霍爾傳感器測量位移的方法及裝置與流程

2023-10-06 17:46:04

本發明涉及霍爾式位置測量技術領域，尤其涉及一種霍爾傳感器測量位移的方法及裝置。

背景技術：

當存在垂直於電流的磁場時則發生霍爾效應，霍爾效應是根據美國物理學家Edwin Herbert Hall(1855-1938)的名字命名的。在這種情況下，磁場在既垂直於磁場方向又垂直於電流方向的方向上產生被稱為霍爾電壓的電勢差。通過測量霍爾電壓，可以確定磁場分量的大小。

現有技術中，可以利用霍爾傳感器測量磁場角度，進而測量被測對象位移。因為所述霍爾傳感器與所述被測對象之間有間隙，所以這是一種非接觸的位移測量方式，所述間隙的大小由被測對象系統的裝配精度決定，存在一個較大的公差帶。

但是，這樣就可能導致降低霍爾傳感器測量位移的精度。

技術實現要素：

本發明解決的問題是提高霍爾傳感器測量位移的精度。

為解決上述問題，本發明實施例提供一種霍爾傳感器測量位移的方法，所述方法包括：

測量被測對象在當前位置的磁場信息，所述磁場信息包括磁場第一信息和磁場第二信息；

根據所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移；

修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，得到所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，並作為測量結果。

可選地，霍爾傳感器測量位移的方法，還包括：

根據所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移獲得所述被測對象在所述當前位置的磁場預設的第二信息；

所述修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移包括：根據測量得到的所述被測對象在當前位置的磁場第二信息與所述被測對象在當前位置的預設的磁場第二信息的關係，修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

可選地，所述磁場第一信息包括：被測對象在當前位置的磁場角度。

可選地，所述磁場第二信息包括：被測對象在當前位置的磁場強度。

可選地，所述修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，包括：通過補償函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

可選地，所述補償函數包括以下其中一種：多項式函數、指數函數、對數函數。

可選地，所述修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，包括：通過一次函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

本發明實施例還提供了一種霍爾傳感器測量位移的裝置，所述裝置包括：

測量單元，適於測量被測對象在當前位置的磁場信息，所述磁場信息包括磁場第一信息和磁場第二信息；

第一計算單元，適於根據所述測量單元的測量的所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移；

修正單元，適於修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移並得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，作為測量結果。

可選地，霍爾傳感器測量位移的裝置，還包括：第二計算單元，適於根據所述被測對象的當前位置相對於預設位置的第一位移獲得所述被測對象在所述當前位置的磁場預設的第二信息；

所述修正單元，適於根據測量得到的所述被測對象在當前位置的磁場第二信息與所述被測對象在當前位置的預設的磁場第二信息的關係，修正所述 被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

可選地，所述磁場第一信息包括：被測對象在當前位置的磁場角度。

可選地，所述磁場第二信息包括：被測對象在當前位置的磁場強度。

可選地，所述修正單元，適於通過補償函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

根據所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移之後，通過對所述位移進行修正，得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移作為測量結果，可以避免所述位移的測量結果受到霍爾傳感器與所述被測對象之間的間隙的影響，從而可以提高霍爾傳感器測量位移的精度，且無須對所述霍爾傳感器及所述被測對象增加額外的硬體，從而使得所述霍爾傳感器及所述被測對象的結構更加簡便，同時也降低了成本。而且還可以減小感應磁鐵的尺寸，從而可以減小被測對象的結構尺寸。

附圖說明

圖1是現有技術中的一種根據磁場角度測量位移的場景示意圖；

圖2是現有技術中的另一種根據磁場角度測量位移的場景示意圖；

圖3是本發明實施例中的一種霍爾傳感器測量位移的方法的流程圖；

圖4是本發明實施例中的一種補償函數示意圖；

圖5是本發明實施例中的一種霍爾傳感器測量位移的裝置的結構示意圖；

圖6是本發明實施例中的另一種霍爾傳感器測量位移的裝置的結構示意圖。

具體實施方式

現有技術中，採用霍爾傳感器測量位移的方法，包括根據磁場強度來測量位移和根據磁場角度來測量位移這兩種方法。其中，根據磁場強度來測量位移的方法，包括採用一個霍爾感應元件，判斷一個方向上的磁場強度。根據磁場角度測量位移，包括採用兩個霍爾元件，測量兩個方向上的磁場強度 來計算磁場角度。根據磁場角度測量位移的方法相比根據磁場強度測量位移的方法而言有更好的精度。

然而，在批量生產的場合，霍爾傳感器和被測物體之間的間隙有很大的波動範圍，所述波動範圍會影響霍爾傳感器測量位移的精度。

參考圖1示出的現有技術中的一種根據磁場角度測量位移的場景示意圖進行說明。如圖1所示，所述場景包括的部件為：霍爾傳感器100及感應磁鐵102。在具體實施中，被測對象與所述感應磁鐵102集成為一體。101為所述霍爾傳感器100與所述感應磁鐵102之間的間隙，也即為霍爾傳感器100與所述被測對象之間的間隙。103為感應磁鐵的運動行程，也就為所述被測對象的運動行程。

其中，所述霍爾傳感器100內部集成了兩個霍爾元件，可以感知BX和By兩個方向上的磁場，從而可以得到合成磁場強度的大小為|B|，所述合成磁場強度與By所成夾角為α。所述感應磁鐵102，用來產生感應磁場。在大批量生產過程中，所述間隙101不是一個定值，而是會有一個公差帶。

以下參考圖2示出的另一種根據磁場角度測量位移的場景示意圖詳細說明所述空隙101的公差帶對位移測量的測量結果的影響。

如圖2所示，假如定義兩個方向，分別為X軸和Y軸。其中X軸的位移為需要測量的所述被測對象相對於預設位置的位移，Y軸的位移為所述霍爾傳感器與所述感應磁鐵102，也即為所述被測對象之間的間隙。201為所述霍爾傳感器100與所述感應磁鐵102之間的基準間隙位置，如前所述，所述間隙位置會有個浮動範圍，202為所述霍爾傳感器100與所述感應磁鐵102之間的最小間隙位置，200為所述霍爾傳感器100與所述感應磁鐵102之間的最大間隙位置，即所述間隙位置在所述最小間隙位置202和所述最大間隙位置200之間浮動。203為所述被測對象相對於預設位置的位移。a、b、c三點有相同的所述被測對象相對於預設位置的位移203，αa、αb、αc分別為合成磁場為磁力線方向與By所成的夾角，相應地，|Ba|、|Bb|、|Bc|為a、b、c三點處的合成磁場強度的大小。

採用磁場角度α測量所述被測對象相對於預設位置的位移S，可以利用如 下關係式：S＝f(α)。在所述霍爾傳感器100與所述感應磁鐵102之間的基準間隙位置201，可以通過採集多個點標定f(α)的係數，然後就可以根據磁場角度α的值，計算f(α)的值，從而得出所述被測對象相對於預設位置的位移S的值。

理想情況下，所述霍爾傳感器與所述感應磁鐵102的固定間隙應為所述霍爾傳感器100與所述感應磁鐵102之間的基準間隙位置201。所述霍爾傳感器就是按照所述基準間隙位置201進行標定的，故在實際裝配中，所述霍爾傳感器若落在所述基準間隙位置201，則利用所述霍爾傳感器測量位移的測量精度很高。但是若因為實際裝配的偏差導致所述霍爾傳感器與所述感應磁鐵102之間的間隙位置偏離了所述基準間隙位置201，比如造成所述霍爾傳感器與所述感應磁鐵102之間的間隙位置為所述最小間隙位置202，則測量的位移就會產生精度偏差。而在不同的間隙位置時，因為磁場角度α的值會有所不同，所以所述測量位移的方法必然會產生精度偏差。

比如，圖2中的所示的a、b、c三點有相同的所述被測對象相對於預設位置的位移203，但是因為Y方向的所述霍爾傳感器與所述感應磁鐵102之間的間隙不同，導致所在位置的磁場角度αa、αb、αc並不相同，如前所述，若按照S＝f(α)的關係式得出所述被測對象相對於預設位置的位移S的值，所述位移S與所述被測對象相對於預設位置的實際位移是有精度偏差的。但是因

可以通過分析得到，a、b、c三點所在位置的磁場角度αa、αb、αc的大小關係為αa<αb<αc，相應地，所述a、b、c三點處的合成磁場強度大小關係為|Ba|<|Bb|<|Bc|。由此可見，可以採用磁場強度大小來補償所述霍爾傳感器與所述感應磁鐵102之間的間隙公差帶來的磁場角度偏差。

針對現有技術中，霍爾傳感器測量位移的精度受到霍爾傳感器和被測對象之間的間隙公差的影響而降低的問題。本發明實施例中提供了一種霍爾傳感器測量位移的方法，即根據所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移之後，通過對所述位移進行修正，得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移作為測量結果，可以避免所述位移的測量結果受到霍爾傳感器與所述被測對象之間的間隙的影響，從而可 以提高霍爾傳感器測量位移的精度，且無須對所述霍爾傳感器及所述被測對象增加額外的硬體，從而使得所述霍爾傳感器及所述被測對象的結構更加簡便，同時也降低了成本。而且還可以減小感應磁鐵的尺寸，從而可以減小被測對象的結構尺寸。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

圖3示出了本發明實施例中的一種霍爾傳感器測量位移的方法，從圖1可以看出，所述方法可以包括以下3個步驟：

S301：測量被測對象在當前位置的磁場信息，所述磁場信息包括磁場第一信息和磁場第二信息。

在具體實施中，如果採用霍爾傳感器測量當前位置相對於預設位置的位移的方法，可以測量被測對象在當前位置的磁場信息，所述磁場信息包括磁場第一信息和磁場第二信息。

在本發明一實施例中，所述磁場第一信息包括：被測對象在當前位置的磁場角度。

在本發明一實施例中，所述磁場第二信息包括：被測對象在當前位置的磁場強度。

S302：根據所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

在具體實施中，可以根據所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

在本發明一實施例中，可以根據所述磁場的磁場角度獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

例如，如果在步驟S301中，霍爾傳感器的兩個霍爾元件，分別測得被測對象在兩個方向X及Y上的磁場強度為|Bx|＝3T和|By|＝4T，則所述被測對象在當前位置的合成磁場強度大小為|B測|＝5T，磁場角度α＝53°。則在步驟S302中可以根據所述合成磁場的磁場角度α＝53°，獲得所述被測對象的當前位置 相對於預設位置的位移S1＝f(α)。

S303：修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，得到所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，並作為測量結果。

在具體實施中，可以修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，得到所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，並作為測量結果。

在本發明一實施例中，可以根據所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移獲得所述被測對象在所述當前位置的磁場預設的第二信息，並根據測量得到的所述被測對象在當前位置的磁場第二信息與所述被測對象在當前位置的預設的磁場第二信息的關係，修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，得到所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，並作為測量結果。

例如，可以根據所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S1＝f(α)獲得所述被測對象在所述當前位置的磁場預設的磁場強度大小為|B預|＝4T，並根據測量得到的所述被測對象在當前位置的磁場強度大小|B測|＝5T與所述被測對象在當前位置的預設的磁場強度大小|B預|＝4T之間的關係，修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S1＝f(α)，得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S，並把S作為所述被測對象的位移測量結果。

在具體實施中，可以通過補償函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

在具體實施中，所述補償函數包括以下其中一種：多項式函數、指數函數、對數函數。

在本發明一實施例中，可以通過一次函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

例如，可以通過補償函數COMP(B，S1)修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S1＝f(α)，得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S＝S1+COMP(B，S1)，並把S作為所述被測對象的位移測量結果。其中，所述補償函數COMP(B，S1)可以為多項式函數、指數 函數、對數函數中的其中一個。

在本發明一實施例中，所述補償函數COMP(B，S1)＝K*(|B測|-|B預|)。可以通過補償函數COMP(B，S1)＝K*(|B測|-|B預|)修正所述位移S1＝f(α)，得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移：S＝S1+K*(|B測|-|B預|)，並把S作為位移測量結果。通過調整係數K的大小來調節補償的程度，所述係數K具體值的大小可以通過理論計算或者做實驗確定，所述係數K為常數。

圖4示出了本發明實施例中的一種補償函數圖。以下結合圖4及圖2，詳細介紹在本發明一實施例中通過補償函數補償位移的過程。如圖4所示，在所述霍爾傳感器的間隙位置為基準間隙位置201時，以所述被測對象相對於預設位置的位移S為橫坐標X，所述位移S的單位為毫米(mm)；分別以所述磁場角度α和預設磁場強度|B|為縱坐標Y，所述磁場角度α和預設磁場強度|B|的單位分別為度(°)及毫特斯拉(mT)。

假設所述磁場角度α和預設磁場強度|B|與所述被測對象相對於預設位置的位移S存在如圖4所示的關係曲線300和302所表示的關係。首先將磁場角度α曲線300和磁場強度|B|曲線302分別線性化為曲線301和曲線303。分別定義曲線301為函數S1＝f(α)，曲線303為函數|B預|＝g(S1)。

在基準間隙位置201進行標定的時候，採用線性化的方法存儲磁場強度、角度信息，即存在S1＝f(α)和|B預|＝g(S1)兩個函數。在實際檢測位移的過程中，首先測量所述被測對象在所在的當前位置的磁場角度α，然後根據所述磁場角度α並利用函數S1＝f(α)計算所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S1。之後對所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移S1進行如下關係式補償，S＝S1+COMP(B，S1)。

其中COMP(B，S1)＝K*(|B測|-|g(S1)|)，|B測|為當前合成磁場強度的大小，g(S1)即為曲線303，表示標定位置的合成磁場強度大小。係數K的大小可以調節補償的程度，具體值的大小可以理論計算或者做實驗確定。K也可以不為常數，比如可以為位移的一次函數，此時相當於補償函數COMP(|B|，S1)從S1的一階函數進化為多階函數。

通過根據所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位 置的位移之後，又對所述位移進行修正，得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，並作為測量結果。可以避免所述位移的測量結果受到霍爾傳感器與所述被測對象之間的間隙的影響，從而可以提高霍爾傳感器測量位移的精度。

為了使得本領域技術人員更好地理解和實現本發明，本發明實施例中還提供了相應的信息處理裝置。以下參照附圖，通過具體的實施例進行詳細的說明。

圖5示出了本發明實施例中的一種霍爾傳感器測量位移的裝置500，所述裝置500包括：測量單元501、第一計算單元502及修正單元503，其中：

所述測量單元501，適於測量被測對象在當前位置的磁場信息，所述磁場信息包括磁場第一信息和磁場第二信息；

所述第一計算單元502，適於根據所述測量單元測量的所述磁場第一信息獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移；

所述修正單元503，適於修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移並得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，作為測量結果。

在具體實施中，所述磁場第一信息包括：被測對象在當前位置的磁場角度。

在具體實施中，所述磁場第二信息包括：被測對象在當前位置的磁場強度。

在本發明一實施例中，所述修正單元503，適於通過補償函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，所述補償函數包括以下其中一種：多項式函數、指數函數、對數函數。例如，所述修正單元可以通過一次函數修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

圖6示出了本發明實施例中的另一種霍爾傳感器測量位移的裝置600，與圖5中示出的裝置500相比，除了所述測量單元501、第一計算單元502及修正單元503外，所述霍爾傳感器測量位移的裝置600還可以包括：第二計算 單元601。

所述第二計算單601適於根據所述被測對象的當前位置相對於預設位置的第一位移獲得所述被測對象在所述當前位置的磁場預設的第二信息。

所述修正單元503，適於根據測量得到的所述被測對象在當前位置的磁場第二信息與所述被測對象在當前位置的預設的磁場第二信息的關係，修正所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移。

通過所述第一計算單元502根據所述測量單元501測量的磁場第一信息計算獲得所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移之後，所述修正單元503又對所述位移進行修正並得到修正後的所述被測對象的當前位置相對於預設位置的位移，作為測量結果。可以避免所述位移的測量結果受到霍爾傳感器與所述被測對象之間的間隙的影響，從而可以提高霍爾傳感器測量位移的精度。

本領域普通技術人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於以計算機可讀存儲介質中，存儲介質可以包括：ROM、RAM、磁碟或光碟等。

雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。