專利名稱：霍爾隨動位移傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種傳感器，尤其是一種霍爾隨動位移傳感器。
(2)技術背景敏感器件在具有梯度的磁場中移動，其輸出可反映出移動的情況?；魻栐妮敵雠c磁感應強度有線性關系VH＝SH×B×I (1)式中VH為霍爾元件的輸出電壓，SH為霍爾器件的乘積靈敏度，B為磁感應強度，I為電流強度。當磁場為均勻梯度磁場，輸出VH就正比于霍爾元件與產生磁場的磁鋼之間的位移，因此可用霍爾元件測量位移量。它具有慣性小、響應快、非接觸等特點，很適應做現(xiàn)場動態(tài)測試。然而，能保持均勻梯度磁場的范圍不大，因此霍爾元件只能小范圍地測量位移，一般霍爾元件測量位移的范圍不超過1mm，這在很大程度上限制了霍爾元件測量位移的應用，這是一直未能解決的難題。
(3)發(fā)明內容本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于提供一種位移測量范圍大的霍爾隨動位移傳感器。
本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是采用隨動機構，改進后的傳感器設有隨動機構，霍爾元件固定于隨動機構上。
所說的隨動機構可設有霍爾元件固定支架、支架彈簧，霍爾元件固定在霍爾元件固定支架上方，霍爾元件固定支架由支架彈簧固定在傳感器座上，霍爾元件固定支架下部連接驅動線圈，驅動線圈懸掛于永久磁鐵內，驅動線圈可在鐵芯中隨動，永久磁鐵固定在傳感器座內。
由于采用了隨動機構，因此輕易地解決了霍爾元件可實現(xiàn)大范圍測量位移的難題。
(4)


圖1為本發(fā)明創(chuàng)造的一個實施例。
圖2為霍爾元件輸出特性。
圖3為測量位移電原理圖。
(5)具體實施方式
如圖1所示的實施例，霍爾隨動位移傳感器由霍爾元件1、霍爾元件固定支架2、支架彈簧3、驅動線圈4、永久磁鐵5和傳感器座組成。霍爾元件1固定在霍爾元件固定支架2的上方，霍爾元件固定支架2由一組支架彈簧3固定在傳感器座上，霍爾元件固定支架2的下部連接驅動線圈4，驅動線圈4懸掛于永久磁鐵5內，永久磁鐵5固定在傳感器座內。由于采用隨動機構，霍爾元件固定支架利用支架彈簧固定，而且驅動線圈懸掛于鐵芯中，因此霍爾元件在驅動電流的驅動下由驅動線圈帶動作上下自由移動，實現(xiàn)大范圍測量位移的目的。支架彈簧可采用簧片式，螺旋式等。
參見圖1，2，圖2表明了霍爾元件與磁鋼之間相對位置變化時，霍爾元件的輸出曲線。圖中表明，霍爾元件與磁鋼的相對位置由A點移動到C點時，輸出電壓VH由最小值過度到最大值，其中在B點經過零點。測量原理為霍爾元件安裝在隨動機構的支架上，支架由彈簧固定，支架下邊連接驅動線圈。驅動線圈在驅動電流Io的驅動下可帶動霍爾元件上下自由移動。靜止時，把霍爾元件置于位置B，此時霍爾元件的輸出為零。如果此時磁鋼移動X’，與霍爾元件之間有相對位移，霍爾元件就有輸出VH，該輸出經反饋控制系統(tǒng)處理后，產生出推動機構運動的驅動電流Io，Io驅動機構運動，帶動霍爾元件跟隨磁鋼的移動而移動X，直到霍爾元件與磁鋼的相對位置又回到位置B，使其輸出為零。顯然，此時霍爾元件的移動量X就等于磁鋼移動量X’。測量驅動電流Io就可代表磁鋼的位移量。由于這種測量方法不是直接把霍爾元件的輸出VH作為測量結果，因此就避開使用式(1)，這就意味著在測量過程中并不需要保證在測量區(qū)域內保持均勻梯度的磁場。從圖中可看到，只要隨動機構能及時帶動霍爾元件回到平衡點，測量的精度就可保證。隨動機構的動態(tài)范圍實際上就是測量范圍。
圖3為霍爾元件與反饋隨動機構配合測量位移的基本原理。OP07運算放大器構成輸入通道前置放大級，它把霍爾元件(YHS103A)的輸出信號放大到足夠大。另一個OP07和晶體管D882共同構成電壓—電流轉換器，前置放大級的輸出電壓Uo通過電壓—電流轉換器轉換成相應的電流Io，通過隨動機構的驅動線圈帶動隨動機構。測量原理為靜止時，把霍爾元件置于位置B(見圖2)，此時霍爾元件的輸出為零。調整前置放大器使其輸出為零。電壓—電流轉換器轉在無輸入的情況下亦無驅動電流Io輸出，Io＝0，隨動機構處于自由平衡狀態(tài)。當磁鋼移動X’時，與霍爾元件之間有相對位移，霍爾元件產生輸出VH，該輸出經前置放大級放大、產生輸出電壓Uo，經V-A轉換后得驅動電流Io，Io推動隨動機構運動，帶動霍爾傳感器探頭跟隨磁鋼的移動而移動X，直到霍爾元件與磁鋼的相對位置又回到位置B，使其輸出重新為零。顯然，此時霍爾元件的移動量X就等于磁鋼移動量X’。根據(jù)圖1可知，霍爾元件的位移X正比于驅動線圈產生的磁力，而磁力又正比于線圈驅動電流Io，電流Io就可代表磁鋼的位移量。同時，V-A轉換過程是線性的，即Uo可代表電流Io。因此，最終Uo可代表磁鋼的位移量。由于這種測量方法不是直接把霍爾元件的輸出VH作為測量結果。因此就避開使用式(1)，這就意味著在測量過程中并不需要保證在測量區(qū)域內保持均勻梯度的磁場。從圖中可看到，只要隨動機構能及時帶動霍爾元件回到平衡點，測量的精度就可保證。隨動機構的動態(tài)范圍實際上就是測量范圍。
權利要求
1.霍爾隨動位移傳感器，其特征在于設有隨動機構，霍爾元件固定于隨動機構上。
2.如權利要求1所述的霍爾隨動位移傳感器，其特征在于所說的隨動機構設有霍爾元件固定支架、支架彈簧，霍爾元件固定在霍爾元件固定支架上方，霍爾元件固定支架由支架彈簧固定在傳感器座上，霍爾元件固定支架下部連接驅動線圈，驅動線圈懸掛于永久磁鐵內，驅動線圈可在鐵芯中隨動，永久磁鐵固定在傳感器座內。
3.如權利要求1所述的霍爾隨動位移傳感器，其特征在于所說的支架彈簧為簧片式彈簧或螺旋式彈簧。
全文摘要
涉及一種傳感器,尤其是一種霍爾隨動位移傳感器。設有隨動機構,霍爾元件固定在隨動機構上。由于采用隨動機構,霍爾元件固定支架利用支架彈簧固定,而且驅動線圈懸掛于鐵芯中,因此霍爾元件在驅動電流的驅動下由驅動線圈帶動作上下自由移動,實現(xiàn)了大范圍精確測量位移的目的。
文檔編號G01D5/12GK1343871SQ0113554
公開日2002年4月10日 申請日期2001年10月12日 優(yōu)先權日2001年10月12日
發(fā)明者陳文薌 申請人:廈門大學