Вертикальный двойной датчик холла для определения направления вращения и скорости

Вертикальный двойной датчик Холла для определения направления вращения и скорости

Вертикальный двойной датчик Холла для определения направления вращения и скорости

TLE4966V представляет собой вертикальный двойной датчик Холла для определения направления вращения и скорости.

TLE4966V – первый двойной датчик Холла с интегрированными пластинами Холла, ориентированными вертикально, а не горизонтально на поверхности чипа. Это обеспечивает его чувствительность к электромагнитным полям в направлении плоскости пластины датчика.

Такое 90-градусное изменение ориентации обеспечивает гибкость при установке разработанных устройств в зоны с ограниченным пространством.

Гибкость конструкции и низкий ток потребления от 4 мА до 7 мА датчика TLE4966V обеспечивают его пригодность при использовании в энергочувствительных электронных автомобильных системах, таких как подъемные механизмы багажника, подъемные механизмы окна с сервоприводом стекла, автомобильные люки и устройства регулировки положения сиденья. В других отраслях данный датчик также является отличным решением для эскалаторов, а также оконных штор и занавесок, оснащенных механическим приводом.

Семейство TLE4966 разработано для определения направления вращения и скорости вращения колеса с магнитным полюсом. Вертикально интегрируемые пластины Холла в датчике TLE4966V обеспечивают чувствительность в одной плоскости магнитных полей, а не перпендикулярно им.

Изменение ориентации чувствительности на 90 градусов позволяет системным инженерам воплощать в свои проекты новые механические концепции.

Это особенно важно для применений в зонах с ограниченным пространством, таких как подъемные механизмы окна с сервоприводом стекла и электронные подъемные механизмы багажника.

Определение направления и скорости вращения колеса с магнитным полюсом требует наличия двух отдельных пластин Холла. Из-за расстояния между двумя пластинами, они определяют немного различные сигналы в любой определенный момент времени, генерируя разность фаз.

При изменении направления вращения разность фаз изменяет полярность. Датчик TLE4966V определяет это изменение и передает соответствующий сигнал. Скорость вращения колеса с магнитным полюсом можно вычислить с помощью выходного сигнала второго датчика.

Этот сигнал инициируется при каждом изменении полярности магнитного поля.

Две интегрированные вертикальные пластины Холла на одном кремниевом кристалле внутри датчика TLE4966V ведут себя одинаково при температурном и эксплуатационном воздействии, не имея при этом отклонения чувствительности во время всего цикла эксплуатации.

TLE4966V имеет два выходных сигнала: один сигнал для направления магнитного вращения, второй сигнал для скорости вращения колеса с магнитным полюсом.

Это означает, что один датчик передает всю необходимую информацию, когда ранее для этого требовалось два датчика.

Датчик TLE4966V выполняет обработку сигнала и имеет высокую доступность сенсорного сигнала для быстрого применения и без необходимости программирования микроконтроллера. Датчик TLE4966V может работать от нерегулируемого источника питания, совместимого с системами от 3.5 В до 32 В. Датчик поставляется в тонком малогабаритном корпусе с 6 выводами (TSOP-6).

Даташит TLE4966V (PDF)

Источник новости

Источник: http://cxem.net/electronic_news/electronic_news257.php

Компания Infineon представляет двойной датчик Холла для определения направления и скорости вращения

» Новости » Датчики

29-09-2014

Infineon » TLE4966V

Компания Infineon, лидер рынка автомобильных датчиков, недавно представила свое инновационное решение — вертикальный двойной датчик Холла для определения направления и скорости вращения.

TLE4966V — первый двойной датчик Холла с интегрированными пластинами Холла, которые ориентированы вертикально, а не горизонтально относительно поверхности микросхемы; это обеспечивает чувствительность к магнитным полям в направлении плоскости пластины датчика.

Благодаря изменению ориентации на 90° новый датчик идеально подходит для схем с ограниченными размерами.

Благодаря гибкости конструкции и малому току потребления (от 4 до 7 мА) TLE4966V можно использовать в электронных автомобильных системах, чувствительных к энергопотреблению, например в подъемных механизмах крышки багажника, электрических стеклоподъемниках, системах управления люком в крыше автомобиля и в устройствах регулировки положения сидения. В других отраслях промышленности этот датчик станет отличным решением для эскалаторов, жалюзи и штор с электроприводом.

Две вертикальные пластины Холла, интегрированные на одном кремниевом кристалле, имеют одни и те же температурные и временные характеристики, поэтому чувствительность датчика в долгосрочной перспективе не меняется.

Более того, TLE4966V имеет два сигнальных вывода: один для определения направления вращения магнита, другой — для измерения скорости вращения колеса, изготовленного из магнитного материала. Таким образом, один прибор предоставляет всю информацию, поэтому отпадает необходимость использования двух датчиков.

Поскольку второй датчик в отдельном корпусе не нужен, можно упростить конструкцию печатной платы, снизить стоимость датчиков в среднем на 30%, а также ускорить испытания и производство почти на 50%. 

Особенности

  • Две вертикальных пластины Холла
  • Определение направления и скорости вращения
  • Рабочее напряжение питания от 3.5 до 32 В
  • Работа от нестабилизированного источника питания
  • Защита от обратной полярности батареи (–18 В)
  • Защита от перенапряжения до 42 В без использования внешнего резистора
  • Малый температурный дрейф и долговременная стабильность пороговых значений магнитного поля
  • Соответствие требованиям автомобильных стандартов
  • Миниатюрный корпус для поверхностного монтажа (TSOP6)

Применение

  • Стеклоподъемники (в автомобилях)
  • Системы управления люком в крыше автомобиля
  • Электрические системы запирания (в автомобилях)
  • Жалюзи (промышленные)
  • Электропривод дверей (в автомобилях)
  • Робототехника (промышленная)

infineon-designlink.com

Источник: https://www.rlocman.ru/news/new.html?di=152542

Раскраска диска для определения направления его вращения

Дадим небольшое пояснение к задаче. Первое, что нужно иметь ввиду, это то, что нельзя наблюдать за самим диском. Например, вы сидите в офисе, а диск вращается в закрытой лаборатории. Единственная возможность определить направление вращения — использовать оцифрованные показания датчика, и ничего больше.

Датчик фиксирует цвет точки в непосредственном месте установки в последовательные моменты времени. Показания представляются в виде «ЧЧЧББ…». Задача сводится к такой раскраске диска, где последовательность показаний отличается при вращении в прямую и в противоположную стороны, то есть последовательность не должна быть палиндромом.

Палиндромы — это такие слова или фразы, которые читаются задом наперед так же как и обычным образом. Например: топот, ротор, «лезу в узел». Придумать палиндром не так легко, в то время как привести пример асимметричной фразы очень просто.

Может показаться, что так же легко придумать такую раскраску диска, однако возникает две сложности. Во-первых, в постановке задачи мы ограничиваемся только 2 буквами Ч и Б. Во-вторых, нам нужно избавиться от циклического палиндрома, так же, как и от обычного.

Например, нельзя покрасить половину диска в белый цвет, а вторую половину в черный. Показания будут как «ЧБЧБЧБЧБЧБ». В обычном смысле это не палиндром, но это циклический палиндром.

То есть, если соединить начало и конец последовательности, то получим одинаковые показания при вращении как по часовой стрелке, так и против. При наблюдении за бесконечным потоком показаний нельзя сказать, в каком направлении вращается такой диск.

Не все регулярные последовательности являются циклическими палиндромами. Если бы нам были доступны 3 цвета: черный (Ч), белый (Б) и красный (К), то можно нарисовать 3 одинаковых по площади сектора разных цветов.

Тогда по часовой стрелке показания были бы вроде «ЧЧЧКККБББ», а наоборот «ЧЧЧБББККК». В данном случае они легко различимы.

В первых показаниях красный сразу следует за черным, а на вторых показаниях красный следует за белым.

Изначальная постановка задачи не допускает использование третьего цвета, но позволяет взамен использовать раскраску «зебру». Один из трех секторов можно закрасить множеством тонких полос с чередованием черного и белого цветов. Тогда хорошо заметно, когда частые полосы идут после черного сектора (по часовой стрелке) или после белого сектора (против часовой стрелки).

Это решение можно улучшить. Ведь вам не сказано, насколько быстро вращается диск и с какой частотой датчик в состоянии регистрировать изменения цвета (грубо говоря, задержка экспозиции). Диск может вращаться настолько быстро, что датчик будет регистрировать цвет только одного места на диске и пропускать все остальные. Это может ввести в заблуждение при интерпретации полученных показаний.

Очевидно желание сделать меньшее число полос, а сами полосы шире, насколько это возможно. На самом деле достаточно 2 полосы в «полосатом секторе», если, конечно, они противоположного цвета, по отношению к смежным секторам.

При такой раскраске и при условии возможности снятия 6 показаний за 1 оборот, поворот по часовой стрелке будет давать последовательность вроде «ЧЧБЧББ», а против часовой стрелки, эта последовательность будет идти в обратном порядке.

Также представляет интерес похожая задача, где диск уже раскрашен на две половинки в черный и белый цвета. Допускается установка неограниченного числа фиксированных датчиков у края диска. Вопрос: сколько датчиков требуется установить для определения направления вращения?

Все что мы может получить с одного датчика (при новой постановке задачи) — это соотношение черного и белого в покраске, что и так известно (50/50). Если мы возьмем 2 датчика и разместим их диаметрально противоположно, то вновь не получим ничего полезного, так как второй датчик всегда будет давать противоположное показание.

Вместо этого, можно разместить 2 датчика рядом, например первый датчик в произвольном месте, а второй в 10 градусах по часовой стрелке от первого. Большую часть времени оба датчика будут давать одинаковые показания, однако, при смене цветов, один датчик заметит изменение раньше, чем другой.

Показания датчиков могут выглядеть следующим образом:
Датчик 1: ЧЧБББ
Датчик 2: ЧЧЧББ

Такие наблюдения означают, что переход Ч-Б фиксируется первым датчиком раньше, чем вторым. В этом случае переход Ч-Б и сам диск должен вращаться по часовой стрелке. Если это изменение, наоборот, фиксируется вторым датчиком раньше чем первым, то вращение происходит против часовой стрелки.

Источник: https://tproger.ru/problems/how-to-paint-the-disk-to-determine-its-spinning-direction/

Датчики скорости вращения управления КПП

Датчики управления приводом снимают показания числа оборотов вала в АТ-, ASG-, DSG- и CVT-приводах.

Это показания числа оборотов турбин и приводов в приводах АТ с гидродинамическим преобразователем крутящего момента, числа оборотов первичного и вторичного шкива в CVT-приводах и числа оборотов обоих валов и приводного вала в DSG-приводах.

При наличии высоких требований к динамике регулирования разгона снимаются показания числа оборотов двигателя, ожидаемые на элементе разгона.

Для оптимизации управления сцеплением и предотвращения отката автомобиля назад может потребоваться датчик для определения направления вращения.

Используются как автономные датчики,так и модели, интегрированные в электронные модули, которые устанавливаются как внутри привода, так и снаружи.

Требования к датчику

Датчики числа оборотов привода подвергаются высоким нагрузкам вследствие

  • экстремальных температур от -40 до + 150°С;
  • агрессивной среды, обусловленной применением трансмиссионного масла;
  • высоких механических нагрузок с ускорениями до 30g, а также
  • образование металлических частиц вследствие износа деталей в коробке передач.

Эти нагрузки обусловливают высокие требования к электроники, используемой в датчиках. С помощью современной корпусов, не поддающихся воздействию масла, срок службы в трансмиссионном масле может достигать более 15 лет.

Из-за очень компактного исполнения коробок передач обычно невозможно стандартизировать геометрические размеры датчиков.

Так, для каждой коробки передач требуются специальные модели датчиков, которые различаются по длине, направлению снятия показаний и монтажному фланцу в интегрированных модульных типах (рис. 1).

В автономных датчиках еще одной переменной является положение монтажной втулки и модель штекера.

Рисунок № 1 Модели датчиков
  1. Нижнее считывание показаний
  2. Боковое считывание показаний
  3. Наклонное считывание показаний

1 Направление считывания показаний

Для реализации всего спектра функциональных требований используются ASIC Холла (Application Specific Integrated Circuit — специализированные интегральные микросхемы) различной степени сложности алгоритмов обработки данных (рис. 2).

Рисунок № 2 Сложность требований

Если для считывания числа оборотов используется ферромагнитное триггерное колесо или триггерная зона (с зубцами, с насечками или выштамповками) на вращающихся компонентах привода (коробки передач), то магнитное поле, необходимое для работы датчика Холла, создается магнитом с напряжением отрицательного смещения. Он расположен в датчике сразу за специализированной интегральной микросхемой.

Компактные модели коробок передач все больше нуждаются в возможности считывать показания числа оборотов на больших расстояниях (магнитные воздушные зазоры) через вращающиеся немагнитные компоненты или стенку корпуса. Для таких условий эксплуатации используются мультиполюсные кольца (магнитные кольца), в датчике не используется магнит с напряжением отрицательного смещения.

Конструкция датчика скорости вращения для управления приводом

Специальные интегральные микросхемы Холла, применяющиеся в датчиках скорости вращения привода, в зависимости от магнитного интерфейса фиксируются в держателе в присутствии магнита с напряжением отрицательного смещения или без него, электрический контакт создается посредством сварки, затем микросхемы устанавливаются в корпус, заливаются эпоксидной смолой или — в моделях, которые устанавливаются снаружи привода (коробки передач) —устанавливаются в оболочку, не пропускающую масло, посредством покрытия бесшовной оболочкой на экструдере (рис. 3). Датчик имеет двухпроводной интерфейс, сочетающий в себе оптимальные диагностические способности с минимальным числом электрических соединений. Два разъема служат как для питания интегральных микросхем Холла, так и для передачи сигнала.

Рисунок № 3 Датчик Холла с двухпроводным интерфейсом

Принцип действия

Дифференциальные датчики Холла разработаны специально для измерения угловой скорости вращения. Датчик содержит два интегрированных элемента Холла, разнесенных на небольшое расстояние. Сигналы от двух элементов Холла алгебраически вычитаются в встроенном дифференциальном усилителе. Одновременно компенсируется большая часть помех.

Разностный сигнал дополнительно усиливается в некоторых типах интегральных схем и только затем преобразуется в цифровой.

При этом формируется сигнал с двумя уровнями тока (стандартно 7 мА при низком уровне и 14 мА при высоком уровне),частота которого соответствует частоте смены зубцов зубчатого колеса и таким образом рассчитывается число оборотов.

Обработка сигнала осуществляется в блоке с помощью измерительного резистора R M , который преобразует ток датчика IS в напряжение сигнала URM.

В целом принцип действия разностной интегральной микросхемы Холла зависит от того, установлен ли датчик на стальном триггерном колесе или мультиполюсном кольце (рис. 4а и 4b). В некоторых коробках передач реализованы функции, для которых необходимо определение положения «стоп».

Для такого использования датчик должен иметь максимально возможную невосприимчивость к изменениям воздушного зазора, обусловленным вибрациями, и вращательным колебаниям триггерного кольца.

Свойство датчика — обозначенное как невосприимчивость к вибрациям — при использовании дифференциальных датчиков, содержащих два интегрированных элемента Холла можно реализовать только очень ограниченно.

Благодаря использованию трех датчиков Холла получаем два сдвинутых по фазе разностных сигнала. С их помощью можно определить направление вращения (рис. 4c..f) и повысить невосприимчивости к вибрациям.

Рисунок № 4 Принцип действия датчика скорости вращения привода
  1. Расположение триггерного кольца
  2. Расположение мультиполюсного кольца
  3. Разностный сигнал между датчиками Холла R и С
  4. Разностный сигнал между датчиками Холла С и L
  5. Выходной сигнал для направления вращения вправо
  6. Выходной сигнал для направления вращения влево
  1. Триггерное кольцо
  2. Датчики Холла L и R (С опционно для определения направления вращения)
  3. Постоянный магнит (back-bias)
  4. Мультиполюсное кольцо
  5. Смещение фаз в зависимости от направления вращения

Стандартные параметры датчиков «Value» (обычные датчики) и «High feature» (улучшенные датчики) отличаются величиной воздушного зазора (максимальное расстояние от датчика до зубчатого колеса), диапазоном частоты сигнала (оборотов колеса) и встроенными дополнительными функциями (таблица 1).

Таблица № 1 Параметры
Модель Value High feature
Максимальный воздушний зазор натриггерном кольце На индуктор 2,5mm5mm 3,5mm7mm
Частота сигнала 0 …8kHz 0 …12kHz
Определение направления вращения нет дп
Вибрация тригерного кольца ±1,5°

Сложность конфигурации привода, ограничения монтажного пространства, включая все конструкционные краевые условия и функциональные требования, вынуждают к использованию нестандартных вариантов решений. Для них характерны комбинации интегральных микросхем, варианта корпуса, механических и магнитных интерфейсов датчика, разработанных под конкретные системные требования.

Источник: http://sto-universal.org.ua/datchiki-skorosti-vrascheniya-dlya-upravleniya-privodom.html

Датчик Холла

Есть такой интересный эффект — если через квадратную проводящую пластину гнать постоянный ток, а саму пластину пронизать магнитным полем, чтобы линии индукции проходили через ее сечение, то летящие по пластине электроны отклоняются силой Лоуренса.

А раз так, то с одного края электронов будет больше чем с другой. Возникает разность потенциалов, то есть напряжение. И чем больше ток и сильней поле, тем большая разность будет. Это и есть эффект Холла.

Дальше дело за малым — берем источник стабильного тока, чем стабильней тем лучше, ведь от стабильности зависит точность показаний. Прогоняем постоянный ток по пластине, ловим да усиливаем разность потенциалов до осязаемых величин. В результате получаем отличную вещь — датчик магнитного поля, он же датчик Холла.

Например такой:

Моделей существует целая прорва. В чистом виде, правда, встречается редко. Обычно элемент Холла с чем нибудь да совмещен.

Либо, как тут, с усилителем, либо с силовыми ключами, как в датчиках из компьютерных бесколлекторных вентиляторов — там он сразу же коммутирует обмотки, выполняя роль электронного коллектора.

Правда на некоторых старых моделях вентиляторов можно обнаружить и целые микросборки из «чистого» датчика, усилителя и силовых ключей, но вот уже лет 5 мне такие не попадались.

Делал я тут один частный заказик недавно, вот там и применил эти козявки.

Подключение проще простого — подал питание, снял сигнал. Питание по даташиту написано двуполярное, но ничего не мешает подать и однополярное. Просто в этом случае ноль сигнала у нас будет не 0В а Vcc/2. У меня на Pinboard напряжение в магистрали питания около 4.8 вольт, поэтому на выходе датчика 2.4 вольта в подвешенном состоянии.

Теперь берем и подносим к нашему датчику магнитик. В зависимости от полярности стороны магнита, напруга либо обвалится в ноль, либо подскочит до максимума. Ну и, в зависимости от расстояния, может принимать промежуточные значения, линейно завися от силы магнитного поля.

Это все интересно, но что с того? Куда это можно применить?
А применений датчику можно придумать вагон и маленькую тележку. Например, бесконтактные концевые выключатели.

Причем, в отличии от герконов, датчики эти почти вечные — там нет ни единой движущейся части.

А если совместить датчик с магнитом и подсунуть ему шестеренку, что будет замыкать через себя магнитный поток, то можно легко получить датчик скорости вращения.

Когда зубец будет ближе к датчику, то сопротивление магнитному потоку будет ниже, а значит и его сила будет больше. А на межзубцовых промежутках все наоборот.

В результате, на выходе датчика будут импульсы сходные с формой зубов шестерни, а уж посчитать их не составит труда.

Или, например, надо нам замерить БОООЛЬШОЙ постоянный ток. Скажем идущий к драйверу двигателя. С малыми токами все ясно и так — ставим шунт и снимаем с него падение напряжения. С большими токами финт прокатит плохо — шунт будет лишней нагрузкой, сжирающей мощность, греющейся.

Да и сделай его еще из подручных средств… А ведь можно сделать все куда проще. Заворачиваем провод в катушку, опоясываем магнитопроводом, а в разрез пихаем наш датчик.

Причем необязательно делать много витков — если ток большой, да датчик чувствительный, то и одного-двух витков хватит (кстати, есть и неплохие промышленные датчики постоянного тока — LEM делает).

Ну и вот такой практический примерчик — на базе датчика SS495A сварганил простейший цифровой тахометр 🙂 Сам датчик купил на Алиэспрессе

А схему собрал на своей демоплате:

Получилась такая вот конструкция:

Включил моторчик, магнитик завертелся, а на выходе датчика Холла пошла вот такая вот картина:

Вообще я сам удивился насколько четкие и резкие фронты. Я думал будет подобие синуса. Ан нет, магнит оказался мощный (ниодимовый из лазерной головки CD-ROM’a) и видимо он сразу же зашкаливает наш датчик.

Дальше, на базе ядра диспетчера, описанного в не так давно, набросал по быстрому программку (только функциональная часть):

HAL.c

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
inline void InitAll(void)
{
//InitUSART
UBRRL = LO(bauddivider);
UBRRH = HI(bauddivider);
UCSRA = 0;
UCSRB = 1

Источник: http://easyelectronics.ru/datchik-xolla.html

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Для измерения скорости вращения и определения положения различных узлов двигателя используются датчики положения. К ним относятся: датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), датчик положения распределительного вала (ДПРВ) или датчик фазы (ДФ), датчик скорости (ДС), датчики ABS.

Сигнал ДПКВ используется для определения частоты вращения КВ, а также его мгновенного положения. Т.к. частоты вращения распределительного и коленчатого валов соотносятся как 1:2, то только по сигналу ДПКВ невозможно однозначно определить находится ли поршень двигателя, движущийся к ВМТ, на такте сжатия или выпуска.

Фазный датчик на распределительном валу передает эту информацию в блок управления. В качестве примера приведен сигнал с авто ВАЗ.

Сигналы ДПКВ (синий) и ДПРВ (зеленый) К наиболее распространенным типам этих датчиков относятся: индуктивный (электромагнитный) датчик и датчик Холла.


Индуктивный датчик

Этот тип датчика наиболее распространен в качестве ДПКВ. Датчик монтируется поблизости от подвижного элемента, называемого маркерным диском. Этот элемент представляет собой стальной диск с зубьями, который жестко зафиксирован на коленчатом валу (может находиться как со стороны ременной передачи, так и непосредственно на маховике КВ).
Расположение ДПКВ
1. ДПКВ
2.

Маркерный диск
3. Разъем датчика Датчик состоит из обмотки с сердечником из постоянного магнита. Когда зуб проходит перед датчиком, это приводит к усилению магнитного потока, проходящего через обмотку. Напротив, увеличение зазора ослабляет этот поток. Происходит изменение магнитного поля, которое вызывает появление индукционного тока в обмотке.

Амплитуда напряжения переменного тока сильно возрастает по мере повышения частоты вращения маркерного диска (от нескольких мВ до значений более 100 В).
Конструкция индуктивного датчика
1. Обмотка
2. Метка на маркерном диске в виде пропущенных зубьев
3. Постоянный магнит Маркерный диск может иметь как пропуски зубьев, так и более широкие зубья.

Кол-во зубьев маркерного диска зависит от его назначения и модели авто. В качестве маркерного диска для КВ наиболее распространенным является диск с 60-ю зубьями, при этом два зуба пропущены. Зазор с пропущенными зубьями предназначен для отметки определенного положения коленчатого вала и служит как установочная метка для синхронизации блока управления.

На маркерных дисках системы ABS пропуск зубьев отсутствует, т.к. в данной системе положение колеса не принципиально, имеет значение только скорость вращения.
Пример сигнала индуктивного датчика ABS В варианте исполнения для ДПРВ, маркерный диск может иметь всего один зуб, т.к.

в данном случае нет необходимости измерять скорость вращения, нужно определить только положение РВ для определения фазы работы двигателя.Для дальнейшего анализа электронный блок производит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Амплитуда напряжения сигнала пропорциональна скорости прохождения подвижной детали перед датчиком.

Напряжение также в значительной степени зависит от расстояния между вершинами зубьев и поверхностью датчика, как правило, зазор составляет 1±0,5 мм. Подсчитывая число импульсов в течение заданного промежутка времени, электронный блок может определить скорость вращения КВ.

Индуктивный датчик подключается к контроллеру экранированной парой проводов с заземлением экранирующей оплетки на кузов автомобиля.

Пример схемы подключения ДПКВ Для записи осциллограммы индуктивного датчика, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему со стороны ЭБУ.

Подключение мотор-тестера к ДПКВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Датчик Холла

В таких датчиках использован эффект Холла. Интегральная схема датчика Холла располагается между маркерным диском и постоянным магнитом. Когда зуб маркерного диска проходит у элемента датчика, то он изменяет величину магнитного поля, пронизывающего элемент Холла.

За счет этого возникает сигнал напряжения, который находится в милливольтновом диапазоне и не зависит от относительной скорости между датчиком и маркерным диском. Оценивающая электронная схема, встроенная в интегральную схему, вырабатывает сигнал в форме прямоугольных импульсов.
Датчик Холла 1. Постоянный магнит 2. Интегральная схема Холла. 3.

Маркерный диск 4. Разъем датчикаКак правило, датчик Холла имеет три вывода: питание +5В (+12В), «земля», сигнальный выход.
Пример схемы подключения ДПРВ Для записи осциллограммы датчика Холла, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему ЭБУ.

Подключение мотор-тестера к ДПРВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)
Для записи сигнала ДПКВ рекомендуется использовать 2ой аналоговый канал мотор-тестера, для сигнала ДПРВ – 3ий канал. При наличии нескольких ДПРВ, можно использовать любой свободный аналоговый канал.

Настройка аналогового канала для индуктивного датчика
Настройка аналогового канала для датчика Холла Дополнительные возможности ПО:

Автоподстройка линейки по любому «стандартному ДПКВ» (тема на форуме)

Одновременный анализ сигналов ДПКВ и ДПРВ позволяет проверить работу этих датчиков, а также правильность установки КВ и РВ (соответствие меток ГРМ).

автор: Евгений Куришко

Источник: http://www.mlab.org.ua/articles/sensors/99-sensors-inductive-holl.html

Как подключить датчик Холла 49E к Arduino

В статье рассматривается подключение датчика Холла 49E к Arduino.

Датчик Холла – это прибор, который регистрирует изменение напряжённости магнитного поля. В настоящее время датчики на основе эффекта Холла нашли широкое применение. Например:

  • датчики скорости вращения – широко используются в автомобилестроении и везде, где требуется определить скорость вращения колеса или иного вращающегося объекта; сенсоры на основе эффекта Холла пришли на замену механическим герконам;
  • датчики приближения; типичный пример – раскладной чехол на вашем смартфоне, который включает подсветку экрана при открытии;
  • измерение угла поворота;
  • измерение величины вибрации;
  • измерение величины магнитного поля – магнитометры и цифровые компасы;
  • измерение силы тока (переменного и постоянного);
  • измерение воздушных зазоров, уровня жидкости, и многие другие.

2Схема подключения модуля с датчиком Холла к Arduino

Модуль с датчиком Холла содержит следующие компоненты: подстроечный резистор, двухканальный компаратор, несколько согласующих резисторов, пару светодиодов и собственно, сам датчик Холла 49E.

Модуль с датчиком Холла 49E

Подстроечный резистор служит для настройки чувствительности датчика Холла. Первый светодиод сигнализирует о наличии напряжения питания на модуле, второй – о превышении магнитным полем установленного порога срабатывания.

Модуль с датчиком имеет 4 вывода. Назначение выводов приведено в таблице. В третьем столбце таблицы – соответствующий вывод платы Arduino, к которому будет подключаться модуль.

ВыводНазначениеВывод Arduino
G Земля. GND
+ Питание +2,3…10 В. 5V
AO Аналоговый выход – значение напряжённости магнитного поля. A0
DO Цифровой выход – индикатор превышения напряжённости магнитного поля заданного порога. 12

Вот как будет выглядеть модуль с датчиком Холла, подключённый к плате Arduino Nano:

Подключение модуля с датчиком Холла к Arduino Nano

2Скетч для считывания показаний датчика Холла 49E

Итак, давайте проверим наш датчик в действии. Напишем самый простой скетч, который только и делает, что выводит считанные значения в последовательный порт.

int analogPin = A0; // с аналогового выхода датчика Холла int digitalPin = 12; // с цифрового выхода датчика Холла void setup() { pinMode(digitalPin, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { int analogValue = analogRead(analogPin); // считываем аналоговое значение int digitalValue = digitalRead(digitalPin); // считываем цифровое значение Serial.println((String)digitalValue + ” ” + (String)analogValue); delay(100); }

Загрузим скетч и посмотрим, что же выводится в порт:

Вывод в последовательный порт показаний датчика Холла

Очень интересно. Вывод цифрового канала понятен: “0” – магнитное поле ниже заданного подстроечным резистором значения, “1” – выше (я поднёс магнит к датчику). А что же показывает аналоговый канал? Разберёмся с этим чуть позже.

3Скетч для определения скорости вращения диска

Для того чтобы определить скорость вращения, будем использовать сигнал с цифрового канала сенсора. Такая схема пригодится, например, для создания спидометра для велосипеда.

Для демонстрации соберём вот такую установку: разместим неподвижно датчик Холла (зажмём тисками), а на поверхности вращающегося диска закрепим постоянный магнит. В качестве вращающейся платформы у меня будет старый жёсткий диск, на котором скотчем (простите за неэстетичность) будет зафиксирован магнит.

Установка для определения скорости вращения на основании показаний датчика Холла

Вспомним формулу угловой скорости: ω = φ / tгде ω – угловая скорость, φ – угол поворота, t – время, за которое диск повернулся на этот угол. В нашем случае угол (1 оборот) будет равен 360° или 2π радиан. Всё, что нам остаётся – это подсчитать время, за которое происходит один оборот диска.

В скетче мы будем отлавливать переход сигнала с датчика от HIGH к LOW и вычислять разницу между двумя последовательными переходами.

Временная диаграмма цифрового сигнала с датчика Холла для вращающегося диска

Для определения промежутка времени используем встроенную функцию millis(), которая возвращает количество миллисекунд, прошедших с момента включения платы Arduino.

int digitalPin = 12; // с цифрового выхода датчика Холла unsigned long runTime; // время с запуска платы Arduino, мс int prevValue = 0; // предыдущее считанное значение void setup() { pinMode(digitalPin, INPUT); Serial.begin(9600); runTime = millis(); // запоминаем время запуска программы } void loop() { int digitalValue = digitalRead(digitalPin); // значение с цифрового канала delay(50); // небольшая задержка чтобы исключить дребезг контактов if ((prevValue == HIGH) && (digitalValue == LOW)) { // ловим переход HIGH->LOW сигнала unsigned long timeSpan = millis() – runTime; // время одного оборота, мс runTime = millis(); // запомним текущее время Serial.println(“Период оборота = ” + (String)timeSpan + ” мс”); double omega = 2 * PI / (timeSpan * 1.0E-3); Serial.println(“Угловая скорость = ” + (String)omega + ” рад/с”); } prevValue = digitalValue; // запомним предыдущее значение датчика Холла }

Загрузим скетч, и начнём вращать наш диск с магнитом. Период оборота и угловая скорость выводятся в окно консоли:

Скорость и период вращения диска выводятся в монитор последовательного порта

Кстати, если на небольшом расстоянии друг за другом на диске разместить два магнита, то можно будет определить не только скорость вращения, но и направление. Естественно, скетч придётся немного усложнить.

Возвращаясь к идее спидометра для велосипеда, нужно вспомнить ещё одну формулу – связь угловой и линейной скоростей: v = ω r

Здесь v – линейная скорость, ω – угловая скорость, r – радиус колеса велосипеда. Теперь несложно дописать наш последний скетч с учётом этой формулы.

4Значения с аналогового каналадатчика Холла 49E

Теперь разберёмся, что же показывают аналоговые значения с датчика Холла.

Датчик выдаёт напряжение, которое изменяется в зависимости от величины магнитного поля. Вектор индукции магнитного поля измеряется в Гауссах (Гс, GS по-английски).

Согласно техническому описанию на детектор Холла, пределы измерения датчика Холла 49E ±1500 Гс с линейным участком от −1200 до +1200 Гс., а чувствительность датчика примерно 2,9 мВ/Гс.

Рассмотрим график зависимости напряжения на датчике Холла от величины магнитного поля:

График зависимости напряжения на датчике Холла от величины магнитного поля

Помните наш первый скетч? Показания, снятые с датчика, изменялись в районе 508..525 отчётов (левая шкала ординат на графике).

Если перевести их в вольты, то это как раз около нуля шкалы отсчёта датчика, или 2,5 В (правая шкала).

Если мы поднесём магнит одним полюсом к датчику Холла, показания будут меняться от нуля в одну сторону, если поднесём другим полюсом – в другую.

Таким образом, по показаниям аналогового канала датчика Холла можно судить о величине магнитного поля и о направлении магнитных силовых линий.

Скачать техническое описание (datasheet) на датчик Холла 49E

Источник: https://soltau.ru/index.php/arduino/item/491-kak-podklyuchit-datchik-kholla-49e-k-arduino

Импульсный датчик скорости

Импульсный датчик скорости и направления вращения преобразует скорость и направление вращения деталей механизма в один электрический сигнал для последующего измерения и индикации параметров работы. Системы автоматического управления могут использовать датчик для включения в петлю обратной связи.

Информация, поступающая от датчика, необходима для формирования управляющих сигналов в системах регулирования и стабилизации параметров перемещения механических узлов автоматизированного объекта.

Применения такого датчика требует контроль оборотов выходных валов редукторов, определение направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости и многие другие приборы.

Датчик использует всего три провода, с помощью которых подается питание и передается сигнал частоты и направления вращения в прибор системы автоматического управления. Датчик предназначен для применения в системах автоматизации поточных линий, транспортных системах и в других системах автоматического управления.

Техническая характеристика датчика

Измеряемая скорость вращения ….. 0,3…3000 об/мин Температура эксплуатации ………… –25…+60 °С

Напряжение питания ……………….6,5…18 Вольт

Краткое описание работы

В основе работы датчика лежит преобразование перемещения в электрический сигнал которое выполняет компонент использующий эффект Холла – микросхема SS526DT производства компании Honeywell.

Датчик Холла:

Микросхема содержит два полупроводниковых элемента, генерирующих разность потенциалов при воздействии магнитного поля. Она позволяет определить скорость и направление вращения.

Информация об этих параметрах поступает от микросхемы SS526DT в схему датчика с двух соответствующих выходов в цифровом виде: скорости движения соответствует частота импульсов с выхода Speed (далее Скорость), направлению соответствует логический уровень на выходе Direction (далее Направление).

Конструкция датчика скорости и направления оборотов

Вращательное перемещение воспринимает вал датчика через закрепленную на нем шестерню. На валу расположен диск, в котором установлены постоянные магниты. Применение неодимовых магнитов (самых сильных постоянных магнитов) позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов.

Свойство неодимовых магнитов при малых габаритах создавать магнитное поле достаточной напряженности делает их оптимальными для применения в этой конструкции. Установлены магниты таким образом, что полюса магнитов чередуются, что необходимо для работы микросхемы SS526DT.

Внутренняя схема SS526DT, имеющая в своем составе триггер, определяет направление движения благодаря смене полярности магнитного поля, которое создается постоянными магнитами.

Чем больше магнитов установлено на диске, тем выше дискретность и, следовательно, увеличивается возможность регистрации медленных перемещений, т.е. чувствительность датчика становится выше.

Микросхема SS526DT устанавливается на небольшой печатной плате, соединенной проводами с основной схемой датчика, элементы которой расположены на второй печатной плате большего размера. Перемещение полюсов магнитов происходит вдоль корпуса микросхемы SS526DT. Все элементы заключены в металлический защитный экранирующий кожух.

Схема электрическая принципиальная

С выхода датчика скорости и направления поступает сигнал, передающий информацию о скорости оборотов с помощью частоты импульсов, а информация о направлении вращения передается с помощью полярности импульсов.

Выходной сигнал:

Благодаря наличию в схеме датчика источника двуполярного напряжения питания выходной сигнал размахом 5 вольт может иметь отрицательную или положительную полярность.

Функциональная схема датчика скорости и направления оборотов:

Электрическая схема преобразует сигнал от датчика Холла в выходной сигнал датчика скорости и направления вращения, обеспечивая достаточную нагрузочную способность по току. Для минимизации помех, воздействующих на кабель импульсного датчика, сопротивление приёмника сигнала должно быть небольшим.

Нужно, чтобы выходной ток датчика был достаточен для принимающего прибора в целях уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Питание датчика подается по двум проводам. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания.

Датчик Холла формирует сигнал, несущий информацию о направлении вращения, который управляет переключателем К1. В зависимости от уровня сигнала переключатель К1 подает на переключатель К2 положительное или отрицательное напряжение. Сигнал скорости датчика Холла управляет переключателем К2.

Частота сигнала Скорость, сформированного переключателем К2, соответствует половине количества магнитов, размещенных на диске датчика скорости и направления вращения.

Упрощенная схема датчика и принимающего прибора:

Логические элементы усиливают сигнал Направление, поступающий от датчика Холла. Логические элементы управляют светодиодами оптронов, один из которых работает на замыкание, а другой на размыкание. При низком логическом уровне сигнала Направление светодиоды оптронов не светятся.

Также замкнуты контакты оптрона работающего на размыкание, на контакты оптрона сигнала Скорость подано напряжение + 5 вольт от встроенного двухполярного импульсного источника питания.

При высоком логическом уровне сигнала Направление через светодиоды оптронов, управляющих полярностью выходного сигнала датчика скорости и направления вращения, проходит ток, положение контактов оптронов таково, что выходной оптрон подключается к напряжению минус 5 вольт. Сигнал Скорость через усиливающий логический элемент поступает на управление выходным оптроном.

Под действием сигнала скорость с выхода датчика поступают импульсы, полярность которых задана сигналом Направление. Применение оптрона на выходе датчика позволяет увеличить нагрузочную способность, что дает возможность передавать сигнал увеличенным током для повышения помехоустойчивости.

На входе принимающего устройства сигнал дешифруется перед измерением частоты. С помощью сдвоенного оптрона в принимающем приборе сигнал, несущий информацию о скорости вращательного перемещения направляется на один из проводов, соответствующий направлению перемещения.

Провода “Скорость вращения по часовой” и “Скорость вращения против часовой” подключаются к частотоизмерительным контурам схемы принимающего прибора. В зависимости от того, на каком проводе появляется сигнал, схема распознает направление перемещения.

При включении светодиодов как указано на схеме работать будет только один оптрон в зависимости от полярности импульсов входящего сигнала Скорость/направление.

Для увеличения помехозащищенности параллельно светодиодам можно подключить резисторы, увеличивающие ток, протекающий по проводу “Скорость/направление”.

Электрическая схема датчика скорости и направления оборотов:

Рассмотренный порядок работы реализован в электрической схеме датчика скорости и направления вращения. Сигнал Направление поступает с выхода D микросхемы, использующей эффект Холла, DA2. Высокий логический уровень сигнала Направление преобразуется инвертором, входящим в состав микросхемы DD1, в низкий на выводе 12. Светодиод оптрона VK1.

2 получает возможность работать при появлении высокого логического уровня на выводе 10 микросхемы DD1. Одновременно с этим запрещается работа светодиода оптрона VK1.1, так как на анод светодиода подано напряжение низкого логического уровня.

Таким образом, благодаря соединению светодиодов оптронов с логическим элементом как изображено на схеме сигнал Направление устанавливает, через какой из оптронов будет проходить сигнал, поступающий с вывода 10 микросхемы DD1. Сигнал скорости оборотов поступает с выхода S микросхемы DA2 на вход инвертора микросхемы DD1.

Высокий уровень импульсов, поступающих с вывода 10 микросхемы DD1, заставляет течь ток через резистор R4 и светодиод оптрона VK1.2. Функции оптронов разделяются следующим образом: оптрон VK1.1 формирует сигнал положительной полярности на контакте 3 клеммы XT1, оптрон VK1.2 – отрицательной.

В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Конденсаторы, входящие в схему датчика, сглаживают помехи, уменьшая их влияние на формирование выходного сигнала. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика.

Их номинал может быть переопределен в зависимости от входной цепи приёмника для их согласования. Схема использует один сдвоенный оптрон VK1, что позволяет сократить площадь печатной платы и сформировать сигналы Скорость и Направление вращения, используя один компонент.

Радиодетали в схеме

Параметры импульсного датчика во многом обуславливают примененные компоненты его электрической схемы. Диапазон изменения напряжения питания, при котором способен работать датчик скорости и направления вращения обуславливает преобразователь напряжения DA1. Верхний предел измерения скорости вращения зависит от быстродействия оптрона VK1.

Применение конденсаторов с наименьшим тангенсом угла потерь сочетание конденсаторов с различными типами диэлектрика использование последних разработок в области конденсаторов позволяет добиться наиболее высоких результатов.

При чрезмерном увеличении емкости существует опасность “перегрузить” преобразователь напряжения DA1, что приведет к срабатыванию защиты по току в момент подачи питания и схема “не будет подавать признаков жизни”. При выборе типа оптореле VK1 оценивается его быстродействие и частота импульсов, поступающих на вход оптореле. Правильный выбор VK1 позволит уменьшить стоимость датчика.

Микросхема DD1 выполняет функцию простейшего усилителя по току и может быть заменена другой микросхемой. Клемма XT1 предназначенная для монтажа на печатную плату, может быть заменена на другой элемент разъемного соединения.

C1…C3 Конденсатор EMR 47 мкФ 50 В ф. Hitano

C4…C6 Конденсатор SMD 0805 2,2 мкФ 16 В

DA1 Преобразователь напряжения TMR 3-1221WI ф. Traco power

DA2 Микросхема SS526DT ф. Honeywell

DD1 Микросхема КР1533ЛН1

R1, R2 Резистор 300 Ом ±5%

R3, R4 Резистор 180 Ом ±5%

VK1 Оптореле 249КП10АР

ХТ1 Клемма LMI 107 203 51

Модифицирование импульсного датчика в зависимости от скорости вращения

Для различных применений требуется измерять различные диапазоны изменения скорости вращения, меняются требования к скорости определения смены направления вращения. Возможно применение датчика для скоростей 1 оборот в минуту и менее.

При таких скоростях нужно увеличивать количество магнитов на диске, применять магниты с наименьшими габаритами и уменьшать зазор между микросхемой DA2 и плоскостью диска. Если скорости 5000 и более оборотов в минуту количество магнитов можно уменьшить. При этом наибольшая измеряемая скорость ограничена только конструктивными особенностями датчика.

При уменьшении количества магнитов уменьшаются требования к наивысшей рабочей частоте компонентов схемы.

Источник: http://xn--80a3afg4cq.xn--p1ai/poleznye-skhemy/impulsnyjj-datchik-skorosti.html

Датчики холла и их применение

Статьи » Справка » Датчики холла и их применение

Эффект Холла был открыт в 1879 г. американским ученым Эдвином Гербертом Холлом. Он занимался решением вопроса о том, зависит ли сопротивление катушки, возбуждаемой током, от наличия рядом с ней постоянного магнита.

Проведя тысячи опытов, он обнаружил, что если направление магнитного поля перпендикулярно направлению тока в проводнике, то в поперечном направлении (и к току, и к вектору индукции магнитного поля) появляется напряжение Uh, называемое напряжением

Холла (рис.1). Это напряжение определяется по следующей формуле: Uh = Rh H I sin w/d, где Rh — коэффициент Холла, который сильно зависит от материала проводника; Н — напряженность магнитного поля; I — ток в проводнике; w — угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля (если w = 90°, sin w = 1); d — толщина материала.

Открытие Холла потрясло современников тем, что он ухитрился измерить сверхмалые напряжения, так как использованный им материал (золотая пластинка) имел очень малый коэффициент Rh.

По этой причине эффект Холла оставался лабораторным курьезом и не находил применения вплоть до середины нашего столетия, когда были открыты материалы, имеющие достаточно высокий коэффициент Rh. К этим материалам относятся: сверхчистый германий или кремний, сплав магния, цинка и кобальта, арсенид индия, антимонид индия, арсенид галлия.

Чаще всего в настоящее время используется арсенид индия, так как он имеет низкий температурный коэффициент (менее — 0,1%/°С) и низкое электрическое сопротивление.

Датчик Холла по сравнению с другими датчиками имеет уникальную особенность: выходной эффект определяется произведением входных эффектов. Благодаря этому области применения датчиков Холла обширны.

Перечислим некоторые из них: 1) считывание данных с магнитных карточек; 2) датчики приближения; 3) датчики скорости вращения; 4) измерение мощности; 5) перемножители; 6) измерение магнитного поля; 7) измерение тока; 8) линейные (угловые) преобразователи; 9) магнитные головки; 10) измерение воздушных зазоров;

11) измерение температуры.

Поскольку напряжение Холла невелико, к выводам напряжения Холла обычно подключают операционный усилитель ОУ (рис.2,а).

Если к выходу ОУ подключить триггер Шмитта (рис.2,б), то схему можно подключить к цифровым узлам. Эта схема представляет собой пороговое устройство, срабатывающее при определенном уровне напряженности магнитного поля (иногда его называют переключателем Холла).

Датчики Холла обычно используют в паре с постоянными магнитами. В варианте рис.2,б датчик срабатывает при приближении постоянного магнита на определенное расстояние.

Если закрепить постоянный магнит, например, на вращающемся валу, то можно построить счетчик оборотов вала. Можно и не закреплять магнит на движущейся ферромагнитной детали. На рис.

3 показана
схема взаимодействия, при которой деталь (например, лопасть винта) экранирует магнитное поле постоянного магнита. Обычно датчики Холла срабатывают при магнитном потоке 100-200 Гс.

Выпускают трехвыводные датчики Холла (рис.4,а). В корпусе датчика Холла устанавливают n-p-n транзистор с открытым коллектором. На рис.4,б показана схема подключения такого датчика Холла к логическому КМОП-элементу. На рис.4,в показана схема подключения светодиода к датчику Холла.

Обычно ток через транзистор датчика не должен превышать 20 мА.

Учитывая падение напряжения на светодиоде порядка 1,5 В, можно рассчитать сопротивление резистора: R = (12 — 1,5)В/0,02 А = 525 Ом (выбираем близкое значение из стандартного ряда 560 Ом).

Для подключения мощной нагрузки необходимо установить усилитель тока. На рис.5 показано включение нагрузки в сети переменного тока через мощный симистор.

Ток управляющего электрода симистора 80 мА формируется в дополнительном транзисторе — усилителе тока.

Обычно магнитное поле проводника с током недостаточно интенсивное для работы датчика Холла. Чувствительность
датчиков Холла составляет 1…5 мВ/Гс. Магнитная индукция проводника с током оценивается по формуле В (Гаусс) =I(А)/4пr(дюймов), где r — расстояние от оси проводника. Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис.

6, в которой проводник с током обвивает тороидальный сердечник с зазором, в зазоре устанавливают датчик Холла. При зазоре 1,5 мм магнитная индукция составит 6 Гс/А. Для измерения сильных токов (более 25 А) применяют конструкцию рис.7, в которой проводник с током пропускают через тороидальный сердечник.

Материал сердечника — альсифер или (на высоких частотах) феррит.

На переключателе Холла можно построить токовое реле. Магнитное поле катушки с током замыкается через переключатель Холла (рис.8). Если порог срабатывания переключателя Холла составляет 200 Гс, то количество витков катушки для заданного тока I рассчитывают по формуле N = 33/I (А). Например, для тока 100 мА необходимо намотать 330 витков.

В табл.1 приведены параметры датчиков Холла фирмы Allegro MicroSystems,Inc.

В табл.2 приведены параметры датчиков Холла фирмы Honeywel

Литература
Конструктор № 1/2000

Источник: http://rcl-radio.ru/?p=612

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector