基于霍爾電路設(shè)計的可逆計量傳感器

這種電路的優(yōu)點是能夠直接輸出可逆計量信號，缺點是需要配用特殊設(shè)計的梯度磁場取樣系統(tǒng)，關(guān)于它的應(yīng)用報導(dǎo)尚不多見。但是如果霍爾元件處在大范圍的梯度磁場中，片內(nèi)霍爾電壓將持續(xù)存在，其抗干擾能力將下降，這也是這類傳感器采用鎖存型霍爾芯片的原因之一。因此建議應(yīng)用非鎖存開關(guān)型霍爾芯片時，要避免采用大范圍的梯度磁場觸發(fā)。

2 基于霍爾電路的可逆計量傳感器
對比以上幾種電路的特點，提出一種新的設(shè)計方案，基于霍爾電路設(shè)計的可逆計量傳感器，不用信號處理電路支持，能夠?qū)崿F(xiàn)自動判向，直接輸出可逆計量信號，電路簡潔、原理簡單、實現(xiàn)容易。
2．1 傳感器構(gòu)成與電路原理
傳感器由兩片霍爾芯片構(gòu)成，H1為一開關(guān)型霍爾電路(例如A3144)，H2為一鎖存型霍爾電路(例如A3290)。電路原理如圖4所示，為描述問題方便，圖4還給出了等效簡圖。兩芯片緊靠、敏感面在同一平面內(nèi)并朝向觸發(fā)磁體。設(shè)H1用S極觸發(fā)；H2用S極鎖存，用N極解除鎖存；Vcc為電源正端，Vss為電源負(fù)端；芯片獨立輸出，分別為OUT1，OUT2。其中OUT1輸出計量脈沖，OUT2輸出轉(zhuǎn)向電平信號(高／低)。

2．2 取樣旋轉(zhuǎn)磁體設(shè)計
旋轉(zhuǎn)取樣系統(tǒng)由兩塊磁體構(gòu)成，如圖5所示。其中一塊磁體的S極朝向傳感器敏感面，另一塊磁體的N極朝向傳感器敏感面。S，N在同一象限內(nèi)安裝，且按正轉(zhuǎn)順序排列，S，N間隔小于π／2。當(dāng)磁體旋轉(zhuǎn)時，S極將依此觸發(fā)H1，H2，N極只對H2有效。

2．3 傳感器工作原理
根據(jù)取樣系統(tǒng)和電路的設(shè)計特點，H1，H2和S，N都有排列次序，如圖6所示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁體正轉(zhuǎn)時(設(shè)周期為T)，S極將依此觸發(fā)H1，H2，由于H1是開關(guān)型霍爾芯片，輸出不鎖存，S極掠過H1后，OUT1也將由低電平變?yōu)楦唠娖?，每觸發(fā)一次輸出一個脈沖。然后S極觸發(fā)H2，由于H2具有鎖存特性，OUT2低電平被保持，但是因N，S極間隔小于π／2，N極將以相對較短的時間間隔觸發(fā)H2，解除H2的鎖存，OUT2變?yōu)楦唠娖?，OUT2輸出一個低電平持續(xù)時間小于T／4的短暫脈沖，而高電平持續(xù)時間將大于3T／4。分析輸出時序可見，OUT1輸出低電平脈沖的時間正好在OUT2維持輸出高電平時段。其結(jié)果等效于OUT1輸出轉(zhuǎn)數(shù)脈沖，OUT2輸出表示正轉(zhuǎn)的高電平。同理，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁體反轉(zhuǎn)時，S極先觸發(fā)H2，在OUT2維持低電平輸出期間，再觸發(fā)H2，OUT1輸出一個轉(zhuǎn)數(shù)脈沖，OUT2輸出表示反轉(zhuǎn)的低電平。以上分析說明，該電路能夠識別轉(zhuǎn)向，直接輸出可逆計量信號。

3 結(jié)語
應(yīng)當(dāng)指出，雖然OUT2輸出也存在脈動，但在OUT1輸出計量脈沖有效低電平時間內(nèi)，OUT2輸出高／低電平保持不變，并不影響可逆計量結(jié)果。這個設(shè)計方案，完全基于霍爾電路構(gòu)成，不用外圍電路支持，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向識別，并能直接輸出可逆計量信號。具有電路簡單、可靠實用的優(yōu)點，可與通用計量裝置直接接口實現(xiàn)可逆計量。