CN103245853B - 测量霍尔元件响应范围的装置 - Google Patents

Abstract

测量霍尔元件响应范围的装置，涉及自动控制领域的装置。解决现有装置存在测量精度低且测量霍尔元件的响应范围不精确的问题，该装置包括回转机构和电路控制装置；电路控制装置控制回转机构运动；本发明能够准确测量出霍尔元件对回转结构中磁钢的响应角度范围，进而实现霍尔元件的精确限位功能。装置包括回转机构与电路控制。前者实现磁钢对霍尔元件相对回转运动，后者实现电机驱动和制动、编码器角度输出以及霍尔元件信号控制。

Description

测量霍尔元件响应范围的装置

技术领域

本发明涉自动控制领域，具体涉及利用回转机构工装实现霍尔元件和磁钢的相对回转运动，并通过电路控制采集数据，最终实现精确测量霍尔元件的响应范围。

背景技术

霍尔元件由于具有结构牢固、体积小、重量轻、反应灵敏、安装方便、功耗小等优点，在各种设备中得到广泛应用。一般地，霍尔元件在机械机构中和磁钢搭配使用，用作回转运动的电限位开关。在使用时，使磁钢的一个磁极靠近霍尔元件，霍尔元件输出低电平或关闭的信号，磁极离开时输出高电位电压（高电平）或开的信号。

当回转机构比较紧凑，霍尔元件和磁钢感应面距离较近时，霍尔元件和磁钢自身几何尺寸对感应位置的影响不能忽略。结合图1，霍尔元件在固定位置，磁钢以半径R做回转运动。当磁钢与霍尔元件正对时(感应面法线重合)，两感应面相距L。当L较小时，磁钢与霍尔元件会在正对前A°响应，即两感应面法线成A°角度时响应，且该响应角度随两感应面距离L的减小而变大，反之亦然。实现磁钢与霍尔元件精确限位作用需得到该响应角度的准确数值。由于磁钢磁场分布比较复杂，很难通过计算得出该响应角度，因此需要通过装置进行实测以得到磁钢与霍尔元件的精确响应范围。

发明内容

本发明为解决现有装置存在测量精度低且测量霍尔元件的响应范围不精确的问题，提供一种测量霍尔元件响应范围的装置。

测量霍尔元件响应范围的装置，该装置包括回转机构和电路控制装置；电路控制装置控制回转机构运动；所述回转机构包括支架、轴端压盖、轴、霍尔元件座、零点限位块、零点限位柱、编码器和电机；

所述霍尔元件座固定在支架上，霍尔元件粘接在霍尔元件座上的沟槽内，所述轴安装在支架的轴承孔中，轴的一端固定轴端压盖，另一端通过联轴节与电机连接；所述轴端压盖的沟槽内粘接磁钢；轴上安装编码器，所述零点限位块固定在霍尔元件座上，零点限位柱的一端插入零点限位块的方槽中，另一端卡在轴上。

本发明的工作原理：本发明所述的霍尔元件安装在霍尔元件座上沟槽位置，霍尔元件座固定在支架上，而磁钢固定在与轴紧固连接的轴端压盖沟槽位置处，通过零点定位限位柱、零点限位块的配合可以确定霍尔元件和磁钢起始位置夹角，即起始位置霍尔元件感应面法线和磁钢感应面法线夹角α；该夹角的精度通过机械加工和装配保证。电路控制装置控制上电，编码器输出磁钢起始位置角度值β1；电机带动轴转动直至霍尔元件发生感应，此时电路控制装置控制电机停转，编码器输出磁钢终止位置角度值β2；磁钢转过的角位移β=β2-β1；而在终止位置霍尔元件感应面法线和磁钢感应面法线夹角，即霍尔元件对磁钢的感应范围2A=2(α-β)。磁钢在起始位置时，电路控制装置中的单片机先与FPGA通信，获取编码器的初始位置角度，也是磁钢的初始位置角度，并输出到交互显示器上；然后单片机给电机发出连续脉冲信号，驱动电机按一定速率转动，带动磁钢相对于霍尔元件做回转运动。在该过程中，编码器连续输出实时位置角度。当磁钢进入到霍尔元件感应范围内，霍尔元件发出信号，单片机接收到信号瞬间停止发送脉冲信号使电机停转。此时编码器输出的位置角度是磁钢的终止位置角度。

本发明的有益效果：

一、测量精确，由于影响测量精确性的因素包括霍尔元件和磁钢的起始相对位置(夹角α)以及磁钢转动的角位移(角位移β)，本发明将霍尔元件和磁钢分别安装在霍尔元件座和轴端压盖上，通过高精度机械加工很容易保证两者各自的安装位置精确性，并通过零点限位柱、零点限位块的配合保证两者起始相对位置(夹角α)。磁钢从起始位置转动到终止位置全程由编码器反馈角度位置，在终止位置霍尔元件响应瞬间电机停转，进而磁钢停转，因此磁钢转动的角位移(角位移β)测量精度较高。

二、本发明所述的装置可测量不同距离的霍尔元件和磁钢的感应范围。影响霍尔元件和磁钢的感应范围的主要因素是两者之间的距离，即两者正对时距离L。霍尔元件安装在霍尔元件座上的沟槽中，通过机械加工改变沟槽深度可以改变霍尔元件与磁钢的距离L。可以根据具体应用需求确定距离L，进而确定在霍尔元件座上安装霍尔元件的沟槽深度。因此本发明装置适用于不同距离的霍尔元件和磁钢的感应范围测量。

附图说明

图1为现有霍尔元件与磁钢感应示意图；

图2为本发明所述的测量霍尔元件响应范围的装置中回转机构的右视图；

图3为本发明所述的测量霍尔元件响应范围的装置中回转机构的外部结构示意图；

图4为本发明所述的测量霍尔元件响应范围的装置中回转机构的内部示意图；

图5为本发明所述的测量霍尔元件响应范围的装置中电路控制装置的原理图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图3说明本实施方式，测量霍尔元件响应范围的装置，包括回转机构和电路控制装置，通过回转机构实现霍尔元件和磁钢的相对回转运动，进而结合电路控制实现霍尔元件在回转机构中对磁钢的响应范围测量，所述回转机构需要能够带动磁钢做回转运动，相对于固定的霍尔元件产生角位移。所述回转机构包括支架2、轴端压盖3、霍尔元件座5、零点限位块6和零点限位柱7组成的零点限位、编码器10、联轴节12、电机13和轴4。该回转机构以底座1和支架2作为固定支撑。霍尔元件座5固定在支架2上，同时霍尔元件9粘接在霍尔元件座5指定位置的沟槽中。转动轴4以轴承为支撑构成轴系，安装在支架2的轴承孔中。轴4一端与轴端压盖3相连接，在轴端压盖3指定位置的沟槽中粘接磁钢8。轴4另一端通过联轴节12与电机轴相连接。同时在轴4上安装有空心轴编码器，编码器10的空心旋转轴与轴4紧固连接，记录轴转动的角位移，同时也是磁钢的角位移。

本实施方式中的电路控制装置实现电机驱动、编码器角度输出、霍尔元件响应等功能。电路控制装置包括电源、单片机、FPGA、电机驱动器和串口通信；其中电源为单片机、FPGA和电机驱动器供电，单片机通过和电机驱动器通信实现电机的驱动和制动。霍尔元件在响应时发出信号，并将信号反馈给单片机。同时单片机通过FPGA和编码器通信，获取编码器反馈的角度值，并通过串口通信将该角度值显示在交互显示器上。

本实施方式中所述的回转机构中轴端压盖3半径为18mm，即磁钢8回转半径为18mm。霍尔元件座5沟槽深度为5mm，保证霍尔元件9与磁钢8正对时距离为1.5mm。霍尔元件9安装在霍尔元件座5逆时针90°位置处，磁钢安装在轴端压盖3逆时针45°位置处，两者起始位置夹角为45°。

具体实施方式二、结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的测量霍尔元件响应范围的装置的安装与工作过程：首先，安装时先将轴4连同轴承安装进支架2的轴承孔中，并在轴承16两端分别用轴承压盖17和轴承锁紧螺母15固定。再将空心轴编码器安装在轴4上，用编码器压盖11固定，拧紧编码器锁紧螺钉，将空心轴与轴4固定在一起。然后将电机13固定在电机座14上，并将电机座14固定在支架2上，同时拧紧联轴节12顶丝，连接电机轴与轴4。将轴端压盖3固定在轴4轴头，编码器座固定在支架2上。最后安装零点限位柱6和零点限位块7，保证霍尔元件9和磁钢8的起始位置。

工作过程：测量时先给编码器10通电，读取并记录轴4当前位置角度β1。拆除零点限位柱6和零点限位块7，使轴系可以转动。然后给电机13通电，电机轴带动轴4转动，使磁钢8逐渐靠近霍尔元件9，直至霍尔元件9响应，电机断电。读取并记录编码器输出的轴4当前位置角度β2。可计算出磁钢转动过的角位移β=β2-β1。最后计算得到霍尔元件对磁钢的感应范围2A=2(45-β)。

Claims (1)

1.测量霍尔元件响应范围的装置，该装置包括回转机构和电路控制装置；电路控制装置控制回转机构运动；其特征是，所述回转机构包括支架(2)、轴端压盖(3)、轴(4)、霍尔元件座(5)、零点限位块(6)、零点限位柱(7)、编码器(10)和电机(13)；

所述霍尔元件座(5)固定在支架(2)上，霍尔元件(9)粘接在霍尔元件座(5)上的沟槽内，所述轴(4)安装在支架(2)的轴承孔中，轴(4)的一端固定轴端压盖(3)，另一端通过联轴节(12)与电机(13)连接；所述轴端压盖(3)的沟槽内粘接磁钢(8)；轴(4)上安装编码器(10)，所述零点限位块(6)固定在霍尔元件座(5)上，零点限位柱(7)的一端插入零点限位块(6)的方槽中，另一端卡在轴(4)上；所述电路控制装置包括单片机、FPGA、电机驱动器和串口通信；所述单片机通过和电机驱动器通信实现电机的驱动和制动；霍尔元件的响应信号反馈至单片机；同时单片机通过FPGA和编码器通信，获取编码器反馈的角度信息，并将所述编码器反馈的角度信息经串口通信输出。