基于自跟随的霍尔位移测量范围扩展的研究.pdfVIP

2 002 年 11 月 控 制 工 程 Nov . 2 0 0 2 第9 卷第6 期 Control Engineering of China Vol. 9 ,No. 6 文章编号 : (2002) 基于自跟随的霍尔位移测量范围扩展的研究 关明杰 , 江建民 , 刘 　义 , 陈文芗 ( 厦门大学 机电工程系 , 福建 厦门　361005) 摘 　　　要 : 用霍尔元件测量位移具有无接触、高精度等特点 ,但其缺点是测量范围小 ,限制了在实际环境中 的运用。介绍了一种运用于霍尔元件的自跟随测量系统的工作原理 ,使霍尔传感器跟随着被测对象进行测 量 ,从而使得传感器测量范围大大增加。该自跟随测量系统的核心是一个音圈电机 ,传感器与音圈电机的可 动部分连成一体 ,检测到的位移信号经处理转化为电信号驱动音圈电机 ,使传感器得到相应的位移 ,达到跟随 测量的目的。 关 　键 　词 : 霍尔元件 ; 自跟随;位移测量 中图分类号: TP 273 　　　文献标识码 : A 穿过元件 ,元件的输出端上得到非零电势。在零 1 　引 　言 Δ 位置附近的一段小范围内 , V X 关系近似为线 h 根据霍尔效应可知 ,在霍尔元件的一端通以 性 ,即有 电流 I ,并在霍尔元件基面法线方向上施以磁感 Δ V h = H 1 × X ; 应强度为 B 的磁场, 那么在垂直于 B 和 I 的方向 　　霍尔电势 V h 经过电学系统的接收放大和功 上将产生一个霍尔电势 : V h = S h ×I ×B , ( S h 为 率放大后得到 I , I 送给音圈电机 ,这个过程可认 ) [ 1] 灵敏度 。 为是线性放大 , 电学系统的增益为 H2 , 电学系统 　　用霍尔元件测量位移时 ,在被测物体上固定 的迟滞时间可忽略不计 ,则有 一个磁场 ,被测物体的移动带动磁场的移动 ,霍尔 Δ I = H2 ×V h = H × X ; 元件处于磁场内部。设电流 I 恒定且磁场为均 　　机械随动机构的核心是一个音圈电机 ,如图 匀梯度磁场 ,霍尔元件在磁场内移动时 ,输出 V h 1 所示 , 内外磁极、永久磁铁产生一个匀强磁场, 就与元件所处的位置相关 ,所以可用输出来测量 当音圈绕线通以电流时 ,产生 X 方向的磁场力 , 位移。这种测量方法具有响应快、非接触、高精度 使支架沿 X 方向作直线运动[2 ] 。 等优点。然而 ,大范围的均匀梯度磁场设计复杂 , 这在很大程度上限制了霍尔元件测量位移的应 用。若能在简单磁场条件下利用霍尔元件进行大 范围的测量 ,它的优点将更好发挥作用 ,