EDN China > 设计实例 > 模拟设计 > 正文
?

(多图) 霍尔传感器的一种特殊应用

罗佰绥 熊小民?? 2008年10月30日 ?? 收藏0

  1 引言

  等离子自动高低调节器是切割机中必不可少的配套设备,广泛应用于大型装备制造、造船和切割等领域,其主要功能是保证切割割炬与被切割工件保持最佳切割距离,消除由被切割工件的不平度变化引起的加工精度误差。切割机在工作过程中不能准确获取切割割炬与钢板的距离,这就必然影响钢板的切割质量。切割的弧电流强光会给操作人员造成视觉疲劳。因此,给出了一种基于霍尔传感器的设计方案,保证切割过程中割缝宽度均匀,切割精度提高。

  2 系统设计

  该设计方案利用霍尔效应原理产生随磁场变化而产生变化的电压,把变化的电压送到自动高低调节器,控制割炬的上升与下降,形成一个闭环的自动高低调节系统,如图1所示。该闭环自动控制系统由霍尔传感器、自检器、高频滤波器、运算放大器、比较器、断弧提升器、模拟开关手动自动转换器、光电耦合器、三态门互锁器、电机驱动器以及机械丝杆传递定位系统组成。图2所示是系统控制电路图,从而能在切割过程中实时控制割炬与钢板的距离,有效保证钢板的切割质量。

一个闭环的自动高低调节系统

点击看原图

系统控制电路图

点击看原图

  2.1 霍尔传感器

  将一块导体板置于磁场,使磁场的磁感应强度B的方向与板垂直,当导体板中流经一定电流时,垂直于磁场和电流方向的导体板的横向两侧会产生一定的电势差,这一现象称为霍尔效应。霍尔传感器是根据该原理制成的。图3是一个霍尔传感器,它共有4个接线端,分别为接地、+5 V,-5 V和电压输出,水电缆通过中间空心圆。

霍尔传感器

点击看原图

  等离子发生器起弧后,霍尔传感器采集割炬与钢板之间的电流,水电缆中的电流穿过霍尔传感器,在其周围产生恒定磁场。向霍尔传感器预先施加一恒压,产生一恒定电流,霍尔传感器则输出霍尔电压。如果切割电流有微小变化,则产生变化的磁场,而输出的霍尔电压也是变化的,这样就把切割中的变化电流转化为变化电压,输出的霍尔电压包含有干扰信号,其高频信号的范围较宽,这就需对信号电压进行高频滤波,从而获取有用信号,再将其信号送至等离子自动高低调节器。以运算放大器C1的引脚1的输出电压作为自检电压,并通过调节VR1改变其输出电压,也可以模拟霍尔传感器输出电压。

  2.2 高频滤波电路

  高频滤波电路由C1,L1,R1组成。由于高频信号经LM324运算放大器后,还有部分杂散的高频信号没有滤除,电容C1用于滤除高频信号,而电感L1阻碍高频信号,只允许被检波的低频解调信号通过,这样在负载R1上就建立了微弱的电压信号。

  2.3 差分运算放大器

  运算差分放大器采用LM324。R1上的电压输入B1的引脚3,引脚3缓冲输出,用于隔离信号源,提高负载驱动能力。D2和D3二极管具有箝位作用,正向导通,信号电压被耦合至R2,R2上的电压随R1变化,具有电压跟随器的作用,R2的电压输入至后续B2的12引脚,14引脚和8引脚分别输出电压V14和V8。采用双端输入、单端输出放大信号,将B3的8引脚和B2的14引脚的输出信号输入至差分放大器B4的5引脚和6引脚,由B4的7引脚输出放大后的信号。

  2.4 比较器

  控制系统中的比较器将差分运算放大器B4输出的电压施加至LM339比较器的E3和E4的5引脚和6引脚,而4引脚和7引脚被二极管D5箝位于0.3 V。当差分运算放大器输出的电压落在5引脚和6引脚中,即输出电压比E3的4引脚电压低,而高于E4的7引脚,比较放大器的E3的2引脚和E4的1引脚无电压输出。这时割炬与钢板的距离保持静止,发光二极管D19和D20不亮。当电压高于E3的4引脚电压,比较器E3的2引脚输出高电平,D19点亮;当电压低于E4的7引脚,比较器1引脚输出高电平,D20点亮,从而指示割炬的升高或降低。调节VR3电位器中点电压,改变E4的4引脚和7引脚电压,使其始终箝位于0.3 V,实际上就是改变割炬离钢板的实际距离。由图2看出,当割炬离钢板时,霍尔传感器和B4都输出低电压,甚至低于E2的8引脚电压。使E2的14引脚输出低电平,从而控制M1模拟开关的12引脚和6引脚,M1变为开路状态。比较器信号无法通过,割炬保持静止。

  2.5 断弧提升器

  起弧后,霍尔传感器产生的电压通过D1送至E1的11引脚,由于E1的10引脚的发光二极管被箝位于2 V,所以当霍尔传感器起弧后输出电压低于2 V时就为断弧,处于断弧状态时E1的11引脚电压比10引脚电压低,13引脚输出低电平,该下降的低电平通过微分电路C2和R17产生下降的负向微分信号来触发NE555单稳态2引脚。NE555在电源打开瞬间产生一个控制模拟开关的输出电压,选通模拟开关,这样M1的脉冲能够顺利通过引脚,使割矩产生提升动作,从而为自动定位作好准备。即使在数控机切割爬坡过程中,突然断弧。割炬也会顺速提升,割炬避免与钢板碰撞,从而保护割炬。


上一页12下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

霍尔传感器? 高频滤波? 运算放大器? 光电耦合?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈