基于FPGA的霍尔测速传感器系统

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霍尔测速传感器主要是通过采集运动中齿轮的凸凹变化而转换成相对应电平信号的一种传感器。传统的测速方法包括机械转速、光电测速、磁电转速、霍尔测速。随着电子技术的发展,测速方法也由传统的机械式变为电子式。可以说,传感器的测试性能直接影响到整个系统的精度,它参与到绝大部分控制领域系统重要的参数。因此,需要一种高精度的传感器来确保整个控制领域的准确运作。如果想要实现这种性能优势,就必须提高传感芯片的灵敏度。本文研究的是一种双路霍尔测转速传感器。该测量系统选用上兑机电公司研发的专用霍尔芯片CYL49E,这款芯片的电气特性和输出特性曲线都优于同行业的芯片,比一般的芯片元件高出一到两个等级,能够精准、无误的测量齿轮的转速。芯片前端通过条形磁体提供磁场偏置,确保前端测量的有效进行。然后通过电路进行滤波、放大、温度补偿等将采集的转速信号转变为数字信号。通过Modelsim进行仿真分析,然后在FPGA电路板上显示这个转速值。文章利用Ansoft Maxwell有限元磁路仿真软件对传感器探头进行磁场的仿真分析,仿真的结果可以提高整个测量系统的精度:(1)通过齿轮的凹凸齿的磁路仿真可以确定齿轮的大小;(2)通过仿真齿轮到传感器各个距离的磁场分布,可以确定测量距离的最优值。研究过程中,齿轮的大小我们可以通过上面的分析进行选择。至于测量距离,进一步通过实验数据的建模理论分析,验证这个测量的最优值在4mm。文章最后用BP神经网络作为融合算法,通过MATLAB软件对测量距离、温度影响进行优化分析,减小了两路信号的误差范围,误差减到0.44%。对温度进行补偿,提高了整个测试系统的精度。总之,本文设计了一种灵敏度高的双路测速传感器系统,该系统体积小,抗干扰性能优越,适合汽车领域的研究和应用,具有广泛的利用价值。
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