CN103134943B - 高电压霍尔式转速传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高电压霍尔式转速传感器，包括磁铁、霍尔元件以及信号处理模块，所述信号处理模块包括电源电路、滤波电路、放大电路、整形电路以及输出电路；所述电源电路的输入端连接直流电源，电源电路的输出端分别与霍尔元件和整形电路的输入端连接；霍尔元件的信号输出端依次经滤波电路、放大电路、整形电路连接输出电路；输出电路的输入端还与直流电源连接，输出电路的输出端输出高电压方波信号；所述直流电源的电压不小于12V。本发明所述的霍尔式转速传感器能够输出较高的工作电压，并且可使霍尔元件输出的正弦波信号转换为方波信号，用于在满足行车电脑对信号采集的前提下，能够驱动转速表盘的指针进行偏转。

Description

高电压霍尔式转速传感器

技术领域

本发明涉及一种转速传感器，特别是一种霍尔式转速传感器。

背景技术

随着汽车行业的飞速发展，用于测量汽车发动机转速信息的转速传感器便运用而生。转速传感器的种类较多，但采用较多的仍为霍尔式转速传感器。霍尔式转速传感器包括磁铁、霍尔元件以及信号处理模块，霍尔元件安装在磁铁上，霍尔元件垂直安装在汽车发动机齿轮的上方，并与齿轮之间设置有间隙；当齿轮转动时，改变通过霍尔元件的磁通量，从而使得霍尔元件输出一个近似正弦的信号。

霍尔元件自身输出的电压信号峰值以及电流信号都较小，通常只有几百毫伏。如果直接输出给行车电脑用于判断发动机的转速，是可以实现的；但是实际使用中转速传感器输出的信号并不单单是传输给行车电脑的，也会用来连接转速表盘，以驱动转速表盘中指针的偏转，这就要求霍尔元件输出的信号输出较大的功率以满足负载的驱动要求。但是霍尔元件自身的工作电压只能是5V，因此其输出的信号自然不会高于此电压值。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种能够输出高电压的霍尔式转速传感器，以满足汽车中行车电脑以及转速表盘指针的驱动需求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

高电压霍尔式转速传感器，包括磁铁、霍尔元件以及信号处理模块，所述霍尔元件的信号输出端连接信号处理模块的输入端，所述信号处理模块包括电源电路、滤波电路、放大电路、整形电路以及输出电路；所述电源电路的输入端连接直流电源，电源电路的输出端分别与霍尔元件和整形电路的输入端连接；霍尔元件的信号输出端依次经滤波电路、放大电路、整形电路连接输出电路；输出电路的输入端还与直流电源连接，输出电路的输出端输出高电压方波信号；所述直流电源的电压不小于12V。

本发明所述电源电路的具体结构为：所述电源电路包括稳压管、第一电容以及第二电容；稳压管的输入端连接直流电源，稳压管的输出端分别与霍尔元件和整形电路的输入端连接；所述稳压管的输入端和输出端分别经第一电容和第二电容接地。

本发明所述滤波电路的具体结构为：所述滤波电路包括第三电容和第一电阻；第三电容的输入端连接霍尔元件的信号输出端，第三电容的输出端连接放大电路的输入端；所述第三电容的输出端还经第一电阻接地。

本发明所述放大电路的具体结构为：所述放大电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一运算放大器；第二电阻的输入端连接滤波电路的第三电容，第二电阻的输出端连接第一运算放大器的负输入端，第一运算放大器的正输入端经第三电阻接地；所述第四电阻并联连接在第一运算放大器的负输入端与第一运算放大器的输出端之间；第一运算放大器的输出端连接整形电路的输入端。

本发明所述整形电路的具体结构为：所述整形电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二运算放大器；第七电阻的输入端连接放大电路第一运算放大器的输出端，第七电阻的输出端连接第二运算放大器的负输入端，第二运算放大器的正输入端经第八电阻与稳压管的输出端的连接，第九电阻并联连接在第二运算放大器的正输入端与第二运算放大器的输出端之间；第二运算放大器的输出端连接输出电路的输入端。

本发明所述输出电路的具体结构为：所述输出电路包括第十电阻、第十一电阻以及三极管；第十电阻的输入端连接整形电路第二运算放大器的输出端，第十电阻的输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，三极管的集电极经第十一电阻连接直流电源；三极管的集电极为信号处理模块的信号输出端。

本发明的改进在于：所述信号处理模块还包括连接在电源电路和整形电路之间的基准电压电路，所述基准电压电路包括串联连接在电源电路稳压管的输出端与地之间的第五电阻和第六电阻；所述整形电路第八电阻的输入端与第五电阻和第六电阻之间的导线连接。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明所述的霍尔式转速传感器能够输出较高的工作电压，并且可使霍尔元件输出的正弦波信号转换为方波信号，用于在满足行车电脑对信号采集的前提下，能够驱动转速表盘的指针进行偏转。基准电压电路的设置，能够根据使用者需求的不同改变电阻R5和电阻R6的阻值来提供不同的输出电压，提高了本发明的通用性。

附图说明

图1为本发明所述信号处理模块的电路图。

图2为本发明输出信号的波形图。

其中：11.电源电路，33.滤波电路，44.放大电路，55.基准电压电路， 66.整形电路，77.输出电路；V1.稳压管，C1.第一电容，C2.第二电容，C3.第三电容， R1.第一电阻，R2.第二电阻，R3.第三电阻，R4.第四电阻，R5.第五电阻，R6.第六电阻，R7.第七电阻，R8.第八电阻，R9.第九电阻，R10.第十电阻，R11.第十一电阻，AR1.第一运算放大器，AR2.第二运算放大器，Q1.霍尔元件，Q2.三极管。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。

一种高电压霍尔式转速传感器，包括磁铁、霍尔元件Q1以及信号处理模块，霍尔元件安装在磁铁的前方，霍尔元件垂直安装在汽车发动机齿轮的上方，并与齿轮之间设置有间隙；齿轮转动时，霍尔元件Q1感应出一组近似正弦的信号，输出给信号处理模块。

上述信号处理模块的电路图如图1所示，包括电源电路11、滤波电路33、放大电路44、基准电压电路55、整形电路66以及输出电路77。所述电源电路11的输入端连接直流电源Vcc，电源电路的输出端分别与霍尔元件Q1和整形电路66的输入端连接；霍尔元件Q1的信号输出端依次经滤波电路33、放大电路44、整形电路66连接输出电路77；基准电压电路55连接在电源电路11和整形电路66之间；输出电路77的输入端还与直流电源Vcc连接，输出电路77的输出端输出高电压方波信号。本实施例中直流电源Vcc电压为12V。

所述电源电路11包括稳压管V1、第一电容C1以及第二电容C2；稳压管V1的输入端Vin连接直流电源Vcc，稳压管V1的输出端Vout分别与霍尔元件Q1和整形电路66的输入端连接；所述稳压管V1的输入端Vin和输出端Vout分别经第一电容C1和第二电容C2接地。第一电容C1和第二电容C2作为电源旁路电容，用于滤除干扰信号。

所述滤波电路33用于滤除掉霍尔元件感应出的信号中出现的干扰脉冲，以不被后面的放大电路放大。滤波电路33包括第三电容C3和第一电阻R1；第三电容C3的输入端连接霍尔元件的信号输出端，第三电容C3的输出端连接放大电路44的输入端；所述第三电容C3的输出端还经第一电阻R1接地。

所述放大电路44包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一运算放大器AR1；第二电阻R2的输入端连接滤波电路33的第三电容C3，第二电阻R2的输出端连接第一运算放大器AR1的负输入端，第一运算放大器AR1的正输入端经第三电阻R3接地；所述第四电阻R4并联连接在第一运算放大器AR1的负输入端与第一运算放大器AR1的输出端之间；第四电阻与第二电阻的比值即为第一运算放大器AR1的放大倍数，通过改变第四电阻或者第二电阻的阻值，即可改变放大倍数。第一运算放大器AR1的输出端连接整形电路66的输入端。

所述基准电压电路55包括串联连接在电源电路11稳压管V1的输出端Vout与地之间的第五电阻R5和第六电阻R6。

所述整形电路66包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第二运算放大器AR2；第七电阻R7的输入端连接放大电路44第一运算放大器AR1的输出端，第七电阻R7的输出端连接第二运算放大器AR2的负输入端，第二运算放大器AR2的正输入端经第八电阻R8与第五电阻R5和第六电阻R6之间的导线连接，第九电阻R9并联连接在第二运算放大器AR2的正输入端与第二运算放大器AR2的输出端之间；第二运算放大器AR2的输出端连接输出电路77的输入端。整形电路将放大后的信号通过与基准电压阈值的比较，整形输出方波信号。

所述输出电路77包括第十电阻R10、第十一电阻R11以及三极管Q2；第十电阻R10的输入端连接整形电路66第二运算放大器AR2的输出端，第十电阻R10的输出端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极经第十一电阻R11连接直流电源Vcc；三极管Q2的集电极为信号处理模块的信号输出端OUT。输出电路的波形如图2所示。

本发明的工作原理如下所述：

当电源电路接通直流电源Vcc电压12V后，经稳压管V1稳压后，输出直流电压5V。此时5V电源供电给霍尔元件Q1、第一运算放大器AR1、第二运算放大器AR2以及第五电阻R5。电源电路中的第一电容C1与第二电容C2作为旁路电容，用于滤除掉电源输入与输出的干扰脉冲。

当发动机得电工作后，发动机齿轮转动时霍尔元件Q1会感应出一个近似正弦波的信号。正弦波信号经过第三电容C3与第一电阻R1滤除掉干扰脉冲后进入到由第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4与第一运算放大器AR1组成的放大电路中，调整第四电阻R4与第二电阻R2的阻值，得到所想要的放大倍数。正弦波信号经放大后，进入由第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9与第二运算放大器AR2组成的整形电路中，整形电路的基准电压由第五电阻R5与第六电阻R6决定。第二运算放大器AR2将正弦波信号与基准电压进行比较后整形成方波信号。方波信号再进入由第十电阻R10、第十一电阻R11、三极管Q2组合成的输出电路中，经过上拉电阻R11与三极管Q2的作用，达到可以满足驱动转速表盘指针的电流输出给汽车行车电脑和仪表盘。

Claims (4)

1.高电压霍尔式转速传感器，包括磁铁、霍尔元件（Q1）以及信号处理模块，所述霍尔元件（Q1）的信号输出端连接信号处理模块的输入端，其特征在于：所述信号处理模块包括电源电路（11）、滤波电路（33）、放大电路（44）、基准电压电路（55）、整形电路（66）以及输出电路（77）；所述电源电路（11）的输入端连接直流电源（Vcc），电源电路的输出端分别与霍尔元件（Q1）和整形电路（66）的输入端连接；霍尔元件（Q1）的信号输出端依次经滤波电路（33）、放大电路（44）、整形电路（66）连接输出电路（77），基准电压电路（55）连接在电源电路（11）和地之间，基准电压电路（55）输出端连接整形电路（66）的输入端；输出电路（77）的输入端还与直流电源（Vcc）连接，输出电路（77）的输出端输出高电压方波信号；所述直流电源（Vcc）的电压不小于12V；

所述电源电路（11）包括稳压管（V1）、第一电容（C1）以及第二电容（C2）；稳压管（V1）的输入端（Vin）连接直流电源（Vcc），稳压管（V1）的输出端（Vout）分别与霍尔元件（Q1）和整形电路（66）的输入端连接；所述稳压管（V1）的输入端（Vin）和输出端（Vout）分别经第一电容（C1）和第二电容（C2）接地；

所述滤波电路（33）包括第三电容（C3）和第一电阻（R1）；第三电容（C3）的输入端连接霍尔元件的信号输出端，第三电容（C3）的输出端连接放大电路（44）的输入端；所述第三电容（C3）的输出端还经第一电阻（R1）接地；

所述放大电路（44）包括第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第一运算放大器（AR1）；第二电阻（R2）的输入端连接滤波电路（33）的第三电容（C3），第二电阻（R2）的输出端连接第一运算放大器（AR1）的负输入端，第一运算放大器（AR1）的正输入端经第三电阻（R3）接地；所述第四电阻（R4）并联连接在第一运算放大器（AR1）的负输入端与第一运算放大器（AR1）的输出端之间；第一运算放大器（AR1）的输出端连接整形电路（66）的输入端。

2.根据权利要求1所述的高电压霍尔式转速传感器，其特征在于：所述整形电路（66）包括第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）和第二运算放大器（AR2）；第七电阻（R7）的输入端连接放大电路（44）第一运算放大器（AR1）的输出端，第七电阻（R7）的输出端连接第二运算放大器（AR2）的负输入端，第二运算放大器（AR2）的正输入端经第八电阻（R8）与稳压管（V1）的输出端（Vout）的连接，第九电阻（R9）并联连接在第二运算放大器（AR2）的正输入端与第二运算放大器（AR2）的输出端之间；第二运算放大器（AR2）的输出端连接输出电路（77）的输入端。

3.根据权利要求2所述的高电压霍尔式转速传感器，其特征在于：所述输出电路（77）包括第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）以及三极管（Q2）；第十电阻（R10）的输入端连接整形电路（66）第二运算放大器（AR2）的输出端，第十电阻（R10）的输出端连接三极管（Q2）的基极，三极管（Q2）的发射极接地，三极管（Q2）的集电极经第十一电阻（R11）连接直流电源（Vcc）；三极管（Q2）的集电极为信号处理模块的信号输出端。

4.根据权利要求3所述的高电压霍尔式转速传感器，其特征在于：所述信号处理模块还包括连接在电源电路（11）和整形电路（66）之间的基准电压电路（55），所述基准电压电路（55）包括串联连接在电源电路（11）稳压管（V1）的输出端（Vout）与地之间的第五电阻（R5）和第六电阻（R6）；所述整形电路（66）第八电阻（R8）的输入端与第五电阻（R5）和第六电阻（R6）之间的导线连接。