CN103152024A - 一种霍尔传感开关的控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种霍尔传感开关的控制方法及其装置，属于传感控制技术领域。霍尔元件于初始状态通过二极管W1与电阻R1获得电压U1；磁导体通过永磁体时霍尔元件处于工作状态，通过二极管W2与电阻R1获得电压U2，霍尔元件将测到的永磁体磁场强度变化信号转为电信号传于电路板；电路板将霍尔元件传来的信号转换开关信号通过连接插座输出。包括永磁体等，永磁体、霍尔元件、电路板安装于外壳的内部；霍尔元件与电路板连接；电路板与连接插座连接；散热体一端与电路板连接另一端接地；密封圈设置于连接插座和外壳之间。本发明公开了霍尔传感开关控制方法以达到精确传感的目的。解决了车用开关的触点烧蚀和机械磨损问题，延长了车用开关的使用寿命。

Description

一种霍尔传感开关的控制方法及其装置

技术领域

本发明属于传感控制技术领域，特别是涉及到一种霍尔传感开关的控制方法及其装置。

背景技术

目前，随着现代控制技术的广泛应用，传感开关在现代工业控制领域的需求量越来越大。现有的传感开关主要有以下几种：磁电式、涡流式（电感式）、电容式、光电式、霍尔式。上述传感开关存在着传感距离短或传感精度低的缺点且易受周围环境干扰。就以同类霍尔开关为例，如专利201010517815.9所述无触点开关，由于霍尔元件的正向阀值场强与负向阀值场强存在差值，这样就直接导致开关的导通点与关断点存在着距离差，使开关精度无法保证。并且其采取的机械传导式的控制方式不可避免的增加了机械磨损，难以持续保持控制精度。这样无疑就阻碍了对传感开关性能具有较高要求的各种现代控制技术的实施与实现。现有技术当中缺乏一种有效的方法来解决霍尔传感开关的控制问题。

汽车产业是现代工业的代表，与其配套的相关行业也就显得蔚为壮观。特别是汽车电气类的技术集成较高。目前汽车所使用的电气开关，大多为传统的机械式触点开关，通过机械传动使触点闭合与断开，实现电流的断开和闭合功能。在车用大电流的情况下，机械开关的触点在闭合与断开的瞬间会形成直流电弧，造成触点的烧蚀，这样就极大地影响开关的使用寿命。特别是机械开关的机械传动方式，不可避免的会产生机械磨损，这样就无法持续的保证开关的精度，一旦当汽车的固有部件产生磨损无法正常工作时就需要更换新的配件，但是所更换的新开关存在着难以与磨损了的汽车部件相匹配的问题。如何延长汽车用开关的使用寿命又不会降低开关的精度，成为长期困扰本领域的一个难点问题。

综上所述，保证开关精度、避免机械磨损是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明公开了一种新型霍尔传感开关控制方法以达到精确传感的目的。

本发明还提供了应用该方法的控制装置，解决了车用开关的触点烧蚀以及机械磨损的问题，极大地延长了车用开关的使用寿命。

一种霍尔传感开关的控制方法，其特征是：

步骤一、霍尔元件处于初始状态，霍尔元件通过稳压二极管W1与限流电阻R1获得初始状态电压U1；

步骤二、外部磁导体通过永磁体时霍尔元件处于工作状态，霍尔元件通过稳压二极管W2与限流电阻R1获得工作状态电压U2，霍尔元件将检测到的永磁体磁场强度变化信号转变为电信号传输于电路板；

步骤三、电路板将霍尔元件传输来的电信号转换成开关信号并通过连接插座输出。

一种霍尔传感开关，其特征是：主要包括永磁体、霍尔元件、电路板，所述的永磁体固定安装于外壳的内部；所述的霍尔元件与电路板连接，且霍尔元件固定安装于外壳的内部。所述的电路板与连接插座连接，且电路板固定安装于外壳的内部。

所述的电路板与散热体的一端连接，且散热体的另一端接地。

所述的电路板上安装有稳压二极管。

所述的连接插座与场效应管连接。

所述的连接插座和外壳之间设置有密封圈。

所述的外壳的内部安装有固定套，且固定套为耐温塑料。

所述的外壳为铜材料。

所述的散热体为铝材料。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：通过外部磁导体（如汽车的轴、齿轮等）与永磁体相对位置的变化来改变永磁体周围磁场强度的分布，用霍尔元件检测永磁体周围磁场强度的变化并将之转化为电信号的变化，再用霍尔元件自身的动作来控制对供电电源的切换，改变霍尔元件的正向阀值场强与负向阀值场强，使霍尔元件的正向阀值场强与负向阀值场强相近或相等，消除霍尔元件的“施密特特性”，来解决霍尔元件导通点与关断点存在差值的问题，以达到控制传感精度和感应距离的目的。采用本控制方法，能够大大的增加霍尔元件的传感距离、提高传感精度，完全避免机械开关的触点烧蚀和机械磨损问题，极大地延长了车用开关的使用寿命，为现代控制技术的实施与实现提供更多的应用空间。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明的第一个实施例的纵剖面图。

图中1-永磁体、2-霍尔元件、3-电路板、4-连接插座、5-固定套、6-散热体、7-外壳、8-密封圈。

具体实施方式

一种霍尔传感开关的控制方法：通过外部磁导体（如汽车的轴、齿轮等）与永磁体相对位置的变化来改变永磁体周围磁场强度的分布，用霍尔元件检测永磁体周围磁场强度的变化并将之转化为电信号的变化；而经过试验表明，霍尔元件的导通与关断同样存在着“施密特特性”，即存在正向阀值场强和负向阀值场强，并且霍尔元件的供电电压越低，其感应距离越大，同时正向阀值场强与负向阀值场强的场强差也越大，这就意味着霍尔元件的导通点与关断点并不在同一点上，而是有一个差值，这样就会影响霍尔元件的开关精度。本发明通过切换霍尔元件供电电源的方式来解决霍尔元件的“施密特特性”进而解决霍尔元件导通点与关断点存在差值的问题。具体实施方法如下：当霍尔元件处于初始状态时，霍尔元件的供电电压为U1，此时霍尔元件的正向阀值场强与负向阀值场强分别为T1₊和T1_-;当霍尔元件处于工作状态时，霍尔元件的供电电压为U2，此时霍尔元件的正向阀值场强与负向阀值场强分别为T2₊和T2_-，调整U1与U2的参数使T2₊＞T1₊≥T2_-＞T1_-，这样霍尔元件的正向阀值场强与负向阀值场强差值为ΔT=T1₊-T2_-，而当T1₊=T2_-时为最理想状态，这样霍尔元件的导通点与关断点的精度就可控了。通过调整U1和U2的数值控制霍尔元件的传感精度进而控制霍尔元件的感应距离。如图1所示：通过稳压二极管W1与限流电阻R1实现U1为霍尔元件供电，当霍尔元件检测到磁场变化时，霍尔元件动作的同时通过稳压二极管W2与限流电阻R1实现U2为霍尔元件供电，这样通过霍尔元件自身的动作来实现对切换供电电源的控制以达到控制感应距离和传感精度的目的，最后由信号处理线路将霍尔元件发出的信号处理为逻辑电平信号通过放大输出。

如图1所示通过外部磁导体的接近来改永磁体1的磁场强度分布，霍尔元件2将检测点的磁场强度变化信号转变为电信号，电路板3将霍尔元件2检测的电信号转换成开关信号并通过连接插座4输出。当霍尔元件2处于初始状态时，开关通过稳压二极管W1与限流电阻R1为霍尔元件提供电压U1，当外部磁导体靠近永磁体1时，永磁体1的磁场强度分布发生改变，穿过霍尔元件2的磁场强度发生变化，使得霍尔元件2输出发生翻转，此时霍尔元件处于工作状态。霍尔元件动作的同时，开关通过稳压二极管W2与限流电阻R1为霍尔元件提供电压U2。通过这种切换供电电压的方式既可以控制开关的传感距离又可以消除霍尔元件的“施密特特性”，避免本发明装置的闭合点与关断点的不一致，提高传感精度。最后通过三极管Q1、三极管Q2、电容C1、电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4的处理，同稳压管W3一起驱动大功率三极管Q3通过连接插座4输出开关信号。

由上述方案可知，通过外部磁导体的接近改变永磁体1的磁场强度分布来而实现驱动电路板3，进而通过连接插座4输出开关信号，实现开关功能。本发明采用控制供电电压的方式，改变霍尔元件2的正向阀值场强与负向阀值场强，使霍尔元件2的正向阀值场强与负向阀值场强相近或相等，实现开关精密控制，并且完全避免机械开关的触点烧蚀和机械磨损问题，极大地延长了车用开关的使用寿命。

本发明装置提供了一种车用传感开关。如图2所示，主要包括：固定于开关前端的永磁体1；与所属永磁体1位置靠近，用于检测永磁体的磁场强度的霍尔元件2；与所述霍尔元件2连接，用于接收所述霍尔元件2信号的电路板3；与所述电路板3连接，用于输出所述电路板3的开关信号的连接插座4；与所述永磁体1和霍尔元件2相连接用于固定所述永磁体1和霍尔元件2的固定套5；与所述电路板3连接用于电路板3散热和接地的散热体6；用于保护和固定开关内零件的外壳7；在连接插座4和外壳7之间设置有用于密封连接插座4和外壳7的密封圈8。

本实施例中用于输出所述电路板3开关信号的连接插座4，可以根据不同汽车的连接要求进行更改。

本实施例中固定套5为耐高温塑料，由于塑料是不会磁化且不导电的材料，所以不会影响永磁体的磁场和检测元件2的电路。也可采用其他的非磁导体且非电导体材料，以达到同样的效果。

本实施例中散热体6为铝材料，因为铝导热较好且成本低，也可采用其他导热材料以达到同样效果。

本实施例中外壳7为铜材料，因为铜是不会磁化的材料，也可采用铝合金或其他非导磁材料以达到同样效果，外壳7可以根据不同汽车的连接要求进行更改。

本发明所描述的实施例仅仅是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下做获得的所有其他实施例，都属于本专利的保护范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本专利的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本专利将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (9)

1.一种霍尔传感开关的控制方法，其特征是：

步骤一、霍尔元件（2）处于初始状态，霍尔元件（2）通过稳压二极管W1与限流电阻R1获得初始状态电压U1；

步骤二、外部磁导体通过永磁体（1）时霍尔元件（2）处于工作状态，霍尔元件（2）通过稳压二极管W2与限流电阻R1获得工作状态电压U2，霍尔元件（2）将检测到的永磁体（1）磁场强度变化信号转变为电信号传输于电路板（3）；

步骤三、电路板（3）将霍尔元件（2）传输来的电信号转换成开关信号并通过连接插座（4）输出。

2.一种霍尔传感开关，其特征是：主要包括永磁体(1)、霍尔元件（2）、电路板（3），所述的永磁体(1)固定安装于外壳（7）的内部；所述的霍尔元件（2）与电路板（3）连接，且霍尔元件（2）固定安装于外壳（7）的内部。所述的电路板（3）与连接插座（4）连接，且电路板（3）固定安装于外壳（7）的内部。

3.根据权利要求2所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的电路板（3）与散热体（6）的一端连接，且散热体（6）的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的电路板（3）上安装有稳压二极管。

5.根据权利要求2所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的连接插座（4）与场效应管连接。

6.根据权利要求2所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的连接插座（4）和外壳（7）之间设置有密封圈（8）。

7.根据权利要求2所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的外壳（7）的内部安装有固定套（5），且固定套（5）为耐温塑料。

8.根据权利要求2所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的外壳（7）为铜材料。

9.根据权利要求3所述的一种霍尔传感开关，其特征是：所述的散热体（6）为铝材料。

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