[發明專利]一種軸端霍爾速度傳感器倍頻方法

在審

• 申請號: 202110591522.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113325192A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 楊明義;曾育博;楊雨戀;鄭驟
• 申請（專利權）人: 湖南湘依鐵路機車電器股份有限公司
• 主分類號: G01P3/42
• 分類號: G01P3/42
• 代理公司: 株洲湘知知識產權代理事務所(普通合伙) 43232
• 代理人: 李麗平

一種軸端霍爾速度傳感器倍頻方法，將兩個霍爾元件輸出的兩路頻率相同的方波信號通過異或門得到一路倍頻的方波信號，通過將兩個霍爾元件設置在齒輪外側周、且兩個霍爾元件的感應點之間的連線在齒輪轉動方向上的投影距離為mπ/4的位置，使兩路頻率相同的方波信號之間的相位差為90^o，保證倍頻后的方波信號占空比為50%，其中m為齒輪的模數。本發明通過合理設置兩個霍爾元件在齒輪外側周處的位置，使倍頻前的兩路頻率相同的方波信號之間的相位差為90^o，保證倍頻后的方波信號占空比為50%，使輸出信號中的高電平和低電平時間都達到最大，以更好地被識別出。

技術領域

本發明涉及一種傳感器的倍頻方法，具體涉及一種軸端霍爾速度傳感器倍頻方法。

背景技術

目前，部分地鐵的牽引系統速度傳感器均采用光電原理的速度傳感器，根據車輛段的故障統計，運行3年左右的光電速度傳感器故障率高達40%～50%，故障主要集中在電路模塊、光斷續器等抗振動、沖擊較弱的部位。而同車其它軸位抗震性較強的制動系統用的霍爾速度傳感器、信號系統用的電渦流速度傳感器則故障率較低。由于此部分地鐵線路和車輛牽引方式的特殊性，傳感器是直接連接在輪軸的端部，列車運行過程中，傳動軸既提供轉速、又作為傳感器承重的支撐，因此安裝在軸端的速度傳感器承受高強度的振動和沖擊，振動和沖擊均高于標準要求的最大值（標準最大值：振動30g，沖擊100g）。且光電速度傳感器存在光的發射與接收，為保證光線可無損的直射，需要保障發光管與接收管之間無遮光體阻擋，因此模塊盒無法做到全灌封，高強度振動、沖擊給電子器件帶來的應力全部由器件的引腳和焊點承受，在長時間的應力作用下很容易導致電子元器件本身及焊點疲勞失效。還由于傳感器內部有旋轉機構，同樣無法實現用膠灌封，為確保傳感器內部電路與外殼之間能承受較高的耐壓值，模塊盒一般采用塑料材質，在強振動環境下，塑料容易老化，極端情況下存在模塊盒開裂的情況。而霍爾速度傳感器由安裝在軸端的測速齒輪和傳感器本體兩部分組成，由于傳感器本體是感應磁場的變化，因此可以與旋轉結構分離（即非接觸），同時傳感器本體可以通過灌封膠把傳感器內部進行整體灌封，這樣大大提高了傳感器結構的穩定性，使得該類傳感器的抗震性很優越，實際試驗中，60g的振動和200g的沖擊不會對傳感器本體造成損傷。

因此，有必要采用抗震性更強的霍爾速度傳感器來替換目前使用的光電速度傳感器。但是由于軸端處的安裝空間有限，又要求輸出信號的通道數量多，進而限制了霍爾速度傳感器齒輪的大小，要使其每轉輸出的脈沖數量滿足要求，需要降低測速齒輪的齒間距來增加齒數，而當齒間距過小時，對齒輪的加工要求會大大提高，且齒輪質量會下降。因此，為了降低齒輪的加工難度和保證齒輪的質量，需要一種倍頻方法在不過分減小齒間距的情況下來提高齒輪每轉一圈所輸出的脈沖數量。雖然目前技術中有用到倍頻技術，如申請號CN201310153739.1，名稱為“雙頭型高精度速度傳感器及工作方法”的文件中提到將信號經物理和數學方式倍頻；申請號CN201510393699.7，名稱為“一種汽車方向盤轉角傳感器以及轉角信號的處理方法”的文件中提到用四倍頻電纜產生四倍頻信號，但是如何使得信號能夠倍頻及如何具體實現倍頻在上述文件中都沒有提及。

發明內容

本發明針對當前工況惡劣的部分地鐵的牽引系統速度傳感器需要使用霍爾速度傳感器來替換目前使用的光電速度傳感器時，由于傳感器的安裝空間有限，在保證齒輪齒間距的情況下輸出的信號頻率不能滿足使用要求的問題，提出了一種軸端霍爾速度傳感器倍頻方法，使輸出頻率既能滿足使用要求，也不會提高齒輪的加工難度，還能保證傳感器的質量。

本發明為解決上述問題所采用的技術手段為：一種軸端霍爾速度傳感器倍頻方法，將兩個霍爾元件輸出的兩路頻率相同的方波信號通過異或門得到一路倍頻的方波信號，通過將兩個霍爾元件設置在齒輪外側周、且兩個霍爾元件的感應點之間的連線在齒輪轉動方向上的投影距離為(mπ/4)mm的位置，使兩路頻率相同的方波信號之間的相位差為90^o，保證倍頻后的方波信號占空比為50%，其中m為齒輪的模數。