[發明專利]一種基于霍爾效應的角位移解算方法

有效

• 申請號: 201811204614.6
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109323649B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 段東建;宋萬祿;孫拓
• 申請（專利權）人: 天津津航技術物理研究所
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王雪芬

本發明涉及一種基于霍爾效應的角位移解算方法，屬于光電吊艙技術領域。本發明基于霍爾效應設計了一種角位移解算方法，根據該方法已得到工程應用，經試驗證明該方法可以有效解決基于線性霍爾傳感器的測角裝置的角度解算問題；數據源來自于測角裝置內部的霍爾傳感器采樣，計算量小、計算時間短(系統時鐘80MHz，計算時間小于100us)，滿足實時性要求；該解算方法適用范圍廣，可以普遍應用于類似的基于線性霍爾傳感器的測角裝置中。

技術領域

本發明屬于光電吊艙技術領域，具體涉及一種基于霍爾效應的角位移解算方法。

背景技術

小型無人機的帶載能力有限，因此對作為其重要任務設備的光電吊艙也提出了小型化的要求。在小型(1.5Kg以下)四框架光電吊艙中，有限的空間用于承載光電探測設備，吊艙外框架需要做大范圍角運動，使用單獨的角度傳感器一般體積較大，在小型吊艙中應用比較困難，因此設計了一種基于線性霍爾傳感器的小型測角裝置，用于測量框架角位移，裝置原理圖見圖1。該裝置使用兩個線性霍爾傳感器正交安裝在電機驅動電路板上，電機輸出軸端面粘貼圓形磁鐵。磁鐵隨電機旋轉時，兩路霍爾傳感器通過磁感應輸出相位差90°的電壓信號，電機和吊艙框架之間采用齒輪傳動，減速比為d_scale，針對該裝置，需要給出一種將該兩路霍爾電壓信號解算成在-180°～180°角度范圍內相應框架角位移的方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何針對基于線性霍爾傳感器的小型測角裝置中兩個線性霍爾傳感器感應出的電壓，解算出吊艙框架-180°～180°范圍內的角度值，并且使角度值的噪聲盡可能小。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于霍爾效應的角位移解算方法，包括以下步驟：

第一步，組裝出一種基于線性霍爾傳感器的測角裝置，用于測量框架角位移，該裝置中，使用兩個線性霍爾傳感器即第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器，正交安裝在電機驅動電路板上，電機輸出軸端面粘貼圓形磁鐵，磁鐵隨電機旋轉時，兩路霍爾傳感器通過磁感應輸出相位差90°的電壓信號，電機和吊艙框架之間采用齒輪傳動；

設Hall_sin是第一霍爾傳感器輸出電壓經AD芯片采樣后的值；Hall_cos是第二霍爾傳感器輸出電壓經AD芯片采樣后的值；T_sam是AD采樣周期；f_c是低通濾波器的截止頻率；fHall_sin_K是第一霍爾傳感器輸出電壓經AD芯片采樣后的值再經過低通濾波后的當前值；fHall_sin_K-1是第一霍爾傳感器輸出電壓AD采樣值上一次低通濾波后的值；fHall_cos_K是第二霍爾傳感器輸出電壓經AD芯片采樣后的值再經過低通濾波后的當前值；fHall_cos_K-1是第二霍爾傳感器輸出電壓AD采樣值上一次低通濾波后的值；Angle_motor_K是電機輸出軸角度當前計算值；Angle_motor_K-1是電機輸出軸角度上一次計算值；Angle_gimble_K是吊艙框架角度當前計算值；d_scale是齒輪減速比；Angle_gimble是吊艙框架角度值；init_ang是初始零位偏差角；P是電機正轉的圈數；N是電機反轉的圈數；

第二步、采集兩個霍爾傳感器的輸出的數據，并對兩個霍爾傳感器的輸出的數據進行低通濾波：

采集第一霍爾傳感器輸出電壓AD采樣值上一次低通濾波后的值、第一霍爾傳感器輸出電壓經AD芯片采樣后的值、第二霍爾傳感器輸出電壓經AD芯片采樣后的值、第二霍爾傳感器輸出電壓AD采樣值上一次低通濾波后的值；

第三步、根據第二步的數據采集結果計算第一霍爾傳感器的AD采樣值數字低通濾波值：