压大小为： Uh=RH*I*B/d(mV)
式中：HR—霍尔常数， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感应强度， Ｉ—控制电流 设
HKHRd/, 则HU=HKdBI/(mV)
为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度Ｂ反向时，霍尔电动势也反向。图
2.3为霍耳元件的原理结构图。
若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号。传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的应用。其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。
系统的设计以STC89C51单片机为核心，利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率的测量。测速实际上就是测频，通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在±1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。此系统采用计数法测速。单片机STC89C51内部具有 2 个 16 位定时/计数器 ,定时/计数器的工作可
以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。在构成为定时器时,每个机器周期加 1(使用12MHz 时钟时,每 1us 加 1),这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部引脚发生从 1 到 0 的跳变时计数器加1,这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。外部输入每个机器周期被采样一次,这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期(24 个振荡周期),所以最大计数速率为时钟频率的1/24(使用12MHz时钟时 ,最大计数速率为 500KHz)。定时/计数器的工作由相应的运行控制位TR控制,当TR置1时,定时/计数器开始计数，当 TR清0时,停止计数。
六． 单片机主控电路设计
系统选用 STC89C51 作为转速信号的处理核心。STC89C51 包含 2 个16位定时/计数器、4K×8 位片内 FLASH 程序存储器、4个8位并行I/O口。16 位定时/计数器用于实现待测信号的频率测量。8位并行口P0、P2用于把测量结果送到显示电路。4K×8 位片内FLASH程序存储器用于放置系统软件。STC89C51与具有更大程序存储器的芯片管脚兼容,如:89C52(8K×8 位)或 89C55(32K×8 位),为系统软件升级打下坚实的物质基础。STC89C51最大的优点是：可直接通过计算机串口线下载程序,而无需专用下载线和编程器。
STC89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等一台计算机所需要的基本功能部件。其基本结构框图如图3.1，包括： ·一个8位CPU； ·4KB ROM；·128字节RAM数据存储器； ·21个特殊功能寄存器SFR；
· 4个8位并行I/O口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM或64KB RAM； ·一个可编程全双工串行口；
·具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构； ·两个16位定时器/计数器；
·一个片内震荡器及时钟电
STC89C51系列单片机中HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装,有40个引脚。STC89C51单片机40条引脚说明如下:
(1)电源引脚。VCC正常运行和编程校验()时为5V电源,VSS为接地端。 （2）I/O总线。P0.0- P7.0（P0口），P0.1- P7.1（P1口），P0.2- P7.2（P2口），P0.3- P7.3（P3口）为输入/输出引线。
（3）时钟。
XTAL1：片内震荡器反相放大器的输入端。
XTAL2：片内震荡器反相放器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。 （4）控制总线。
由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。
值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。如表3.1所
表3.1 P3口线的第二功能定义：
STC89C51单片机的片外总线结构：
①地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。
②数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。
③控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。
脉冲产生电路设计：
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使
用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 特性:
内部频率补偿
直流电压增益高(约100dB)
单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(3—30V) (±1.5一±15V)
低功耗电流，适合于电池供电
低输入偏流
低输入失调电压和失调电流
共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
如图3.2所示，信号预处理电路为系统的前级电路，其中霍尔传感元件b,d为两电源端，d接正极，b接负极；a,c两端为输出端，安装时霍尔传感器对准转盘上的磁钢,当转盘旋转时，从霍尔传感器的输出端获得与转速率成正比的脉冲信号，传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，图中LM358部分为过零整形电路使输入的交变信号更精确的变换成规则稳定的矩形脉冲，便于单片机对其进行计数。
七．串行通信模块设计
STC89C51单片机有一个全双工的串行通信口，以便于单片机和电脑之间进行串口通信。为了与计算机进行通讯，设计了RS232串行通信接口，将该接口与PC机的串口连接，可以实现单片机与PC机的串行通信，进行双向数据传输。进行串行通信要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平（-5至-15V为1，+5至+15V为0），而单片机的串口是TTL电平（大于+2.4V为1，小于+0.7V为0），两者之间必有一个电平转换电路，图3.8用MAX232集成电路实现RS232电平与TTL电平的相互转换。此串行通信功能模块完成源程序代码下载到STC89C51芯片中，它需要和微机上的ISP下载器软件配合使用来完成这样的功能。
范文二：HN60型霍尔齿轮转速传感器应用于参数
霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。
一、霍尔转速传感器的工作原理
霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。霍尔转速传感器的测量方法霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔转速传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔转速传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。
二、霍尔转速传感器的应用优势主要有三个：
1 、霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响。
2 、霍尔转速传感器的频率相应高。
3 、霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强，因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。
三、霍尔传感器的参数（ZS-02）
● 工作电压：5～24V
● 测量范围：0～20KHz
● 感应距离：0～3mm
● 输出信号：方波
● 工作温度：-40 ～+150℃
四、霍尔传感器的应用
1、用来准确测量机械转速
2、用来测量齿轮是否反转
3、齿轮正反转速的转速测量
上海东太传感科技有限公司
范文三：霍尔传感器转速测量
随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。本文介绍了一种由单片机C作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。
1 转速测量及控制的基本原理
1.1转速测量原理
转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：
式中：n为电机转速;P为电机转一圈的脉冲数;T为输出方波信号周期
根据式（1）即可计算出直流电机的转速。
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的2个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。在这里选用美国史普拉格公司（SPRAGUE）生产的3000系列霍尔开关传感器3013，它是一种硅单片集成电路，器件的内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器
和集电极开路输出电路，具有工作电压范围宽、可靠性高、外电路简单<输出电平可与各种数字电路兼容等特点。
1.2转速控制原理
直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用C片内的D/A转换器DAC0的输出控制直流电机的电压从而控制电机的转速。在这里采用简单的比例调节器算法（简单的加一、减一法）。比例调节器的输出系统式为：
式中：Y为调节器的输出;e（t）为调节器的输人，一般为偏差值;Kp为比例系数。
从式（2）可以看出，调节器的输出Y与输入偏差值e（t）成正比。因此，只要偏差e（t）一出现就产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是一种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差e（t）有关外，主要取决于比例系数Kp，比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大。反之，比例系数越小，调节作用越弱。对于大多数的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。比例调节的主要缺点是存在静差，对于扰动的惯性环节，Kp太大时将会引起自激振荡。对于扰动较大，惯性也比较大的系统，若采用单纯的比例调节器就难于兼顾动态和静态特性，需采用调节规律比较复杂的PI（比例积分调节器）或PID（比例、积分、微分调节器）算法。
2 系统的硬件软件设计
2.1硬件设计
本系统采用单片机C作为主控制器，使用霍尔传感器测量电机的转速，通过7079最终在LED上显示测试结果。此外，还可以根据需要调整控制电机的转速，硬件组成由图1所示。
控制器C主要完成转速脉冲的采集、16为定时计数器计数定时、运算比较，片内集成的12位DAC0控制转速，并且通过7279显示接口芯片实现数码显示等多项功能。
系统采用外部晶振，系统时钟SYSCLK等于，T0定时1 ms，初始化时TH0=（-SYSCLK/1 000）》8;TL0=-SYSCLK/1 000。等待1 s到，输出转速脉冲个数N，计算电机转速值。将1 s内的转速值换算成1 min内的电机转速值，并在LED上输出测量结果。
2.2软件设计
本系统采用C中的INT0中断对转速脉冲计数。定时器T1工作于外部事件计数方式对转速脉冲计数;T0工作于定时器方式均工作于方式1。每到1 s读一次计数值，此值即为脉冲信号的频率，根据式（1）可计算出电机的转速。由于直流电机的转速与施加工于电机两端的电压大小有关，故将实际测得的转速值与预设的转速值比较，若大于预设的转速值则减小DAC0的数值，若小于转速预设的转速值则增加DAC0的值调整电机的转速，直到转速值等于预设定的值，这样就实现了对电机转速的控制，主程序和T0中断流程图如图2、3所示。
范文四：第１０卷第３０期２０１０年ｌＯ月科学技术与工程
ＶｏＬ１０Ｎｏ．３０Ｏｃｔ．２０１０
１６７１－－１８１５（２０１０）３０—７５２９—０４
ＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
＠２０１０
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．
霍尔传感器测速系统的设计
（河海大学，江苏联合职业技术学院南京分院，南京２１００１９）
摘要介绍了霍尔传感器的工作原理及其在工程应用中的种类，举例说明霍尔传感器在测速系统中的应用，提出了霍尔传感器应用电路的设计方法，即电路框图设计、元件参数设置和测量电路仿真。把非电量信号检测来出并转换成便于传输、处理和显示的可用电信号，再利用信号处理和显示电路测出数据。通过实验和理论数据比对，表明该测速系统符合实际应用。关键词霍尔效应
霍尔传感器
中图法分类号ＴＭ３８６；文献标志码Ａ
传感器是采集和获取信息的工具，是现代信息
组装工艺制作而成，可以很方便地将磁输入信号
系统的“感官”，又称“电五官”。传感器与传感技术（被测量）转换成电动势输出的一种传感器【３Ｊ。
应用非常广泛，已经渗透到家居、农业、工业、医学、根据霍尔效应和左手定则，判定霍尔电动势的军事、环保、交通等各行各业，对系统的自动化程度方向和大小，即：ＥＪ｛ｒ＝ｋｘｌｌ３。
和测控质量起着重要的作用。霍尔传感器是常用其中ｋⅣ为灵敏度系数，与载流材料的物理性质传感器的一种，具有感受磁场的独特能力，电路结和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控
构简单、噪声小、体积小、动态范围大、频率范围宽、
制电流时的霍尔电势的大小。霍尔效应如图１所
寿命长等优点。可以用磁场作为被检测信息的载示。霍尔传感器的符号、测量电路如图２所示。
体，在测量技术中，将位移、力、加速度、角度、角速
度、转速等非电、非磁物理量转换为电量¨．２Ｊ。
霍尔传感器是利用霍尔效应原理，集成封装和
图１霍尔效应
图２霍尔传感器的符号、测量电路
２０ｌＯ年８月５日收到
作者简介：陈育中（１９８ｌ一），男，江苏盐城人，河海大学电气工程研
究生，江苏联合职业技术学院南京分院党政办公室副主任，讲师，研究方向：传感器与检测技术、电子技术。
１霍尔传感器
科学技术与工程１０卷
理电路模块组成［４＇５】。
２霍尔传感器的应用
霍尔传感器可以测量的物理参数有磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。在电机控制系统中，测速电路是其中具有代表性的实例之一。本实验系统采用博世力士乐传感实验装置，主要由传感器实验台、直流稳压电源、传感器、直流电机和信号处
２．１框图设计
根据霍尔传感器的工作原理，设计一个路程测试电路，通过信号拾取、低通滤波电路、单片机信号处理、显示输出等单元电路实现其功能，采用数字
示波器进行输出信号的动态观察和测量［¨】。该测
试系统的结构框图如图３所示。
＋秀寥甘＋穆萤
齿轮非电信号
霍尔传感器
信号处理电路
超速报警装置执行电路
（差动放大器、低通滤波器等）
图３霍尔传感器设计性电路框图
２．２工作原理
根据电路设计框图，测速电路可以分为信号拾
机的Ｉ／Ｏ口线数据采用串行输入并行输出，ＬＥＤ显示器采用共阳极接法。将ＡＴ８９Ｃ５２的３个端口，分别与４片７４ＬＳｌ６４移位寄存器相连，其中引脚Ａ、Ｂ为串行输入端，引脚Ｑｏ—Ｑ７为８位并行输出端，引脚ＣＬＫ为时钟脉冲输入端，上升沿触发有效，引脚ＣＬＲ为复位端，可以通过开关“Ｓ”确定ＣＬＲ的电平信号，“ｓ”闭合ＣＬＲ＝“１”，“Ｓ”断开ＣＬＲ＝“０”。７４ＬＳｌ６４功能表如表一所示。当ＣＬＫ＝“０”，ＣＬＲ＝“１”时，７４ＬＳｌ６４输出保持不变；当ＣＬＲ＝“０”时，数据复位，７４ＬＳｌ６４输出为０，此时输出信号与其他信号无关。ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ３．０口发送串行输人数据，Ｐ３．１口发送移位时钟脉冲，在ＣＬＫ的上升沿作用下，串行口发送缓冲器的数据依次移入寄存器，记录的数据即为车轮运行的圈数，行程Ｓ＝，ｌＣ（ｎ是圈数，Ｃ是车轮周长），最后利用数学公式ｔ，＝Ｓ／ｔ即可得出速度。
需要说明的两点：（１）由于７４ＬＳｌ６４无并行输出控制端，在串行输入过程中，其输出状态的变化会造成不应显示的字段显示出来，影响显示效果。由于三极管ｖ２的基极受Ｐ１．０口线控制。Ｐ１．０＝“１”时，三极管饱和导通，输出约为Ｏ．３Ｖ，ＬＥＤ不发光；Ｐ１．０＝“０”时，三极管截止，输出约为５
取、信号处理和显示电路三个部分，如图４所示。
２．２．１信号拾取电路
由齿轮的位移信号通过齿轮的齿峰和齿谷与永久磁铁、霍尔传感器之间，产生一个输出电压，以满足后续电路的触发信号。２．２．２信号处理电路一’
该电路部分是整个测速系统的核心。通过差分放大器和反相器调理成一个可以满足单片机输入脉冲的方波脉冲信号。由于霍尔传感器输出的
电压信号高电平在电源电压，在（１１一１２）Ｖ之间，
低电平在０Ｖ左右，这个该脉冲信号的电压值不符合单片机接口要求，可以利用一个三极管整形电路
处理电压信号，使其满足单片机的接收要求。当三
极管的输人为“ｌ”时，三极管Ｖ１的发射结、集电结都正偏，三极管处于饱和状态，其输出电压约为０；当三极管的输入为“０”时，三极管Ｖｌ的发射结反偏，三极管处处于截至状态，其输出电压约为＋５
这样经过经处理产生的方波脉冲即可满足单片机要求。
２．２．３显示电路【１０】
由ＡＴ８９Ｃ５２单片机和ＬＥＤ显示器组成，单片
Ｖ，ＬＥＤ
３０期陈育中：霍尔传感器测速系统的设计
发光。可以通过适当调节只阻值改善这个现象。（２）如需扩展，可在７４ＬＳｌ６４的高位片向下接。
２．３数据仿真
示波器检测，可以得出传感器的输出电压与车轮的转速有关，如图５所示。
表２测速系统的实验数据
７４ＬＳｌ６４移位寄存器功能表
ＬＨＨＨＨ
ＸＸＨＬＸ
ＸＸＨＸＬ
叫Ｌ讲ＨＩ
∞Ｌ秽”旷旷
凹Ｌ妒缈妒妒
备注：Ｈ一高电平，Ｌ—低电平，Ｘ—任意电平，ｔ一上升沿，Ｑｏ一原态，Ｑ“一次态
图４测速电路
（ａ）车速较快
ｆ／Ｉ．－Ｉｚ
（ｂ）车速较慢
图５不同车速时传感器的输出信号
科学技术与工程
勇．一种新型的电感式位移传感器．传感器技术，１９９９；１８
（２）：２２—２４
４康华光．电子技术基础（数字部分）．４版．北京：高等教育出版
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本测速系统选用霍尔传感器作为信号采集器
５吴卫华．磁电式传感器设计性实验研究．江苏技术师范学院学
件，具有频响快、耐干扰等优点。设计过程中辅以报，２００９；６（２）：３４—３７
合适的信号调理电路，经过单片机和移位寄存器进６于彤．传感器原理及应用．北京：机械工业出版社，２００８行计数来实现里程和转速控制，最后通过ＬＥＤ显示
７力士乐．‘传感器技术）培训包理论手册，２００７
８殷建，李志远．电感式传感器在圆度仪中的应用．机械工程师。
器将数据表示出来，整个测速系统结构简单、成本２００７：５：１０ｒ７一ｌ傩
较低、实时检测效果好、调试方便。
９赵树磊．基于霍尔传感器的电机测速装置．江苏电器，２００８；１０：
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ｌＯ洪小丽．电感传感器测量电路设计与改进．长沙：国防科学技术
ｌ何道清．传感器与传感器技术．北京：科学出版社，２００４
大学．２００３
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ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＶｅｌｏｃｉｔｙ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｏｆＨａｌｌＳｅｎｓｏｒ
ＣＨＥＮＹｕ－ｚｈｏｎｇ
（ＨｏｈｎｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｏｎＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎ衄ｊｉｎｇ２１００１９，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓｏｆＨａｌｌ
ｓｅｎｓｏｒａｒｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆＨａｌｌ跎ｎｓｏｒｉｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ—ｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｉｒｃｕｉｔｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｓｅｎｓｏｒ
ｄｅｔｅｃｔｔｈｅ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｃｈａｎｇｅｔｈｅｍｉｎｔｏｕｓｅｆｕｌｓｉｇｎａｌｉｎｏｒｄｅｒ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｄｉｓｐｌａｙ．Ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄ
ｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｄｉｓｐｌａｙｃｉｒｃｕｉｔ
ｒｅｕｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｄａｔａｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ－ｍｅａｓｕｒ－
ｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｇｒｅｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆａｃｔｏｆｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｈａｌｌ
ｅｆｆｅｃｔＨａｌｌ
ｓｅｎｓｏｒ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ
２０１０１０２８２８７４通３刘晓燕王海燕张大鹏１
刘晓燕王海燕宫秀敏１
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１２３０００；吉林油
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……武警陕西总队医院口腔科１，……
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霍尔传感器测速系统的设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
陈育中， CHEN Yu-zhong
河海大学,江苏联合职业技术学院南京分院,南京,210019科学技术与工程
SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING)1次
参考文献(10条)
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本文读者也读过(5条)
1. 路国庆.赵晓博.胡立强.郝绒华.LU Guo-qing.ZHAO Xiao-bo.HU Li-qiang.HAO Rong-hua 脉冲检测方法的霍尔传感器在里程表中的应用[期刊论文]-机械设计与制造2009(1)
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引证文献(1条)
1.陈育中 基于电感传感器的钢珠直径分选器设计[期刊论文]-电子设计工程 2011(2)
本文链接：http://d..cn/Periodical_kxjsygc.aspx
范文五：?　　?　　【摘要】　　霍尔转速传感器的工作原理和性能；霍尔转速传感器测量转速的原理；对霍尔转速传感器的应用。　　【关键词】霍尔转速传感器 电枢电压 电机转速　　The research of measuring speed of Hall Speed Sensor　　Xin wei　　【Abstract】 Understand the working principle and performance of the Hall Speed Sensor； understanding the principle of Hall Speed Sensor of measuring the speed； and the Hall Speed Sensor’s applications.　　【Keywords】　　Hall Speed Sensor；armature voltage；motor speed　　引言：本试验测量霍尔转速传感器在不同的电枢电压时，其输出转速的定量关系。认识霍尔转速传感器，了解能够影响霍尔转速传感器正常工作的因素。　　1.基本原理　　根据霍尔效应表达式：?UH=KHIB， 当KHI不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次，此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。?　　2.实验方法　　2.1 根据图1，将霍尔转速传感器装于传感器支架II上，探头对准电机转盘内的磁钢。　　图1 霍尔转速传感器安装示意图　　2.2 将霍尔转速传感器的红色端子接主机箱上的+5V直流电源，蓝色端子接地，黄色端子接转速表输入。不要接错。　　2.3 将主机箱上的+2V～+12V可调直流电源接入传感器安装台上的电机电源插孔。　　2.4 合上主机箱电源开关，调节电机转速电位器使转速变化，观察数显表指示的变化。　　2.5 从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速比较稳定后读取数据），填入表中。　　2.6 画出电机的V-N（电机电枢电压与电机转速的关系）特性曲线。实验完毕，关闭电源。　　3.数据分析　　其通过拟合出来的直线为?N=230.21V+171.97?　　4.误差分析　　（1）计算灵敏度?S：S=ΔN/ΔV（ΔN为电机转速平均变化量；ΔV为电机电枢电压平均变化量），其灵敏度约为拟合直线的斜率：即S= 230.21?（r*v/min）。　　（2）本实验的误差主要来源于试验台数显表电压读数的相对不稳定性，另外，外界的电磁干扰，以及仪器存在的漏磁情况都是造成误差的原因。　　5.结论　　（1）通过实验得出电机电枢电压与电机转速的特性曲线为?N?=230.21+171.97（V）　　（2）本实验的灵敏度?S：S=ΔN/ΔV（ΔN为电机转速平均变化量；ΔV为电机电枢电压平均变化量），其灵敏度约为拟合直线的斜率：即S=?230.21（r*v/min）。　　6.注意事项　　（1）实验中需注意将霍尔转速传感器的红色端子接主机箱上的+5V直流电源，蓝色端子接地，黄色端子接转速表输入。　　（2）电机不得长期在低压转速下工作。　　（3）电机电压不易过高。　　参考文献?　　[1] 刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用.北京：1998年1月版?　　[2] 陈世涛.大学物理实验教程.四川：2011年2月第一版?　　[3] 袁长坤.物理量测量.北京：2004年1月第一版
范文六：实验九
霍尔转速传感器测速实验
一、实验目的
了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原理
根据霍尔效应表达示UH=KHIB，当KHI不变时，在转速圆盘上装上N只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周，表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次。此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。
三、需用器件与单元
霍尔转速传感器、转速测量控制仪。
四、实验步骤
1、根据图9-1，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。
图 9-1 霍尔转速传感器安装示意图
2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、绿（?），不要接错。
3、将霍尔传感器输出端（黄线）接示波器或者频率计。
4、调节电动转速电位器使转速变化，用示波器观察波形的变化（特别注意脉宽的变化），或用频率计观察输出频率的变化。
五、实验结果分析与处理
1、 记录频率计六组输出频率数值如下：
由以上数据可得：最快转速对应的频率f1=152.83Hz，最慢转速对应频率f6=20.1Hz。随着转速的减小，脉宽T1逐渐变大，但占空比基本保持不变，而且速度不能无限减小。
六、思考题
1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？
答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。
2、本实验装置上用了二只磁钢，能否只用一只磁钢？
答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。
范文七：实验三
霍尔式、磁电式转速传感器测速实验
一、实验目的：了解磁电式传感器测量转速的原理、了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原理：根据霍尔效应表达式：UH=KHIB, 当KHI不变时,在转速圆 盘上装上Ｎ只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周经过霍尔元件 表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次，此电势通过放大、整 形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。
三、需用器件与单元：霍尔转速传感器、磁电式转速传感器、转动源（2000型）或转速测量控制仪（2000型）。
四、实验步骤：
1、根据图5-4，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准 转盘内的磁钢。
2、将主控箱上的+5V直流电源加于霍尔转速传感器的电源输入端，红（＋）、绿（⊥），不要接错。
3、将霍尔转速传感器输出端（黄线）插入数显单元fin端，转速/频率表置转速档。
4、将主控台上的+2V—+24V可调直流电源接入转动电机的+2V—+24V输入插口（2000型）。调节电机转速电位器使转速变化，观察数显表指示的变化。
5、参照实验图安装磁电式转速传感器，传感器端面离转动盘面约2mm
左右，并且对准转盘内的磁钢。将磁电式传感器的输出线插入主控台fim输入端，并 将转速/频率表置转速档。
6、将主控台上的+2V—+24V可调直流电源接入转动电机的+2V—+24V插口 （2000型），调节电机转速电位器使转速变化。观察数显表指示的变化。
五、思考题：
1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？
2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢？
3、为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？
4、磁电式传感器需要供电吗？
学习任务五 霍尔转速传感器
学 习 目 标
◎ 知识目标
（1）掌握霍尔传感器中霍尔元件的结构原理图、端子图。 （2）掌握霍尔传感器测量转速的控制机理和波形检测分析。 （3）了解霍尔传感器在汽车中的应用和基本测量。 ◎ 技能目标
（1）掌握使用万用表检测霍尔元件检测方法。 （2）掌握霍尔传感器应用电路的连接。
（3）初步掌握使用示波表测量霍尔传感器波形并分析。 ◎ 素质目标
（1）规范课堂6S管理。
（2）养成团队协作的好习惯。 （3）养成独立思考问题的好习惯。
建议完成本学习任务的时间为6课时。
学习任务导入
霍尔传感器广泛应用于世界上各种车型的汽车电控系统中，当其本身损坏、线路故障、机械故障等会点亮仪表故障指示灯，并会伴随各种故障症状，使用汽车故障诊断仪常常会读到“霍尔传感器信号不良”故障码，对此需要我们进行故障诊断和排除。
什么是霍尔效应？
霍尔效应是指当固体半导体有电流通过，且放置在一个磁场内，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压这就是霍尔效应，霍尔效应产生的电压叫霍尔电压，霍尔电压的方向和磁场作用方向有关、和电流大小成正比和半导体厚度成反比。
1）微观解释：在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子空穴受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子空穴能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。
2）霍尔效应工作原理图
图7-4微观原理图
图7-5 三维物理量关系图 图7-6 霍尔效应输出电特性图
特性：非线性，模拟物理量，输出霍尔电压随磁场强度和电流强度的增大而增大。
什么是霍尔传感器？
由于霍尔元件产生的霍尔电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器，也称为霍尔集成电路。
霍尔传感器有何作用？
（1）测量旋转部件的转速和位置：霍尔传感器在汽车电控系统主要应用于测量旋转部件的转速和位置，如用于测量曲轴位置的叫霍尔曲轴位置传感器或叫转速传感器、用于测量凸轮轴位置的叫霍尔凸轮轴位置传感器或叫同步传感器、用于测量轮速或车速的叫霍尔车速传感器。
（2）测量位置和旋转方向：汽车天窗关闭检测传感器、电动转向传感器、座位移动控制、自动波箱档位、汽车安全带扣锁都广泛使用霍尔开关传感器，如部分欧洲车用于测量自动波箱档位位置、丰田汽车用于测量座椅位置等。
（3）测量电流大小：门控模块中有霍尔电流传感器，俗称玻璃防夹电流传感器，通过
线性霍尔电流传感器检测回路中的电流，当电流过大时，自动收回玻璃窗。
霍尔开关传感器结构及工作原理如何？
霍尔开关传感器是利用霍尔效应原理经过内部电路变换而成的，在半导体通电状态下磁场作用于霍尔元件而产生霍尔电压，霍尔电压经过施密特整形后变成高低电平驱动场效应管或三极管导通或断开，从而可以实现对转速或位置的判断。
图7-7 霍尔开关内部结构图
7-8 霍尔开关输出特性图
图7-9 霍尔元件管脚图
7-10 霍尔开关元件内部电路工作原理图 特别说明：工作电压：4.5-24V，工作电流：3-9m A
霍尔传感器如何分类？
按照功用分为：霍尔凸轮轴位置传感器、霍尔曲轴位置传感器、霍尔转向角度传感器、霍尔座椅位置传感器、霍尔轮速传感器、霍尔波箱档位传感器等。
按照接线方式：2线式霍尔传感器、3线式霍尔传感器。
各小组成员制定实施本次实训任务的具体步骤、操作方法，预期效果。
教师根据学生提交的计划进行审核评价，如果不通过则由教师提出整改意见，通过之后
每小组根据本小组制定的计划实施任务。
一、任务准备
完成本次学习任务需要准备哪些积木、器材？
二、任务要求
分组实训:全班____人，每____人一组，分为____组，___套实训器材，每组小组长一名。
教师职责：课堂纪律与安全管理、实训器材管理、指导与巡查。
学生职责：班长协助教师对班级全面管理与监控、学习委员负责器材管理和检查、团委书记负责安全与纪律及素质评价、副班长负责收集和反馈学生意见，实训小组长负责指导组内学习和交流。
要求：安全 整理 整顿 清洁 清扫 素养 3
三、任务步骤
一、自我评价
二、小组和教师对本学习任务进行评价
TRHE霍尔转速传感器是一种磁传感器，采用霍尔效应原理，使用高精度高集成高可靠性的霍尔元件，来实现测速目的。
霍尔转速传感器体积小，传感器安装孔最小可达φ6；输出波形清晰、无抖动；同样非接触测量，耐震动，能适应雾、油气、水汽等恶劣环境。
应用领域：
TRHE霍尔转速传感器是针对于磁场有关的计数、测速、自动控制电路等而设计的传感器。
根据北侧体的情况分为两种：一种是被测体本身带磁场或者磁特性；一种是人为给被测体设置磁场，即传感器探头带磁场，因此要求被测体是磁材料。
传感器探头感应距离为3mm，一般安装在2mm的位置。
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范文十：66
仪表技术??2010年第10期
差分霍尔传感器的转速测量技术研究
杨俊恩,孟志东,杨国鹏,张子春
(1.中国北方发动机研究所,山西大同.山西平朔煤矸石发电有限公司,山西朔州036800)
??摘要:在车用动力控制系统的恶劣环境中,转速测量与处理技术具有一定的挑战性,既要考虑检测传感器自身的可靠性指标,又要考虑其调理电路对测量信号的噪声抑制与故障处理能力。文章分析了差分霍尔传感器的工作原理,介绍了利用差分霍尔传感器实现转速测量的理论基础和实用电路。
关键词:差分霍尔传感器;转速测量;试验研究中图分类号:TP212????????文献标识码:
B????????文章编号:
10)10-0066-05
SpeedMeasurmentTechnologyUsingDifferentialHallTransducer
YANGJun?en,MENGZhi?dong,YANGGuo?pen,ZHANGZi?chun
(1.ChinaNorthEngineResearchInstitute,Datong.ShanxiPingshuoGanguePowerPlantLtd.,Shuozhou036800,China)
Abstract:Speedmeasuringandtreatingtechnologyhasconsiderablechallengeinvehiclecontrolledsystems'seriousenvironment.Thetransducers'reliabilityindexisconsidered,atthesametimediagnosisandtreatingcapabilitytomeas?uredsignalisthinkedover.TheworkingprincipleofHalltransducerisanalyzed.AndthetheoryandpracticalcircuitusingdifferentialHalltransducerforspeedmeasuringtechnologyareintroduced.Keywords:differentialHtexperimentalresearch
1.2?差分霍尔传感器的转速测量原理
1.2.1?霍尔电势的形成
图3为差分霍尔传感器的测量示意图,永久磁体产生恒定偏置磁场。当发动机工作时,带动齿轮作旋转运动,霍尔器件1、2在轮齿、齿隙间作切割磁力线运动。根据霍尔效应原理,霍尔器件1、2之间产生了霍尔电动势。
1?差分霍尔传感器的转速测量原理1.1?差分霍尔传感器的内部结构与电路
图1、2为差分霍尔传感器的内部结构与电路。霍尔元件、信号处理电路、永磁体组成传感器的内部结
构;其内部还集成两个霍尔器件、一个差分放大器及过压、
反极性保护和抗干扰电路。
图1?差分霍尔传感器的内部结构??????
图3?差分霍尔传感器的转速测量示意图
1.2.2?差分电压的形成
随着齿轮的转动,霍尔电动势的极性发生改变,其变化速度与轮齿、齿隙间的变换速度相同。柴油机的转速测量就是基于这个原理。
霍尔电动势经过内部差分放大、滤波、比较后,形成反映转速变化的差分电压信号。
图2?差分霍尔传感器内部电路原理图
1.2.3?数字信号的输出
??收稿日期:2010-05
??作者简介:杨俊恩(1971?),男,副研究员,研究方向为柴油机电控系统设计、试验、测试技术。
2010年第10期??仪表技术
差分电压的形成改变了晶体管的输出状态。当内部差分电压为高电平时,晶体管饱和导通输出低电平,当内部差分电压为低电平时,晶体管截止而输出高电平。
2?影响转速测量的因素
2.1?检测传感器与齿盘对转速测量的影响2.1.1?检测传感器与齿盘的本体因素分析
(1)传感器本体尺寸
传感器本体尺寸包括传感器与齿盘的测量布局、传感器内两霍尔器件的间隔布置。当一个霍尔器件面对一个轮齿,另一个霍尔器件面对一个齿隙时,传感器感应到的差值最大,测量精度和可靠性最高。
(2)检测齿盘本体尺寸!一个齿轮可由其模数来表征:
其中d是齿径,z是轮齿数。
?如果轮齿到轮齿的距离为T,则齿距为:
?dT==? m(2)
#假设传感器内两霍尔器件间隔为D,齿轮模数为1,齿距为3.14(?)mm时,传感器可感应到差值。但当模数大于3或者齿轮不规则时,传感器可能在一段时间内检测不到足够的差值,输出信号将不确定,转速测量不准确。
(3)检测齿盘的形状
当齿盘与霍尔传感器做相对旋转运动时,对矩形齿而言,在磁场强度减弱的过程中,会产生一个短暂、尖跃的磁场增强变化,这给传感器的输出带来了不确定因素,根据电磁场理论,转速越高这种效应越明显;而对渐开线形齿盘,由于磁场突变不会过于明显(与正弦波相似),传感器的输出状态会较为稳定。
(4)传感器与齿盘的感应距离
传感器和齿轮的最大允许距离是温度、模数、磁体和速度函数,速度可以用每次轮齿/齿隙转变时在输出端出现的一个脉冲来表征。如果感应距离减小,将产生较大的有用信号,测量精度随转速的增加而增加。2.1.2?检测传感器与齿盘的参数适配性研究
为了表达方便,在以下的论述中,将实际应用的圆齿盘等效为直齿盘,且齿盘为均齿(轮齿与齿隙宽度各占50%),设定两霍尔器件场强的差异值大于某值时,传感器输出为高电平。
(1)传感器内两霍尔器件间距D远小于齿盘尺寸(轮齿、齿隙宽度,假设T=4D)
!图4为两霍尔器件间距D远小于齿宽时齿盘、
霍尔器件、
传感器输出关系。
图4?齿盘、霍尔器件、传感器输出信号关系
?A区为输出不确定敏感区,由传感器内任一霍尔器件移入、移出轮齿/齿隙时,差分磁场由零逐渐增大、由最大逐渐减小的过程决定。
#B区为输出低电平状态区,两霍尔器件处在同一个轮齿/齿隙部位,差分磁场为零,传感器输出固定低电平;但当传感器位于轮齿部位时,对轮齿顶平面的机加工状态、异物磁场的清洁度敏感。
?C区为输出高电平状态区,两霍尔器件中任一个处在轮齿部位,而另一个处在齿隙部位,差分磁场最大,传感器输出高电平,由于两霍尔器件分别感应的是轮齿与齿隙,差分磁场最强,输出状态最稳定。
%此工况下传感器输出信号特征:在输出信号上升沿、下降沿部位,易产生由于磁场强度过渡而产生不稳定输出,如尖峰脉冲或振荡,但由于不稳定发生在信号的上升沿、下降沿处,后续电路较易处理,适于转速检测。
(2)传感器内两霍尔器件间距D与齿盘尺寸相当(轮齿、齿隙宽度,假设T=2D)
!图5为两霍尔器件间距D与齿宽相当时齿盘、霍尔器件、传感器输出关系。
?A区为输出不确定敏感区,由传感器内任一霍尔器件移入、移出轮齿/齿隙时,差分磁场由零逐渐增大、由最大逐渐减小的过程决定。
仪表技术??
寸轮齿、齿隙宽度,假设T=
2010年第10期
实践证明当两霍尔器件间距D远大于齿盘尺寸时,传感器输出信号没有确定状态,不适合作转速检测,这里不再论述。
2.2?传感器信号调理电路对转速测量的影响2.2.1?转速传感器的输出信号
由于差分霍尔传感器含两个霍尔器件,两霍尔电压相位相反,经差分放大后,传感器灵敏度为单霍尔器件的2倍,因此在柴油机转速测量中应用广泛。但实际应用时,传感器输出受多种因素影响,特别是信号经过较长传输线后,不确定因素会明显,如测量的物理因素、电磁干扰、噪声。
2.2.2?传统的转速信号调理电路
(1)图6为传统转速调理电路及其波形,电路分为滤波、限幅、整形3个部分。
(2)该电路受施密特整形器输入上下限的限制,对电路抗躁、信号纠错能力表现不强,而且不能灵活设置噪声抑制阈值。图6反映了当噪声幅值大于3.15V、低于1.35V时,电路输出都会发生翻转,造成误触发。
图5?齿盘、霍尔器件、传感器输出关系
(3)根据电路理论,提高上限阈值、降低下限阈值是增强其抗噪、纠错能力的有效措施。3?转速信号调理电路的优化设计与仿真3.1?转速信号调理电路的优化设计
(1)图7为优化设计的转速调理电路及其波形,电路具有迟滞特性,而且上下限域值可调。
(2)该电路上限域值由3.15V上升为4.5V,下限域值由3.15V下降为1.0V,电路抗干扰能力明显优于图6。3.2?转速信号调理电路的仿真与测试3.2.1?转速信号调理电路的仿真模型
(1)图8为在Multsim环境下建立的两种转速调理电路仿真模型。
#B区为输出低电平状态区,产生机理同上节#。
?C区为输出高电平状态区,产生机理同上节?。
%D区为输出状态不确定敏感区,产生机理同上节?。
&此工况下传感器输出信号特征:除上节%描述外,在输出信号低电平期间,易产生不稳定的输出,由于不稳定输出不仅发生在信号上升沿、下降沿处,而且还出现在信号低电平期间,给后续调理电路带来了难度。
(3)传感器内两霍尔器件间距D远大于齿盘尺
图6?传统转速调理电路及其波形
2010年第10期??仪表技术
优化设计的转速调理电路及其波形
图8?电路仿真模型
??(2)具有迟滞特性的调理电路,其抗干扰能力更强,表现在两个方面:由于具有迟滞特性,可以抑制尖峰类干扰;由于电路上、下限阈值范围广,可以抑制稳态输出下的信号突变。CH3为优化调理电路波形,CH4为传统电路波形。
3.2.2?转速信号调理电路的仿真测试
为了验证优化后调理电路的抗躁能力,进行了噪声抑制仿真试验。表1数据表明,优化后电路的抗噪能力明显增强。
试验条件频率/Hz
试验波形:正弦波信号幅值:+5V最小可检测占空比/%优化电路
信号频率:可变信号占空比:可变频率/Hz
最小可检测占空比/%优化电路
响,在试验台上分组进行了模拟转速测量。4.1?试验条件
按表2分别进行2种传感器、3种检测齿盘的正交试验。
差分式霍尔传感器分类A型B型
特征不要求安装方向要求安装方向
分类齿盘(a)齿盘(b)齿盘(c)
特征矩形齿、宽隙矩形齿、宽齿渐开线形齿、均匀分布
4.2?试验内容
(1)传感器的异同性试验:使用A、B型传感器,任意安装角度(0?、180?)、(a)类齿盘试验,如图9所示。
(2)齿盘的异同性试验:使用A、B型传感器、相同安装角度、(a)/(b)类齿盘试验,如图10所示。
(3)测量间隙的异同性试验:使用A型传感器、任意安装角度、(c)类齿盘试验,如图11所示。
(4)传感器的错误检测试验:为了验证传感器的错误检测机理,在试验装置上特别进行了转速错误检
测试验,如图12所示。
4?试验验证
为了尽可能降低其他不确定因素对转速测量的影
仪表技术??2010年第10期
A型传感器(0?、180?)??????????????B型传感器(0?、180?)
传感器的异同性试验
A型传感器(a/b)类齿盘????????????B型传感器(a/b)类齿盘
齿盘的异同性试验
测量间隙的异同性试验
图12?传感器的错误检测试验
4.3?试验结论
(1)对于不要求安装方向的A型传感器,其输出波形占空比与安装角度无关,而要求安装方向的B型传感器,输出波形占空比与安装角度有关;
(2)使用不均匀齿盘时,传感器输出波形占空比远离50%,设计信号调理电路时应充分考虑滤波时间
常数的选取;
(3)使用宽齿齿盘检测转速时,其输出易产生信号突变;
(4)测量间隙越大,检测错误的几率越大,因此安装转速传感器时应严格遵守其技术条件,在保证正常工作的前提下,应尽量接近检测齿盘。
柴油机电控系统的转速测量既相关于传感器技术,又与其调理电路有关,想从根本上提高其转速测量技术,必须做到既要深刻了解转速的测量机理,又要在长期的实践中不断总结、积累、验证与提高。参考文献:
[1]施敏.CMOSIC数字电路手册[M].香港:香港万里书店出
版社,1982.[2]赵玉刚,邱东.传感器基础[M].北京:中国林业出版社,
(许雪军编发)