[发明专利]位移传感器和位移传感测量系统

说明书

本发明公开了一种位移传感器，包括至少三个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测物经过每个磁性传感单元时的磁场，所述待测物含有磁性材料，磁性传感单元沿待测物的运行方向排成一列或多列。本发明还公开了一种位移传感测量系统，采用前面所述的位移传感器，待测物上固定有多个磁性物质块，磁性传感单元还用于检测待测物中的磁性物质块经其时的磁场，相邻磁性传感单元之间的间距小于相邻磁性物质块的距离。还可在待测物具有磁性层，磁性传感单元还用于检测待测物的磁性层经其时的磁场。本发明具有高精度、高灵敏度、高气隙距离、抗干扰能力强的特点且降低了测量成本。

技术领域

本发明涉及磁性传感器领域，特别是位移传感器和位移传感测量系统。

背景技术

位移传感器主要应用于自动化控制系统中，用以测量工业系统中部件的速度、位置、位移方向和角度等物理量。目前，常用的位移测量方式是将齿轮传感器安装在设备中，通过需要测量的部件和相应的齿轮连接，齿轮传感器通过测量齿轮的转速、位移量、位移方向、角度等物理量得知待测部件的相应物理量。

常用的齿轮传感器为光敏传感器和磁性传感器。在机械转动系统中，面对震动、冲击、油污等恶劣环境，磁传感器比光敏传感器具有更大的优势。现有技术中有许多不同类型的磁传感器，例如以霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件以及磁隧道结元件为敏感元件的磁传感器，其中霍尔传感器具有很大的测量范围，但是灵敏度和测量精度较低，后面几种属于磁电阻型传感元件，具有更高的灵敏度和测量精度。

现有的磁性齿轮传感器的结构为背磁和两个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测齿轮的齿经过时的磁场，每当一个齿轮经过一个传感单元时输出一个峰值，两组信号的相位差判断待测齿轮的运行方向，每组信号的信号峰值数即为经过的齿数，已知齿轮的齿距P和时间T，即可计算出待测齿轮的位移、速度、位移方向等物理量。每个磁性传感单元通常由两个半桥组成一个梯度全桥输出一路信号。背磁和磁性材料构成的齿轮之间形成一个梯度磁场，当齿轮的齿经过传感器时，磁场的分布发生变化，磁性传感单元的两个半桥分别感应齿轮经过时的磁场变化，然后两个半桥之间形成电势差，输出一路类正弦波信号。对于采用不同传感元件的传感器来说，传感单元沿敏感方向上的半桥之间的距离d和齿周期的长度P之间具有以下的关系：

对于采用霍尔元件的传感器，有：

P=2·d (1)

对于采用巨磁电阻元件的传感器，有：

P=4·d (2)

对于采用磁隧道结元件的传感器，有：

P=2·d (3)

以上的公式为实际应用中的最优结果，当满足上述条件时，输出幅度最大。我们可以看出，传感器的两个传感单元的输出信号周期依赖于齿间距P，其测量精度依赖于齿的相对大小，也就是齿轮模数比（齿轮半径/齿轮数），通俗来说，就是单位距离内齿数越多，其输出信号的峰越多，测量精度越高。