霍爾式膠印機旋轉編碼器設計

引 言
實現膠印機印刷工藝過程的程序控制系統(PLC)需用多個傳感器對紙張位置、旋轉角度進行檢測,傳感器數量的增多給安裝、調試和使用造成諸多不便，使設備的可靠性降低，電氣控制系統的成本增加。分析膠印機的功能和機械傳動系統發現，膠印機的合壓、打碼、撥碼、噴粉和雙回轉功能屬順序控制，可通過檢測收紙輥的旋轉角度，實現程序控制。考慮到膠印機存在油、墨、水和落塵污染，又屬連續運行的苛刻應用環境，磁敏型傳感器較為適合，但對控制工位相對少的膠印機來說，選用磁旋轉編碼器又顯得價格昂貴。因此，基于開關型霍爾電路設計了霍爾式膠印機旋轉編碼器系統(以下簡稱霍爾旋轉編碼器)，使傳感器的安裝、調試、布線簡化，節省了PLC的輸入接口資源，在膠印機控制系統中的應用取得了成功。

1 霍爾旋轉編碼器原理框圖
霍爾旋轉編碼器主要由旋轉磁鐵組合、取樣電路和信號處理電路等部分組成，如圖1所示。其中，旋轉磁鐵組合安裝在膠印機收紙輥上，霍爾旋轉編碼器電路部分固定在機體上，敏感面對準磁極，兩者間距小于5 mm，對收紙輥的旋轉角度進行取樣。因磁極的位置是確定的，所以取樣信號是絕對位置量。如果取樣電路具有識別印刷工藝起點和位置順序控制點的能力，那么印刷的過程就能通過一個傳感器的多點取樣，實現程序控制。取樣的基礎是基于霍爾電路A3144，顯然單一霍爾芯片不能實現包括起始點和順序點的取樣，需要對取樣電路進行特殊設計，以滿上述要求。取樣電路獲取的位置信號送信號處理電路，經軟件系統對信號進行判斷處理，確認后輸出編碼信息。

2 取樣電路系統設計
2．1 雙霍爾取樣系統結構與原理
根據開關型霍爾電路原理，霍爾芯片只對一個方向的磁場有效，這就是說霍爾芯片的一個感應面為磁體的s極敏感，那么另一面一定是N極敏感，假設這兩面分別叫S面和N面。將兩個開關型霍爾芯片A和B的相同敏感面(例如N面)相對，A在前，B在后疊放，組成一雙霍爾取樣電路AB。芯片A的輸出定義為Va，芯片B的輸出定義為Vb，顯然對來自同一方向的磁體，芯片A對S極敏感，芯片B對N極敏感，即S極觸發雙霍爾AB，則Va輸出，N極觸發AB，則Vb輸出，參見圖2。這種設計使取樣芯片組對兩個磁場方向都敏感，因芯片獨立輸出，具有識別磁極的能力。由于磁體組的S極、N極有位置間隔，所以Va,Vb信號在時間上不重疊。當S，N1，N2， N3，N4旋轉一周順序觸發AB時，芯片A將輸出一個脈沖，稱之為“起始點”或零信號；芯片B將輸出四個脈沖，稱之為“順序點”信號。基于這種思想設計取樣電路，實現了對旋轉磁體組各磁極的識別功能，尤其關鍵的是能確定印刷過程的起始點。