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霍尔传感器在机车测速中的应用

     霍尔传感器是一种在日常生活中非常普遍的传感器,它可以检测所有与磁场相关的物理量。通常,通过设置用于加载信息的磁场,霍尔感应器会响应压力、移动、速度、角度、角速度、旋转速度和测试和控制对象的转速等信息。由于霍尔传感器小、轻、结构牢靠、寿命长、恢复能力、抗冲击强度大、耐污染、测量范围广、精度速度都不错等,因此速度测量是霍尔传感器的最常用使用之一。霍尔传感器是机车控制系统的重要的测速应用,测速设备要求分辨率及精度高时间短,而半导体霍尔元件非常适合于严格的引擎速度检测设备要求,因为这些优点包括简单的结构、较小的体积等。霍尔传感器是根据霍尔元件设计的,结构简单、功能强大、抗干扰强应最困难的电力环境而设计。

     发电机速度检测模式可分为两类:测速发电机检测或脉冲发生器检测。测速发电机的工作方式是将转速转换为电压信号,该运行可靠,但精度低尺寸大,因为测量值是模拟量,所以必须在转换为a/d后读入计算机。脉冲发生器的工作方式取决于电机的转速,并发出相应的脉冲数量。根据性能检测需要选择或设计脉冲发生器。 基于霍尔组件的脉冲生成器制作的简单快捷成本低。而机车系统的电气环境更加恶劣,因此产品必须具有更高的抗干扰力。  

     霍尔传感器原理:1. 位于半导体片上,其长度为l,宽度为b,厚度为d,插入磁性强度为B的磁场时,如果电流由两侧控制通入电流I,并且该磁场的方向与当前方向正交,则会在半导体的另一侧生成控制电流的大小和强度乘以磁感应强度B的乘积与电磁势UH成正比,即UH=KHIB。它KH是霍尔元件灵敏度。2 .集成电路中的信号会根据磁场强度的变化来放大霍尔组件的幅值,然后通过信号变换器、驱动器、放大输出和频率变化信号进行传递。   

     

齿轮.jpg

    工作设置1. 使用霍尔元件能轻松检测磁场,将霍尔元件放置在检测器件中制作成各种形状的探头,因为霍尔元件仅对垂直子器件表面的磁场敏感度感,所以电磁力必须垂直于元件表面,而输出电压可在开启电源后检测磁场的磁感应强度。如果不垂直,需求出垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度值。此外,由于霍尔元件非常小,可进行多点检测、计算机处理数据、电场分布状态和并对狭小空间内的磁场进行检测。2.工作磁体设置使用磁场作为感官对象的移动和位置信息的载体,通常会使用由一个带有永久磁钢生成的工作磁场。在遮断方式中,使用软磁作为运动的工作部分(如铁翼)来调整工作场所,此方法非常精确,冀片的位置重复精度最多可以在125c处重复50μs。当两个齿之间的间隙与霍尔元件对齐时,磁场相对较弱。当齿与霍尔元件对齐时,磁场的强度相对较大。旋转齿轮时,通过霍尔元件的电磁线密度会发生变更,霍尔元件会产生mV级的准方波电压。此信号还必须从电子电路转换为标准脉冲电压,当磁场的s接近霍尔电路外壳标记的一侧时,它是在霍尔电路上正向运作。 您也可以将工作磁铁固定在霍尔元件(未放置标记一侧)上,以便在检查过的磁铁物件(例如钢齿轮)附近检查它们,以检测特定物件的运动参数(例如齿轮、凸缘、缺口等)。 霍尔效应速度传感器中,当目标移动到霍尔效果传感器位置(即,霍尔传感器位于靶和磁铁之间)时,霍尔效应传感器会检测到目标信号的变化。霍尔效应感应器会检测磁通量的大小。使用hall效果表达式: u h = k h IB,当磁盘上使用n磁性加载时,每旋转一周磁场变化N 次,会相应地同频率变换霍尔电势,输出电势将测量通过放大、整形和计数电路测量从而测出旋转速度。  

 旋转速度测量原理


 根据霍尔效应原理,在电动机的旋转轴上的转台的边缘固定永久磁钢,转台伴随主轴的旋转而旋转,在转台下安装霍尔元件,转台受伴随主轴的旋转而产生的磁铁产生的磁场的影响。 霍尔元件是由半导体材料构成的薄板,在与平面垂直的方向上施加外部磁场b,在沿着平面的方向的两端施加外部电场时,电子在磁场中移动,结果在元件的两个侧面间产生霍尔电位。其大小与外部磁场及电流大小成正比。霍尔传感器从体积小、无触点、动态特性好、寿命长等特点出发,广泛应用于测定旋转体的旋转速度的领域。霍尔元件处于任意极性的定磁场中时,其上的2个霍尔传感器产生相同的输出信号。与磁场的绝对强度无关,其差始终为零。但是,由于一个单元与磁场集中的轮齿相对,另外一个单元与一个齿隙相对,所以在两个霍尔单元间存在磁场梯度时产生差分信号,在芯片上放大。实际上,这个差是表现可以通过对应的集成控制电路进行修正的小的偏移量的差。根据这样的动态差原理,在传感器面和齿轮之间存在大的空隙的条件下维持高灵敏度。

 齿轮、传感距离、角度精度  

     一个齿轮用m = d/z表示。这里,d是齿轮直径,z是齿轮齿数。计算从轮齿到轮齿的距离为t,节距为t =πm时,一方的轮传感器与一方的轮齿相对,另一方的轮传感器与一方的齿隙相对时,检测出最大差异。这个设备内的2个霍尔传感器的间隔为2.5 mm、模块数1、对应间距3.14 win条件下,所有这些设备都会检测到差异。此系数大于3时,或者齿轮不规则时,有可能长期检测不到足够的差异。这意味着输出信号是不确定的。传感器和齿轮之间的最大允许距离是温度、模块、磁铁、速度的函数,每当齿轮的齿/齿隙改变时,输出端就会产生脉冲,可以表示速度。缩短距离会产生大的有用信号。由此,能够表现齿轮旋转角度的传感器的低/高迁移次数越增加,越能够提高切换精度。


 电路图设计。

      霍尔元件输出高电平时,v 2导通,v 1截止,信号输出端输出矩形波低电平。霍尔元件输出为低电平时,v 1导通、v 2截止、输出端为方波的高电平。从信号输出端子输出每个周期的方波表示旋转了1齿。单位时间内输出的脉冲数n,因此可以求出单位时间内的速度v = nt ( t =πm )。霍尔传感器及其应用磁敏传感器被称为磁敏传感器,主要包括单簧管、磁敏二极管、磁敏晶体管、磁阻传感器及霍尔传感器等。 霍尔传感器及其应用介绍。霍尔传感器以磁场为媒介,可以检测位移、振动、转速、加速度、流量、电流、电力等各种物理量。 不仅实现非接触测量,而且使用永久磁铁产生磁场,不需要追加能量。此外,由于霍尔传感器尺寸小、廉价、应用电路简单、性能可靠,因此可以得到极其广泛的应用。


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