?

　　無接觸可逆計量信息的傳感方式大致分為光電式和磁敏式，兩者都配有復雜的電路轉換系統或借用應用系統硬件配合軟件實現轉向識別和可逆計量。帶有光電碼盤或光柵的光電式可逆傳感器具有計量精度高的優點，但因環境苛刻而限制其應用。磁敏式一般采用霍爾效應傳感器和磁敏電阻作為敏感元件，具有環境耐受性好的優點，但這些設計都不能直接輸出可逆計量信號，需要信號處理電路支持。因此，設計一種結構簡單，僅由霍爾元件構成，能直接輸出可逆計量信號的新型傳感器，具有實際應用價值。

　　1 幾種可逆計量電路設計的技術分析

　　基于霍爾電路設計的可逆計量傳感器的電路形式很多，對比研究其取樣方式和工作原理，大致分為三類，即脈沖相位差異型雙霍爾取樣電路、脈沖占空比差異型鎖存霍爾取樣電路、集成化單片雙霍爾開關位置傳感器。對它們的取樣方式、輸出時序和電路特點分析如下。

　　1.1 脈沖相位差異型雙霍爾取樣電路

　　這類電路一般由兩個開關型霍爾電路構成，霍爾芯片沿磁體旋轉方向排列，采用一個或多個同極性磁體觸發，取樣原理和輸出時序如圖1所示。H1，H2分別是A3144開關型霍爾芯片，由于H1，H2有一定間隔，同一個磁體順時針旋轉(正轉)和逆時針旋轉(反轉)時，對H1、H2的觸發具有先后順序性，信號輸出的初相位不同。正轉時，OUT1先于OUT2輸出;而反轉時，OUT1落后于OUT2輸出。因此，轉向不同，取樣電路輸出信號存在相位差異特征。

?

　　這類電路的應用系統一般采用微處理器或可編程邏輯器件分析處理這兩路信號，根據輸出信號的相位差異特征，采用軟件系統或邏輯運算判斷方向，實現可逆計量。這類取樣電路的缺點是不能直接輸出可逆計量信號，需要另外設計轉換電路實現轉向識別和可逆計量。優點是采用多個同性磁極觸發時，可簡單實現多倍頻取樣。

　　1.2 脈沖占空比差異型霍爾取樣電路

　　這類取樣電路由一片鎖存型霍爾芯片構成，采用異極性雙磁極交替觸發，取樣原理和輸出時序如圖2所示。H1為A3290鎖存型霍爾芯片，假設磁體的N，S極安裝順序按逆時針方向排列，且它們在同一象限內，S極鎖存霍兒效應，那么N極將解除鎖存。當N，S極正轉時，S極接近H1，將觸發輸出低電平，N極接近H1，將觸發輸出高電平。低電平持續時間為T1，高電平持續時間為T2。顯然正轉時，S，N間隔小于π，T1T2，即T1/T2>1。分析表明，轉向不同，取樣電路輸出信號的占空比存在差異。

?

　　這種取樣方式相對簡單，但需另外設計信號處理電路，根據輸出信號的占空比差異特征實現轉向識別和可逆計量，勻速旋轉時軟件判別容易。缺點是這種磁體安裝方式的倍頻倍數低;變速旋轉時需要軟件進一步支持，以避免出現誤判，因此建議S，N應盡量靠近。

　　#p?集成化單片雙霍爾開關位置傳感器#e#1.3 集成化單片雙霍爾開關位置傳感器

　　霍尼韋爾(Honeywell)公司曾發表了SS526DT雙霍爾開關位置傳感器，能夠實現轉向判別和速度輸出，主要用于方向檢測與控制，其電路原理框圖如圖3所示。傳感器內含兩個相距1.4 mm的霍爾芯片，封裝在熱模材料內。為實現轉向判別，片內設計了邏輯運算單元，提供沿封裝面方向的磁場梯度變化的速度與方向輸出。

?

　　這種電路的優點是能夠直接輸出可逆計量信號，缺點是需要配用特殊設計的梯度磁場取樣系統，關于它的應用報導尚不多見。但是如果霍爾元件處在大范圍的梯度磁場中，片內霍爾電壓將持續存在，其抗干擾能力將下降，這也是這類傳感器采用鎖存型霍爾芯片的原因之一。因此建議應用非鎖存開關型霍爾芯片時，要避免采用大范圍的梯度磁場觸發。

　　2 基于霍爾電路的可逆計量傳感器

　　對比以上幾種電路的特點，提出一種新的設計方案，基于霍爾電路設計的可逆計量傳感器，不用信號處理電路支持，能夠實現自動判向，直接輸出可逆計量信號，電路簡潔、原理簡單、實現容易。

　　2.1 傳感器構成與電路原理

　　傳感器由兩片霍爾芯片構成，H1為一開關型霍爾電路(例如A3144)，H2為一鎖存型霍爾電路(例如A3290)。電路原理如圖4所示，為描述問題方便，圖4還給出了等效簡圖。兩芯片緊靠、敏感面在同一平面內并朝向觸發磁體。設H1用S極觸發;H2用S極鎖存，用N極解除鎖存;Vcc為電源正端，Vss為電源負端;芯片獨立輸出，分別為OUT1，OUT2。其中OUT1輸出計量脈沖，OUT2輸出轉向電平信號(高/低)。

?

　　2.2 取樣旋轉磁體設計

　　旋轉取樣系統由兩塊磁體構成，如圖5所示。其中一塊磁體的S極朝向傳感器敏感面，另一塊磁體的N極朝向傳感器敏感面。S，N在同一象限內安裝，且按正轉順序排列，S，N間隔小于π/2。當磁體旋轉時，S極將依此觸發H1，H2，N極只對H2有效。

?

　　2.3 傳感器工作原理

　　根據取樣系統和電路的設計特點，H1，H2和S，N都有排列次序，如圖6所示。當旋轉磁體正轉時(設周期為T)，S極將依此觸發H1，H2，由于H1是開關型霍爾芯片，輸出不鎖存，S極掠過H1后，OUT1也將由低電平變為高電平，每觸發一次輸出一個脈沖。然后S極觸發H2，由于H2具有鎖存特性，OUT2低電平被保持，但是因N，S極間隔小于π/2，N極將以相對較短的時間間隔觸發H2，解除H2的鎖存，OUT2變為高電平，OUT2輸出一個低電平持續時間小于T/4的短暫脈沖，而高電平持續時間將大于3T/4。分析輸出時序可見，OUT1輸出低電平脈沖的時間正好在OUT2維持輸出高電平時段。其結果等效于OUT1輸出轉數脈沖，OUT2輸出表示正轉的高電平。同理，當旋轉磁體反轉時，S極先觸發H2，在OUT2維持低電平輸出期間，再觸發H2，OUT1輸出一個轉數脈沖，OUT2輸出表示反轉的低電平。以上分析說明，該電路能夠識別轉向，直接輸出可逆計量信號。

　　3 結語

　　應當指出，雖然OUT2輸出也存在脈動，但在OUT1輸出計量脈沖有效低電平時間內，OUT2輸出高/低電平保持不變，并不影響可逆計量結果。這個設計方案，完全基于霍爾電路構成，不用外圍電路支持，實現了轉向識別，并能直接輸出可逆計量信號。具有電路簡單、可靠實用的優點，可與通用計量裝置直接接口實現可逆計量。