阅读说明：本技术 一种长检测距离高精度霍尔位置信号器的设计方法 (Design method of long-detection-distance high-precision Hall position annunciator ) 是由 刘泽金 徐守祥 夏晓明 王淼 沈娟 严雨宁 杨超 曹亮 王军军 黄森 王君 雷 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种长检测距离高精度霍尔位置信号器,包括微小回差霍尔集成电路和与之连接的辅助电路；微小回差霍尔集成电路回差为0.3mT～1.2mT；所述辅助电路包括电源电路、电源保护电路、输出电路、信号输出保护电路；霍尔集成电路将磁信号转换为电信号输出：设有3200GS±100GS的磁钢装在活门或待检测的活动装置上,与霍尔位置传感器有14.5mm距离；本发明的霍尔位置信号器磁滞小测量精度高、能抗高电源浪涌电压、检测距离长、工作温度范围宽,能满足隔离测量、能抗高电源浪涌电压、可应用于飞机的高精度测量位置的要求。(The invention provides a long-detection-distance high-precision Hall position annunciator, which comprises a micro return difference Hall integrated circuit and an auxiliary circuit connected with the micro return difference Hall integrated circuit; the return difference of the micro-return-difference Hall integrated circuit is 0.3 mT-1.2 mT; the auxiliary circuit comprises a power supply circuit, a power supply protection circuit, an output circuit and a signal output protection circuit; the Hall integrated circuit converts the magnetic signal into an electric signal to be output: the magnetic steel provided with 3200GS +/-100 GS is arranged on a valve or a movable device to be detected, and has a distance of 14.5mm with the Hall position sensor; the Hall position annunciator has the advantages of small hysteresis, high measurement precision, high power supply surge voltage resistance, long detection distance and wide working temperature range, can meet the requirements of isolation measurement and high power supply surge voltage resistance, and can be applied to high-precision measurement positions of airplanes.)

一种长检测距离高精度霍尔位置信号器的设计方法

技术领域

本发明涉及属于磁敏传感器领域，特别是一种能隔离测量、能抗高电源浪涌电压、检测距离长、可应用于飞机的高精度测量位置信号传感器的设计方法。

背景技术

霍尔位置信号器是一种磁敏传感器，以霍尔效应原理为其工作基础，用它可以检测磁场的变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。

霍尔位置信号器具有许多优点，它的磁滞小测量精度高，能抗高电源浪涌电压，工作温度范围宽，隔离测量，安装方便，耐震动等。通过霍尔位置信号器可将非电的位置物理量转变成电量来进行检测和控制，可以应用于我国的航空设备上。

移动距离长的飞机大活门，有的可以达到14.5mm，要实现对这种活门的关闭状态进行高精度测量判断有很大难度。现有常见的位置传感器测量距离大多为8mm～10mm左右，磁滞为3mm以上，没有考虑防高电源浪涌电压设计，不能满足大活门要求长距离测量、磁滞小于1mm、能抗飞机电源高浪涌电压的测量需求。本发明技术可以解决这一问题而提出创新的技术方案。

发明内容

本发明目的在于，提供一种检测距离长、能隔离测量、能抗高电源浪涌电压、可应用于飞机的高精度测量位置的信号器。

为达成上述目的，本发明技术方案是，一种长检测距离高精度霍尔位置信号器，其特征是，包括微小回差霍尔集成电路和与之连接的辅助电路；微小回差霍尔集成电路回差为0.3mT～1.2mT；所述辅助电路包括电源电路、电源保护电路、输出电路、信号输出保护电路；霍尔集成电路将磁信号转换为电信号输出：设有3200GS±100GS的磁钢装在活门或待检测的活动装置上，与霍尔位置传感器有14.5mm距离；

设有串联的电阻R1、稳压管D2组成电路给霍尔集成电路H提供4.5V～24V范围的工作电压，D1瞬态电压抑制管并联在电阻R1与稳压管D2串联电路上；电阻R1与稳压管D2之间接微小回差霍尔集成电路的输入端，D4为微小回差霍尔集成电路H的输出与地之间的瞬态电压抑制管为电源保护电路和信号输出保护电路。

微小回差霍尔集成电路指霍尔集成电路输出经三级放大电路和比较电路和史密特触发电路，放大倍数为40-60，放大霍尔元件输出的电压；三级放大电路再接比较电路和史密特触发电路。调整比较电路工作点磁感应强度和(霍尔的开与关)释放点磁感应强度霍尔开关的参数。

长检测距离高精度霍尔位置信号器即一种霍尔位置信号器，设计了3200GS±100GS的磁钢装在活门或待检测的活动装置上，与霍尔位置传感器配套使用，实现14.5mm长距离检测。

装有磁钢的活门在移动过程中霍尔位置信号器的输出电压发生变化，可判断活门移动的位置。

图1所示，当磁钢沿着霍尔位置信号器轴线移动时，随着霍尔集成电路感应到的磁场强度增强或减弱，其输出电压发生变化，通过输出电压值可判断出装有磁钢的活门的位置。装有磁钢的活门远离霍尔位置信号器(主要指磁钢与霍尔位置信号器的距离)距离大约14.5mm时，霍尔集成电路感应到的磁场变弱，输出电压由低电平变为高电平，这时的距离为反转点距离，这时表示活门为关闭状态。装有磁钢的活门(有开启趋势并实际脱开闭门的位置)由远处靠近霍尔位置信号器距离大约13.6mm时，这时的距离为工作点距离(触发点位置)，霍尔集成电路感应到磁场后输出电压由高电平变为低电平，活门从13.6mm位置继续移动至0mm过程，输出电压为低电平；低电平电压表示活门为打开状态(打开后的活门与磁钢)，为了提高测量活门为关闭状态的精度，设计采用了微小回差的霍尔集成电路，使得反转点距离和工作点距离(触发点位置)的差值(磁滞)小于1mm。

有益效果：本发明磁滞小测量精度高、高抗电源浪涌电压、检测距离长，工作温度范围宽，安装方便，耐震动等。通过霍尔位置信号器可将非电的位置物理量转变成电量来进行检测和控制。本发明对距离感应的精度小于1mm，通过小回差值(磁滞)检测电路实现，能隔离测量、能抗高电源浪涌电压、可应用于飞机的高精度测量位置的信号器。在电路设计时增加了电源保护电路、信号输出保护电路，可以使防电源浪涌电压达到≥8000V以上。

附图说明

图1为本发明实施霍尔位置信号器的功能框图。

图2为图1中霍尔位置信号器的具体电路图。

图3是要实现小回差高精度测量我公司专门设计的的微小回差霍尔集成电路的电路图。

图4为要实现霍尔位置信号器长距离测量专门设计的磁钢图。

图5为图1中霍尔位置信号器工作示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1为本发明实施例霍尔位置信号器的功能框图。霍尔位置信号器包括微小回差霍尔集成电路和与之连接的辅助电路。如图1所示，辅助电路包括电源电路、电源保护电路、输出电路、信号输出保护电路。微小回差霍尔集成电路将磁信号转换为电信号输出。

如图2所示的电路图中，霍尔位置信号器的工作电压为+16V～+28V，由电阻R1、稳压管D2组成电路给微小回差霍尔集成电路H提供4.5V～24V范围的工作电压，微小回差霍尔集成电路感应到磁场的强弱其第3引脚输出一个会变化的电压信号；D1瞬态电压抑制管并联在电阻R1与稳压管D2串联电路上；电阻R1与稳压管D2之间接微小回差霍尔集成电路的输入端，D4(D4为微小回差霍尔集成电路H的输出与地之间的瞬态电压抑制管)分别组成电源保护电路和信号输出保护电路。本发明在电路设计时增加了电源保护电路、信号输出保护电路，可以使抗高电源浪涌电压达到≥8000V以上。

图3为要实现霍尔位置信号器磁滞小、高精度测量，设计的微小回差霍尔集成电路的电路图，Q1～Q8，R1～R5组成给霍尔元件H的电压供电电路；Q9～Q11，R6～R9组成三级放大电路(放大倍数40-60)，放大霍尔元件输出的电压值；Q12～Q21，R10～R11组成比较电路(Q12、Q13)和史密特触发电路，调整比较电路工作点磁感应强度和释放点磁感应强度工艺参数，达到微小回差要求；Q22～Q24，R12～R14组成输出电路，磁场强度弱时输出高电平电压、磁场强度强时输出低电平电压。为要实现霍尔位置信号器磁滞小、高精度测量，我公司专门设计的微小回差霍尔集成电路芯片图，该霍尔集成电路回差极小，数值为0.3mT～1.2mT。

图4为要实现霍尔位置信号器长距离测量我公司专门设计的磁钢图，磁场强度设计值为3200GS±100GS。图4中左图为正视图，右图为左图中内剖视图(矩形)。

图5为霍尔位置信号器的工作示意图，将装有磁钢的活门移动位置变化引起霍尔位置信号器的输出电压变化，通过输出电压的变化，可判断活门的位置。

霍尔位置信号器进行了大量的环境和力学试验，试验项目有高低温测试、高温工作、低温工作、温度冲击、稳态湿热、振动、冲击、高温寿命。试验后各指标满足要求。表1与表2为霍尔位置信号器常温的测试数据表，表1中霍尔位置信号器对14.5mm的长距离测试数据。表2中为图1中霍尔位置信号器小于1mm的小磁滞测试数据。从数据中可看出本发明的霍尔位置信号器磁滞小(小于1mm)、测量距离达到14.5mm、测量精度高。其工作温度范围宽(-55℃～+125℃)，可满足使用要求。

表1

在工作电源+28V和0V两端接口间施加8000V电压后测试

表2

在工作电源+28V和0V两端接口间施加8000V电压后测试。