基于霍爾電路設計的可逆計量傳感器

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。