霍尔开关在经纬仪测角系统中的应用

什么是经纬仪

经纬仪是一种用来测量水平角和竖直角的测量仪器，一般分为两种，分别是光学经纬仪和电子经纬仪，其中最常用的是电子经纬仪。

经纬仪结构如图：

测角系统是经纬仪工作的主要组成部分，它实时准确地将空间目标以角位移的形式记录下来，完成自动跟踪测量等功能。由于经纬仪测角系统在实际工作中对空间跟踪测量必须有准确的水平零点，而测角系统大多采用圆感应同步器作为角位移传感器件，圆感应同步器没有绝对零点。

为实现这一目的，我们采用了多种方法。如开关管，光电耦合等，这些方法有明显的不足之处，电路设计安装比较复杂，可靠性低，寿命有限等缺点。

霍尔开关集成电路的特性和组成

霍尔开关集成电路是利用霍尔效应和集成技术制成的一种新颖的半导体磁电转换器件，其内部包括霍尔开关、差分放大器、施蜜特触发器、输出器等部分组成。

图2说明了磁感应强度B与输出电压Vo的关系，当磁场强度B由BLH 变到BHL时，Vo立即由高电平降为低电平(正向)，B继续增大，输出Vo状态不变。当磁场强度B由 BHL变到BLH时， Vo才由低电平变为高电平。B继续减小， Vo保持高电平不变。所以BHL为导通点，BLH为关闭点，两者之差Bd=BHL- BLH为回差宽度(磁滞)。在实际工作中，希望Bd越小越好。

根据霍尔开关器件输出特性曲线，得到以角位移Q与HL输出电压Vo的对应关系。当磁钢正向转动并通过霍尔开关时，Vo与Q所对应的宽度为Q1Q2。当磁钢作反向转动通过元件时，对应宽度为Qi0'. 磁钢与HL元件的距离在0.5~2mm之间变化时，其HL输出Vo电平宽度所对应的角位移范围大约在2°~5°之间。当磁钢正方向通过HL时，出现两处回差(磁滯);导至Q1与Q'2，Q'1与Q2不能重合，因此直接利用HL开关器件作绝对零点信号，无法满足绝对零点的要求，必须把HL输出电平Vo加以转换才可实现。

霍尔开关输出外加电路实现零点的应用

由于圆感应同步器的周期To为2°，而定子有正弦和余弦绕组，当定子绕组加正余弦信号时，转子绕组上就有以周期T变换的感应电压输出，利用周期零电压信号作为清“0"脉冲。同时电路也要作相应的改进。

电路中双HL输出端经反相器到D触发器和周期To信号及同步脉冲MD相“与”而组合的。清“0”电路。工作原理如下，由于HL开关器件是负跳变工作，在无磁场作用下输出为高电平“1”，外加磁场后，使其导通，输出为低电平“0”，D触发器是以时钟脉冲的上升沿触发输出，所以需把HL输出电平Vo加以反向，转换为正跳变输出，从而满足D触发器的工作要求。根据触发器控制端D和时钟。CP输入电平先后，来控制输出端Q电平。当正向转动时，HL1先导通，使D为高电平，随后HL2导通，使CP低电平上跳为高电平，触发器翻，输出端Q为高电平，磁钢按顺时针方向通过HL1HL2时D和CP全为低电平，而输出Q仍为高电平“1”不变。

这时与门G2就得到由HL2上升沿和HL1下降沿组合±1°的脉宽输出V12，在这±1。范围内只包括一个周期To ，MD遇到周期To信号，就输入一个脉宽为5μs脉冲，作为清“0”脉冲，使角度显示全为“0”。

反向转动时，HL2先导通CP由低电平上跳为.高电平，这时D触发器翻转，输出Q由原来的高电平下跳低电平。而后HL」导通，使D为高电平，此时CP已为高电平，即D触发器不再翻转，仍为低电平。磁钢全通过HL1HL2 ，输出Q为低电平不变，周期To和MD脉冲被与门G2关闭，R为“0”，此电路反方向转动时不产生清零脉冲，保留了正方向产生清零脉冲，这样就保证一点为零，此零就是经纬仪工作的绝对“0”点。