CN1084971A

CN1084971A - 双工位识别传感器

Info

Publication number: CN1084971A
Application number: CN 92111023
Authority: CN
Inventors: 吴友农
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1994-04-06

Abstract

本发明双工位识别传感器是一种用于检测具有双工位运动机械位置变化的数字型传感器。其特征在于传感器具有对机构所载磁体的磁场及磁极性敏感识别的电路系统。该传感器对在机械中仅有AB 两个工作位置的运动机构，无论其处于运动状态或停止状态，均可将机构所处的工位加以正确地检测、识别和显示，并以开关量信号(数字0，数字1)输出。该传感器的输出信号既可与计算机直接接口，又可驱动执行机构组成独立的检测控制系统及联锁保护系统。

Description

本发明涉及用于检测运动机械位置变化的传感器制造技术。

在机械运动中，普遍存在一类装置或机构仅有AB两个工作位置（双工位）的机械运动形式。为了实现自动检测与自动控制，需要利用传感器对这类装置或机构位置的变化状态进行检测并转换为可以处理的电信号输出。到目前为止，一般使用诸如电感式、电容式、光电式、可变磁阻式等接近开关传感器进行运动机械位置变化的检测。由于此类传感器只能检测工位信号的有无，而不具有对A工位或B工位特定信号的识别处理功能。因此，还需要通过外部硬件电路处理或计算机软件处理。

本发明双工位识别传感器（简称AB传感器）是一种用于检测具有双工位运动机械位置变化状态的数字型传感器，该传感器对在机械中仅有AB两个工作位置的运动机构，无论其处于运动状态或停止状态，均可将机构所处工位加以正确地检测、识别、显示及开关量信号（数字0，数字1）输出。

双工位识别传感器是由外壳、帽、电路系统、电缆引线等组成，并使用粘接剂、吸潮剂和填料封装制成。其特征在于外壳内装有对外部强磁场及其磁极性敏感识别的电路系统，该电路系统由检测电路、双工位信号处理电路、显示输出电路和稳压器组成。

检测电路由半导体霍尔元件构成，其作用是将检测到的磁场信号转换为可以处理的电信号输出。霍尔元件输出端与双工位信号处理电路相连。

双工位信号处理电路由差动放大器、施密特双稳电路组成。施密特双稳电路的输出端与显示输出电路连接。

显示输出电路是由LED驱动器、LED支路1、LED支路2和输出缓冲器组成。

稳压器的输入端与外部电源相连，其输出端为内部电路提供稳定的工作电压。滤波电容器跨接在稳压器输出端与地之间。

根据霍尔效应原理，在外磁场N作用下，霍尔元件将产生一个霍尔电势输出，在外磁场S作用下，霍尔元件将产生一个负的霍尔电势输出，当外磁场撤除后，霍尔电势为零。在垂直磁场作用下，霍尔元件产生的霍尔电势经差动放大器放大后，送至施密特双稳电路进行整形，并将该信号记忆保持。施密特双稳电路的输出信号作为显示输出电路的控制信号。显示输出电路的输出信号分两路输出，一路经LED驱动器驱动LED支路1和LED支路2，并作为外部输出端;另一路经输出缓冲器进行功率放大，以OC方式输出。

图1为本发明实施方案电路系统原理方框图。

图2为本发明实施例1电路图

本发明实施方案如下：

将两块极性不同的磁体N、S，分别安装在被测机构的适当位置a点、b点上。磁体的直径一般可小于传感器帽的直径。达到霍尔元件Ⅰ敏感面的磁场强度应大于0.01T，这是为了提高传感器工作稳定性和对杂散磁场的抗干扰能力。霍尔元件Ⅰ的敏感面紧粘贴于帽的内壁中心，并与外磁场方向垂直。帽封装在传感器壳体头部，是用高导磁材料或无磁材料制成。电路系统元件及电缆引线焊接在一块印刷电路板上，两只不同颜色的LED灯安装在壳体后部上方小孔中并露出壳体，电缆引线从壳体尾部引出。整个电路系统经封装技术固化在壳体内部。本传感器应安装固定在被测机构运动轨迹的中部位置，传感器头部平面与磁体工作面相对时的最近距离一般为3-8mm，可调整到传感器灵敏度要求的磁感应强度。

霍尔元件Ⅰ在垂直磁场作用下产生霍尔电势（一般为MV级），经差动放大器Ⅱ将信号放大并触发施密特双稳电路Ⅲ。利用施密特回差特性对信号进行整形并消除信号抖动，产生纯净的开关信号。施密特双稳电路Ⅲ还可将信号记忆保持，其输出信号在高电平时接近电源电压，在低电平时接近地电位。

当机构运动时，a、b两点交替到达传感器。若a点磁体到达传感器时，在施密特双稳电路Ⅲ的输入端产生一脉冲跳变，使施密特双稳电路Ⅲ翻转;当a点磁体离开而b点磁体未到达传感器时，施密特双稳电路Ⅲ继续保持a点磁体离开前的信号状态。反之，若b点磁体到达传感器时，在施密特电路Ⅲ的输入端产生一反向脉冲跳变，使施密特双稳电路Ⅲ翻转;当b点磁体离开而a点磁体未到达传感器时，施密特双稳电路Ⅲ继续保持b点磁体离开前的信号状态。

显示输出电路的LED驱动器Ⅳ是末级具有图腾柱结构的推挽式功率放大器，其等效电路为一反相器，其作用是将信号进行功率放大，提供200MA驱动电流，驱动LED支路并向外部输出电压信号。LED支路Ⅵ是由LED_A和限流电阻R_A串联;LED支路Ⅶ是由LED_B和限流电阻R_B串联。LED支路Ⅵ连接在稳压器Ⅷ输出端与M点之间，LED支路Ⅶ连接在M点与地之间。输出缓冲器Ⅴ是一个集电极开路的功率放大器，也可提供200MA电流负荷，其集电极作为信号数据远传输出端。

当运动机构的a点到达A工位时，b点磁体正对于传感器，使施密特双稳电路Ⅲ输出变为高电平，经LED驱动器Ⅳ反相输出低电平，使LED支路Ⅵ的LED_A亮;当运动机构的b点到达B工位时，a点磁体正对于传感器，使施密特双稳电路Ⅲ输出变为低电平，经LED驱动器Ⅳ反相输出高电平，使LED_B亮。该传感器以LED_A、LED_B不同颜色的显示和输出开关量信号（数字0，数字1）来区别运动机构所处的A或B工位。

稳压器Ⅷ为整个电路提供稳定的直流工作电压，使传感器电路系统的工作电压不随外部电源电压波动。因此，本传感器的工作电源电压范围较宽（E₊＝5-18V）。滤波电容C跨接在稳压器Ⅷ输出端与地之间，其作用是滤除直流电源中的交流成份。在整个电路系统中除LED支路和滤波电容C外，其他电路单元可以集成在一起制成集成电路。

本发明电路系统的实施例1见图2：

U₁和U₂为集成电路。在U₁中主要集成了霍尔电势发生器、差动放大器、施密特双稳电路;在U₂中主要集成了LED驱动器和输出缓冲器。R₁为U₁输出端的上拉电阻。U₁的输出端与U₂的控制端相连。由LED_A和限流电阻R₂串联组成LED支路1，由LED_B和限流电阻R₃串联组成LED支路2，其公共接点M为U₂的电压输出端，U₂的另一输出端为OC输出。C₁为滤波电容器。当机构运动到A工位时，U₁输出高电平，该信号经U₂反相输出，使LED_A亮（红）。当机构运动到B工位时，U₁输出低电平，该信号经U₂反相输出，使LED_B亮（绿）。

本实施例1中，R₁＝10K;R₂＝R3＝1.2K;C₁＝0.1μ。电路参数允许有较大的选择范围。

本发明双工位识别传感器，可对多种机械设备、装置和机构进行双工位的传感检测、显示及远传控制，是一种新型的无触点、无磨损、无抖动、非接触式测量的磁电转换型数字传感器。它具有电压输出和OC输出两种可选择的形式。其工作电源电压范围宽，抗干扰能力强，电路简单可靠。本传感器体积小、寿命长、使用方便、温度特性好、抗振动、可长期工作在恶劣的环境中。由于发明本身具有显示识别功能，因此简化了自控系统的硬件电路和节省了计算机CPU处理时间，提高了自控系统的实时响应速度。本传感器的输出信号既可与计算机直接接口，又可驱动执行机构组成独立的检测控制系统及联锁保护系统。

Claims

1、一种双工位识别传感器，是由外壳、帽、电路系统、电缆引线等组成，并使用粘接剂、吸潮剂和填料封装制成，其特征在于外壳内装有对外部强磁场及其磁极性敏感识别的电路系统；该电路系统由检测电路、双工位信号处理电路、显示输出电路和稳压器组成。

2、如权利要求1所说的传感器，其特征在于检测电路由半导体霍尔元件构成，其作用是将检测到的磁场信号转换为可以处理的电信号输出;霍尔元件输出端与双工位信号处理电路相连。

3、如权利要求1所说的传感器，其特征在于双工位信号处理电路由差动放大器、施密特双稳电路组成;施密特双稳电路的输出端与显示输出电路相连。

4、如权利要求1所说的传感器其特征在于显示输出电路由LED驱动器、LED支路1、LED支路2和输出缓冲器组成。