霍尔传感器用于角度测量的一种方法.pdf

总第9 2 期第4 期 2 0 0 1 年8 月 电子机械工程 E I e c t r 0 一M e c h n j 髑lE n 醇n 此r 王雌 T o t a lN o9 2 N o4 A u g 2 0 0 1 霍尔传感器用于角度测量的一种方法 李玉江张向明 武汉华中科技大学4 3 0 0 7 4 擅要 本文介绍了一种霍尔传感器用于角度测量的方法 为解决其它类似问题提供了一种参考方案 关键词霍尔传感器角度铡量 霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行 测量的一种传感器 它可以实现非接触测量 因其 具有频响宽 动态范围大 小型集成化和使用方便等 优点 在检测 自动控制以及信息处理等领域获得广 泛应用 以下就将介绍一种利用霍尔传感器进行角 度测量的方法 1测量原理 雹尔传感器用于角度测量的原理如图1 所示 传感晷的位置固定 在待铡旋转物体的轴上装一个 圆盘 圆盘上贴有若干对小磁钢 小磁钢越多 则精 度及分辨率越高 为了判断转动方向 采用了两个 相同的霍尔传感器H 和H 测量角度时 每当一 个磁钢转过霍尔传感器时 引起磁场的变化 传感器 便输出一 个脉冲 计算脉冲的个数 即可确定旋转物体转过的 角度 1 2 霍尔传感器H H 3 小磁钢4 转动圆盘 图l 2计数方法 如上所述 测量角度的关键在于对脉冲的计数 计数的方法选择正确与否 对测量结果有较大影响 我们假定顺时针的转动方向是正转 则正转和反转 的脉冲时序图分别如2 a b 所示 删肌 州U u 乙 计扯叭 m 肌 t l lt 3 t i 正转 收稿日期2 0 0 l o l z o t t t zt J t t b 反转 图2 正反转脉冲时序图 万方数据 2 6电子机械工程 2 0 0 1 年 方法l 先判断H 和H 是否为高电平 在t 时刻 如H 先达到高电平 则接着判断H z 的电平 在t 时刻 H 上升为高电平 计数器正转加l 如 H 先达到高电平 则接着判断H 的电平 在t 时 刻 H 上升为高电平 计数器反转减1 其程序框图 如图3 所示 方法2 通过对脉冲的时序图进行分析可知 方法1 并不能满足计数的要求 主要会产生这样一 个问题 即当磁钢转至t t 时 已经完成了一次计数 磁钢继续转到t 至t 之间时 由于H 一1 H 1 仍然满足方法l 的计数条件 因此计数器会持续计 数 直至磁钢转过t 为止 可见 方法l 的计数方 案并不可行 为此我们对方法1 进行改进 增加了 两个判断条件 即在磁钢转过t 后 继续判断在t a 和t 时刻 H 和H 的电平 具体的判断次序是 H 高一H 高一H 低一H 2 低一正转计数 H z 高 一H 高一H 低一H 低一逆转计数 方法2 的程 序框图如图4 图4 方法2 的程序流程框图 2 该方法可靠性高 编程容易 简便易行 是 一种较好的角度测量方法 为解决其它类似问题提 供了参考 3 这种角度测量方法曾用于水下救生转裙的 对接装置中 取得了良好效果 参考文献 1 方佩敏 新编传癌器原理应用电路详解 北京 电 子工业出版社 1 9 9 4 2 涂时亮 张有德 单片微机控制技术 上海 复旦大 学出版社 1 9 9 4 年 图3 方法l 的程序流程框图 对照方法1 可见改进后的方法克服了方法1 李玉江男 华中科技大学交通学院硕士研究生 从 中存在的缺点 较好地完成了计数 事机电一体化方面的研究工作 3结束语 1 布置磁钢时 应保证H 和H z 能产生足够 的脉冲宽度 确保图2 的正确时序 万方数据 霍尔传感器用于角度测量的一种方法霍尔传感器用于角度测量的一种方法 作者 李玉江 张向明 作者单位 武汉华中科技大学 刊名 电子机械工程 英文刊名 ELECTRO MECHANICAL ENGINEERING 年 卷 期 2001 4 引用次数 3次 参考文献 2条 参考文献 2条 1 方佩敏 新编传感器原理应用电路详解 1994 2 涂时亮 张有德 单片微机控制技术 1994 相似文献 10条 相似文献 10条 1 学位论文 张超 二维霍尔角度传感器的应用研究 2006 本文综述了磁敏传感器中的近代霍尔传感器和磁敏电阻式传感器技术的发展 对于2005年国际上刚刚推向市场的新型二维磁敏角度传感器 介绍了 国内外对这一技术的研究 开发和应用的现状 本论文采用计算机有限元分析方法 研究了本科研课题组自主开发的无触点角度传感器和拟开发的新型 二维霍尔角度传感器的三种不同的磁路结构 沿径向充磁的两个半圆环磁铁 沿径向充磁的整圆环磁铁 沿径向充磁的 5圆饼形磁铁 进行了理论计算 和实验对比 采用计算机Labview软件虚拟仪器的方法 对新型二维集成霍尔敏感元件特性进行了测试与模拟 结合传感器机械结构设计 成功开发出 360 角度传感器 并对其特性进行了测试 2 期刊论文 秦志圣 白连平 QIN Zhi sheng BAI Lian ping 角度细分在永磁电机控制系统中的应用 北京机械工 业学院学报 综合版 2008 23 4 获取准确的转子位置信号是永磁同步电机 PMSM 稳定运行的前提 而位置信号的精度会直接影响控制系统的性能 采用低分辨率的霍尔元件作为系统 的位置传感器 提出一种基于6个离散位置信号的角度细分方法 计算电机转子的实时位置 并设计了一种电压空间矢量法的控制系统 实现PMSM的正弦波驱 动控制 结果表明 该控制方法能够满足PMSM正弦波驱动要求 并能有效抑制转矩脉动 电机运行平稳 3 学位论文 魏娜 悬臂梁MOSFET霍尔磁传感器研究 2008 霍尔传感器是目前使用最广泛的磁传感器之一 它不仅可以用来测量磁场 还可用来测量电流 速度 位置 角度和转速等物理量 在精密测量 工业自动化控制 汽车电子 家用电器等领域获得广泛应用 本课题的主要研究内容是在悬臂梁根部制作MOSFET霍尔磁传感器 MOSFET的源 漏两端相 当于霍尔传感器的电流控制极 在栅区两旁稍靠近漏极的部分加有两个霍尔电压输出极 这样在垂直磁场的作用下 霍尔输出极上将产生霍尔输出电压 VH 当改变磁感应强度时 霍尔输出电压也会发生变化 本文在了解国内外霍尔磁传感器发展现状的基础上 介绍了霍尔效应的基本原理 阐述 了MOSFET霍尔磁传感器的工作原理 设计了悬臂梁MOSFET霍尔磁传感器的结构及制作工艺过程 并进行工艺模拟 为器件的实际工艺流程提供可靠的技 术保证 采用Multisim软件对放大电路进行仿真并成功调试实际电路 对实验研制的传感器样品进行特性测试和分析 完成了线性度 迟滞 重复性 灵敏度和精度的计算 计算后得到的线性度为 0 0384 F S 迟滞为 0 0092 F S 重复性为 0 072 F S 灵敏度为1 212mV T 精度为 0 0821 F S 实验证明 本文研制的悬臂梁MOSFET霍尔磁传感器的设计方案符合要求 测试装置简单 信号处理方便 制作工艺可与集成电路 工艺兼容 可实现霍尔传感器的集成化 4 期刊论文 王磊磊 李艾民 曹兆富 郝道争 WANG Lei lei LI Ai min CAO Zhao fu HAO Dao zheng 基于 LPC2220的调度绞车深度指示器的改造设计 煤矿机械2009 30 2 从实用和安全的角度 对矿用调度绞车传统的机械式深度指示器进行改造性设计 采用LPC2220 霍尔传感器 光耦 LED等核心器件构成新的深度指 示系统 能够为操作人员提供直观 有效的提升深度数据 提高了绞车的可操作性 保障安全的同时提高了生产效率 5 学位论文 冯明 霍尔相位传感器的研究开发 2004 霍尔传感器是目前使用最广泛的磁传感器之一 它不仅可以用来测量磁场 还可用于测量电流 速度 位置 角度和转速等物理量 在精密测量 工业 自动化控制 汽车电子 家用电器等领域获得广泛应用 该课题是上海汽车工业科技发展基金会支持项目 相位传感器的研究开发 的一部分 着重探讨在 研究开发霍尔相位传感器组件过程中出现的理论性关键技术 论文先简要介绍了霍尔效应的基本原理 霍尔元件和霍尔集成电路的发展过程和近况 论文对 Si双极型霍尔开关集成电路的工作原理其中包括稳压电路 放大电路和触发电路等进行了认真的分析和仿真 重点研究了温度补偿 电阻修调等关键技术 成功完成了霍尔开关集成电路在工作温度范围内 40 150 的温度仿真 并完成了高精度Si双极型霍尔开关集成电路的版图设计 在这之前还开 展了双极和CMOS专用集成电路的逆向设计训练 对一些双极型集成电路和CMOS集成电路进行了解剖拍照分析 并成功的完成了CMOS专用集成电路的逆向设 计 制版和流片工作的全过程 论文介绍了几种基本磁路的设计方法和霍尔相位传感器组件的工作原理 细致分析了霍尔相位传感器组件的工作原理后 根 据霍尔相位传感器的工作要求和磁路理论 分析了霍尔相位传感器组件适合使用的永磁材料 介绍了在霍尔相位传感器组件设计中非常重要的B D曲线 利 用ANSYS有限元分析软件建立了霍尔相位传感器组件的磁路仿真设计方法 以2AV系列霍尔相位传感器组件为实例来验证 研制出可批量生产的新型高精度 SmCo霍尔相位传感器组件 其特征参数完全符合要求 并小批量生产 在联合汽车电子有限公司的生产线上通过了联合汽车电子有限公司的OTS检 测 自行设计了高精度的霍尔磁性闸门测试仪器 对霍尔相位传感器的特征参数进行了检测和计算 为霍尔相位传感器的进一步研发和生产打下了坚实的基 础 论文提出的磁路仿真设计方法 自行设计的磁性闸门检测设备为霍尔传感器组件的设计 优化和批量生产提供了有利的手段 6 期刊论文 韩喜春 吴东艳 张鹏 HAN Xi chun WU Dong yan ZHANG Peng AS5040 在角度测量中的应用 传感器与 微系统2006 25 6 阐述了角度传感器芯片AS5040的工作原理 使用方法 硬件和软件设计 介绍了在太阳能电池充电控制系统中的应用 该芯片具有模拟和数字接口 可 与磁钢 微处理器组成一体化智能传感器 实验表明 AS5040在该系统测量中的最大误差为1 8 达到了设计要求 可广泛地应用在非接触角度测量领域 7 学位论文 李莺莺 漏磁法管道内检测的有限元分析及其实验研究 2004 随着能源需求的增加 作为油气能源主要输送工具的管道运输以其不可取代的突出优势 在全世界范围内得到了广泛的应用 与此同时 管道运输的安 全性问题也越来越受到各国政府的重视 在各种管道维护方法中 管道内橙测可以直接 真实地反映出管道目前的腐蚀状况 为管线的安全运行做出评价 其中管道内漏磁检测器因其对测量环境的要求低 可以兼用于输油管道和输气管道 并且具有结构简单 信号处理方便等优点 应用最为广泛 所以对管道 内漏磁检测器的研制和漏磁场形成机理的研究有较好的应用前景 该文采用ANSYS有限元分析软件对管道缺陷的漏磁场进行了仿真分析 文中详细介绍了管 道漏磁法检测中环状缺陷的二维有限元模型的建立 分析过程和分析结果 由于二维有限元模型无法实现真正的点状或面状缺陷漏磁场的仿真计算 文中 还建立了管壁面状缺陷的三维有限元模型 并提出针对不同形状和大小的缺陷采用不同的部分模型进行简化 以提高分析效率的方法 在有限元分析的基础 上 研究了管道壁内外缺陷漏磁信号的形状 特点 并以路径信号 彩色云图 磁力线图和等值线图等方式对漏磁场进行了形象化的描述 分析了缺陷的长 度 深度 表面角度等几何参数与漏磁信号的关系 及其不同的影响程度 并研究了影响管壁磁化状态的因素 对励磁装置永磁铁的几何尺寸进行了优化 得出在其他条件不变的情况下 磁铁的长度在30mm至40mm之间 厚度保持在为10 20mm之间则可以达到最优的磁化状态 分析了传感器的提离值对漏磁信号 幅值的影响 指出当提离值保持在1 5mm 2mm之间时既能保证检测器测到较浅的缺陷 又符合实际情况 该文还以有限元仿真的结果为样本 采用小波基神经 网络的方法建立了由漏磁信号到缺陷轮廓的网络模型 为缺陷几何特征的鉴别提供了新的方法 为了进一步从物理实验的角度研究管道内的漏磁场 设计了 一个简易实验平台 模拟检测器的工作方式 选用新型的二维霍尔传感器作为磁场传感器 并基于LabVIEW编写了漏磁信号的采集系统 测量的信号验证了有 限元分析的正确性 8 期刊论文 钱宏文 朱燕君 QIAN Hong wen ZHU Yan jun 新型磁旋转编码器设计 电子与封装2008 8 10 文章论述了角度传感电路AS5040的内部结构 工作原理和使用方法 以及基于AS5040电路新型一体化磁旋转编码器的结构设计和硬件设计 磁旋转编 码器有模拟和数字两种接口方式 在使用前可一次性编程为正交A B 步 方向 无刷直流电动机换向三种工作模式之一 该新型磁旋转编码器具有成本低 廉 体积小 结构简单 功耗低 精度高 抗干扰能力强等特点 产品经实际使用 能可靠应用于恶劣环境下非接触式角度和距离测量 电机控制等领域 9 学位论文 田浩 煤矿救援机器人运动控制系统研究 2009 针对本课题组研发的六履带煤矿救援机器人 提出了运动控制系统的方案并进行了系统软硬件研发 煤矿救援机器人的运动控制系统包括上 位机模块 主驱动模块和摆臂驱动模块 上位机模块主要对主控程序的运动信息进行处理 而主驱动模块和摆臂驱动模块是运动的执行机构 根据主驱 动模块和摆臂驱动模块各自不同的运动类型 分别进行了运动分析 在WMRII运动学模型的基础上 推导出煤矿救援机器人主驱动模块运动学方程 直行 和转弯时两个履带的速度公式 利用拉格朗日运动学方程得到摆臂驱动模块的运动学方程 煤矿救援机器人运动控制系统分为硬件部分和软件部 分 均采用模块化设计 硬件部分包括上位机模块 主驱动器模块和摆臂驱动模块 在运动控制中 采用霍尔传感器对主驱动模块和摆臂驱动模块0的位 置和速