基于霍爾傳感器在轉速測量方面的應用

朱維琳

摘要 在現代工業生產中存在許多需要轉速測量的方面，針對轉速測量方法落后、只能進行接觸式測量等問題，提出把霍爾傳感器應用于工業生產中，利用霍爾效應測量轉速，具有動態特性好、測量轉速的精度高等優點，并且能夠達到非接觸式測量的效果。

【關鍵詞】霍爾元件 磁場 脈沖

在動力機械性能測試中，轉速是其中重要的特性參數，也是電子控制系統其它參數計算的依據，同時在工業生產領域都有極為廣泛的應用。對于多類傳感器都可以對不同要求下的轉速進行測量，由于自動控制系統必須精準地控制發動機正常工作，所以要求傳感器需要能夠穩定工作，因此選定合適的傳感器至關重要。本文選用霍爾傳感器進行設計，它在磁場感應方面具有較強的靈敏度，并且結構簡單、頻率范圍大、工作噪音小、使用壽命較長等優點，在轉速測量方面有著重要的作用。

1 霍爾傳感器

1897年，美國物理學家霍爾通過研究大量的實驗發現：將某種金屬薄片放至在變化的磁場中并且垂直于此磁場，同時，在金屬薄片的另外兩端通入一個恒定電流，那么在金屬薄片中與它們方向相互垂直的兩側將產生一個電動勢，經過驗證可得，這個電動勢與磁場強度成正比，這種現象被人們稱為霍爾效應，如圖1所示。

霍爾電動勢的大小以及它的方向可以通過霍爾效應和左手定則推導，大小可用E-kHIB表示，其中kH為霍爾元件的靈敏度系數，表示在磁感應強度和控制電流一定時霍爾電動勢的大小，并且霍爾電動勢的大小會隨著磁場強度的變化而變化，當磁場消失時，霍爾電動勢亦會變為零。

2 開關型霍爾傳感器

隨著微電子技術的發展，霍爾器件已經在很多應用領域進行集成化，構成霍爾集成電路，主要分成線性型和開關型兩類，并且都包含了霍爾元件。其中，開關型霍爾集成電路的主要組成部分有霍爾元件、差分放大器、穩壓電路、OC門（集電集開路輸出門）、施密特觸發器等。如圖2所示，如果外加磁場強度高于規定的工作點時，oc門將從高組態變為導通狀態，此刻輸出低電平UOL;當外加磁場強度低于釋放點時，OC門重新變為高組態，輸出高電平UOH。這類器件中較典型的有UGN3020、3022系列等，利用這一特性，開關型霍爾傳感器常用于對轉速進行測量。

3 霍爾傳感器測量轉速的原理

根據霍爾效應可以看出，在控制電流I恒定的情況下，霍爾元件中輸出電壓信號將根據磁場中磁感應強度大小的突變而隨之突變，相當于產生一個脈沖信號，此脈沖信號中的脈沖數和轉速有緊密聯系，由此形成數字量傳感器。

選用開關型霍爾集成傳感器參與轉速測量，與磁性轉盤一起構成霍爾式轉速傳感器，結構如圖3所示。將磁性轉盤的輸入軸和被測轉軸連接在一起，在磁性轉盤附近固定在霍爾傳感器附近，在被測轉軸發生轉動時，磁性轉盤也會隨著一起轉動，當磁體轉過霍爾傳感器時，霍爾傳感器便感應到信號，同時輸出一個相應的電壓脈沖。如若測出在一定時間內測得的脈沖數，便可求出被測轉速。例如，在車輪轉軸上裝上磁體，在靠近磁體位置上裝上霍爾傳感器，即可制成車速表和里程表等。

4 結論

利用霍爾傳感器測量的應用有許多，在測量電流、測量位移、測量壓力等方面都可使用，同時在電機控制的測速方面應用也具有代表性。本文在測量轉速方面采用霍爾元件設計的轉速檢測裝置，與其他傳統的測速裝置相比較，不僅在穩定性、精度、響應速度等方面有明顯優勢，而且抗干擾能力好、實時檢測效果精準，比較適合用于油污、煙霧、灰塵等復雜的環境中，可以精準快的檢測機械設備轉速值，滿足不同轉速下的實時性和精度要求。

參考文獻

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