[发明专利]用于借助霍尔传感器的相对位置非接触式测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于彼此相关的产生磁场的磁场源和磁场传感器的相对位置的非接触式测量的方法。进一步的，本发明还涉及相应的位移传感器。

背景技术

特别的，意图借助根据本发明的方法借助在一个或多个永磁体和基于霍尔效应的磁传感器之间的磁相互作用以非接触的方式而检测和估计直线运动。

直线运动的测量用于例如控制机械工具、气体力学、自动化技术和机器人技术以及汽车领域中。非接触式运动检测相比其他提供了免于受磨损的优势。在非接触式测量方法中，光学和磁的方法是最普遍的。尽管光学方法由于光的短波长而保证了非常高水平的精度，但是磁的方法对于污染和损坏是远不敏感的，特别是由于磁体和传感器部件可完全装入非磁性气密壳体中。

其中可移位的永磁体的位置借助于二维或三维霍尔传感器而确定的位移传感器由不同制造商销售。

为了检测在某位置上的相对直线运动，彼此垂直的两个磁场分量被测量并且求其商的值以确定所述位置。该方法具有的优势在于，在一个磁场分量取到极限值并且因此检测不到小的位移的区域中，另一个磁场分量对该位移更加强烈的起作用，使得在整个测量范围内提供有大约一致的高水平的测量精度。

进一步的，该原理具有的优势在于由于在磁场分量之间的比例数值用于检测位置而使得其对于在绝对磁场强度中的变化相对不是非常敏感。

欧洲专利说明书EP0979988B1公开了用于在永磁体和电子传感器之间的相对直线运动的非接触式磁检测的测量方法。为了借助于电子传感器检测相对直线运动，需要检测两个互相垂直的场分量，求其商值以确定位置。

在第二种方法变型中，已知的测量方法也可被施行，使得求其商值以确定位置的两个互相垂直的场分量在两个位置被检测以借助电子传感器检测相对直线运动。

公开的欧洲专利申请EP2159546A2公开了一种用于在用于检测两个相互垂直磁场分量（R、A）的传感器布置和永磁体之间的相对直线运动的非接触式检测的测量方法。使用二维或三维霍尔传感器代替单独的传感器以检测不同的磁场分量。准线性位置测量线由函数U=y–e+g形成，其中y是磁场分量的函数关系，并且e和g是可预定的电压值。特别的，准线性测量线U=f(y)由根据关系y=a+b·R/f(c·Rⁿ+d·Aⁿ)的霍尔传感器的输出信号形成，其中R是径向磁场分量，A是轴向磁场分量，U是测量电压，并且a、b、c、d和n是常数因子。

公开的欧洲专利申请EP1243897A1涉及一种磁性位移传感器，其包括可沿预定路径相对于彼此移位的磁场源和磁场传感器。磁场传感器测量由磁场源产生的磁场的两个分量。然后代表磁场传感器和磁场源的相对位置的位置信号由该测得的分量得出。示于该说明书的位移传感器的构造的区别在于位置信号的确定包含磁场的两个测得的分量的区分。

然而，这些已知的方法具有以下缺陷：在永磁体和磁传感器之间的间距构成了在测量中的显著的误差来源。通常很难保持该间距恒定，特别是由于装配公差、热致材料膨胀和振动影响。

图1示出一种布置，其中霍尔传感器100被安装成固定在位以便非接触式检测直线运动，并且霍尔传感器100检测可移动的永磁体102的磁场。依据在永磁体102的运动方向上的南北极，在运动方向上延伸的磁场在以下被称为磁场分量Bz，而横向于其延伸的分量被称为磁场分量By。可根据下面的式（1）计算的角度α通常用作测量信号。

α=arctan(BzBy)---(1)]]>

如在图2中图示的，角度α以相对线性的方式依赖于永磁体102相对于霍尔传感器100的位置，直至给定的阈值。通常，当前测量的特征线会进一步线性化，如图2所示借助于线104。该线性化的线α_lin104然后形成了该传感器的特征输出线。

参考图3和图4，输出信号对于在永磁体102和传感器100之间的间距d的依赖性会详细地解释（见图1）。