本實用新型屬于磁場探測領(lǐng)域，具體的說是一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，廣泛存在于金屬及半導(dǎo)體材料，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬顯著。以半導(dǎo)體為例，霍爾效應(yīng)是指在一個矩形半導(dǎo)體薄片上有一電流通過時，如有一磁場也作用于該半導(dǎo)體材料上，則在垂直于電流方向的半導(dǎo)體兩端，會產(chǎn)生一個很小的電壓，該電壓就稱為霍爾電壓，霍爾電壓與磁場強度成正比。

根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾芯片，分為開關(guān)型霍爾芯片和線性型霍爾芯片兩種。開關(guān)型霍爾芯片輸出信號為數(shù)字量，而線性型霍爾芯片在一定磁感應(yīng)強度范圍內(nèi)輸出電壓有較好的線性度，磁感應(yīng)強度超出此范圍時則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。上述兩種霍爾芯片內(nèi)部都包括探測磁感應(yīng)強度及獲得霍爾電壓的霍爾單元，通過對霍爾電壓的不同電路處理，形成不同類型的輸出信號。

目前霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器一般采用特定芯片(如TLE4941plusC)，其內(nèi)部存在兩個橫向布置的霍爾單元，芯片上部布置磁鐵且下部放置可旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)磁靶輪。靶輪旋轉(zhuǎn)造成其齒頂及齒底交替經(jīng)過芯片下方，當(dāng)齒頂經(jīng)過芯片下方時，芯片處磁感應(yīng)強度最大，當(dāng)齒底經(jīng)過芯片下方時，芯片處磁感應(yīng)強度最小。這引起芯片內(nèi)部兩個霍爾單元處的磁感應(yīng)強度不斷變化且保持一定相位差。磁感應(yīng)強度與霍爾單元輸出電壓成正比，將兩個霍爾單元輸出電壓相減得到差分電壓信號，在差分電壓信號上升沿大于零電平時觸發(fā)輸出一個高電平脈沖信號，繼而得到完整的轉(zhuǎn)速信號波形。

而對于特殊形狀的靶輪(可探測區(qū)域小于10mm，且可探測區(qū)域周圍有干擾結(jié)構(gòu))，如離合器外殼，其可探測區(qū)域尺寸約為7mm，且可探測區(qū)域旁的齒頂上存在長圓孔凹槽會對轉(zhuǎn)速測量造成干擾，造成輸出信號誤觸發(fā)，影響轉(zhuǎn)速測量準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種在靶輪旋轉(zhuǎn)方向(橫向)霍爾單元比較對的基礎(chǔ)上增加靶輪軸向 (縱向)霍爾單元比較對的抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)，該探測結(jié)構(gòu)適用于可探測區(qū)域小于10mm，且可探測區(qū)域周圍有干擾結(jié)構(gòu)的特殊靶輪的轉(zhuǎn)速測量，解決了轉(zhuǎn)速輸出信號的誤觸發(fā)現(xiàn)象。

本實用新型技術(shù)方案結(jié)合附圖說明如下：

一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)，設(shè)置在傳感器底部002的傳感器外殼001 內(nèi)，包括由第一霍爾芯片110和第二霍爾芯片120組成的橫向霍爾單元比較對，所述的第一霍爾芯片110和第二霍爾芯片120內(nèi)部分別含有第一霍爾單元111和第二霍爾單元121，該結(jié)構(gòu)還包括一個在軸向方向上設(shè)置的第三霍爾芯片130和磁鐵100，所述的第三霍爾芯片130 與第一霍爾芯片110或第二霍爾芯片120組成的縱向霍爾單元比較對；所述的第三霍爾芯片 130內(nèi)部含有第三霍爾單元131；所述的磁鐵100設(shè)置于第一、二、三霍爾芯片110、120、 130上方、傳感器外殼001的支撐點上。

所述的第一、二、三霍爾芯片110、120、130為線性霍爾芯片。

所述的第一霍爾芯片110和第二霍爾芯片120中用于組成縱向霍爾單元比較對的芯片，其輸出信號電壓相位需提前于另一芯片。

所述的磁鐵100與第一、二、三霍爾芯片110、120、130的距離為0-5mm。

本實用新型的有益效果為：

1、采用本實用新型提出的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)，可以有效屏蔽由于靶輪上特殊形狀造成的誤觸發(fā)輸出脈沖信號，保證轉(zhuǎn)速測量的準(zhǔn)確性；

2、采用本實用新型提出的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)，可以準(zhǔn)確檢測干擾源在靶輪上位置。

附圖說明

圖1是特殊形狀靶輪及傳感器相對位置示意圖；

圖2是圖1中特殊形狀靶輪可探測區(qū)域的局部放大圖；

圖3是本實用新型公開的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4是圖3中B—B處剖視圖；

圖5是本實用新型公開的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)的信號處理電路；

圖6是本實用新型公開的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)的差分電壓信號dV1 的信號處理方法示意圖。

圖7是本實用新型公開的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)的差分電壓信號dV2 的信號處理方法示意圖。

圖8是本實用新型公開的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)的干擾標(biāo)志位信號 Sig_block的信號處理方法示意圖。

圖9是本實用新型公開的一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)的輸出脈沖信號Cout_Err、Cout的信號處理方法示意圖。

具體實施方式

實施例

參閱圖1，轉(zhuǎn)速傳感器000布置于靶輪010上方(距離齒頂間隙一般為0.5-1.5mm)。磁場探測結(jié)構(gòu)位于傳感器底部002內(nèi)。

參閱圖2，靶輪010用于傳感器轉(zhuǎn)速測量的可探測區(qū)域011寬度一般小于10mm，且可探測區(qū)域011旁齒頂上存在開孔030，開孔030會在霍爾單元測得的磁感應(yīng)強度信號上疊加干擾信號。

參閱圖3、圖4，一種抗干擾霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器磁場探測結(jié)構(gòu)，包括由第一霍爾芯片110 和第二霍爾芯片120組成的橫向霍爾單元比較對，該結(jié)構(gòu)還包括一個在軸向方向上固定的第三霍爾芯片130和磁鐵100，所述的第三霍爾芯片130與第一霍爾芯片110組成了縱向霍爾單元比較對；所述的磁鐵100設(shè)置于第一、二、三霍爾芯片110、120、130上方、傳感器外殼001的支撐點上。所述的磁鐵100與第一、二、三霍爾芯片110、120、130的距離為0-5mm，用于在第一、二、三霍爾芯片110、120、130處產(chǎn)生磁場，當(dāng)靶輪010旋轉(zhuǎn)時，線性霍爾芯片處的磁感應(yīng)強度會發(fā)生變化，繼而其輸出信號電壓也發(fā)生變化。

參閱圖4，所述的第一、二、三霍爾芯片110、120、130內(nèi)部分別含有第一霍爾單元111、第二霍爾單元121和第三霍爾單元131。其中第一霍爾單元111、第二霍爾單元121橫向?qū)R組成橫向霍爾單元比較對，第一霍爾單元111和第三霍爾單元131縱向?qū)R組成縱向霍爾單元比較對。在第一、二、三霍爾芯片110、120、130布置位置時，需使得第一霍爾芯片110 的輸出信號電壓相位提前于第二霍爾芯片120的輸出信號電壓相位，第三霍爾芯片130位置較第一霍爾芯片110靠近干擾源開孔030，第一、二霍爾單元111、121的中心連接線對準(zhǔn)可探測區(qū)域020中間部位。

上述第一、二、三霍爾芯片110、120、130均采用型號為HAL49X的線性霍爾芯片， HAL49X的線性霍爾芯片的輸出信號電壓與磁場強度成正比，輸出電壓范圍為0.5-4.5V。靶輪旋轉(zhuǎn)造成其齒頂及齒底交替經(jīng)過芯片下方，當(dāng)齒頂經(jīng)過芯片下方時，芯片輸出信號電壓值最大，當(dāng)齒底經(jīng)過芯片下方時，芯片輸出信號電壓值最小。

參閱圖5，第一霍爾芯片110外接管腳包括傳感器電源P_S1、傳感器地P_GND1和輸出信號P_SIG1；第二霍爾芯片120外接管腳包括傳感器電源P_S2、傳感器地P_GND2和輸出信號P_SIG2；第三霍爾芯片130外接管腳包括傳感器電源P_S3、傳感器地P_GND3和輸出信號P_SIG3；P_SIG1、P_SIG2、P_SIG3管腳輸出信號電壓為VSIG1、VSIG2、VSIG3?？刂破?00用于本磁場探測結(jié)構(gòu)的供電及信號處理，包括轉(zhuǎn)速傳感器電源220(5V電源) 及運算芯片210。傳感器電源220通過P_S管腳連接管腳P_S1、P_S2、P_S3用于給第一、二、三霍爾芯片110、120、130供電。傳感器電源220通過P_GND管腳連接管腳P_GND1、P_GND2、P_GND3用于給第一、二、三霍爾芯片110、120、130提供地電平。運算芯片210 的模擬量電壓采集管腳P_AD1、P_AD2、P_AD3用于采集管腳P_SIG1、P_SIG2、P_SIG3 的VSIG1、VSIG2、VSIG3電壓并進行相關(guān)計算。

參閱圖6、圖9，由于開孔030的存在，第一、二霍爾芯片110，120的輸出信號電壓 VSIG1、VSIG2在正向峰值處存在一定程度下降。差分電壓信號dV1為第一霍爾芯片110 輸出信號電壓VSIG1與第二霍爾芯片120輸出信號電壓VSIG2的差值。按照傳統(tǒng)的差分電壓信號上升沿過零點處觸發(fā)一個輸出脈沖信號，由于開孔干擾，dV1會產(chǎn)生一個錯誤的上升沿過零點300和正確的上升沿過零點310，由此產(chǎn)生誤觸發(fā)的輸出脈沖信號Cout_Err 301和正確觸發(fā)的輸出脈沖信號Cout 311。

參閱圖7、圖8，由于第三霍爾芯片130更接近開孔030，所以當(dāng)靶輪齒頂開孔030旋轉(zhuǎn)至第一、三霍爾芯片110、130附近時，兩個霍爾芯片測得的輸出信號電壓會不同，二者最大相差約0.45V，其余時間二者相差很小。差分電壓信號dV2為第一霍爾芯片110輸出信號電壓VSIG1與第三霍爾芯片130輸出信號電壓VSIG3的差值，當(dāng)差分電壓信號dV2大于設(shè)定的閾值TL時(如0.2V，可標(biāo)定)，干擾標(biāo)志位信號Sig_block有效(電平為高)。

參閱圖8、圖9，在干擾標(biāo)志位Sig_block有效這一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖信號 Cout_Err 301被屏蔽，由此僅正常的輸出脈沖信號Cout 311得以保留。另外干擾標(biāo)志位信號 Sig_block有效時間點也可以指示靶輪干擾源的位置。

利用此實用新型，也可以在靶輪上設(shè)置特殊形狀以形成標(biāo)志點(例如齒頂設(shè)置圓柱凹槽)。利用上述轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)在不影響正常轉(zhuǎn)速測量的同時可以準(zhǔn)確探測標(biāo)志點位置。如發(fā)動機啟動點火角控制通常采用缺齒結(jié)構(gòu)靶輪(如60齒靶輪缺2齒)進行初始點位置測量，但在缺齒的18°內(nèi)無法做到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速測量，而采用此結(jié)構(gòu)則可保證此范圍內(nèi)仍保留轉(zhuǎn)速測量的準(zhǔn)確性。