CN1260879A - 用霍尔试探电极识别轮子回转方向的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到用霍尔试探电极(14至16)识别一个轮子回转方向的方法,霍尔试探电极是安排在轮子(6)的圆周方向上的。其中第一个、第二个和第三个霍尔试探电极(14至16)是相继排列的,这样,第二个霍尔试探电极(15)位于第一个和第三个霍尔试探电极(14,16)之间。从三个霍尔试探电极(14至16)中获得两个计算信号,通过比较求得轮子(8)的回转方向。

Description

用霍尔试探电极识别轮子回转方向的方法
本发明涉及到用安装在轮子圆周方向的霍尔试探电极，通过相互有相位移的计算信号，识别轮子回转方向的一种方法。
在很多情况下都期望，不仅要知道一个回转着的轮子，例如一个齿轮的位置和速度，而且还要知道轮子的回转方向。一般来说希望得到一种试探电极，而这种试探电极有能力确定一个轮子的位置、速度和回转方向。
为了测定一个齿轮的位置和速度，已经有了一种动态差分霍尔试探电极。这种霍尔试探电极测量两个空间错位的霍尔试探电极之间的差分场，和，如果两个霍尔试探电极之间的相位位置，由两个霍尔试探电极产生的信号为180°时，则得到特别好的结果。在这种情况下，即一个霍尔试探电极位于齿轮的一个齿上，而另外的霍尔试探电极则位于齿轮的两个齿的齿间。但是，用这样一种动态差分霍尔试探电极来识别齿轮的回转方向是不可能的。
为了附加地识别一个齿轮的回转方向，也就是说还需要一个另外的相位信息。这个相位信息可以由两个相互错位为90°的霍尔试探电极来提供，如下面在附图5和附图6中叙述的。
按照现有技术，例如安排了两个动态差分霍尔试探电极1、2，各自具有两个霍尔试探电极3、4以及5、6，以一个齿轮8的齿7为基准，相互错开四分之一个齿间距，如附图5所示。则从霍尔试探电极1和2得到输出信号9、10。这两个信号相互错位四分之一个周期：如附图6所示，然后霍尔试探电极的输出信号9的下降边沿可以被使用，扫描霍尔试探电极2的输出信号10。在附图6上齿轮8自左向右回转得到的信号9、10，然后输出信号9的下降边沿始终与霍尔试探电极2的输出信号10的一个正值重叠在一起，如通过箭头11表示的。
如果现在齿轮8反方向回转，则相位的从属关系也随之改变：可以这样想象，“时间”现在倒转，则在附图6上的输出信号9、10自右向左产生。现在霍尔试探电极2的输出信号10又用霍尔试探电极1的输出信号9的下降边沿扫描，则得到一个信号，这个信号始终是负的，因为下降边沿始终与输出信号10的一个负值重叠在一起，如在附图6上用箭头12表示的。
通过输出信号10与输出信号9的扫描，从而得出的信号的符号中可以归结出齿轮8的回转方向。也可以看出，将霍尔试探电极1、2相互错位为90°的安排是最佳的，因为随后得到干扰距离为最大。
由DE 89 09 677 U1中已知一种回转识别装置，在其中，至少三个霍尔试探电极用至少三个差分-霍尔-芯片，各自推导出数字的信号序列。为了准确的转数识别，可以用一个比较高的分辨率，使输出信号的频率比只用一个唯一的差分-霍尔-芯片的频率大一倍。原则上通过相位比较也可以识别回转方向。
由DE 41 04 902 A1已知一种方法和一种识别运动方向的装置。为此，用两个在信号源运动方向错位安排的接收器，当输出信号相加和相减时，推导出相位差为90°的两个信号。从和信号和差分信号之间的90°相位差的符号中，可以明确地确定回转方向。然而这种方法对于直流磁场是很敏感的。对于和信号的一个偏移量相对于差分信号的，比直流磁场大两倍，从而这个信号的可靠的进一步处理将遇到很大的困难。
本发明的任务是，给出用霍尔试探电极识别一个轮子回转方向的方法。这种方法可以可靠地识别回转方向，不需要指定齿间距与霍尔试探电极距离之间的准确协调。特别是这种方法应该对直流磁场不敏感。
此任务的解决是通过具有权利要求1特征的一种方法完成的。优异的根据是从属权利要求的内容。
为实施本方法，第一个、第二个和第三个霍尔试探电极是这样安排的，第二个霍尔试探电极位于第一个和第三个霍尔试探电极之间。从第一个至第三个霍尔试探电极中得到两个相互错位为90°的计算信号，此时当回转方向改变时，第二个计算信号在第一个计算信号基础上最好发生一个符号改变。
优异的是第二个霍尔试探电极准确地位于第一个和第三个霍尔试探电极之间，因为这样计算信号的振动幅值是最大。
因而用这种方法只需要三个霍尔试探电极，这三个霍尔试探电极可以放在一个霍尔-传感器上。用这个传感器可以可靠地从两个计算信号的符号改变中测定，例如一个齿轮的回转方向。下面用附图进一步叙述本发明。附图表示：
附图1  依照现有技术的已知传感器的一个简图；
附图2  已知传感器的霍尔试探电极的输出信号；
附图3和4按照在这里叙述的方法，为了获取计算信号的电子计算装置的电路图；
附图5  依照现有技术的具有两个霍尔-传感器的一个装置；
附图6  已知的霍尔-传感器的霍尔试探电极的输出信号；
附图5和6在一开始就已经叙述过了。
在附图1至4中，对于相应的部件使用与附图5和6同样的标志符号。
附图1表示一个已知的具有霍尔试探电极14、15和16的霍尔-传感器13，霍尔试探电极是安放在齿轮8的回转方向上的，其中霍尔试探电极15是安放在霍尔试探电极14和16之间的。当齿轮8回转时，霍尔试探电极14至16提供输出信号S1至S3(见附图2)，这些信号是接近于正弦形的，并且因此在下面也这样进行处理。霍尔-传感器14提供输出信号S1，这个输出信号在齿7通过传感器14时有一个最大值，而在齿7之间的齿间时，输出信号S1则出现一个最小值。这同样适合于霍尔试探电极15的输出信号S2，以及霍尔试探电极16的输出信号S3。
输出信号S1至S3可以毫无问题地用一个比较器进行数字化，则信号S1至S3有一个曲线，相当于附图6上的输出信号9至10。但是下面的出发点是，对信号进行模拟的进一步处理。
按照本发明的方法中，第一个计算信号A是将输出信号S3被输出信号S1相减得到的。同样的，第二个计算信号B是从输出信号S3与输出信号S1相加和将双倍的输出信号S2与这个和相减得到的。用另外的话说，下面的关系适用于输出信号A和B：
A＝S1-S3
B＝S1+S3-2×S2                 (1)
现在对于信号S1至S3上面假定为正弦形曲线，其中信号S2与信号S3和信号S3与信号1的相位移为p和2p。用t＝时间和w＝齿轮8的角速度，从而得出：
S1＝sin(w*t)
S2＝sin(w*t+p)
S3＝sin(w*t+2p)                   (2)
从公式(2)中经过用公式(1)的一些转换之后，推导出下面的关系：
A＝-2×sin(p)*cos(w*t+p)          (3)
B＝2×(cos(p)-1)*sin(w*t+p)       (4)
从公式(3)和(4)中可以看出，A和B两个计算信号与相位p值无关，始终相互有一个相位差为90°。这说明，与霍尔-传感器13是否准确地与齿轮8相配无关，始终出现一个“相位系统”为90°，当一个计算信号的振动在经过零点扫描时，另外的计算信号的振动为最大值。这样，例如当计算信号A的一个升高的经过零点扫描时，得到的数值始终为cos(w*t+p)＝0，而当计算信号B时，则出现的数值为sin(w*t+p)＝1。
然而，尽可能准确地协调霍尔-传感器13的霍尔试探电极与齿轮8的齿7之间的距离是有优点的，因为这样计算信号A和B的振动幅值为最大值。
如上所述，如果现在考虑，当时间符号改变时则对应于齿轮8的反方向回转，从公式(3)和(4)中得到下面的关系：
A＝-2×sin(p)*cos(w*t-p)           (5)
B＝-2*cos((p)-1)*sin(w*t-p)        (6)
这样产生的信号与对应于公式(3)和(4)的信号非常相似，其中一个区别仅仅是信号B的一个负号。但是这意味着，在信号A经过零点扫描时，信号B的符号与在这以前反向回转时是逆变的，这样，以计算信号A为基础从输出信号B的符号中可以确定一个明确的方向识别。例如电路技术方面，可以用一个D-触发电路来实现，在其中经过数字化以后信号A位于节拍-输入和信号B位于D-输入。
然而本方法不仅限于经过零点扫描信号A。扫描也可以在信号A的其它数值时进行。同样可以有选择地借助于信号B的符号进行方向识别，方向识别是通过计算第二个计算信号B扫描值的趋势进行的。但是特别是对于正弦形的计算信号时，经过信号A的零点扫描与借助于信号B符号的方向识别结合在一起，表示了一种特别优异的方法。
此外计算信号(A，B)中的一个可以用作为产生切换边沿，和用这个切换边沿扫描各个其它的计算信号(A，B)，此时从边沿扫描值之间的关系中求得回转方向。
本方法在一个霍尔传感器中只用三个霍尔试探电极，就可以可靠地识别一个齿轮的反方向回转。
对于产生计算信号A和B原本毫无问题地可以使用运算放大器-电路。但是也可以使用可控硅电路，如在附图3和4中表示的。在附图3和4上S1p和S1n表示霍尔试探电极14的输出信号，S2p和S2n表示霍尔试探电极15的输出信号和S3p和S3n表示霍尔试探电极16的输出信号。
在附图3的电路中，用输出接口17和18得到输出信号A，而在附图4的电路上，用输出接口19和20得到输出信号B。
在附图3和4的电路中，霍尔试探电极14、15、16与这个电路的各个差分放大器是这样连接的，只用来控制差分场，而一个大的重叠的磁性偏压只作用一个直流节拍位移，这是起作用的并且不会遭遇到明显的负面效应。
与附图3和4所表示的电路近似的电路，已经叙述过了。但是当然还可以使用其它的电路，以获取输出信号A和B，为此在上面已经指出了相应的运算放大器-电路。

Claims (3)

1.用安装在一个轮子(8)圆周方向的霍尔试探电极(14，15，16)，通过相互有相位差的计算信号，识别一个轮子(8)回转方向的方法，
其特征为，
-第一个、第二个和第三个霍尔试探电极(14，15，16)是相继排列的，其中第二个霍尔试探电极(15)是安排在第一个和第三个霍尔试探电极(14，16)之间的，并且第一个至第三个霍尔试探电极(14，15，16)各自得到一个输出信号(51，52，53)，
-从三个霍尔试探电极(14，15，16)的输出信号(51，52，53)得到两个计算信号(A，B)，其中为了获取第一个计算信号(A)，第三个霍尔试探电极(16)的输出信号(S3)被第一个霍尔试探电极(14)的输出信号(S3)相减，并且其中为了获取第二个计算信号(B)，第一个霍尔试探电极(14)的输出信号(S1)与第三个霍尔试探电极(16)的输出信号(S3)相加，并且用所求得的和减去第二个霍尔试探电极(15)双倍的输出信号(S2)，
-两个计算信号(A，B)中的一个在预先规定的扫描值上被扫描，和
-检查各个其它的计算信号(A，B)的趋势或符号，其中每个趋势以及每个符号，在用扫描值被扫描的计算信号的基础上，各自固定地从属于一个回转方向。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，输出信号(51，52，53)和计算信号(A，B)是正弦形的。
3.按照权利要求1或2的方法，
其特征为，
-计算信号(A，B)中的一个是通过零点扫描的，和
-检查其它计算信号(A，B)的符号，其中，每个符号在用扫描值扫描的计算信号基础上，各自固定地从属于一个回转方向。
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