[发明专利]一种基于霍尔磁敏元件阵列的磁栅位移传感器

摘要

本发明提供一种基于霍尔磁敏元件阵列的磁栅位移传感器，采用同规格磁钢按相邻极性相反排成一列，将其固定在磁基上作为磁栅尺；六个霍尔磁敏元件等间距排成一列作为磁头。该基于霍尔磁敏元件阵列的磁栅位移传感器采用磁钢作为磁栅尺可以获得较强的磁场，比一般的录磁大很多。而且采用磁钢排列可以随时更换磁钢及排列方式，便于编码以及调整测量长度；采用霍尔磁敏元件阵列作为磁头，通过将六个霍尔元件输出信号中两条相位相差一定角度的曲线叠加，在一个周期内的不同角度选择不同的插补曲线，可以使输出信号在一个周期内实现线性化，提高了位移计算精度并简化了数据处理过程。

主权项

一种利用基于霍尔磁敏元件阵列的磁栅位移传感器计算磁头位移量的方法，其特征在于，基于霍尔磁敏元件阵列的磁栅位移传感器采用同规格磁钢按相邻极性相反排成一列，将其固定在磁基上作为磁栅尺；六个霍尔磁敏元件等间距排成一列作为磁头；通过实时检测磁头移动过程中霍尔磁敏元件输出的电压信号计算磁头位移量，具体步骤为：1)采用多个同规格磁钢按相邻极性相反排成一列，将其固定在磁基上作为磁栅尺，六个霍尔磁敏元件按等间距λ/3排列作为磁头，霍尔元件阵列固定在滑轨并与磁栅尺保持一定距离平行放置；2)当磁头与磁栅尺相对移动时，霍尔磁敏元件阵列感应到磁栅尺磁场变化并输出周期变化的电压信号，将六路霍尔元件输出信号中3组相位相差一定角度的信号分别叠加，并将一个周期内磁头位移与叠加后输出电压信号进行线性插补，得到一个周期不同区间内输出电压信号与磁头位移的数学表达式；3)实时采集霍尔磁敏元件阵列输出的电压信号，根据输出电压信号与磁头位移之间的数学关系计算磁头位移量；所述的磁头是由六个霍尔磁敏元件等距排列组成，间距为λ/3；霍尔磁敏元件阵列按顺序编号为A+、B+、C+、A‑、B‑、C‑，六个霍尔磁敏元件输出端按A+和A‑，B+和B‑，C+和C‑差分连接；磁头位移量的计算方法如下：磁栅位移传感器磁头相对于起始点的磁头位移量由完整周期的位移偏移量S1和周期内的相对位移S2组成；磁头位移量S＝S1+S2；S1为输出正弦电压信号周期数N与磁钢节距λ乘积的两倍；周期内的相对位移S2按如下计算：磁头在移动的过程中，霍尔元件阵列A+、B+、C+、A‑、B‑、C‑输出周期变化的正弦电压信号，将输出的六相正弦波按A+和A‑，B+和B‑，C+和C‑进行差分放大后得到三相信号A、B、C；选取A、B、C三相信号中线性度较好的七段进行线性插补，得到磁头周期内相对位移与输出电压之间的数学表达式yi＝kxi+bi其中，x为相对位移，y为输出电压；工作时，首先通过比较A、B、C三相输出电压信号的大小关系，确定磁头位移所在区间，然后根据对应区间内相对位移与输出电压之间的数学表达式yi＝kxi+bi计算磁头周期内相对位移S2。