專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低壓直流霍爾編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及編碼器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低壓直流霍爾編碼器。
背景技術(shù)：
編碼器是一個(gè)機(jī)械與電子緊密結(jié)合的精密測(cè)量器件，一般應(yīng)用于機(jī)械角度、速度、 位置的測(cè)量。它通過(guò)光電原理或電磁原理將一個(gè)機(jī)械的幾何位移量轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)(電子脈沖信號(hào)或者數(shù)據(jù)串)，這種電子信號(hào)通常需要連接到控制系統(tǒng)(e. g. PLC、高速計(jì)數(shù)模塊、 變頻器等)，控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算便可以得到測(cè)量的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行下一步工作。但現(xiàn)有的磁編碼器上一般只安裝有一個(gè)霍爾傳感器，且其沒(méi)有過(guò)壓保護(hù)、反極性保護(hù)和抗電磁干擾功能等，如在汽車(chē)常見(jiàn)的惡劣環(huán)境中無(wú)法保持高的測(cè)量靈敏度及精度，信號(hào)的輸出也不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能夠適應(yīng)汽車(chē)常見(jiàn)的惡劣環(huán)境，且保持高的測(cè)量靈敏度及精度，信號(hào)輸出穩(wěn)定的低壓直流霍爾編碼器。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，一種低壓直流霍爾編碼器，包括上蓋、外環(huán)殼、齒輪及固定環(huán)，所述的上蓋、外環(huán)殼、齒輪及固定環(huán)以圓心為中心通過(guò)一固定螺栓依次連成一整體，所述上蓋與外環(huán)殼之間設(shè)有PCB電路板，其特征在于所述的PCB電路板上包括一霍爾齒輪傳感器器件，所述的霍爾齒輪傳感器器件上集成兩個(gè)霍爾傳感器、磁鋼片、一個(gè)差分放大器、一個(gè)濾波器及一個(gè)施密特觸發(fā)器。所述的PCB電路板上設(shè)有一個(gè)開(kāi)集電極輸出電路，用來(lái)提供輸出信號(hào)，PCB電路板上還集成了過(guò)壓保護(hù)、反極性保護(hù)和抗電磁干擾功能，因而可以應(yīng)用在汽車(chē)中常見(jiàn)的惡劣環(huán)境。所述的PCB電路板上還設(shè)有一個(gè)評(píng)估電路，該電路只評(píng)估場(chǎng)強(qiáng)差異值，而不是絕對(duì)的場(chǎng)強(qiáng)值，這意味著溫度漂移、制造容差和磁場(chǎng)環(huán)境等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可以降到最低。所述的兩個(gè)霍爾傳感器相隔2. 5毫米。當(dāng)該霍爾器件處在任何極性的恒定磁場(chǎng)中時(shí)，其上的兩個(gè)霍爾傳感器將產(chǎn)生同樣的輸出信號(hào)。無(wú)論該磁場(chǎng)的絕對(duì)強(qiáng)度有多大，它們之間的差值總為零。然而，由于一個(gè)單元面向磁場(chǎng)集中的輪齒，另一個(gè)單元?jiǎng)t面向一個(gè)齒隙，如果兩個(gè)霍爾單元之間存在磁場(chǎng)梯度， 那么將產(chǎn)生一個(gè)差值信號(hào)，并在芯片上放大。實(shí)際上，這個(gè)差值體現(xiàn)了一個(gè)小偏移，它可由相應(yīng)集成的控制機(jī)制來(lái)修正。這種動(dòng)態(tài)差分原理使傳感器表面與齒輪之間存在較大氣隙的條件下能保持高靈敏度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明結(jié)合汽車(chē)測(cè)速實(shí)際環(huán)境設(shè)計(jì)而出，測(cè)量靈敏度及精度高，輸出信號(hào)穩(wěn)定，可以應(yīng)用在汽車(chē)中常見(jiàn)的惡劣環(huán)境。


圖1是本發(fā)明裝配結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裝配后結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明電路圖；圖4是本發(fā)明電路原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1至圖4所示，一種低壓直流霍爾編碼器，包括上蓋1、外環(huán)殼3、齒輪6及固定環(huán)7，上蓋1、外環(huán)殼3、齒輪6及固定環(huán)7以圓心為中心通過(guò)一固定螺栓5依次連成一整體，上蓋1與外環(huán)殼2之間設(shè)有PCB電路板2，PCB電路板2上包括一霍爾齒輪傳感器器件， 霍爾齒輪傳感器器件上集成兩個(gè)霍爾傳感器、磁鋼片、一個(gè)差分放大器、一個(gè)濾波器及一個(gè)施密特觸發(fā)器。PCB電路板2上設(shè)有一個(gè)開(kāi)集電極輸出電路，用來(lái)提供輸出信號(hào)，PCB電路板2上還集成了過(guò)壓保護(hù)、反極性保護(hù)和抗電磁干擾功能，因而可以應(yīng)用在汽車(chē)中常見(jiàn)的惡劣環(huán)境，PCB電路板2上還設(shè)有一個(gè)評(píng)估電路，該電路只評(píng)估場(chǎng)強(qiáng)差異值，而不是絕對(duì)的場(chǎng)強(qiáng)值， 這意味著溫度漂移、制造容差和磁場(chǎng)環(huán)境等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可以降到最低，兩個(gè)霍爾傳感器相隔2. 5毫米。本發(fā)明對(duì)于差值信號(hào)的生成和評(píng)估，這里可以一個(gè)感應(yīng)鐵磁齒輪這樣的典型應(yīng)用來(lái)解釋?zhuān)惭b在器件背面任何一端的一個(gè)永久磁體產(chǎn)生一個(gè)恒定的偏置磁場(chǎng)，器件內(nèi)的兩個(gè)霍爾傳感器相隔2. 5毫米。如果一個(gè)傳感器暫時(shí)面對(duì)一個(gè)輪齒而另一個(gè)面對(duì)齒隙，那么該輪齒將作為一個(gè)磁通量聚集器，它通過(guò)該霍爾傳感器增加了磁通密度，由此產(chǎn)生一個(gè)差分信號(hào)。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，該差分信號(hào)的極性將改變，改變的速度同輪齒與齒隙之間變換的速度一樣。當(dāng)過(guò)零點(diǎn)直接出現(xiàn)在該輪齒或齒隙的中心時(shí)，該輪齒的邊緣就會(huì)產(chǎn)生最大的差值。當(dāng)該差值超過(guò)上限閾值時(shí)，輸出晶體管將關(guān)斷。隨著差值降到下限閾值，晶體管打開(kāi)。其上集成的高通濾波器利用一個(gè)時(shí)間常數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)該差值信號(hào)到零，該時(shí)間常數(shù)可由一個(gè)外部電容來(lái)設(shè)定。這種方式只對(duì)那些以最低速率變化的差值進(jìn)行評(píng)估(最低速率取決于電容值)。輸出信號(hào)在穩(wěn)態(tài)下沒(méi)有限定，它所達(dá)到的精度將允許存在小的切換磁滯和較大氣隙(最大3.5毫米)。一個(gè)齒輪可由其模數(shù)來(lái)表征m = d/z。其中d是齒徑，ζ是輪齒數(shù)量。輪齒到輪齒的距離為T(mén)，齒距的計(jì)算公式為T(mén)= π Xm0當(dāng)一個(gè)霍爾傳感器面對(duì)一個(gè)輪齒而另一個(gè)霍爾傳感器面對(duì)一個(gè)齒隙時(shí)，感應(yīng)到的差值最大。該器件內(nèi)兩個(gè)霍爾傳感器的間隔為2. 5毫米，在模數(shù)為1，對(duì)應(yīng)的齒距為3. 14毫米的條件下，該器件都可以感應(yīng)到差值。輪齒傳感器的輸出信號(hào)是矩形波，開(kāi)關(guān)狀態(tài)的每次改變代表從輪齒到齒隙的一次變換。對(duì)于矩形輪齒(例如模數(shù)2)和1到2毫米的感應(yīng)距離來(lái)說(shuō)，信號(hào)的占空比幾乎為 1 1。為數(shù)字形式切換序列也可由一個(gè)微控制器和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)估。將這些傳感器信號(hào)連接到微控制器的兩個(gè)中斷輸入上，與此同時(shí)，用軟件監(jiān)測(cè)較低的截止頻率。
如果正比于速度的電壓以數(shù)字形式生成，或者相關(guān)的系統(tǒng)中有一個(gè)微計(jì)算機(jī)可作為數(shù)字控制器，將齒輪傳感器連接到一個(gè)微控制器的計(jì)數(shù)輸入端(例如，8051單片機(jī)上計(jì)數(shù)器0的外部輸入端)，通過(guò)計(jì)數(shù)確定時(shí)間窗口(Twindow)內(nèi)該傳感器輸出高/低轉(zhuǎn)變的次數(shù)就可知道齒輪的旋轉(zhuǎn)速度。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種低壓直流霍爾編碼器，包括上蓋、外環(huán)殼、齒輪及固定環(huán)，所述的上蓋、外環(huán)殼、 齒輪及固定環(huán)以圓心為中心通過(guò)一固定螺栓依次連成一整體，所述上蓋與外環(huán)殼之間設(shè)有 PCB電路板，其特征在于所述的PCB電路板上包括一霍爾齒輪傳感器器件，所述的霍爾齒輪傳感器器件上集成兩個(gè)霍爾傳感器、磁鋼片、一個(gè)差分放大器、一個(gè)濾波器及一個(gè)施密特觸發(fā)器，所述的PCB電路板上設(shè)有一個(gè)開(kāi)集電極輸出電路，用來(lái)提供輸出信號(hào)，PCB電路板上還集成了過(guò)壓保護(hù)、反極性保護(hù)和抗電磁干擾模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓直流霍爾編碼器，其特征在于所述的PCB電路板上設(shè)有一個(gè)評(píng)估電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓直流霍爾編碼器，其特征在于所述的兩個(gè)霍爾傳感器相隔2. 5毫米。
全文摘要
一種低壓直流霍爾編碼器，涉及編碼器技術(shù)領(lǐng)域，包括上蓋、外環(huán)殼、齒輪及固定環(huán)，所述的上蓋、外環(huán)殼、齒輪及固定環(huán)以圓心為中心通過(guò)一固定螺栓依次連成一整體，所述上蓋與外環(huán)殼之間設(shè)有PCB電路板，其特征在于所述的PCB電路板上包括一霍爾齒輪傳感器器件，所述的霍爾齒輪傳感器器件上集成兩個(gè)霍爾傳感器、磁鋼片、一個(gè)差分放大器、一個(gè)濾波器及一個(gè)施密特觸發(fā)器。一個(gè)施密特觸發(fā)器用來(lái)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，一個(gè)開(kāi)集電極輸出電路提供輸出信號(hào)。PCB電路板上還集成了過(guò)壓保護(hù)、反極性保護(hù)和抗電磁干擾功能，因而可以應(yīng)用在汽車(chē)中常見(jiàn)的惡劣環(huán)境且測(cè)量靈敏度及精度高，輸出信號(hào)穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01D3/036GK102175270SQ20111004490
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者應(yīng)龍 申請(qǐng)人:合肥德通科貿(mào)有限公司