CN111024975A - 一种基于差分霍尔器件的转速传感器 - Google Patents

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石晓玲
李俊
冯红亮
朱永炉
赵汗青
张瀚
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Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种基于差分霍尔器件的转速传感器，包含两个差分型霍尔敏感器件、永磁体、供电及信号处理模块、壳体结构和引出电缆及电连接器。永磁体磁化齿轮，当齿轮转动时，引起差分霍尔敏感器件附近的磁感应强度发生变化，霍尔器件根据磁感应强度变化输出占空比固定的方波信号，由方波信号频率确定齿轮转速。同时该装置设置有两路输出信号，一路信号对应一个差分霍尔器件，两块霍尔器件在齿轮转速方向上存在空间位置错位可以实现两路信号输出方波信号存在相位偏差，根据两路输出信号相位偏差正负来确定齿轮正转反转方向。本发明具有下有优点：传感器为非接触式测量，传感器无磨损，可靠性高；适用性强，应用场合广；可以同时测量齿轮转速和方向；传感器整机耐高温设计，能长时间在高温环境下工作。

Description

一种基于差分霍尔器件的转速传感器
技术领域
本发明涉及的一种基于差分霍尔器件的转速传感器，属于传感器测量领域。
背景技术
转速参数是航空、航天、高铁、核电等多个领域中的重要参数之一。目前的霍尔原理转速测量多为接触式或对被测齿轮有额外的要求，且只能工作在120℃以下的环境中。因此本发明提出一种转速传感器用于解决高温环境下的非接触转速的测量难题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种对转轴齿轮的非接触转速测量装置，采用差分式霍尔原理可增大敏感元件对于齿轮转动的感知，同时减少普通霍尔开关的误发信号的概率，提高转速测量精度。同时通过设置两路相位差异的差分霍尔测量电路可以同时实现转轴齿轮的转速和转向测量。
本发明解决技术的方案是：一种基于差分霍尔器件的转速传感器，该转速传感器包括第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件、永磁体、信号处理电路；
第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件在齿轮转速方向上的布置存在相对位置偏差，位置偏差使相邻两路方波信号相位差在[60°,120°]z之间；当齿轮转动时，第一差分型霍尔敏感器件分别感应相应位置的磁场强度变化，输出第一方波信号和第二方波信号至信号处理电路，信号处理电路将第一方波信号或者第二方波信号滤波和隔离输出，信号处理电路输出的第一方波信号或者第二方波信号的频率用于确定齿轮转速；信号处理电路输出的信号处理电路输出的第一方波信号与第二方波信号的相位偏差的正负来确定齿轮正转反转方向。所述第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件、永磁体和供电及信号处理模块封装于圆柱中空壳体结构内，圆柱中空壳体结构插装于壳体法兰盘中。
所述第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件焊接于圆形电路板上位于圆柱结构底部，永磁体粘结在圆形电路板背部，供电及信号处理模块电路封装于长方形电路板上，该长方形电路板直插在圆柱结构内部，与永磁体另一侧粘结。
所述圆形电路板与长方形电路板相互垂直放置。
所述圆形电路板与长方形电路板通过柔性电路板连接。
所述圆柱中空壳体结构内部采用环氧树脂灌封。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)、本发明传感器采用两片差分型霍尔器件作为敏感元件，相比普通单片的霍尔开关，具有更好地磁敏感性，无需根据芯片阈值设置磁场分布，可适用于不同模数尺寸的转轴齿轮。同时使用差分型霍尔器件可以有助提高转速传感器测量间距，实现较远距离的非接触测量；
2)、本发明转速传感器采用刚柔结合印制板，敏感元件和后端电路垂直布置，有效解决敏感元件布置方向和后端电路板不在一个方向的难题，使用柔性印制板连接可以方便永磁体布置，从而进行使传感器结构简单；
3)、本发明转速传感器整机采用耐高温设计，在140℃以下的环境中正常使用。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构剖面图；
图2为本发明实施例的结构俯视图；
图3为本发明实施例的电路板电路板安装剖面图；
图4为本发明实施例的敏感组合件示意图；
图5(a)为本发明实施例齿轮正转时传感器输出波形图；
图5(b)为本发明实施例齿轮反转时传感器输出波形图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
参见图1、图2本实施例设有：1a、敏感组件；1b、壳体法兰结构；1c、电缆锁紧机构；1d、电缆；1e、电连接器。敏感组件1a与壳体法兰结构1b通过顶丝锁紧。电缆1d采用为6芯成型电缆，电缆1d焊接在敏感组件1a中的电路板中，并通过电缆锁紧结构1c与壳体法兰结构1b锁紧。
本实施的敏感组件参见图3所示，包括供电信号处理模块印制板2a、包含两片独立差分型霍尔器件电路板2b、永磁体2c、壳体法兰结构2e。其中供电信号处理模块印制板2a和霍尔器件电路板2b通过柔性印制板2d相连，敏感组件使用环氧树脂2f作为高温胶进行灌装密封。
差分型霍尔器件为一种内含两片霍尔片的集成电路器件，该器件该通过对内部两片霍尔片分别感应磁场产生的电信号进行差分比较最终输出反映磁场信息的方波信号。差分型霍尔器件相比一般阈值霍尔开关对磁场具有更高的敏感性。本发明一共包含两块独立的差分型霍尔器件来输出两路独立的方波信号。
供电及信号处理模块，提供差分霍尔器件外围供电电路，同时增加器件方波信号的抗干扰性。供电及信号处理模块和霍尔器件焊接在刚柔结合一体印制板上。
电缆连接器组件，为传感器信号对外输出部件，由6芯电缆和电连接器组成。包含两路霍尔测试电路的电源和输出功能。电缆组件和传感器壳体通过屏蔽葛兰头锁紧。
具体方案为：
第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件在齿轮转速方向上的布置存在相对位置偏差，使相邻两路方波信号相位差在[60°,120°]z之间。当齿轮转动时，第一差分型霍尔敏感器件分别感应相应位置的磁场强度变化，输出第一方波信号和第二方波信号至信号处理电路，信号处理电路将第一方波信号或者第二方波信号滤波和隔离输出，信号处理电路输出的第一方波信号或者第二方波信号的频率用于确定齿轮转速；信号处理电路输出的第一方波信号与第二方波信号的相位偏差的正负来确定齿轮正转反转方向。
在于所述第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件、永磁体和供电及信号处理模块封装于圆柱中空壳体结构内，圆柱中空壳体结构插装于壳体法兰盘中，通过顶丝固定。法兰结构为外部结构接口，用于固定传感器。
所述第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件焊接于圆形电路板上位于圆柱结构底部，永磁体粘结在圆形电路板背部，用于磁化转速齿轮，将齿轮外部轮廓变化转化为空间磁场分布，为后续根据磁场变化测量转速提供可能。供电及信号处理模块电路封装于长方形电路板上，该长方形电路板直插在圆柱结构内部，与永磁体另一侧粘结。所述圆形电路板与长方形电路板相互垂直放置。所述圆形电路板与长方形电路板通过柔性电路板连接。
所述圆柱中空壳体结构内部采用耐高温胶灌封。高温胶完全覆盖差分型霍尔敏感器件印制板和永磁体部分，实现敏感芯片与外界隔离，能够阻隔潮湿的外部探测环境，并且可以起到减震效果，同时可以提高传感器高温适应性。本发明实施例采用高温胶为环氧树脂。
实施例1
如图4所示，本实施例的测量构架中，测速传感器3a安装于转轴齿轮3b的轴向处，当转轴齿轮转动时，齿轮每转动一个齿传感器输出一个完整的方波信号，若齿轮包含N齿，齿轮转速为r转每秒，传感器输出信号为f Hz，则齿轮转速r＝f/N。
如图5(a)和图5(b)所示，本实施例中包含S1、S2两路输出信号，两路信号存在相对大小为θ的相位偏差，当齿轮正传和反转时，两路信号的相位差绝对值相同但正负相反，通过测量S1与S2信号相位正负便可以确定齿轮转速方向。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于差分霍尔器件的转速传感器，其特征在于包括第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件、永磁体、信号处理电路；
第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件在齿轮转速方向上的布置存在相对位置偏差，位置偏差使相邻两路方波信号相位差在[60°,120°]之间；
当齿轮转动时，第一差分型霍尔敏感器件分别感应相应位置的磁场强度变化，输出第一方波信号和第二方波信号至信号处理电路，信号处理电路将第一方波信号或者第二方波信号滤波和隔离输出，信号处理电路输出的第一方波信号或者第二方波信号的频率用于确定齿轮转速；信号处理电路输出的第一方波信号与第二方波信号的相位偏差的正负来确定齿轮正转反转方向。
2.根据权利要求1所述的一种基于差分霍尔器件的转速传感器，其特征在于所述第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件、永磁体和供电及信号处理模块封装于圆柱中空壳体结构内，圆柱中空壳体结构插装于壳体法兰盘中。
3.根据权利要求1所述的一种基于差分霍尔器件的转速传感器，其特征在于所述第一差分型霍尔敏感器件、第二差分型霍尔敏感器件焊接于圆形电路板上位于圆柱结构底部，永磁体粘结在圆形电路板背部，供电及信号处理模块电路封装于长方形电路板上，该长方形电路板直插在圆柱结构内部，与永磁体另一侧粘结。
4.根据权利要求1所述的一种基于差分霍尔器件的转速传感器，其特征在于所述圆形电路板与长方形电路板相互垂直放置。
5.根据权利要求1所述的一种基于差分霍尔器件的转速传感器，其特征在于所述圆形电路板与长方形电路板通过柔性电路板连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于差分霍尔器件的转速传感器，其特征在于所述圆柱中空壳体结构内部采用环氧树脂灌封。
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