[發(fā)明專(zhuān)利]用于借助霍爾傳感器的相對(duì)位置非接觸式測(cè)量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280047390.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103988052B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: O.沙夫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 泰連德國(guó)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01D5/14
• 分類(lèi)號(hào): G01D5/14;G01D5/244
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 吳艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于彼此相關(guān)的產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)源和磁場(chǎng)傳感器的相對(duì)位置的非接觸式測(cè)量的方法。進(jìn)一步的，本發(fā)明還涉及相應(yīng)的位移傳感器。

背景技術(shù)

特別的，意圖借助根據(jù)本發(fā)明的方法借助在一個(gè)或多個(gè)永磁體和基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器之間的磁相互作用以非接觸的方式而檢測(cè)和估計(jì)直線運(yùn)動(dòng)。

直線運(yùn)動(dòng)的測(cè)量用于例如控制機(jī)械工具、氣體力學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)以及汽車(chē)領(lǐng)域中。非接觸式運(yùn)動(dòng)檢測(cè)相比其他提供了免于受磨損的優(yōu)勢(shì)。在非接觸式測(cè)量方法中，光學(xué)和磁的方法是最普遍的。盡管光學(xué)方法由于光的短波長(zhǎng)而保證了非常高水平的精度，但是磁的方法對(duì)于污染和損壞是遠(yuǎn)不敏感的，特別是由于磁體和傳感器部件可完全裝入非磁性氣密殼體中。

其中可移位的永磁體的位置借助于二維或三維霍爾傳感器而確定的位移傳感器由不同制造商銷(xiāo)售。

為了檢測(cè)在某位置上的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，彼此垂直的兩個(gè)磁場(chǎng)分量被測(cè)量并且求其商的值以確定所述位置。該方法具有的優(yōu)勢(shì)在于，在一個(gè)磁場(chǎng)分量取到極限值并且因此檢測(cè)不到小的位移的區(qū)域中，另一個(gè)磁場(chǎng)分量對(duì)該位移更加強(qiáng)烈的起作用，使得在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)提供有大約一致的高水平的測(cè)量精度。

進(jìn)一步的，該原理具有的優(yōu)勢(shì)在于由于在磁場(chǎng)分量之間的比例數(shù)值用于檢測(cè)位置而使得其對(duì)于在絕對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度中的變化相對(duì)不是非常敏感。

歐洲專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)EP0979988B1公開(kāi)了用于在永磁體和電子傳感器之間的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的非接觸式磁檢測(cè)的測(cè)量方法。為了借助于電子傳感器檢測(cè)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，需要檢測(cè)兩個(gè)互相垂直的場(chǎng)分量，求其商值以確定位置。

在第二種方法變型中，已知的測(cè)量方法也可被施行，使得求其商值以確定位置的兩個(gè)互相垂直的場(chǎng)分量在兩個(gè)位置被檢測(cè)以借助電子傳感器檢測(cè)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)。

公開(kāi)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP2159546A2公開(kāi)了一種用于在用于檢測(cè)兩個(gè)相互垂直磁場(chǎng)分量（R、A）的傳感器布置和永磁體之間的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的非接觸式檢測(cè)的測(cè)量方法。使用二維或三維霍爾傳感器代替單獨(dú)的傳感器以檢測(cè)不同的磁場(chǎng)分量。準(zhǔn)線性位置測(cè)量線由函數(shù)U=y–e+g形成，其中y是磁場(chǎng)分量的函數(shù)關(guān)系，并且e和g是可預(yù)定的電壓值。特別的，準(zhǔn)線性測(cè)量線U=f(y)由根據(jù)關(guān)系y=a+b·R/f(c·Rⁿ+d·Aⁿ)的霍爾傳感器的輸出信號(hào)形成，其中R是徑向磁場(chǎng)分量，A是軸向磁場(chǎng)分量，U是測(cè)量電壓，并且a、b、c、d和n是常數(shù)因子。

公開(kāi)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP1243897A1涉及一種磁性位移傳感器，其包括可沿預(yù)定路徑相對(duì)于彼此移位的磁場(chǎng)源和磁場(chǎng)傳感器。磁場(chǎng)傳感器測(cè)量由磁場(chǎng)源產(chǎn)生的磁場(chǎng)的兩個(gè)分量。然后代表磁場(chǎng)傳感器和磁場(chǎng)源的相對(duì)位置的位置信號(hào)由該測(cè)得的分量得出。示于該說(shuō)明書(shū)的位移傳感器的構(gòu)造的區(qū)別在于位置信號(hào)的確定包含磁場(chǎng)的兩個(gè)測(cè)得的分量的區(qū)分。

然而，這些已知的方法具有以下缺陷：在永磁體和磁傳感器之間的間距構(gòu)成了在測(cè)量中的顯著的誤差來(lái)源。通常很難保持該間距恒定，特別是由于裝配公差、熱致材料膨脹和振動(dòng)影響。

圖1示出一種布置，其中霍爾傳感器100被安裝成固定在位以便非接觸式檢測(cè)直線運(yùn)動(dòng)，并且霍爾傳感器100檢測(cè)可移動(dòng)的永磁體102的磁場(chǎng)。依據(jù)在永磁體102的運(yùn)動(dòng)方向上的南北極，在運(yùn)動(dòng)方向上延伸的磁場(chǎng)在以下被稱(chēng)為磁場(chǎng)分量Bz，而橫向于其延伸的分量被稱(chēng)為磁場(chǎng)分量By。可根據(jù)下面的式（1）計(jì)算的角度α通常用作測(cè)量信號(hào)。

α=arctan(BzBy)---(1)]]>

如在圖2中圖示的，角度α以相對(duì)線性的方式依賴(lài)于永磁體102相對(duì)于霍爾傳感器100的位置，直至給定的閾值。通常，當(dāng)前測(cè)量的特征線會(huì)進(jìn)一步線性化，如圖2所示借助于線104。該線性化的線α_lin104然后形成了該傳感器的特征輸出線。

參考圖3和圖4，輸出信號(hào)對(duì)于在永磁體102和傳感器100之間的間距d的依賴(lài)性會(huì)詳細(xì)地解釋?zhuān)ㄒ?jiàn)圖1）。