在直线步进电机的驱动控制中,通常需要掌握电机在运动过程中的具体位置,这就是定位控制。它包括单点定位和过程定位,前者通常采用接近开关,光电开关。后者通常采用编码器,光栅尺。两者具有以下区别
1)单点定位定位精度低,只能对单个位置实现控制,所用器件价格便宜
2)过程定位定位精度高,可以对整个行程进行位置控制,所用器件价格昂贵。
在实际的工业控制定位中,通常有这种情况:既要对行程进行位置控制,但是又不需要象编码器,光栅尺那么高的精度,同时价格也比较适中。采用霍尔传感器正好能满足此需求。
2霍尔传感器的工作原理
(一)霍尔效应
如图1所示,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,将产生电势差为UH的霍尔电压,它们之间的关系为
式中d 为薄片的厚度,k称为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关。
上述效应称为霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。
(二)霍尔传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。
霍尔传感器也称为霍尔集成电路,其外形较小,如图2所示,是其中一种型号的外形图。
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。本文中的应用只应用到开关型霍尔传感器。
(三)开关型霍尔传感器的特性
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。本文中的应用只应用到开关型霍尔传感器。
如图3所示,其中BOP为工作点“开”的磁感应强度,BRP为释放点“关”的磁感应强度。
当外加的磁感应强度超过动作点Bop时,传感器输出低电平,当磁感应强度降到动作点Bop以下时,传感器输出电平不变,一直要降到释放点BRP时,传感器才由低电平跃变为高电平。Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。
3霍尔传感器在步进直线电机中的应用
(一)磁钢在圆盘的安装
首先需要有一个圆盘,它的四周要有安装孔,用来安放磁钢,圆盘上磁钢数量的多少决定了步进直线电机的位置分辨率,如图4所示,该圆盘上装有12个磁钢,所以步进直线电机的位置分辨率就是12。圆盘上磁钢安装数量又是由圆盘的外径和磁钢的外径所决定的。在磁钢规定安装数量范围内可以由用户自行选择位置分辨率。
(二)圆盘在步进直线电机的安装
如图5所示,把装好磁钢的圆盘装在电机后端的轴上,在正对磁钢的电机后端盖处安装霍尔传感器。把霍尔传感器1,2端子接上5V电压,用电压表两端接+5V和端子3,可以看到当磁钢接近霍尔传感器时,电压表由零变为+5V,当磁钢远离霍尔传感器时,电压表由+5V变为零,当圆盘转动一周,电压变化12次。知道了相邻两磁钢电压变化时电机所走的距离和电压变化的次数,就可以知道电机在运动中走的行程,从而实现位置的控制。