霍尔开关在火车轨道中的应用（下篇）

磁路设计

采用铷铁硼(NdFeB)材料作为永磁材料。铷铁硼为第3代高性能永磁材料具有高磁能积、高娇顽力的特点。选择相对磁导率很高的工业纯铁作为导磁材料磁路结构如图2所示。图中， G为硬铝外壳A为永磁体，B、C为工业纯铁，E为铁轨，D指C和E之间的气隙霍尔开关就放在这里F为A。上面的空隙。由ABCDEFA构成的磁回路中，有D、F两处气隙，因此，磁势主要集中在D、F处。

霍尔开关的工作过程如下：当F处有车轮经过时，高磁导率的钢铁车轮连接了磁回路中E和A部分，使F处的气隙变小，磁阻因而减小，磁势随之减小，导致另一气隙D处磁势增大，磁场强度增大，使置于D处的它输出电压信号增大(> 10 mV) ；反之，当车轮离开时，F处开隙增大，磁阻增大，磁势增加，从而D处磁势减小，磁场强度减小，霍尔开关输出减小(<3mV)。因此，通过D处它输出的变化，即可判断出F处有无车轮经过或存在。

电路设计

考虑到GaAs霍尔是半导体器件，其输出除了对外磁场敏感外，温度变化也会引起霍尔电压的变化。霍尔开关工作电流端1、3间内阻约1 kQ ，补偿电阻网络(见图3)等效电阻Rc为2.3kΩ，常温下工作电流为1.5mA。因此，对传感器在- 30 ℃、15 ℃、60 ℃等3点进行了补偿。方法是：采用稳压源为放大器提供工作电压，保证加在补偿电阻网络上电压的稳定，而Rc随温度变化，使提供给霍尔开关的工作电流随温度而变化，从而补偿由于温度变化所引起的霍尔电压的变化。图3中，RI为热敏电阻，其阻值变化率为-1. 7%/℃ ，基本上能满足补偿要求。

与霍尔电压输出端相连的放大器采用同相并联差动放大方式(- 2→- 2、+4→+ 3)。该电路具有输入阻抗高、增益调节方便(调节470 kΩ ，使开路增益Gv≈200)、漂移相互补偿的特点(放大器+、端输入电阻均为2.1 kΩ) ，且为双端输入、单端输出。施密特触发器是具有回差的电压比较器，无列车通过时，差动放大器输出电压低于触发器低阈限(0.9V)，有列车通过时，差动放大器输出电压高于触发器高闽限(1.7V)，触发器输出状态转换过程是阶跃式的，该电路形成了一种良好的开关特性。

输出端采用开关特性功率三极管2N3019，集电极输出，可直接与6502电气集中(铁路专用设备)的轨道检测信号输入端相连。

传感器的特点和性能

本传感器可以检测由低速到高速运行的物体，一体化的外壳结构及封装工艺设计使传感器具有防水、防震、适合野外使用的特点。电路中回差电压的存在，保证了传感器在列车有抖动的情况下动作的可靠性。采用温度补偿技术，使传感器在很宽的温度范围内具有准确的动作精度。

本传感器的性能指标如下：被检测物体移动速度为0~120kmVh；检测精度为0.1mm；输出信号高电平大于4.5 V；输出信号低电平小于0.4 v；工作温区为- 30 ℃~40 ℃；可靠性为10次。

本定点接近开关传感器适合于检测从零速到高速运行的物体，从根本上解决了传统的永磁体检测方法不能检测低速运行物体的问题，增 加了铁路车轮检测传感器的品种，可用于对列车定位、计轴、测速、测向等，在矿山、铁路、打靶场等有轨道运行物体的场合具有广阔的应用前景。