CN201266095Y - 霍尔接近传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种霍尔接近传感器，包括第一、第二霍尔元件、磁钢和处理电路；第一霍尔元件与第二霍尔元件水平靠合，并位于金属转盘的上方正中；磁钢设置在两霍尔元件连线的中轴线上，金属转盘经过磁钢时，两霍尔元件分别产生第一、第二电压；处理电路接收第一、第二电压，并以脉冲形式输出。此结构使用方便，判断快捷。

Description

霍尔接近传感器

技术领域

本实用新型涉及有关转盘的检测装置，特别涉及一种检测转盘转动方向的霍尔接近传感器。

背景技术

用于测量物体接近或物体的位移、位置、力、流量等特性的接近传感器在现代工业、医疗及普通生活中起着重要的作用。其应用包括自动化、机器人、洗衣机、汽车、智能安保、生物医学、组织工程等许多方面。应用较普遍的接近传感器有电感式、电容式、光电式和超声波式等不同形式：电感式传感器由一个通有正弦波的线圈产生磁场，当金属物体接近磁场时，由于通过线圈的磁通发生变化，从而使线圈上的磁阻发生变化，通过检测这一磁阻变化可确定物体的接近，电感式接近传感器结构简单、价格便宜，但仅能用于探测金属或磁性物体，如中国专利02812173.2“高频振荡接近传感器”、94239856.4“交流接近传感器”即为两种电感式传感器；电容式传感器是在一个电容器的两个极板间产生一个电场，当物体接近电场时，电容器的电容量发生变化，通过检测这一变化可探测物体的接近，然而电容式传感器需要两个探头，不利于微型化，此外电容式传感器受湿度、灰尘等环境影响较大；光电式传感器由一个发射器发射一束光束，一个接收器接收从靠近物体发射出的光，发射光与发射光的相位差会显示传感器与物体的距离，光电式接近传感器的检测距离比较远，但其检测范围较窄，且空气中的微粒会影响其检测精度；超声波式传感器利用超声波的回声定位方法检测物体接近，检测范围和检测距离都较大，但是传感器仍然需要两个探头，一个发射和一个接收，且探头与物体表面的二次回波会严重影响传感精度。

而随着霍尔效应的发现，特别是发现半导体也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用半导体材料制成的各种霍尔元件，由于其对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，广泛应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

利用霍尔元件制作的接近传感器，由于测量精度高、结构简单、使用寿命长等优点，得到广泛的应用，测量金属齿轮的转向就是霍尔接近传感器的一种应用，如图1所示，是中国专利申请号为200620040769.7、名为“接近式电机旋转方向检测装置”的结构示意图，其包括一圆形转盘12、第一霍尔传感器13、第二霍尔传感器14、一检测电路18和两输入接口电路16；圆形转盘12设在电机输出轴上，转盘12的圆周边缘设有一磁块121；第一霍尔传感器13与第二霍尔传感器14设置在支架11上，并按逆时针顺序位于转盘12旁，且两霍尔传感器13、14与转盘12中心的连线之间夹角为α，二者可在磁块121经过时分别发出第一信号S1和第二信号S2；两输入接口电路16分别连接在第一、第二霍尔传感器13、14的输出端和检测电路18之间，接收第一、第二信号S1和S2并转换为检测电路18可接收的电路，传送给检测电路18；检测电路18根据第一、第二信号S1和S2的时间差判断电机转向；判断时，参考图2所示，设定检测电路18首先检测第二霍尔传感器14发出的第二信号S2，在检测到第二信号S2后，若在设定时间t(指电机转过α角所需的时间，若电机旋转周期为T，则t＝T×α/360°)内检测到第一信号S1，可知电机为顺时针转动；反之则为逆时针转动。

然而，此种结构也有其缺陷存在：

(1)在判断转向时，首先需要获得由第一及第二霍尔传感器13、14发出的第一信号S1和第二信号S2，再根据接收到两信号的时间差进行判断，因此需要准确确定两霍尔传感器与转盘12中心的连线之间的夹角α，再换算成设定时间t，所需的元器件较多，判断较为繁琐；且每次在安装时都要重新测量α角，再计算设定时间t，使用非常不方便；

(2)前述结构是将磁块121直接固定安装在转盘12上，使磁块121随转盘12一起转动，为了使得第一及第二霍尔传感器13、14能够准确感应磁块121，提高测量精度，必须保证磁块121裸露在外，不会被屏蔽，这样就对磁块121的安装环境提出较高的要求，不能在潮湿或电磁干扰较严重的环境中使用，应用范围狭窄。

鉴于上述缺陷，本发明人对测量转盘转向的霍尔接近传感器进行深入研究，本案由此而生。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种霍尔接近传感器，其使用方便，判断快捷。

本实用新型的次要目的，在于提供一种霍尔接近传感器，其使用范围广，抗干扰性能佳。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种霍尔接近传感器，包括第一、第二霍尔元件、磁钢和处理电路；第一霍尔元件与第二霍尔元件水平靠合，并位于金属转盘的上方正中；磁钢设置在两霍尔元件连线的中轴线上，金属转盘经过磁钢时，两霍尔元件分别产生第一、第二电压；处理电路接收第一、第二电压，并以脉冲形式输出。

上述第一、第二霍尔元件的宽度与被测金属转盘的齿宽相等。

上述第一、第二霍尔元件与磁钢封装在由有色金属制成的壳体中。

采用上述方案后，本实用新型具有以下改进：

(1)利用金属转盘经过磁钢时，第一、第二霍尔元件产生的电压，由处理电路以脉冲形式输出，通过比较两个波形中下降沿(或上升沿，根据实际情况而定)的到来次序，而判断金属转盘的转向，需要元器件数目较少，判断过程简单；在检测不同的金属转盘的转向时，只要将两霍尔元件与磁钢组成的整体放置在待测金属转盘的上方正中即可，使用时非常方便；

(2)本实用新型是将磁块与两霍尔元件设置在一起，并固定放置在待测金属转盘的上方正中，磁块并不随金属转盘一起转动，因此可以将磁块与两霍尔元件组装封闭在一起，而磁块产生的磁场能够穿透有色金属制成的壳体，因此不会影响测量结果，并保护内部元器件不受水汽等杂质损坏，适用范围更广；另外，壳体可有效阻止外界环境中的电磁干扰，抗干扰性能强。

附图说明

图1是现有一种霍尔接近传感器的结构示意图；

图2是现有一种霍尔接近传感器的结构框图；

图3是本实用新型的结构示意图；

图4是本实用新型所输出的一种电压脉冲波形图；

图5是本实用新型所输出的另一种电压脉冲波形图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作详细说明。

如图3所示，本实用新型一种霍尔接近传感器，包括第一霍尔元件1、第二霍尔元件2、磁钢3和处理电路。

第一霍尔元件1与第二霍尔元件2水平设置，二者紧密靠合在一起，并放置在待测金属转盘5的上方正中；为了提高测量精度，便于进行转向判断，还设置第一霍尔元件1与第二霍尔元件2的宽度均与被测金属转盘5的齿宽相等。

磁钢3设置在第一、第二霍尔元件1、2连线的中轴线上，使得在两霍尔元件周围产生的磁场一致，使测量结构更准确，在本实施例中，磁钢3位于第一、第二霍尔元件1、2连线的上方适当位置；当金属转盘5经过磁钢3时，第一、第二霍尔元件1、2就会分别产生第一、第二电压。

处理电路分别与第一霍尔元件1及第二霍尔元件2相连(图中未示)，接收第一、第二霍尔元件1、2产生的第一、第二电压，并处理为脉冲信号的形式输出，供使用者进行判断。

本实用新型使用时，首先将第一、第二霍尔元件1、2及磁钢3共同放置在待测金属转盘5的上方正中位置，磁钢3在两霍尔元件周围形成一致的磁场，为霍尔效应创造条件；然后开启金属转盘5，当金属转盘5的齿与齿间凹处经过磁钢3时，霍尔元件会产生大小不同的电压，在本实施例中，假设低电平有效，即当金属转盘5的齿经过霍尔元件时，霍尔元件输出的电压经处理电路处理后输出低电平脉冲信号；由于设置第一、第二霍尔元件1、2的宽度恰好与被测金属转盘5的齿宽相同，因此当金属转盘5的齿经过其中一个霍尔元件时，与该齿相邻的凹处恰好经过另一个霍尔元件，则二霍尔元件此刻输出的电压信号相反，通过比较第一霍尔元件1与第二霍尔元件2的脉冲信号，即可轻松得出此时被测金属转盘5的转向。

如图4所示，在0°～90°期间，第一电压为高电平，而第二电压为低电平，说明此时金属转盘5的某个凹处位于第一霍尔元件1下方，而与之相邻的齿位于第二霍尔元件2下方位置，在下一个1/4周期内，第一、第二电压均为低电平，说明此时金属转盘5的某个齿位于磁钢3的正中下方，被二霍尔元件平分，可知该齿即是在第一周期内位于第二霍尔元件2下方的齿，易知此时金属转盘5为逆时针转动；同理，可分析图5所示显示金属转盘5为顺时针转动。

为了提高本实用新型的抗干扰能力，扩大其适用范围，还可将第一、第二霍尔元件1、2与磁钢3封装在壳体6中，如图3中所示，此壳体6是由有色金属制成，因此并不会影响磁钢3产生的磁场；另外，壳体6可有效阻止外界恶劣环境对第一、第二霍尔元件1、2及磁钢3造成的影响，防止外界电磁干扰。

特别需要说明的是，本实用新型还可用作测量金属转盘5的转速，下面以计算角速度的方式进行说明：任意选取其中一个霍尔元件(以第一霍尔元件1为例)的输出电压脉冲波形图，数出第一霍尔元件1在单位时间t内输出脉冲电压(以低电平为准)的个数m，可知在单位时间t内经过第一霍尔元件1的齿的数目a＝m，再根据金属转盘5上所有齿的个数n，可计算出金属转盘5此时的角速度Ω＝2π(a/n)/t＝2π(a/nt)，同时还有其他多种计算转速的方式，在此不在赘述。

综上所述，本实用新型一种霍尔接近传感器，重点在于将磁钢3与第一、第二霍尔元件1、2设置在一起，利用二霍尔元件输出的电压变换为脉冲信号输出，再根据脉冲波形图进行分析判断，操作简单，所需元器件数目少，使用方便、快捷。以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (3)

1、一种霍尔接近传感器，其特征在于：包括第一、第二霍尔元件、磁钢和处理电路；第一霍尔元件与第二霍尔元件水平靠合，并位于金属转盘的上方正中；磁钢设置在两霍尔元件连线的中轴线上，金属转盘经过磁钢时，两霍尔元件分别产生第一、第二电压；处理电路接收第一、第二电压，并以脉冲形式输出。

2、如权利要求1所述的霍尔接近传感器，其特征在于：所述第一、第二霍尔元件的宽度与被测金属转盘的齿宽相等。

3、如权利要求1所述的霍尔接近传感器，其特征在于：所述第一、第二霍尔元件与磁钢封装在由有色金属制成的壳体中。

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