[发明专利]基于霍尔电路编码的行程传感器及其行程测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种行程传感器，具体说是一种用于位置检测的基于霍尔电路编码的行程传感器，以及使用该行程传感器进行行程测量的方法。

背景技术

传统行程传感器多采用干簧管电阻分压式，通过触发不同的干簧管得到不同的电压值来判断位置。但是干簧管在震动环境中易碎，开关易抖动，长期使用后易吸合，导致整个行程传感器报废。而且采用干簧管的行程传感器输出精确度相对较差且不可调节，由于干簧管体积大，安装密度无法很高，因此行程传感器分辨率也较差。

发明内容

发明目的：本发明就是针对上述不足，提供一种基于霍尔电路编码的行程传感器，解决现有行程传感器精度低、使用寿命短的问题。

本发明的另一个目的在于提供使用上述基于霍尔电路编码的行程传感器进行行程测量的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于霍尔电路编码的行程传感器，包括非磁性金属材料制成的金属管，在金属管上套设有与金属管外径相适配的磁环；在金属管内设有若干霍尔电路阵列，霍尔电路阵列分别通过各子单片机与主单片机相连，主单片机的输出端连接有运算放大电路，运算放大电路与外引线相连。

其中，在金属管内设有与金属管内径、长度适配的双面印制板，霍尔电路阵列安装在双面印制板上，各子单片机、主单片机和运算放大电路设置在双面印制板的另一面。

其中，所述的霍尔电路阵列由若干贴片式AH3661微功耗数字霍尔电路沿金属管轴线方向分成两排交错排布在双面印制板上。

其中，所述的磁环为轴向充磁的铁氧体磁环；所述磁环的磁感应强度可触发连续n个霍尔电路处于导通状态，而其他霍尔电路则处于截止状态；其中n≥3。

其中，所述的金属管的端部采用密封材料密封。

使用基于霍尔电路编码的行程传感器进行行程测量的方法，它包括如下步骤：

(1)通电后，主单片机和子单片机分别初始化，主单片机等待子单片机完成信息采集，主单片机准备扫描子单片机的通信寄存器；

(2)子单片机采集各个霍尔电路的信息：

子单片机查询其存储器内是否有失效霍尔电路的记录，若有，则将其剔除在扫描的范围之外；若无，则子单片机查询各个霍尔电路当前工作状态，进行编码后送入子单片机的通信寄存器，等待主机查询；

(3)主单片机扫描子单片机的通信寄存器内信息，采集霍尔电路当前工作状态；

(4)主单片机对采集到的数据进行综合处理：

设定磁环同时触发连续n个霍尔电路：

设定其中有m个或m个以上的霍尔电路导通时，则判断磁环运动到n个霍尔电路的中间位置，计算出当前磁环位置后将它转化成行程信息，送入信号运算放大电路；

若发现有失效的霍尔电路，则将该霍尔电路对应的编码信息发送到对应的子单片机的存储器中；

其中n≥3，且n≥m≥2，n、m均为整数；

(5)信号经放大后完成一次信号输出。

(6)重复2～4步骤，保持子单片机的通信寄存器数据实时更新；

其中，步骤(2)中，子单片机根据查询到的单个霍尔电路的信息，将其状态分为导通和截止，导通状态输出低电平，对应的编码为0，截止状态输出高电平，对应的编码为1，子单片机将各个霍尔电路对应的编码输入到其通信寄存器保存。

其中，步骤(4)中判断失效的霍尔电路时，若发现连续n个霍尔电路中只有1个霍尔电路输出低电平，则判断该霍尔电路为失效电路，主单片机将该霍尔电路对应的信息发还给子单片机的存储器；其中n≥3。

霍尔电路作为磁环位置(也就是行程位置)的感知元件，霍尔电路与磁环之间的配置采用冗余设计，要求磁环设计成适当的大小，以确保当磁环位于某一位置时，能触发对应于磁环附近连续多个(例如3个)霍尔电路同时处于导通状态，输出低电平；而其余所有霍尔电路均处于截止状态，输出高电平。

本发明的工作原理：由于所有霍尔电路均一线排列，每个霍尔电路的工作状态和磁环的位置呈现着对应关系。当磁环随运动部件停留在某一位置时，附近的霍尔电路被触发，处于导通状态，输出低电平，而其他霍尔电路则处于截止状态，输出高电平。这样，采集和分析了霍尔电路阵列中每个霍尔电路的电平信号，即可判断出磁环的位置。而磁环位置又是与待测行程运动部件相连接的，因此，霍尔电路电平信号和行程位置存在唯一的对应关系。利用单片机对霍尔电路进行扫描和编码，查寻霍尔电路的电平信号，即可实现对行程的主动检测。

有益效果：

(1)安全性高：霍尔电路是一种无触点电子开关，无机械磨损、无电火花，寿命长，安全可靠，特别适合于易燃易爆领域如煤矿、油库中使用。