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STM32的旋转物体转速和位置测量系统设计+电路图+PCB图(4)
当旋转物体转动时,就会在旋转物体外壳附近的漏磁场因物体转动而引起变化,这时,利用线性霍尔传感器对其进行检测,由于传感器输出电压信号较为稳定,因此,只要存在磁场,霍尔元件就会总是产生相同大小的电压,并且输出信号的电压大小与转速无关,即使是在低转速的状态下,仍然能够获得比较高的检测准确度。基于此项原理,在测转速过程中,采用线性霍尔元件来作为传感器,感应部分将固定在固定的外壳。在定子磁场中,永久磁铁的磁力线就会通向转子,而转子一般都是采用硅钢片叠压而成,转子在转动过程中将引起定子磁通发生周期性的变化,从而也将引起霍尔元件输出信号的频率的变化。而霍尔元件输出的信号无需经过放大处理,可直接用比较器整形后送入单片机进行处理,从而得到旋转物体的转速[9]。本文选型高精度线性霍尔传感器HAL49e,其内部电路图如图表8HAL49e内部电路方框图所示。
图表8HAL49e内部电路方框图
②基于线性霍尔传感器的角度位置测量
霍尔传感器还可以进行旋转角度的测量,其原理是当霍尔片上与电流和磁场的方向垂直时,产生霍尔电势差磁场由永久磁铁提供,保持它的控制电流和磁场强度不变,固定霍尔传感器的位置,让磁铁绕霍尔传感器旋转产生角度的变换,霍尔传感器输出电压将产生变化。基于此项原理,我们可知线性霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性关系,因此可以测得角度位置。
为此,我们选用了高精度的线性霍尔传感器,它的线性度好,测量精度高,同时还具有较强的抗外磁场干扰的能力,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀[10]。
2 测速方案
2.1 霍尔元件测速、测角度
本文将采用线性霍尔元件测速法,该方法利用霍尔元件在磁场中随着磁场的变化,其输出电压也将随着发生变化,并且与磁场呈线性关系。经过比较器之后霍尔信号输出为方波信号,而方波信号的周期即为转速信号的周期。所以根据输出的电压可以计算出旋转周期从而计算出转速,而电压值经过AD转换器也可以对应找到角度位置。霍尔传感器与永磁铁的位置放置如图表9线性霍尔传感器与永磁铁。
图表9线性霍尔传感器与永磁铁
其中,霍尔芯片被固定,而磁铁被放置在转子上转动如上图所示,同理,转速的测量也根据旋转引起的磁通量变化从而测得转变频率,从而得到转速。
2.2 精度分析
常用的光电测转速方案有M法(定时测角法),T法(定角测时法)和M/T法。
2.2.1 M法
M法测速(它还叫定时测角法):即我们测量得到所产生的脉冲数来获得被测速度值,这种方法称为M法测速,但是是在规定的时间间隔内,。设电机每转一圈发出的脉冲数为,且在规定的时间(S)内,测得得脉冲数为,如图表10M法测速原理所示。
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