[发明专利]一种基于霍尔效应的角位移的测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：包括转盘(4)、半圆形弧状磁钢(5)、上磁轭(1)、霍尔元件(2)、下磁轭(3)、转轴(6)以及外壳(7)，所述的转轴(6)设置在外壳(7)中部，所述的转盘(4)设置在外壳(7)内，且转盘套(4)设在转轴(6)上，转轴(6)可带动转盘(4)同步旋转，所述的半圆形弧状磁钢(5)设置在转盘(4)上表面，所述的上磁轭(1)设置在外壳(7)内顶部壁面上，所述的下磁轭(3)设置在外壳(7)内底部壁面上，且上磁轭(1)与下磁轭(3)位置相对，所述的上磁轭(1)与下磁轭(3)侧面设置有一间隙，所述的霍尔元件(2)设置在所述的间隙内，霍尔元件(2)与上磁轭(1)与下磁轭(3)均不接触。

2.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：还包括2个轴承(8)，所述的两个轴承(8)分别设置在外壳(7)顶部和底部，所述的转轴(6)设置在轴承(8)内部，且可在轴承(8)内转动。

3.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：所述的霍尔元件(2)上表面与上磁轭(1)的距离不超过0.5mm，下表面与下磁轭(3)的距离不超过0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：所述的半圆形弧状磁钢(5)为轴向磁极，上部为N极，下部为S极，半圆形弧状磁钢(5)材料为钕铁硼或钐钴，输入场强45～75mT。

5.根据权利要求1所述一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：所述的霍尔元件(2)型号为CS3144，其采用+5V直流电源进行供电，霍尔元件(2)输出电压范围是0.25～4.75V。

6.根据权利要求1所述一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：所述的转盘(4)为圆形转盘，由非铁磁材料制成，中心设有安装孔，用于固定安装半圆形弧状磁钢(5)和转轴(6)；半圆形弧状磁钢(5)固定在转盘(4)的上表面，与转盘(4)同心。

7.根据权利要求1所述一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：所述的上磁轭(1)为半圆形，由铁磁材料制成，包括下凸起部分；下磁轭(3)为圆形，与转盘(4)面积基本相同，由铁磁材料制成，包括上凸起部分，所述上磁轭(1)的下凸起部分与下磁轭(3)的上凸起部分之间形成间隙。

8.根据权利要求1所述一种基于霍尔效应的角位移的测量装置，其特征在于：所述的外壳(7)由T1号钢材料制成。

9.根据权利要求1－8任一所述测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：确定转轴(6)的旋转角位移0°位置，所述转轴(6)的旋转角位移0°位置为霍尔元件(2)输出霍尔电势值最小时转轴(6)的位置；

步骤2：转轴(6)带动转盘(4)及半圆形弧状磁钢(5)旋转，半圆形弧状磁钢(5)产生的磁力线穿过上磁轭(1)、下磁轭(3)以及霍尔元件(2)，经过上下磁轭的磁通量会发生相应的变化，当转盘(4)旋转至任一位置时，此时转轴的角位移为θ，霍尔元件(2)输出与该角位移θ成正比的霍尔电势实时值U_θ；

步骤3：根据霍尔电势实时值U_θ计算转轴的角位移θ，计算公式为：

其中：U_M——为霍尔元件(2)输出的霍尔电势最大值；

U_θ——为霍尔元件(2)输出的霍尔电势实时值。