[发明专利]一种基于卡尔曼滤波的TMR磁编码器系统

说明书

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的TMR磁编码器系统，该系统包括稳压电源模块、信号发生单元、ADC模块、滤波电路模块、信号处理模块、信号输出模块。信号发生单元与ADC模块相连接；ADC模块与信号处理模块相连接；信号输出模块连接在信号处理模块。本发明的信号发生单元采用TMR传感器，相对于传统的Hall传感器，其功耗降低三个数量级，灵敏度提升三个数量级，产生的信号质量更佳。而且本发明在信号处理部分加入了卡尔曼滤波算法，使输出信号更加平稳，可以提升其分辨率和精度，并提升其稳定性。将卡尔曼滤波后的波形进行角度解析，按照角度进行逻辑信息划分，并配备磁编码器通用的接口电路，最终以脉冲信号的形式输出。

技术领域

本发明涉及一种磁编码器，尤其涉及一种基于卡尔曼滤波的TMR磁编码器系统。

背景技术

在现有技术中，磁编码器主要基于霍尔(Hall)、各向异性磁电阻(AnisotropicMagneto Resistive，AMR)及巨磁电阻(Giant Magneto Resistive，GMR)产生信号，但其功耗高，尺寸大，响应时间慢，极大的限制了磁编码器微型化的进程。因此，目前的磁编码器需要大量的电路单元进行降噪处理，故尺寸较大，且应用范围局限。

目前的信号发生单元多采用Hall传感器、AMR传感器及GMR传感器，其均易受温度变化的影响而导致输出信号紊乱，故温度的局限使其应用范围不是十分广泛，从而限制了磁编码器在市场的占有率。

而新型的隧道磁阻(Tunnel Magneto Resistance，TMR)传感器则受温度影响较小，温度部分的影响可以忽略不计，同时其以极快的响应速度、尺寸小、低功耗等优点，成为新型磁编码器传感元件的不二之选。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明提出了一种基于卡尔曼滤波的TMR磁编码器系统，目的在于为磁编码器智能化、数字化、微型化提供一套可行方案。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于卡尔曼滤波的TMR磁编码器系统，包括稳压电源模块、信号发生单元、ADC模块、滤波电路模块、信号处理模块、信号输出模块；

稳压电源模块与信号发生单元、ADC模块、滤波电路模块、信号处理模块及信号输出模块分别相连，为其提供低纹波稳压电源，减少电源部分引入的噪声信号；信号发生单元采用TMR传感芯片与单磁极对磁铁的组合，ADC模块与信号发生单元连接，采集其输出波形信号，并转换为数字信号，便于后续信号处理模块处理；滤波电路模块对ADC模块采集到的数字信号进行校准，采用数字滤波的方式，减少数字信号中存在的噪声信号；信号处理模块将滤波后的数字信号进行处理，采用卡尔曼滤波算法，并将处理后的数据输出为脉冲方波信号；信号输出模块对接现有磁编码器的接口模块。

作为优选，在进行卡尔曼滤波之前采用巴特沃斯滤波器进行滤波，消除信号中高频干扰。

作为优选，在进行卡尔曼滤波之前，通过区间判断，将波形分为8个区间，分别为(0，45)∪(45，90)∪(90，135)∪(135，180)∪(180，225)∪(225，270)∪(270，315)∪(315，0)。

与现有技术相比，本发明实例至少具有以下优点：本发明采用TMR作为信号发生单元，一方面减少了功耗及尺寸，提高了分辨率，响应时间快，温漂小，为磁编码器微型化发展提供基础；信号处理模块采用卡尔曼滤波算法，使波形更加稳定，为编码器智能化提供了先天条件；ADC模块采用高位高速AD芯片，加速磁编码器数字化进程。

附图说明

图1为本发明基于卡尔曼滤波的TMR磁编码器系统方案框图；

图2为ADC采集后信号的波形；

图3为传感器输出波形8个线性区域划分；

图4为IIIII区间划分为脉冲信号。