專利名稱：霍爾數(shù)字式方位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于氣象、水文觀測(cè)站、海上調(diào)查船等測(cè)量風(fēng)向、流向等參數(shù)的數(shù)字式檢測(cè)傳感器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，海、陸、江、河、湖、泊的氣象、水文觀測(cè)站所用的風(fēng)向、流向測(cè)量?jī)x器，一般采用電感式、光電式、電阻式三種，其中電感式是利用磁路磁阻變化，引起線圈的電感(自感或互感)變化來檢測(cè)非電量的一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻率響應(yīng)低，相鄰碼有干擾，穩(wěn)定性不好，不宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。光電式測(cè)量裝置是利用光電器件作為轉(zhuǎn)換元件，直接檢測(cè)引起光量變化的非電量，但其光電器件的溫度影響大，尤其是光源受電限制，光器件易衰老、易損壞、壽命短。電阻式是由電阻器和電刷兩部分組成，電阻器和電刷時(shí)常摩擦，損耗快，使用壽命短，并且溫度影響也大，線性度也不高。在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，尤其是遙測(cè)領(lǐng)域，能源(電源)消耗也是個(gè)大問題。在現(xiàn)今快速發(fā)展的高科技數(shù)字時(shí)代，一種應(yīng)用于方位觀測(cè)方面、使用方便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、穩(wěn)定性好、精度高的監(jiān)測(cè)儀器是人們追求的熱門課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種使用方便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、穩(wěn)定性好，精度高、壽命長(zhǎng)的霍爾數(shù)字式方位傳感器，它可廣泛用于氣象、水文觀測(cè)站對(duì)風(fēng)向、流向等參數(shù)的測(cè)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由固定環(huán)，固定架，霍爾元件，固定軸，固定套，循環(huán)碼盤組成，其中循環(huán)碼盤通過固定套安裝在固定軸上；霍爾元件安裝在固定架中，固定架水平置于循環(huán)碼盤的上方、且固定在固定環(huán)上，固定軸與固定環(huán)同心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；霍爾元件的輸出信號(hào)是循環(huán)碼，經(jīng)R-C并行轉(zhuǎn)換電路輸出為二進(jìn)制碼。
另外，本發(fā)明所述循環(huán)碼盤為隔磁體、磁體相間設(shè)置結(jié)構(gòu)；所述固定軸上安裝風(fēng)向或流向標(biāo)；所述固定架安裝方向和北極一致，初始位置與循環(huán)碼盤的零位對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明利用循環(huán)碼代碼從任何數(shù)轉(zhuǎn)變到相鄰數(shù)時(shí)，代碼的各位數(shù)中僅有一位發(fā)生變化的特點(diǎn)與霍爾元件頻率響應(yīng)高、宜于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量、工作穩(wěn)定可靠的特性相結(jié)合，保證測(cè)量精度高，動(dòng)態(tài)測(cè)量響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，線性度好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，同時(shí)避免了光電式測(cè)量裝置中光電器件易衰老、易損壞的不足，以及電阻式元件因摩擦而容易損壞的弊端，使用壽命長(zhǎng)。
2.本發(fā)明有R-C并行轉(zhuǎn)換電路，利用輸出的十進(jìn)制數(shù)(二進(jìn)制數(shù))可直接顯示方位，并且能方便地與計(jì)算機(jī)相連。實(shí)現(xiàn)了傳感器的數(shù)字化。
3.本發(fā)明利用CMOS、霍爾電路，耗電量少。對(duì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，尤其是遙測(cè)用首選傳感器。
4.本發(fā)明安裝簡(jiǎn)單，使用方便，推廣價(jià)值高，市場(chǎng)大，經(jīng)濟(jì)效益好。


圖1為本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為R-C并行轉(zhuǎn)換電路。
圖3為圖1中五位循環(huán)碼盤平面圖。
圖4為圖3中五位循環(huán)碼盤的展開圖。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明。
如圖1～4所示，本發(fā)明由固定環(huán)1，固定架2，霍爾元件3，固定軸4，固定套5，循環(huán)碼盤6組成，其中循環(huán)碼盤6為隔磁體7、磁體8相間設(shè)置結(jié)構(gòu)；霍爾元件3安裝在固定架2中，固定架2水平置于循環(huán)碼盤6的上方、固定在固定環(huán)1上；固定架2的安裝方向與北極一致，初始和固定軸4上安裝的風(fēng)向或流向標(biāo)的指向(即循環(huán)碼盤6的零位)對(duì)準(zhǔn)、一致；固定軸4與固定環(huán)1同心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；霍爾元件3的輸出信號(hào)是循環(huán)碼R，經(jīng)R-C并行轉(zhuǎn)換電路輸出為二進(jìn)制碼C。
循環(huán)碼盤6的磁體8與霍爾元件3的接近產(chǎn)生信號(hào)(霍爾元件3輸出)“1”，循環(huán)碼盤6的隔磁體7與霍爾元件3的接近產(chǎn)生信號(hào)(霍爾元件3輸出)“0”；循環(huán)碼盤6利用五位循環(huán)編碼，可準(zhǔn)確測(cè)得32個(gè)方位(東、東南偏東、東南、東南偏南、南、西南偏南、西南、西南偏西、西、西北偏西、西北、西北偏北、北、東北偏北、東北、東北偏東......等)數(shù)據(jù)，圖2所述五位R-C并行轉(zhuǎn)換電路，輸入是霍爾元件3的輸出R0～R4信號(hào)，輸出為二進(jìn)制碼C0～C4。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)及其等值的循環(huán)碼數(shù)見表1。
表1十進(jìn)制數(shù)、數(shù)及其等值的循環(huán)碼數(shù)


表中D為十進(jìn)制數(shù) C為二進(jìn)制數(shù) R為循環(huán)碼數(shù)在使用時(shí)首先進(jìn)行如下操作1.先將固定套5安裝在固定軸4上，再將循環(huán)碼盤6套裝在固定套5上。
2.首先將霍爾元件3裝入固定架2上，然后將固定架2安裝在固定環(huán)1上。
3.最后在固定軸4上安裝風(fēng)向或流向標(biāo)，即成為一個(gè)完整的測(cè)量風(fēng)向或流向的儀器。
本發(fā)明工作原理因?yàn)轱L(fēng)向或流向標(biāo)的指向和循環(huán)碼盤6的零位軸向定位安裝在同一固定軸4上，即風(fēng)向或流向標(biāo)和循環(huán)碼盤6一起隨風(fēng)或流轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1所示，五個(gè)霍爾元件3(與五位循環(huán)碼式磁體8對(duì)應(yīng))直線排裝在固定架2上，固定架2安裝在循環(huán)碼盤6的上方，磁體靠近霍爾元件3產(chǎn)生“1”信號(hào)輸出。而每位磁體對(duì)應(yīng)一個(gè)霍爾元件3，所以當(dāng)風(fēng)或流偏離北極時(shí)，據(jù)磁體與霍爾元件3靠近產(chǎn)生得信號(hào)確定風(fēng)向或流向(如00000，01100，10100，11000...等，即為規(guī)定的北，東，西，南...等)。
在現(xiàn)有技術(shù)中的制作和安裝難免的公差所產(chǎn)生的誤差，有可能超過讀數(shù)的最低位的單位量。本發(fā)明如表1和圖4所示二進(jìn)制碼如00001到00010，其中C0由1變?yōu)?，C1由0變?yōu)?，即二個(gè)數(shù)字發(fā)生變化。而循環(huán)碼表示的任何數(shù)加1或減1時(shí)，只有一個(gè)二進(jìn)位數(shù)字發(fā)生變化，如00001到00011，其中R0為1不變，R1由0變?yōu)?。所以數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。具體參見表1。
權(quán)利要求
1.一種霍爾數(shù)字式方位傳感器，其特征在于由固定環(huán)(1)，固定架(2)，霍爾元件(3)，固定軸(4)，固定套(5)，循環(huán)碼盤(6)組成，其中循環(huán)碼盤(6)通過固定套(5)安裝在固定軸(4)上；霍爾元件(3)安裝在固定架(2)中，固定架(2)水平置于循環(huán)碼盤(6)的上方、且固定在固定環(huán)(1)上，固定軸(4)與固定環(huán)(1)同心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；霍爾元件3的輸出信號(hào)經(jīng)R-C并行轉(zhuǎn)換電路輸出。
2.按權(quán)利要求1所述霍爾數(shù)字式方位傳感器，其特征在于所述循環(huán)碼盤(6)為隔磁體(7)、磁體(8)相間設(shè)置結(jié)構(gòu)。
3.按權(quán)利要求1所述霍爾數(shù)字式方位傳感器，其特征在于所述固定軸(4)上安裝風(fēng)向或流向標(biāo)。
4.按權(quán)利要求1所述霍爾數(shù)字式方位傳感器，其特征在于所述固定架(2)安裝方向和北極一致，初始位置與循環(huán)碼盤(6)的零位對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明為測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種霍爾數(shù)字式方位傳感器，它由固定環(huán)，固定架，霍爾元件，固定軸，固定套，循環(huán)碼盤組成，其中循環(huán)碼盤通過固定套安裝在固定軸上；霍爾元件安裝在固定架中，固定架水平置于循環(huán)碼盤的上方、且固定在固定環(huán)上，固定軸與固定環(huán)同心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；霍爾元件的輸出信號(hào)是循環(huán)碼，經(jīng)R－C并行轉(zhuǎn)換電路輸出為二進(jìn)制碼。本發(fā)明使用方便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、穩(wěn)定性好，精度高、壽命長(zhǎng)，可廣泛用于氣象、水文觀測(cè)站對(duì)風(fēng)向、流向等參數(shù)的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01C13/00GK1566992SQ0313345
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者朱素蘭, 龔德俊, 徐永平, 李思忍, 秦楓, 于新生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院海洋研究所