[发明专利]一种用于磁栅尺的单场扫描装置及扫描方法

权利要求书

1.一种用于磁栅尺的单场扫描装置，其特征在于，所述扫描装置包括读数单元(2)和数显装置(3)，所述读数单元(2)和数显装置(3)通过数据线连接；所述读数单元(2)和磁栅尺(1)沿X向平行，两者沿Y向中心对齐且沿Z向间隙为0.3～2mm；所述读数单元(2)的内部为单场扫描霍尔传感微阵列(5)，所述单场扫描霍尔传感微阵列(5)由M组扫描探测单元组成，每组扫描探测单元由N个微尺度霍尔元件(6)构成，N个微尺度霍尔元件(6)等间距地分布在一个磁栅尺栅距Λ内，每组扫描探测单元的N个微尺度霍尔元件的编号为A₁，A₂，...，A_N，编号相同的微尺度霍尔元件(6)通过一根信号线连接在一起。

2.如权利要求1所述的一种用于磁栅尺的单场扫描装置，其特征在于，所述微尺度霍尔元件(6)为线性霍尔元件，尺度为0.1～0.5mm。

3.如权利要求1所述的一种用于磁栅尺的单场扫描装置，其特征在于，M为整数，取值为3、4、5或6。

4.如权利要求1所述的一种用于磁栅尺的单场扫描装置，其特征在于，N为整数，取值为3或4。

5.一种基于权利要求1-4中任意一项所述的单场扫描装置的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法包括如下步骤：

S1：将读数单元(2)与磁栅尺(1)平行放置，之后将读数单元(2)沿X方向对磁栅尺(1)进行扫描，单场扫描霍尔传感微阵列(5)感知周期性磁场变化，编号为A_i的微尺度霍尔元件输出信号，该信号的表达式为：

公式(1)中，ε为信号幅值，Λ为磁栅尺栅距，N为每组扫描探测单元包含的微尺度霍尔元件数量，x为待测位移；

S2：所述单场扫描霍尔传感微阵列(5)最终输出N路正弦波形电信号，第i路电信号S_i为所有编号为A_i的微尺度霍尔元件输出信号I_i之和：

公式(2)中，i＝1,2,...N；被测位移量x所引起的相位变化2πx/Λ，反映为单场扫描霍尔传感微阵列输出信号S_i的强度变化；

S3：验证信号S_i的质量：

当信号S_i存在非理想特征时，就会引入位移测量误差；信号S_i的质量，用李沙育图形来表示，理想李沙育图形是一个中心在原点的圆形，即李沙育圆，当存在非理想信号特征时，李沙育图形会偏离名义李沙育圆，若李沙育图形未偏离名义李沙育圆，则证明不存在非理想信号特征；

S4：通过对输出信号S_i进行反正切细分、线性化细分解调算法处理，获得被测位移值x。