一種基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器，采用同規(guī)格磁鋼按相鄰極性相反排成一列，將其固定在磁基上作為磁柵尺；六個(gè)霍爾磁敏元件等間距排成一列作為磁頭。該基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器采用磁鋼作為磁柵尺可以獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)，比一般的錄磁大很多。而且采用磁鋼排列可以隨時(shí)更換磁鋼及排列方式，便于編碼以及調(diào)整測(cè)量長(zhǎng)度；采用霍爾磁敏元件陣列作為磁頭，通過(guò)將六個(gè)霍爾元件輸出信號(hào)中兩條相位相差一定角度的曲線疊加，在一個(gè)周期內(nèi)的不同角度選擇不同的插補(bǔ)曲線，可以使輸出信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性化，提高了位移計(jì)算精度并簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理過(guò)程。
【專利說(shuō)明】一種基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供了一種基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，在航空航天、機(jī)械制造、高精度數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域需要大量真實(shí)可靠的反映被測(cè)對(duì)象位置信息的位移傳感器，并且要求位移傳感器系統(tǒng)具有高分辨率、體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等特性。并進(jìn)一步要求位移傳感器由傳統(tǒng)的模擬量向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)化。磁柵尺是數(shù)字化位移傳感器中最常用、最基礎(chǔ)的一種。磁柵位移傳感器，由于它的抗震動(dòng)和抗沖擊性能高，適宜在水、油、粉塵、高溫等工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、精度較高，因而得到廣泛應(yīng)用。
[0003]目前使用的磁柵位移傳感器的核心部件多為磁感應(yīng)線圈磁頭。磁感應(yīng)線圈磁頭存在體積大、電路復(fù)雜、抗干擾差等缺點(diǎn)。而且線圈繞制和調(diào)整需要人工操作，難以自動(dòng)化生產(chǎn)。而以單個(gè)霍爾磁敏元件作為磁頭的磁柵傳感器輸出信號(hào)存在嚴(yán)重非線性，信號(hào)處理較為復(fù)雜，測(cè)量精度較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有磁柵位移傳感器存在的上述缺陷，提供了一種使用霍爾磁敏元件陣列作為磁頭的新型磁柵位移傳感器。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器，采用同規(guī)格磁鋼按相鄰極性相反排成一列，將其固定在磁基上作為磁柵尺；六個(gè)霍爾磁敏元件等間距排成一列作為磁頭；
[0007]通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)磁頭移動(dòng)過(guò)程中霍爾磁敏元件輸出的電壓信號(hào)計(jì)算磁頭位移量，具體步驟為:
[0008]I)采用多個(gè)同規(guī)格磁鋼按相鄰極性相反排成一列，將其固定在磁基上作為磁柵尺，六個(gè)霍爾磁敏元件按等間距λ /3排列作為磁頭，霍爾元件陣列固定在滑軌并與磁柵尺保持一定距離平行放置；
[0009]2)當(dāng)磁頭與磁柵尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)，霍爾磁敏元件陣列感應(yīng)到磁柵尺磁場(chǎng)變化并輸出周期變化的電壓信號(hào)，將六路霍爾元件輸出信號(hào)中3組相位相差一定角度的信號(hào)分別疊力口，并將一個(gè)周期內(nèi)磁頭位移與疊加后輸出電壓信號(hào)進(jìn)行線性插補(bǔ)，得到一個(gè)周期不同區(qū)間內(nèi)輸出電壓信號(hào)與磁頭位移的數(shù)學(xué)表達(dá)式；
[0010]3)實(shí)時(shí)米集霍爾磁敏兀件陣列輸出的電壓信號(hào),根據(jù)輸出電壓信號(hào)與磁頭位移之間的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算磁頭位移量。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述磁柵尺采用的磁鋼材料為稀土材料或鐵氧體永磁材料。
[0012]優(yōu)選地，所述的磁頭是由六個(gè)霍爾磁敏元件等距排列組成，間距為λ /3 ;霍爾磁敏兀件陣列按順序編號(hào)為Α+、B+、C+、A-> B-、C-,六個(gè)霍爾磁敏兀件輸出端按A+和Α-, B+和B-，C+和C-差分連接。
[0013]優(yōu)選地，所述稀土材料為釹鐵硼、釤鈷或鋁鎳鈷。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:①采用磁鋼作為磁柵尺可以獲得較強(qiáng)的磁場(chǎng)，比一般的錄磁大很多。而且采用磁鋼排列可以隨時(shí)更換磁鋼及排列方式，便于編碼以及調(diào)整測(cè)量長(zhǎng)度；
②采用霍爾磁敏元件陣列作為磁頭，通過(guò)將六個(gè)霍爾元件輸出信號(hào)中兩條相位相差一定角度的曲線疊加，在一個(gè)周期內(nèi)的不同角度選擇不同的插補(bǔ)曲線，可以使輸出信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性化，提高了位移計(jì)算精度并簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理過(guò)程。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0016]圖2為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的位移結(jié)構(gòu)示意圖；[0017]圖3為本發(fā)明基于霍爾磁敏兀件陣列的磁柵位移傳感器的霍爾磁敏兀件輸出信號(hào)差分放大后三相電壓曲線。
[0018]圖4為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的周期內(nèi)各區(qū)間磁頭相對(duì)位移與輸出電壓插補(bǔ)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，圖1為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0021]本發(fā)明采用同規(guī)格磁鋼按相鄰極性相反排成一列，將其固定在磁基上作為磁柵尺。將六個(gè)霍爾磁敏元件按等間距λ/3 (λ為磁鋼的節(jié)距)排列組成磁頭，磁柵尺與霍爾元件陣列保持一定感應(yīng)距離平行放置。
[0022]如圖2所示，圖2為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的位移結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]當(dāng)磁柵位移傳感器磁頭處于某一位置時(shí)，其相對(duì)于起始點(diǎn)的絕對(duì)位移由兩部分組成，一個(gè)是完整周期的位移偏移量SI，另一個(gè)是周期內(nèi)的相對(duì)位移S2?？偽灰芐 = S1+S2。根據(jù)輸出電壓信號(hào)與磁頭位移之間的關(guān)系可知，SI為輸出正弦電壓信號(hào)周期數(shù)N與磁鋼節(jié)距λ乘積的兩倍。
[0024]如圖3和4所示，圖3為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的霍爾磁敏元件輸出信號(hào)差分放大后三相電壓曲線，圖4為本發(fā)明基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器的周期內(nèi)各區(qū)間磁頭相對(duì)位移與輸出電壓插補(bǔ)曲線。
[0025]周期內(nèi)的相對(duì)位移S2按如下計(jì)算:磁頭在移動(dòng)的過(guò)程中，霍爾元件陣列Α+、B+、C+、A-、B-、C-輸出周期變化的正弦電壓信號(hào)，將輸出的六相正弦波按A+和A-，B+和B-，C+和C-進(jìn)行差分放大后得到三相信號(hào)A、B、C。選取A、B、C三相信號(hào)中線性度較好的七段ab、be、Cd、de、ef、fg、gh進(jìn)行線性插補(bǔ)，得到磁頭周期內(nèi)相對(duì)位移與輸出電壓之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式y(tǒng)i = kxi+bi (i = 1、2…7)其中，x為相對(duì)位移，y為輸出電壓。工作時(shí)，首先通過(guò)比較A、B、C三相輸出電壓信號(hào)的大小關(guān)系，確定磁頭位移所在區(qū)間，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)相對(duì)位移與輸出電壓之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式y(tǒng)i = kxi+bi計(jì)算磁頭周期內(nèi)相對(duì)位移S2。[0026]最后，將完整周期的位移偏移量SI與周期內(nèi)的相對(duì)位移S2相加即可得出磁頭位移，即磁柵位移傳感器測(cè)量值。
[0027]上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造【具體實(shí)施方式】的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所引伸出的任何顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器，其特征在于，采用同規(guī)格磁鋼按相鄰極性相反排成一列，將其固定在磁基上作為磁柵尺；六個(gè)霍爾磁敏元件等間距排成一列作為磁頭； 通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)磁頭移動(dòng)過(guò)程中霍爾磁敏元件輸出的電壓信號(hào)計(jì)算磁頭位移量，具體步驟為: 1)采用多個(gè)同規(guī)格磁鋼按相鄰極性相反排成一列，將其固定在磁基上作為磁柵尺，六個(gè)霍爾磁敏元件按等間距λ/3排列作為磁頭，霍爾元件陣列固定在滑軌并與磁柵尺保持一定距離平行放置； 2)當(dāng)磁頭與磁柵尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)，霍爾磁敏元件陣列感應(yīng)到磁柵尺磁場(chǎng)變化并輸出周期變化的電壓信號(hào)，將六路霍爾元件輸出信號(hào)中3組相位相差一定角度的信號(hào)分別疊加，并將一個(gè)周期內(nèi)磁頭位移與疊加后輸出電壓信號(hào)進(jìn)行線性插補(bǔ)，得到一個(gè)周期不同區(qū)間內(nèi)輸出電壓信號(hào)與磁頭位移的數(shù)學(xué)表達(dá)式； 3)實(shí)時(shí)米集霍爾磁敏兀件陣列輸出的電壓信號(hào)，根據(jù)輸出電壓信號(hào)與磁頭位移之間的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算磁頭位移量。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器，其特征在于，所述磁柵尺采用的磁鋼材料為稀土材料或鐵氧體永磁材料。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器，其特征在于，所述的磁頭是由六個(gè)霍爾磁敏元件等距排列組成，間距為λ/3 ;霍爾磁敏元件陣列按順序編號(hào)為Α+、B+、C+、A-> B-、C-,六個(gè)霍爾磁敏兀件輸出端按A+和Α-, B+和B-, C+和C-差分連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于霍爾磁敏元件陣列的磁柵位移傳感器，其特征在于，所述稀土材料為釹鐵硼、釤鈷或鋁鎳鈷。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK103940332SQ201410183333
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】嚴(yán)厚廣, 梅從立, 薛斌斌, 陳子國(guó), 廖志凌, 周志剛, 王興云, 丁曉梅 申請(qǐng)人:江蘇百協(xié)精鍛機(jī)床有限公司