霍尔传感器在跑车防护装置中应用探究

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1、霍尔传感器在跑车防护装置中应用探究　　摘要：为了研制适应矿井恶劣环境下跑车防护装置使用的速度传感器，分析了已有跑车速度检测方法存在问题。在简述霍尔传感器工作原理的基础上，提出了使用双霍尔传感器检测速度的方法，介绍了采用PLC软件编制的主要程序。该方法可以同时检测主提升绞车的运行方向、速度和深度，从而为跑车防护装置提供了一种全新的检测方案。同时提出了应根据煤矿井下的使用环境为霍尔传感器选择适合的防爆设计、抗干扰设计并给出了在实际应用中的安装建议。关键词：霍尔传感器原理；跑车防护装置；速度；传感器；防爆；抗干扰中图分类号：TD55文

2、献标志码：A文章编号：1006-8228（2013）09-34-030引言8在煤矿生产中，兼作行驶人车的倾斜井巷，在提升人员时，倾斜井巷中的挡车装置和跑车防护装置必须是常开状态，并可靠地锁住。每个倾斜巷道里通常按MT933-2005《跑车防护装置技术条件》的要求，根据巷道倾角和长度安装若干台跑车防护装置。当矿车运行到跑车防护装置附近时，装置打开，远离后装置关闭，当矿车运行速度大于5m/s时，则视同发生跑车事故，保持挡车栏关闭状态，拦截矿车，阻止矿车继续运行[1]。因此，如何检测矿车的运行位置、方向和速度是跑车防护装置中的关键技术

3、问题。目前常见的速度位置感应方式有光电开关、多普勒雷达、轨道感应、地感线圈、光电编码器和霍尔开关等。其中光电开关、多普勒雷达、轨道感应、地感线圈传感方式因为井下工作环境等因素已经很少使用；光电编码器技术成熟，配套软件完善，抗电磁干扰强，因而得到广泛应用[2]，但由于光电编码器必须安装在提升绞车旋转轴的轴端上，而小型绞车无外露轴端，因此在小绞车提升的巷道中无法使用。随着矿用提升绞车的技术进步，各种绞车保护系统广泛使用到提升系统中，大型绞车的电机、减速机、卷筒在出厂时都安装了保护系统必须使用的转速检测单元，所以大型绞车上无法安装跑车

4、防护装置使用的光电编码器。针对以上实际情况，研制以非接触、只对磁场敏感、开关量输出的速度传感器是跑车防护装置研制工作中首要任务。而霍尔开关（霍尔传感器）以非接触、只对磁场敏感、开关量输出等优点得到应用。本文采用两个霍尔传感器，提供两个具有90?相位差的脉冲信号，用以检测主提升绞车运动方向、速度和深度。本文所阐述的霍尔传感器结构简单，工作可靠，成本低廉，为跑车防护装置提供了一种全新的传感检测方案。81霍尔传感器的工作原理在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将

5、产生电势差为UH的霍尔电压，此现象称为霍尔效应。利用霍尔效应和相关外围电路构成的传感器称为霍尔传感器[3]。霍尔传感器根据输出模式分为线性型和脉冲型两类。我们使用的霍尔传感器为脉冲型，又称霍尔开关。霍尔开关主要由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度B超过导通阀值（工作点）时，霍尔开关输出管导通，输出低电平。之后，B值再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到截止阀值（释放点）时，输出管截止，输出高电平。工作点与释放点之间存在差值（回差），该差值可以有效提高霍尔开关的抗干扰能力。

6、霍尔开关输出脉冲信号，其频率与磁场变化频率相同，受霍尔元件的响应频率限制，输出幅度与输出电路及其工作电源相关。受测磁钢与霍尔元件之间的相对运动方式常见的有两种：相对接近式和相对旋转式。如图1所示为相对接近式：磁钢沿霍尔传感器轴向移动，接近或远离霍尔传感器端面。8如图2所示为相对旋转式：磁钢沿霍尔传感器径向、以与霍尔传感器端面相对固定距离为旋转半径移动。2双霍尔传感器检测速度、方向和深度的方法跑车防护装置工作时，既要检测矿车的行驶速度，又要检测其行驶方向和位置，因此在实际设计中使用两个霍尔开关，并列布置，当绞车运行时，使磁钢依次通

7、过霍尔元件，如图3所示。在图3中，A、B为霍尔传感器，当磁钢在端面左右移动时，A、B两个霍尔传感器能感应到周围的磁场发生变化，从而输出开关信号。磁钢在端面左右移动时，A、B两个霍尔传感器输出开关信号的时序关系图如图4所示。当磁钢移动到图3位置1时，A霍尔传感器输出开关信号为高电位。当磁钢移动到图3位置2时，A、B输出开关信号均为高电位。当磁钢移动到图3位置3时，A霍尔传感器输出开关信号为低电位。8当磁钢移动到图3位置4时，A、B两个霍尔传感器输出开关信号均为低电位，因此A、B两个霍尔传感器输出的开关信号始终存在90?相位差，利用

8、PLC的计数和计时功能可以编写准确检测磁钢的运动方向、速度的程序，通过计算获得绞车运行深度。图4中的t为A、B两个霍尔传感器输出开关信号同时输出为高电平的时间，该时间决定双传感器的响应频率：公式⑴中，v为磁钢的运动速度；L为图3中磁钢运行的位置2与位置3的距离；