CN101832749B - 霍尔式单路信号输出的防错位移传感器 - Google Patents

Abstract

一种结构简单、成本低、仅输出单路信号却可实现防错功能的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，在位移传感器本体内放置可复位的传动轴，其特殊之处是：在传动轴上固定由二个半环永磁体组成非闭合环形结构磁性体，在传感器本体内固定磁钢，在磁钢内设有相互垂直的开关型霍尔集成电路和线性霍尔集成电路，开关型霍尔集成电路面对二个半环永磁体的间隙处，在位移传感器本体内还设有电源保护电路和电子开关，电源保护电路输出端与开关型霍尔集成电路的输入端相连，开关型霍尔集成电路输出端通过电子开关与线性霍尔集成电路连接，电源保护电路的输入端即为该防错位移传感器的电源端和接地端，线性霍尔集成电路的输出端即为该位移传感器的信号输出端。

Description

霍尔式单路信号输出的防错位移传感器

技术领域

本发明属于电磁及电控技术，特别涉及一种霍尔式单路信号输出的防错位移传感器。

背景技术

传统的位移传感器主要有接触式位移传感器和磁阻非接触式位移传感器，接触式位移传感器由于设有接触触点，容易磨损、可靠性差、易产生电火花；磁阻非接触式位移传感器的精确度相对不是很高。位移传感器性能的优劣直接影响到电控设备的运行质量，特别在一些涉及到人身安全的场合显得尤为重要。随着对电磁及电控技术的深入研究，人们对于各种位移传感器的要求也越来越高，特别是防错功能的位移传感器提升了对设备控制的可靠性和对人身的安全性，所以应用范围越来越广泛。霍尔非接触式传感器由于具有高精确性和高寿命等诸多特点，越来越多的被人们所应用。目前的霍尔式位移传感器多为单路或双路信号输出，单路信号输出的霍尔式位移传感器结构简单、成本低，但一般没有防错功能，而双路信号输出的霍尔式位移传感器通过两路输出信号的线性对比来判断传感器是否出现异常来实现防错功能，但是其结构复杂、成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低，仅输出单路信号却可实现防错功能的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器。

本发明采取的技术方案是：

该霍尔式单路信号输出的防错位移传感器包括一个位移传感器本体3，在位移传感器本体3内放置有可复位的传动轴1，其特殊之处是：在传动轴1上固定有由二个半环永磁体7、10组成非闭合环形结构磁性体，其中一个为N极、另一个为S极，在传感器本体内固定有磁钢8，所述的磁钢8与二个半环永磁体7、10位置内外对应，在磁钢8内设有用于检测磁场的变化并输出高、低电平的开关型霍尔集成电路12和进行电压的单路线性信号输出的线性霍尔集成电路9，所述的开关型霍尔集成电路12和线性霍尔集成电路9相互垂直并且开关型霍尔集成电路12面对二个半环永磁体7、10的间隙处，在位移传感器本体3内还设有电源保护电路13和电子开关14，电源保护电路13的输出端与开关型霍尔集成电路12的输入端相连，开关型霍尔集成电路12输出端通过电子开关14与线性霍尔集成电路9连接，电源保护电路13的输入端即为该防错位移传感器的电源端15和接地端16，线性霍尔集成电路9的输出端即为该防错位移传感器的信号输出端17。

上述的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，所述的开关型霍尔集成电路12和线性霍尔集成电路9与二个半环永磁体7、10高度一致。

上述的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，所述的电源保护电路13、开关型霍尔集成电路12、电子开关14和线性霍尔集成电路9安装在一个线路板5上。

上述的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，所述的开关型霍尔集成电路12和线性霍尔集成电路9位于线路板5一面，电源保护电路13和电子开关14位于线路板5另一面。

本发明的有益效果是：通过一只开关型霍尔集成电路和一只线性霍尔集成电路对变化磁场的检测，使传感器仅输出单路信号却实现了防错功能。既满足了位移传感器对于防错功能的的要求，相对于双路信号输出的防错位移传感器，结构更简单，大大降低了成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的电路方框图；

图4是本发明的电路原理图。

图中：传动轴1，复位弹簧2，位移传感器本体3，屏蔽铁环4，线路板5，端盖6，半环永磁体7，磁钢8，线性霍尔集成电路9，半环永磁体10，引线插针11，开关型霍尔集成电路12，电源保护电路13，电子开关14，电源端15，接地端16，输出端17。

具体实施方式

如图所示，本发明有一个位移传感器本体3，在位移传感器本体3内放置有传动轴1，传动轴1上端面带有定位凹槽连接时与传感器外部旋转体配合，在传动轴1上设有复位弹簧2，复位弹簧2两端分别固定在传动轴1和位移传感器本体3的上下相对面上，以实现放置后传动轴1的自动复位。在传动轴1底口内固定有二个半环永磁体7、10，其中一个为N极，另一个为S极，二个半环永磁体7、10之间通过传感感本体3上的隔离墙相隔形成非闭合环形结构磁性体，在半环永磁体7、10外缘设置有屏蔽铁环4，通过带复位弹簧2的传动轴1旋转产生磁场变化。在位移传感器本体3内粘接有起导磁作用的磁钢8，所述的磁钢8与二个半环永磁体7、10位置内外对应。在磁钢8内设有二个相互垂直的插槽，在二个插槽内插装有用于检测磁场的变化并输出高、低电平的开关型霍尔集成电路12和在有+5V电源供电的情况下通过检测磁场的变化进行电压的单路线性信号输出的线性霍尔集成电路9，开关型霍尔集成电路12和线性霍尔集成电路9与半环永磁体7、10的高度一致，并且开关型霍尔集成电路12和线性霍尔集成电路9相互垂直，其中开关型霍尔集成电路12面对半环永磁体7、10的间隙处，在传感器本体3内还设有电源保护电路13和电子开关14，所述的开关型霍尔集成电路12、线性霍尔集成电路9、电源保护电路13和电子开关14安装在一个线路板5上，所述的电源保护电路13是由浪涌电压保护TVS管T1、第一滤波电容C1和高频滤波磁珠F1构成，浪涌电压保护TVS管T1与第一滤波电容C1并联为电源保护电路13的输入端并引出该霍尔式单路信号输出的防错位移传感器的电源端15和接地端16，使用时接+5V供电电源；第一高频滤波磁珠F1一端接+5V供电电源、另一端为电源保护电路13的输出端与开关型霍尔集成电路12的输入端(即电源引脚)相连；开关型霍尔集成电路12经过用来提供+5V工作电源的电子开关14与线性霍尔集成电路9连接，电子开关14由上拉电阻R1、限流电阻R2和R3、第二滤波电容C2和PNP三极管Q1构成，线性霍尔集成电路9具有周围元件：第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、电阻R4和第二高频滤波磁珠F2，第四滤波电容C4和限流电阻R4并联并与第二高频滤波磁珠F2连接，第二高频滤波磁珠F2另一端即为线性霍尔集成电路9的输出端并引出该霍尔式单路信号输出的防错位移传感器的信号输出端17。在传感器本体3侧面设有引线插针11，所述的引线插针伸入传感器本体3内与线路板5相连。在传感器本体3下端口安装有端盖6。

由于线性霍尔集成电路9内部带有信号处理器和存贮器，具备软件预置标定永磁***置与输出电压的对应值的功能，举例说明：

假设线性霍尔集成电路9有+5V工作电源工作时的初始状态位置，位移传感器的预置输出电压为+0.4V。

线性霍尔集成电路9开始工作位置：位移传感器正确时，在此位置开关型霍尔集成电路12输出低电平，电子开关14导通，线性霍尔集成电路9得到+5V工作电源工作，该位置位移传感器的预置输出电压为+0.5V。

终止状态位置：位移传感器中的永磁体7、10通过传动轴1可旋转的终止位置。该位置位移传感器的预置输出电压为+4.5V。所以线性霍尔集成电路9在正确得到+5V工作电源的整个工作范围内的预置输出电压为+0.5-+4.5V。

当位移传感器在正确状态下工作时，通过带复位弹簧2的传动轴1带动二个半环永磁体7、10同时旋转运动。初始状态时，开关型霍尔集成电路12通过检测磁场输出+5V电压，此时电子开关14不导通，线性霍尔集成电路9因无+5V电源不工作从而无电压信号输出。当二个半环永磁体7、10通过传动轴1旋转到设定的角度时，变化的磁场使开关型霍尔集成电路12导通并输出为低电平，且该低电平从该设定角度开始至旋转到终止位置的整个磁场变化过程中一直有效，即一直输出为低电平。该低电平使电子开关14导通，+5V电源通过电子开关14使线性霍尔集成电路9得到+5V工作电源开始工作。在此设定角度的位置处(即线性霍尔集成电路9开始工作位置)，线性霍尔集成电路9通过检测磁场输出+0.5V电压，然后通过检测旋转磁场的变化产生线性变化的+0.5-+4.5V电压输出，该电压的变化则通过ECU(电控单元)检测来改变运行设备的运行工况。

当位移传感器在非正确状态下进行工作时，将实现以下防错：

①当开关型霍尔集成电路12自身发生输出信号与+5V电源相短接的故障或自身检测磁场始终输出为高电平时，电子开关14不会导通，线性霍尔集成电路9无法得到+5V工作电源，位移传感器不工作而无电压信号输出。

②当开关型霍尔集成电路12自身发生输出信号与地线相短接的故障或自身检测磁场始终输出为低电平时，电子开关14一直导通，线性霍尔集成电路9一直有+5V工作电源。这种情况下，当位移传感器刚一上电工作时，ECU检测到位移传感器有+0.4V电压或其他电压值输出，则判定位移传感器故障。

③当磁场在初始位置时发生了某种变化，位移传感器刚得到+5V工作电源还未进行角度旋转时，开关型霍尔集成电路12的输出信号即为低电平，则电子开关14导通，线性霍尔集成电路9有+5V工作电源。这种情况下，ECU检测到位移传感器有+0.4V或其他电压值输出，则判定位移传感器故障。

④当磁场在初始位置或旋转变化的过程中发生了某种变化，导致位移传感器在行程范围内的任意角度旋转时，开关型霍尔集成电路12的输出信号均为高电平，则电子开关14一直不导通，线性霍尔集成电路9一直无+5V工作电源而无电压信号输出。

⑤当电子开关14由于发生故障而导致在任何情况下均不导通时，则线性霍尔集成电路9一直无+5V工作电源，位移传感器无电压信号输出。

⑥当电子开关14由于发生故障而导致在任何情况下均导通时，则线性霍尔集成电路9一直有+5V工作电源。这种情况下，当传感器刚一上电工作时，ECU检测到有+0.4V或其他电压值输出，则判定传感器故障。

⑦当线性霍尔集成电路9自身发生输出信号与地线相短接的故障或自身检测磁场始终输出为低电平时，传感器始终为0V电压输出。这种情况下，ECU检测到该电压，则不进行相关控制动作。

⑧当线性霍尔集成电路9自身发生输出信号与+5V电源相短接的故障或自身检测磁场始终输出为高电平时，位移传感器始终为+5V的电压输出。这种情况下，ECU检测到该电压，则判定位移传感器故障。

Claims (4)

1.一种霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，包括一个位移传感器本体，在位移传感器本体内放置有可复位的传动轴，其特征是：在传动轴上固定有由二个半环永磁体组成非闭合环形结构磁性体，其中一个为N极、另一个为S极，在传感器本体内固定有磁钢，所述的磁钢与二个半环永磁***置内外对应，在磁钢内设有用于检测磁场的变化并输出高、低电平的开关型霍尔集成电路和进行电压的单路线性信号输出的线性霍尔集成电路，所述的开关型霍尔集成电路和线性霍尔集成电路相互垂直并且开关型霍尔集成电路面对二个半环永磁体的间隙处，在位移传感器本体内还设有电源保护电路和电子开关，电源保护电路的输出端与开关型霍尔集成电路的输入端相连，开关型霍尔集成电路经过用来提供工作电源的电子开关与线性霍尔集成电路连接，并且开关型霍尔集成电路输出低电平时电子开关导通提供工作电源，开关型霍尔集成电路输出高电平时电子开关不导通不提供工作电源，电源保护电路的输入端即为该防错位移传感器的电源端和接地端，线性霍尔集成电路的输出端即为该防错位移传感器的信号输出端。

2.根据权利要求1所述的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，其特征是：所述的开关型霍尔集成电路和线性霍尔集成电路与二个半环永磁体高度一致。

3.根据权利要求1所述的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，其特征是：所述的电源保护电路、开关型霍尔集成电路、电子开关和线性霍尔集成电路安装在一个线路板上。

4.根据权利要求3所述的霍尔式单路信号输出的防错位移传感器，其特征是：所述的开关型霍尔集成电路和线性霍尔集成电路位于线路板一面，电源保护电路和电子开关位于线路板另一面。

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