基于霍尔传感器的流速仪检定车位置检测系统

　　我国有数以万计的河流湖泊,水资源及其丰富和复杂,更好的利用好这些水资源为民造福,减少其危害是一项很重要而有意义的事业。对于水利治理来说,水的流量数据是一个很重要的参数,取得流量数据的仪器为流速仪。由于水文信息测量的环境的千差万别,使得流速仪的使用精度受到很大影响,因此要求对流速仪定期进行标定和修理,以确保测量数据的准确性。流速仪的检定和修理工作是有水文检测中心通过流速仪检测系统来完成的。目前全国共有13个水文检测中心,大多数水文检测中心的流速仪检定系统都是20世纪70年代建立起来的,精度较低,智能化水平也很低,给检定和日常的维护工作带来很大不便。全国各大水文检测中心对于流速仪检定系统的位置测量都是采用绝对编码器,或模拟的方法,车在行驶到一定距离后偏差会很大,对于流速仪检定车的速度校验,以及安全性方面都会有很大影响。因此要设计出精确的绝对位置测量系统对于流速仪检定系统来讲是意义非常重大的。在设计南京东部水文检测中心的流速仪检定车时,针对以上现状设计出来完全独立的位置测量系统,能够精确的为系统提供位置信号。这些绝对位置信号对于标定系统的速度等其他参数都有很重要的意义,下面将详细介绍位置测量系统。

　　1　原理设计

　　流速仪检定车是将流速仪装在一个能够运动的车体上,并将流速仪放在车体下的水槽中,车体以恒定速度在水槽上方运动,从而测出流速仪采集到的流速,将流速和恒定车速进行比较,以确定出流速仪的偏差。由于车体是在水槽上方的1根钢轨上运行,钢轨长130多m,确定车体在钢轨的位置一直是流速仪检定系统设计中的难题。流速仪检定车的原理图如图1所示。位置检测系统是由装在车体上的检测装置和按特定距离安装的信息板等部分组成。

　　2　检测装置

　　2.1　电源模块单元

　　将直流48V电源转换直流5V电源, 5V直流电源共探测单元及信号调理单元使用。

　　2.2　检测单元

　　主要由霍尔传感器阵列构成。在磁场中垂直放置1块金属或半导体薄片,薄片的两侧之间就会产生电动势,这种现象称为霍尔效应。霍尔元件是在霍尔效应原理基础上制成的。因为半导体材料产生的霍尔电动势比较大,所以霍尔元件的材料主要有:锗、硅、砷化镓等半导体材料。半导体材料产生的霍尔电势虽然较金属材料的大,但实际应用时还需要加以放大,利用集成电路技术把霍尔元件、放大器、温度补偿器及稳定电压等集成在1块芯片上,就成了性能优良的霍尔传感器,也称霍尔集成电路。按输出端的功能,霍尔集成电路可以分为线性型和开关型。线性霍尔集成电路有电压调整器、霍尔元件、差分放大器、输出级等组成,线性霍尔传感器是随着检测到磁场强度大小及极性输出电压呈线性变化。其特点是线性度好、功耗低,灵敏度高,输出电阻小,无触点、寿命长及温度特性好。开关型霍尔集成电路有电压调整器、霍尔元件、放大电路、施密特整形电路及输出级等组成。开关型霍尔传感器根据检测磁场的极性输出高低电平。其特点是功耗低、灵敏度高、性能稳定、无触点、寿命长。开关型霍尔集成电路有单向型和双向型之分。