霍尔传感器在离心机转子识别中的应用

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霍尔传感器在离心机转子识别中的应用
发布时间 2007/6/19 点击 4304 次

摘要：介绍了运用霍尔传感器A3l44来实现离心机的转子编码识别。介绍了转子编码识别原理，并给出了硬件电路图和最终的测试结果。该技术只利用4只霍尔传感器A3l44和4片磁钢，就可对l6种转子进行识别，简单易行，安全可靠。
    关键词：霍尔传感器；离心机；编码识别
    离心机每种转子都有自己的极限转速，如果操作人员一时失误而设置了比极限转速高的转速，就会发生严重的事故。有的造成转子开裂，甚至碎成几块，砸向缸体，严重时撞开门盖对操作人员造成极大的人身伤害。若能采用转子识别技术就可避免这种事故的发生。每种转子在低转速时进行转子识别，确认转子型号后。将操作人员设定的转速与系统已存储的相应转子的极限转速相比较，如果设定转速超出极限转速，系统会自动修正操作人员设定的转速，使其在安全的转速下运行，并提醒操作人员设置的转速超出安全范围。转子识别还有许多其它功能。例如：对每种转子的运行时间进行存储，超过允许运行时间就会提醒操作人员更换新转子，从而可完全取代以往操作人员的手工记录。
    本文介绍了一种运用霍尔传感器A3144在单片机上实现的转子识别技术，能够对l6种转子进行汉别，保障了离心机的安全运行，并实现了工作记录自动化．
1 霍尔传感器A3l44
    霍尔传感器广泛应用于各种恶劣环境的开关控制和测速电路。A3l44是一种霍尔效应开关集成电路。图1为其原理框图。

    它包括4．5～24 V稳压源、反向电池保护二极管、霍尔电压产生器、温度补偿电路、小信号放大器、施密特触发器和一个集电极开路输出电路。，其输出电流为25 mA，呈单极性特性，可与普通的磁钢片配合工作：
    当传感器感应面的磁场强度超过工作点阈值时，电路输出低电平；当磁场强度减小到释放点阈值以下时，电路输出高电平。工作点阈值和释放点阈值之差称为器件的迟滞。
2 转子识别原理
    本文的转子编码识别方案只用到6个磁钢片就可完成l6种转子的编码，其中，2片磁钢片与2只霍尔传感器提供同步信号，其它4片磁钢片完成编码任务。
图2是离心机运转示意图。

    电机通过中轴带动转子转动，磁钢片嵌在转子传感器1的下端面，与转子一起转动。6片磁钢片呈一定角度分布在同一同心圆上，其下方安装了2只固定的
霍尔传感器，高度相差2～6 mm，也分布在同一同心圆上。
    如图3所示，2个长方块表示产生同步信号的磁钢片，4个圆块表示完成编码的磁钢片。

    在产生同步信号的磁钢片下面有2只固定的霍尔传感器A3144，2只传感器在一个同心圆上，相隔角度 =112．5。，与产生同步信号的磁钢片严格对应。当转子转到当前位置时，传感器1和传感器2同时产生低电平。规定2只传感器都产生低电平为同步信号，每运转一周仅产生一个同步信号。设转子逆时针运转。因为在低速时就应该完成转子识别，约定转速为60O r／min时转子识别(其它转速也可)。规定：传感器1产生脉冲(磁钢片接近传感器时，传感器输出低电平)，而传感器2没有产生脉冲，编码为“1”；反之，传感器1没有脉冲，而传感器2有脉冲，编码为“0”。如果2只传感器都没有脉冲，就说明对应的磁钢片掉了，这时就报警，并将此问题反馈给用户。各磁钢片相隔22．5。，所以，相邻信号的来临间隔6．25 ms(22．5／360×100 ms)。当同步信号来了以后，就进入转子识别子程序，程序中延时6．25 ms，然后，单片机读转子编码的第一位；再延时6．25ms，读转子编码的第二位；以此类推，先后读出转子编码的四位。由此可以得出图3的转子编码为“1111”，即为16号转子。不难看出，图4中l5号转子的编码为“1110”；l4号转子的编码为“1 101”。改变编码磁钢片的位置，就可得出不同的转子编码，从而用6片磁钢片实现了l6种转子的编码。

3 硬件连接
    转子编码识别的硬件实现仅需占用单片机’的2根I／O口线。硬件连接图如图5所示。

4 试验结果
    对上述转子识别在高速离心机上做了试验测试，结果如表1所示。
    残余应力的变化范围从0到500 MPa。根据图6(a)，以折叠梁作为驱动支撑系统时，各模态对於多晶硅的残余应力的变化不是很敏感。然而，以简支梁作为驱动支撑系统时，当残余应力增加到100 MPaH~，驱动和检测频率几乎降为0。以上的分析清楚地表明：折叠梁可以释放很大的应力但是，以折叠梁作为检测支撑系统的一个缺点是减小了敏感电容。而用折叠梁作为驱动支撑系统也有缺点，驱动和检测模态与后3个模态的间距小於简支梁驱动支撑系统。因此，可用折叠梁作为驱动支撑系统，简支梁作为检测支撑系统。
2．5 加工工艺的影响
    从图7中可以看出，相对於后3个模态，驱动和检测模态对於梁的宽度变化非常敏感，这就对加工工艺的准确度控制提出了很高的要求。

3 结论
    利用有限元法分析和研究了一个静电驱动，电容检测，敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。借助于一个软件系统，研究了陀螺检测质量的尺寸，支撑系统的类型和尺寸，以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力对陀螺振动模态的影响。在设计陀螺时，应采用长的、厚的、窄的并能够释放残余应力的支撑梁。而且，陀螺的检测质量不能太大，以免影响陀螺的机械振动特性。在制造过程中，准确度控制很重要，特别是梁的宽度对模态频率的影响很大。
[来源：来宝网]

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