CN107748272A - 基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，内置于密闭筒体，上述密闭筒体具有筒壁。所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置包括霍尔测速部件、数据处理模块和黄铜外壳。所述霍尔测速部件包括永磁钢和霍尔探头，所述永磁钢和霍尔探头同轴放置并且同时内置于黄铜外壳，所述永磁钢通过黄铜外壳与筒壁固定连接。所述数据处理模块设有信号处理电路，各个霍尔探头通过线缆与信号处理电路电连接。本发明公开的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，结构小巧，测量精度高，成本较低，能够方便且准确地测量密闭筒体内不规则部件的运动参数。
Description
技术领域
本发明属于不规则部件速度测量技术领域，具体涉及基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置。
背景技术
在密闭空间(例如，密闭筒体)内部，现有的机械或者电气等常规测速方法不同程度地存在安装不便、抗干扰性能不佳、测量精度和范围有限等缺陷。
例如，在直径一定的大圆筒，顶部和底部在不规则部件开始运动之前均为闭合密封状态，在圆筒的侧壁居中位置，留有一M20*1.5的标准压力孔。在圆筒内部有一外壳为金属材质的不规则运动体(常见为鱼线形)，最大外直径略小于大圆筒内径，安装在圆筒内。等待不规则部件工作时，圆筒顶部打开，不规则部件沿筒体轴线方向做加速运动，直至完全离开筒体。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，提供一种基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置。
本发明采用以下技术方案，所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，内置于密闭筒体，上述密闭筒体具有筒壁，所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置包括霍尔测速部件、数据处理模块和黄铜外壳，其中：
所述霍尔测速部件包括永磁钢和霍尔探头，所述永磁钢和霍尔探头同轴放置并且同时内置于黄铜外壳，所述永磁钢通过黄铜外壳与筒壁固定连接；
所述数据处理模块设有信号处理电路，各个霍尔探头通过线缆与信号处理电路电连接。
根据上述技术方案，所述黄铜外壳具有外螺纹，所述黄铜外壳通过外螺纹连接至密封筒体的筒壁。
根据上述技术方案，所述霍尔探头对称设置，以便差分计算。
根据上述技术方案，所述永磁钢采用钕铁硼材质制成。
根据上述技术方案，所述永磁钢呈圆柱状。
根据上述技术方案，所述霍尔探头与永磁钢之间具有间隙，间隙内充满空气。
本发明公开的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，其有益效果在于，结构小巧，测量精度高，成本较低，能够方便且准确地测量密闭筒体内不规则部件的运动参数。
附图说明
图1是本发明优选实施例的测量原理图。
图2A至图2C是本发明优选实施例的霍尔元件输出电压示意图。
图3是本发明优选实施例的霍尔效应原理图。
图4A和图4B是本发明优选实施例的不规则部件测速原理图。
图5是本发明优选实施例的系统框图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图5，图5示出了所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置的模块结构。优选地，所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置内置于密闭筒体100，上述密闭筒体100具有筒壁101；其中，所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置包括霍尔测速部件10、数据处理模块20和安装结构件30；其中，所述霍尔测速部件10包括永磁钢11和霍尔元件12，所述安装结构件30具体实施为黄铜外壳31，所述霍尔元件12具体实施为霍尔探头，所述永磁钢11和霍尔探头同轴放置并且同时内置于黄铜外壳31，所述永磁钢11通过黄铜外壳31与筒壁101固定连接；其中，所述数据处理模块20设有信号处理电路21，各个霍尔探头通过线缆(信号线)与信号处理电路21电连接；其中，黄铜外壳31既可以连接霍尔测速部件10与筒壁101，同时可以确保密闭筒体100的密闭性，在测量密闭筒体内不规则部件运动速度的同时不破坏筒体的密闭性，能有效的解决在密闭筒体内测量不规则物体的运动速度测量难题。
其中，所述黄铜外壳31具有外螺纹(M20*1.5螺纹)，所述黄铜外壳31通过外螺纹连接至密封筒体100的筒壁101；其中，所述永磁钢11采用钕铁硼材质制成，具有磁性强、易于加工及良好的机械特性；其中，所述永磁钢11呈圆柱状，以便内置于黄铜外壳31，其S极朝内，N极朝外；其中，所述霍尔探头与永磁钢11之间具有间隙，间隙内充满空气；其中，霍尔探头的作用面朝向永磁钢的N极，另一面朝外。霍尔测速部件安装在黄铜外壳内，黄铜外壳不仅起到锁磁的作用还通过螺纹与密闭筒体连接，确保不破坏筒内密闭性。
参见附图的图1至图3，在笛卡尔坐标系中，磁场B的方向为Z轴正方向，将一块半导体薄片置于XOY平面，并使控制电流Is沿X轴正向通过该薄片。假设载流子为电子，那么它会受到磁场中洛伦兹力的作用，此洛伦兹力fL的方向为Y轴负方向。在力fL的作用下，电子向Y轴负方向偏转，其运动轨迹如图中的虚点箭头所示，从而在半导体薄片的B面聚集较多的电子，而与之相对的A面则聚集较多的正电荷。与此同时，A面与B面积累的异种电荷会逐渐形成横向电场，使运动电子受到电场力fE的作用，fE的方向为Y轴正方向，正好与洛伦兹力fL的方向相反。随着电荷越积越多，fE也不断的增大，当fE增大到与fL大小相等时，所积累的电子便达到动态平衡。此时，在A、B两个导体面之间形成的电场则被称为霍尔电场，用EH表示，而所对应的电势差就叫做霍尔电压，用VH来表示。
利用霍尔效应的霍尔元件(霍尔探头)，在不同的磁场环境下，能够输出不同的电压值。霍尔元件的输出信号电平取决于施加在器件敏感面的磁场强度，随磁场强度成比例地变化。当霍尔元件处于零磁场条件时，其输出电压是电源电压的一半。当磁力线从内向外穿透霍尔元件作用面时，将使输出电压将随着磁场强度的增加而线性升高；相反，磁力线从外向内穿透霍尔元件作用面时，将使输出电压将随着磁场强度的增加而线性降低。
密闭筒体内的运动物体，金属外壳的导磁性远大于空气的导磁性，磁通总是走磁阻小的路径，外壳与霍尔测速部件的距离近时，永磁钢N级发出的磁通通过金属外壳回到S极，通过霍尔元件的磁通较大，输出电压较高，当运动物体因为运动的原因，与霍尔测速部件的距离逐渐拉长，导致通过霍尔元件作用面的磁通减小，输出的电压也相应减小。
参见附图的图4A和图4B，假设不规则部件的测速起始点为A，距离部件表面为m，按运动方向运动后，A点运动至A1，B点运动至B1，部件运动后会产生信号电平K，信号电平W，信号电平P。霍尔元件12(霍尔探头)将这些模拟信号传送至数据处理模块20的信号处理电路21，由信号处理电路21输出不规则部件的运动参数。在直接测量出磁场强度后，输出和磁场成一定比例的电压值，根据两个点上电压值的变化，即可求解不规则部件的运动参数。
值得一提的是，本申请公开的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，能够安装在密闭的筒体表面，且不影响筒体内的密闭性，便于实现小型化和轻量化，可以根据实际需要改变磁场大小、间距等，灵活可变。同时，采用永磁钢产生恒定磁场，磁感应强度恒定，在测量中产生的最小信号为mV级别，大信号可以达到V级别，极大方便了信号处理，同时也带来信号失真程度小、噪声低等特点。
值得注意的是，本申请公开的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，可通过电生磁方式代替由永磁钢产生的恒定磁场，也可对称设置霍尔元件进行差分计算以便减小误差，也可在黄铜外壳的局部开孔，在不影响密闭性的同时便于测量密闭筒体内部压力。本领域的技术人员应注意，永磁钢的大小、形状、磁场分布等特性可根据实际需求予以调整，霍尔元件与永磁钢的摆放位置不仅局限于同轴设置，也可按照已知角度相对设置(便于在算法中解算)或采用多对霍尔元件；黄铜外壳不仅具有锁磁作用，也作为结构安装件，将霍尔测量部件安装在密闭筒体侧面，并保证筒体内的密闭性，也可独立设置结构安装件。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，内置于密闭筒体，上述密闭筒体具有筒壁，其特征在于，所述基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置包括霍尔测速部件、数据处理模块和黄铜外壳，其中：
所述霍尔测速部件包括永磁钢和霍尔探头，所述永磁钢和霍尔探头同轴放置并且同时内置于黄铜外壳，所述永磁钢通过黄铜外壳与筒壁固定连接；
所述数据处理模块设有信号处理电路，各个霍尔探头通过线缆与信号处理电路电连接。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，其特征在于，所述黄铜外壳具有外螺纹，所述黄铜外壳通过外螺纹连接至密封筒体的筒壁。
3.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，其特征在于，所述霍尔探头对称设置以差分计算。
4.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，其特征在于，所述永磁钢采用钕铁硼材质制成。
5.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，其特征在于，所述永磁钢呈圆柱状。
6.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的密闭筒体内不规则部件测速装置，其特征在于，所述霍尔探头与永磁钢之间具有间隙，间隙内充满空气。
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