[发明专利]一种多维位移加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种相对位置、角度与加速度测量装置，具体涉及一种多维位移加速度传感器。

背景技术

目前，已知的位移传感器，角度传感器，加速度传感器多为分立元件。当一个产品，需要应用上述功能时，例如具有鼠标指针的手持设备，为了达到良好的操控效果，多使用轨迹球或光电图像传感器。这些传感器大部分为相对位置测量，即手指划动一下，鼠标指针便移动一段距离。虽然可以达到很好的效果，但在灵活性方面还有不足。如果还想同时具备加速度与角度感应功能，则还需要增加旋转编码器和加速度模块。中国专利申请号为200610109056.6的专利集成了位移、角度、加速度传感三种功能。但还存在结构复杂、生产难度大、生产成本高等问题，而且不利于实现类似力反馈功能的扩展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种结构简单、生产成本低、功能全面的多维位移加速度传感器。

本发明所述的一种多维位移加速度传感器，其特征在于，磁体(3)的一侧固定有测量元件组，测量元件组处于磁体(3)的磁场中，磁体(3)可以在其所处的平面上移动，在磁体(3)移动过程中，所述测量元件组通过测量所述磁体(3)所在位置的磁场强度和磁场方向获得所述磁体(3)相对所述测量元件组的位置和转角。

所述测量元件组包括磁敏元件(1)和距离测量元件(2)。

所述磁敏元件(1)为至少三个，平均分布在测量元件组上。

所述距离测量元件(2)为至少一个。

所述距离测量元件(2)可以为触点开关元件、电容传感器、电感传感器、压电传感器或应变传感器。

所述磁体(3)为永磁铁。

所述磁铁(3)为一侧包含至少4个磁极的永磁铁。

所述磁极的S极和N极交替排列。

所述磁敏元件(1)作为水平位移测量和旋转角度的测量，所述距离测量元件(2)作为垂直方向上的位移和倾角测量，通过检测单位时间内所述磁体(3)不同方向移动的距离来实现多维加速度测量。

利用电感传感器的电磁效应或压电传感器的逆压电效应，通过为距离测量元件(2)施加电流使其控制磁体(3)产生位移，实现力反馈。

本发明的有益效果是：

1.集成了位移、角度、加速度传感三种功能；

2.利于实现类似力反馈功能的扩展；

3.结构简单、生产成本低。

附图说明

图1是本发明实施例1中磁体的磁极分布示意图；

图2是本发明实施例1中测量元件组示意图；

图3是本发明实施例1的结构示意图；

图4是本发明实施例1的磁体与磁敏元件的曲线图；

图5是图3X轴方向上的侧视图；

图6是图3Y轴方向上的侧视图；

图7是本发明实施例3中测量元件组示意图；

图8是本发明实施例2的结构示意图；

图9是图8Y轴方向上的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做详细说明。

实施例1：

如图1所示，磁体3为一侧包含4个磁极的圆形永磁铁，磁极的S极32和N极31交替排列，4极永磁铁可以通过对同一个磁性材料做多极磁化或由多块扇形磁体组合在一起得到。

如图2所示，测量元件组由4个磁敏元件1与4个距离测量元件2组成，磁敏元件1可以是霍尔效应元件，也可以是磁阻元件。磁敏元件1a、1b、1c、1d和距离测量元件2a、2b、2c、2d平均分布在测量元件组上。

磁敏元件1在磁体3的N极靠近磁敏元件1时输出电信号，包括电压、电阻或频率。所述电信号通过采集电路转换后输出的数据B＞0；磁敏元件1在磁体3的S极靠近磁敏元件1时，输出数据B＜0；磁体3的N极与S极中心分割线靠近磁敏元件1时输出数据B＝0。

如图3所示，将磁体3放置在测量元件组一侧，并覆盖住测量元件组。磁敏元件1a、1b、1c、1d和距离测量元件2a、2b、2c、2d分别在磁极分割线31与32所对应的正Y轴、负X轴、负Y轴、正X轴上。当磁敏元件1a、1b、1c、1d和距离测量元件2a、2b、2c、2d到磁极分割线31与32交点的距离相等时，磁敏元件1a、1b、1c、1d输出的数据Ba，Bb，Bc，Bd都为0。

如图4所示，当磁体3在磁敏元件1上移动距离M时，磁敏元件1输出的数据B为曲线C，可以得到接近线性的区域P。限制磁体3移动范围，使磁敏元件1输出数据B在P区域内即可测量磁体3相对磁敏元件1的位置。