基于霍爾效應傳感器的應用

引言

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

　　1 雙極性開關型霍爾效應傳感器

　　成品霍爾傳感器在芯片封裝時無統一標準，或用磁體的S極觸發，或用N極觸發，當磁體是嵌入固定時，用戶在維護和更換時需要對磁體極性做出判別，應用不便。雙極性開關型霍爾傳感器則無須判別磁體極性，具有很大的靈活性和方便性。

　　1．1 基本原理

　　霍爾芯片A3144的某一個感應面為磁體的S極敏感，假設該面為s面，那么另一面一定是N極敏感，假設該面叫N面。

　　將兩個開關型霍爾芯片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，兩芯片的開路輸出0a、0b連接作為一個輸出端，共用同一電源，并封裝在一個銅質羅栓裝置中，芯片的作用面朝向磁體的磁極N或S，結構原理參見圖1。

　　1．2 實現方法 由于A、B芯片前后疊放，磁場要穿過A芯片作用B芯片的敏感面，顯然B芯片的靈敏度會有所下降。實驗證明磁體對底層B芯片的觸發距離與A芯片相比減少1．5mm左右，為補償B芯片靈敏度的降低，可通過在其背后襯加一小鐵磁質材料的方法來補償。稀土磁鋼的磁場無須補償就能夠穿過A芯片并能作用觸發B芯片，當S極接近傳感器時，A芯片輸出，N極接近傳感器時，B芯片輸出。這樣，無論磁體的那個磁極接近傳感器，總有一個芯片輸出，而對磁體的極性無需關心。雙極性開關型霍爾效應傳感器優點是無須關心磁體極性，傳感器的互換性強，更換維護方便。不足的是采用兩個芯片，成本稍有增加，B芯片的作用距離稍微減少。

　　2 霍爾效應高速旋轉編碼器

　　精確測量旋轉角時常采用光電旋轉編碼器來實現，但在使用環境惡劣和精度要求不高的場合，使用光電旋轉編碼器會造成系統成本過高，為提高可靠性一般采用多個廉價可靠的開關型霍爾效應傳感器按不同的角度位置安裝，用旋轉的磁體分別掠過傳感器的作用面來采樣。當采樣點較多時，這種方法使用的傳感器數量和信號線較多，安裝不便，且占用控制系統接口資源較多。

　　2．1 基本原理 同雙極性開關型霍爾效應傳感器，不同點是A、B兩芯片分別輸出。其中芯片A作為起始”零點”脈沖輸出，芯片B作為旋轉角度”順序”脈沖輸出，無論采樣點是多少，只需安裝一支旋轉編碼傳感器，一條四芯電纜線，占用兩個系統接口，結構原理參見附圖1。

　　2．2 實現方法 安裝磁體時，其中只有一個比如s極朝向傳感器的作用面，其它磁體N極朝向作用面，當磁體旋轉時，s極作用開關型霍爾效應旋轉編碼器時，編碼器輸出一個零點脈沖，而N極作用旋轉編碼器時則是序列脈沖輸出，由控制系統做出判斷和計量，見附圖1。由于磁體間有較大間隙，零點脈沖與序列脈沖并不重疊，采用兩線輸入，控制系統的軟件處理非常簡單。

　　這種傳感器優點是用一個傳感器代替多個傳感器，安裝簡單成本低，采樣點越多，優越性越明顯。不足的是兩個輸出的脈沖寬度與旋轉速度有關；采樣點較多時，需要較大直徑的磁體安裝輪。在印刷設備的程序控制系統中，采用了開關型霍爾效應旋轉編碼器，簡化了系統設計，減少了傳感器數量。

　　3 磁偏置霍爾效應高速齒輪接近開關

　　電容或電感式接近開關由于工作頻率低，難以滿足高速旋轉的測量。而能滿足高速測量的齒輪傳感器則價格相對昂貴。可利用開關型霍爾效應傳感器芯片設計廉價的高速霍爾效應接近開關，參見附圖2。