長行程線性位移非接觸式測量裝置的製作方法
2023-07-04 07:52:11 2
專利名稱：長行程線性位移非接觸式測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及線性位移測量領域，尤其涉及一種基於霍爾效應的長行程線性位移非接觸式測量裝置。
背景技術：
線性霍爾傳感器(Hall IC)的電壓輸出會精確跟蹤磁通密度的變化。在靜態(無磁場)時，一般將輸出電壓設置在等於工作電壓及工作溫度範圍內的電源電壓的一半，當增加南極磁場時將增加或減少輸出電壓；相反，當增加北極磁場時將減少或增加輸出電壓，因此常用來測量電流、角度、線性位移及磁通量等，以磁力驅動的方式反映機械事件。目前，測量直線位移的IC主要用於測量位移範圍很小(一般在15mm以內)的直線位移，但對於位移範圍較大的運動，Hall IC的輸出信號難於與被測位移量保持線性關係，而呈現出一種非線性關係，如量程為23mm，Hall IC的輸出電壓-位移曲線的線性度為9. 38%。為了克服線 性度的缺陷，往往需要增加永磁鐵的長度，但這種方法不但增大了永磁鐵的安裝尺寸，而且由於永磁材料成本快速上升從而增加了整個產品的成本。
實用新型內容鑑於上述現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的是提出一種基於霍爾效應的長行程線性位移非接觸式測量裝置。本實用新型的目的，將通過以下技術方案得以實現一種長行程線性位移非接觸式測量裝置，用於測量永磁鐵的直線位移，包括一微控制單元(MCU)，還包括至少兩個的線性霍爾傳感器(Hall 1C)，所述線性霍爾傳感器沿同一軸線方向並列設置，且與所述永磁鐵的直線位移軸線平行；每個所述線性霍爾傳感器上均包括一電壓輸出端，各電壓輸出端分別與所述微控制單兀的輸入端連接。優選的，上述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其中所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為模擬信號，所述微控制單元內置有與所述線性霍爾傳感器對應的模數轉換器(ADC)，各電壓輸出端分別通過對應的模數轉換器與微控制單元的輸入端連接。優選的，上述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其中所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為脈寬調製信號，所述微控制單元內置有與所述線性霍爾傳感器對應的計數器，各電壓輸出端分別通過對應的計數器與微控制單元的輸入端連接。優選的，上述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其中所述微控制單元的輸出端包括一脈衝寬度調製器(PWM)，以輸出PWM信號。優選的，上述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其中所述脈衝寬度調製器與一低通濾波器(LPF)連接，以輸出模擬信號。優選的，上述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其中所述微控制單元的輸出端與一數模轉換器連接，以輸出模擬信號。優選的，上述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其中所述微控制單元的輸出端與一 LIN收發器連接，所述LIN收發器與LIN總線連接，以輸出LIN信號。本實用新型加設有多個線性霍爾傳感器，通過將每一個線性霍爾傳感器的輸出電壓-位移曲線中線性段進行拼接，而得到長行程的輸出電壓-位移曲線，同時微控制單元通過韌件將整個曲線線性化，實現了該裝置對於長行程線性位移的精確測量，擴大了該裝置的應用範圍，克服了使用單個線性霍爾傳感器時測量行程短，以及測量長行程時的線性度低的問題，同時，無需增加永磁鐵的長度，減小了永磁鐵的原料成本和安裝空間。以下便結合實施例附圖，對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本實用新型技術方案更易於理解、掌握。
圖I是本實用新型實施例的結構示意圖； 圖2是本實用新型實施例的連接示意圖；圖3是本實用新型實施例的永磁鐵相對兩個線性霍爾傳感器產生的磁場強度-位移曲線；圖4是本實用新型實施例的線性霍爾傳感器的輸出電壓-位移曲線；圖5是本實用新型實施例的MCU處理後得到的輸出電壓-位移曲線。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型進行說明，但本實用新型並不局限於此。實施例本實施例的一種長行程線性位移非接觸式測量裝置，如圖I 圖5所示用於測量永磁鐵I的直線位移，包括微控制單元(MCU) 2，還包括兩個線性霍爾傳感器ICl 31和IC232，ICl 31和IC2 32沿同一軸線方向並列設置，且與永磁鐵I的直線位移軸線X平行；IC131和IC2 32上分別設有電壓輸出端，各電壓輸出端分別與微控制單元2的輸入端連接。ICl31和IC2 32之間的距離至多設置為使ICl 31和IC2 32的輸出電壓-位移曲線中ICl 31線性段Bll結束所對應的永磁鐵I的位移位置即為IC2 32線性段B21開始所對應的永磁鐵I的位移位置。當線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32的電壓輸出端的輸出為模擬信號時，微控制單元2內置有與線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32對應的模數轉換器ADCl 41和ADC2 42，各電壓輸出端分別通過對應的模數轉換器ADCl 41和ADC2 42與微控制單元2的輸入端連接。當線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32的電壓輸出端的輸出為脈寬調製信號時，微控制單元2內置的模數轉換器ADCl 41和ADC2 42替換為相應個數的計數器(Counter)。微控制單元2的輸出方式有多種可選，包括微控制單元2的輸出端包括脈衝寬度調製器(PWM) 5，直接輸出PWM信號；脈衝寬度調製器5與低通濾波器(LPF) 6連接，以輸出模擬信號；微控制單元2的輸出端與LIN收發器7連接，LIN收發器7與LIN總線8連接，以輸出LIN信號，連入通訊網絡；微控制單元2的輸出端與數模轉換器(DAC)9連接，以輸出模擬信號。應用本實施例的長行程線性位移非接觸式測量裝置，當永磁鐵I平行於ICl 31和IC2 32做直線位移時，使ICl 31和IC2 32的感應磁場發生變化，如圖3所示，其中曲線BI和B2分別為永磁鐵I相對ICl 31和IC2 32產生的磁場強度-位移曲線，Bll為永磁鐵I的線性位移對應的ICl 31感應磁場變化的線性段，B21為永磁鐵I的線性位移對應的IC2 32感應磁場變化的線性段，BI I結束所對應的永磁鐵I的位移位置即為B21開始所對應的永磁鐵I的位移位置。感應磁場發生變化使ICl 31和IC2 32的電壓輸出發生變化，電壓輸出為(T5V。電壓輸出信號通過ADCl 41和ADC2 42輸入微控制單元2，如圖4所示，將ICl 31和IC2 32的輸出電壓-位移曲線中線性段進行拼接，而得到長行程的輸出電壓-位移曲線，同時微控制單元2通過韌件將整個曲線線性化，從而保證了長行程測量的線性度。如圖5可示，輸出電壓與位移之間滿足以下公式Vout (X) = (Voql + Sensitivityl * BI (x))/2,0〈x〈=stroke/2 ;Vout(X) = (Voq2 + Sensitivity2 * B2 (x))/2 + Vmid, stroke/2< x<=stroke。其中，Vout為輸出電壓，Voq為靜態電壓，Vmid為中點電壓，Sensitivity為靈敏度，stroke為行程。輸出電壓經過微控制單元2處理後輸出，輸出方式包括以PWM輸出， 模擬輸出或LIN信號輸出等。應用本實施例，增加位移量程至42mm，其線性度改善到2%。本實施例加設線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32，實現了該裝置對於長行程線性位移的精確測量，擴大了該裝置的應用範圍，克服了使用單個線性霍爾傳感器時測量行程短，以及測量長行程時的線性度低的問題，同時，無需增加永磁鐵的長度，減小了永磁鐵的原料成本和安裝空間。
權利要求1.一種長行程線性位移非接觸式測量裝置，用於測量永磁鐵的直線位移，包括一微控制單元，其特徵在於還包括至少兩個的線性霍爾傳感器，所述線性霍爾傳感器沿同一軸線方向並列設置，且與所述永磁鐵的直線位移軸線平行；每個所述線性霍爾傳感器上均包括一電壓輸出端，各電壓輸出端分別與所述微控制單兀的輸入端連接。
2.根據權利要求I所述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其特徵在於所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為模擬信號，所述微控制單元內置有與所述線性霍爾傳感器對應的模數轉換器，各電壓輸出端分別通過對應的模數轉換器與微控制單元的輸入端連接。
3.根據權利要求I所述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其特徵在於所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為脈寬調製信號，所述微控制單元內置有與所述線性霍爾傳感器對應的計數器，各電壓輸出端分別通過對應的計數器與微控制單元的輸入端連接。
4.根據權利要求I所述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其特徵在於所述微控制單元的輸出端包括一脈衝寬度調製器。
5.根據權利要求4所述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其特徵在於所述脈衝寬度調製器與一低通濾波器連接。
6.根據權利要求I所述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其特徵在於所述微控制單元的輸出端與一數模轉換器連接。
7.根據權利要求I所述的長行程線性位移非接觸式測量裝置，其特徵在於所述微控制單元的輸出端與一 LIN收發器連接，所述LIN收發器與LIN總線連接。
專利摘要本實用新型揭示了一種長行程線性位移非接觸式測量裝置，用於測量永磁鐵的直線位移，包括一微控制單元，還包括至少兩個的線性霍爾傳感器，所述線性霍爾傳感器沿同一軸線方向並列設置，且與所述永磁鐵的直線位移軸線平行；每個所述線性霍爾傳感器上均包括一電壓輸出端，各電壓輸出端分別與所述微控制單元的輸入端連接。本實用新型加設有多個線性霍爾傳感器，實現了該裝置對於長行程線性位移的精確測量，擴大了該裝置的應用範圍，克服了使用單個線性霍爾傳感器時測量行程短，以及測量長行程時的線性度低的問題，同時，無需增加永磁鐵的長度，減小了永磁鐵的原料成本和安裝空間。
文檔編號G01B7/02GK202501823SQ201220025100
公開日2012年10月24日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者戴德明 申請人:哈姆林電子(蘇州)有限公司