專利名稱：長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及線性位移測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于霍爾效應(yīng)的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
線性霍爾傳感器(Hall IC)的電壓輸出會(huì)精確跟蹤磁通密度的變化。在靜態(tài)(無(wú)磁場(chǎng))時(shí)，一般將輸出電壓設(shè)置在等于工作電壓及工作溫度范圍內(nèi)的電源電壓的一半，當(dāng)增加南極磁場(chǎng)時(shí)將增加或減少輸出電壓；相反，當(dāng)增加北極磁場(chǎng)時(shí)將減少或增加輸出電壓，因此常用來(lái)測(cè)量電流、角度、線性位移及磁通量等，以磁力驅(qū)動(dòng)的方式反映機(jī)械事件。目前，測(cè)量直線位移的IC主要用于測(cè)量位移范圍很小(一般在15mm以內(nèi))的直線位移，但對(duì)于位移范圍較大的運(yùn)動(dòng)，Hall IC的輸出信號(hào)難于與被測(cè)位移量保持線性關(guān)系，而呈現(xiàn)出一種非線性關(guān)系，如量程為23mm，Hall IC的輸出電壓-位移曲線的線性度為9. 38%。為了克服線 性度的缺陷，往往需要增加永磁鐵的長(zhǎng)度，但這種方法不但增大了永磁鐵的安裝尺寸，而且由于永磁材料成本快速上升從而增加了整個(gè)產(chǎn)品的成本。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提出一種基于霍爾效應(yīng)的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置。本實(shí)用新型的目的，將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)一種長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，用于測(cè)量永磁鐵的直線位移，包括一微控制單元(MCU)，還包括至少兩個(gè)的線性霍爾傳感器(Hall 1C)，所述線性霍爾傳感器沿同一軸線方向并列設(shè)置，且與所述永磁鐵的直線位移軸線平行；每個(gè)所述線性霍爾傳感器上均包括一電壓輸出端，各電壓輸出端分別與所述微控制單兀的輸入端連接。優(yōu)選的，上述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其中所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為模擬信號(hào)，所述微控制單元內(nèi)置有與所述線性霍爾傳感器對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，各電壓輸出端分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微控制單元的輸入端連接。優(yōu)選的，上述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其中所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為脈寬調(diào)制信號(hào)，所述微控制單元內(nèi)置有與所述線性霍爾傳感器對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器，各電壓輸出端分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器與微控制單元的輸入端連接。優(yōu)選的，上述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其中所述微控制單元的輸出端包括一脈沖寬度調(diào)制器(PWM)，以輸出PWM信號(hào)。優(yōu)選的，上述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其中所述脈沖寬度調(diào)制器與一低通濾波器(LPF)連接，以輸出模擬信號(hào)。優(yōu)選的，上述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其中所述微控制單元的輸出端與一數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接，以輸出模擬信號(hào)。優(yōu)選的，上述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其中所述微控制單元的輸出端與一 LIN收發(fā)器連接，所述LIN收發(fā)器與LIN總線連接，以輸出LIN信號(hào)。本實(shí)用新型加設(shè)有多個(gè)線性霍爾傳感器，通過(guò)將每一個(gè)線性霍爾傳感器的輸出電壓-位移曲線中線性段進(jìn)行拼接，而得到長(zhǎng)行程的輸出電壓-位移曲線，同時(shí)微控制單元通過(guò)韌件將整個(gè)曲線線性化，實(shí)現(xiàn)了該裝置對(duì)于長(zhǎng)行程線性位移的精確測(cè)量，擴(kuò)大了該裝置的應(yīng)用范圍，克服了使用單個(gè)線性霍爾傳感器時(shí)測(cè)量行程短，以及測(cè)量長(zhǎng)行程時(shí)的線性度低的問(wèn)題，同時(shí)，無(wú)需增加永磁鐵的長(zhǎng)度，減小了永磁鐵的原料成本和安裝空間。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本實(shí)用新型技術(shù)方案更易于理解、掌握。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的連接示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的永磁鐵相對(duì)兩個(gè)線性霍爾傳感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度-位移曲線；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的線性霍爾傳感器的輸出電壓-位移曲線；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的MCU處理后得到的輸出電壓-位移曲線。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不局限于此。實(shí)施例本實(shí)施例的一種長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，如圖I 圖5所示用于測(cè)量永磁鐵I的直線位移，包括微控制單元(MCU) 2，還包括兩個(gè)線性霍爾傳感器ICl 31和IC232，ICl 31和IC2 32沿同一軸線方向并列設(shè)置，且與永磁鐵I的直線位移軸線X平行；IC131和IC2 32上分別設(shè)有電壓輸出端，各電壓輸出端分別與微控制單元2的輸入端連接。ICl31和IC2 32之間的距離至多設(shè)置為使ICl 31和IC2 32的輸出電壓-位移曲線中ICl 31線性段Bll結(jié)束所對(duì)應(yīng)的永磁鐵I的位移位置即為IC2 32線性段B21開始所對(duì)應(yīng)的永磁鐵I的位移位置。當(dāng)線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32的電壓輸出端的輸出為模擬信號(hào)時(shí)，微控制單元2內(nèi)置有與線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl 41和ADC2 42，各電壓輸出端分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl 41和ADC2 42與微控制單元2的輸入端連接。當(dāng)線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32的電壓輸出端的輸出為脈寬調(diào)制信號(hào)時(shí)，微控制單元2內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCl 41和ADC2 42替換為相應(yīng)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)器(Counter)。微控制單元2的輸出方式有多種可選，包括微控制單元2的輸出端包括脈沖寬度調(diào)制器(PWM) 5，直接輸出PWM信號(hào)；脈沖寬度調(diào)制器5與低通濾波器(LPF) 6連接，以輸出模擬信號(hào)；微控制單元2的輸出端與LIN收發(fā)器7連接，LIN收發(fā)器7與LIN總線8連接，以輸出LIN信號(hào)，連入通訊網(wǎng)絡(luò)；微控制單元2的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)9連接，以輸出模擬信號(hào)。應(yīng)用本實(shí)施例的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，當(dāng)永磁鐵I平行于ICl 31和IC2 32做直線位移時(shí)，使ICl 31和IC2 32的感應(yīng)磁場(chǎng)發(fā)生變化，如圖3所示，其中曲線BI和B2分別為永磁鐵I相對(duì)ICl 31和IC2 32產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度-位移曲線，Bll為永磁鐵I的線性位移對(duì)應(yīng)的ICl 31感應(yīng)磁場(chǎng)變化的線性段，B21為永磁鐵I的線性位移對(duì)應(yīng)的IC2 32感應(yīng)磁場(chǎng)變化的線性段，BI I結(jié)束所對(duì)應(yīng)的永磁鐵I的位移位置即為B21開始所對(duì)應(yīng)的永磁鐵I的位移位置。感應(yīng)磁場(chǎng)發(fā)生變化使ICl 31和IC2 32的電壓輸出發(fā)生變化，電壓輸出為(T5V。電壓輸出信號(hào)通過(guò)ADCl 41和ADC2 42輸入微控制單元2，如圖4所示，將ICl 31和IC2 32的輸出電壓-位移曲線中線性段進(jìn)行拼接，而得到長(zhǎng)行程的輸出電壓-位移曲線，同時(shí)微控制單元2通過(guò)韌件將整個(gè)曲線線性化，從而保證了長(zhǎng)行程測(cè)量的線性度。如圖5可示，輸出電壓與位移之間滿足以下公式Vout (X) = (Voql + Sensitivityl * BI (x))/2,0〈x〈=stroke/2 ;Vout(X) = (Voq2 + Sensitivity2 * B2 (x))/2 + Vmid, stroke/2< x<=stroke。其中，Vout為輸出電壓，Voq為靜態(tài)電壓，Vmid為中點(diǎn)電壓，Sensitivity為靈敏度，stroke為行程。輸出電壓經(jīng)過(guò)微控制單元2處理后輸出，輸出方式包括以PWM輸出， 模擬輸出或LIN信號(hào)輸出等。應(yīng)用本實(shí)施例，增加位移量程至42mm，其線性度改善到2%。本實(shí)施例加設(shè)線性霍爾傳感器ICl 31和IC2 32，實(shí)現(xiàn)了該裝置對(duì)于長(zhǎng)行程線性位移的精確測(cè)量，擴(kuò)大了該裝置的應(yīng)用范圍，克服了使用單個(gè)線性霍爾傳感器時(shí)測(cè)量行程短，以及測(cè)量長(zhǎng)行程時(shí)的線性度低的問(wèn)題，同時(shí)，無(wú)需增加永磁鐵的長(zhǎng)度，減小了永磁鐵的原料成本和安裝空間。
權(quán)利要求1.一種長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，用于測(cè)量永磁鐵的直線位移，包括一微控制單元，其特征在于還包括至少兩個(gè)的線性霍爾傳感器，所述線性霍爾傳感器沿同一軸線方向并列設(shè)置，且與所述永磁鐵的直線位移軸線平行；每個(gè)所述線性霍爾傳感器上均包括一電壓輸出端，各電壓輸出端分別與所述微控制單兀的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為模擬信號(hào)，所述微控制單元內(nèi)置有與所述線性霍爾傳感器對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各電壓輸出端分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器與微控制單元的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述線性霍爾傳感器的電壓輸出端的輸出為脈寬調(diào)制信號(hào)，所述微控制單元內(nèi)置有與所述線性霍爾傳感器對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器，各電壓輸出端分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器與微控制單元的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述微控制單元的輸出端包括一脈沖寬度調(diào)制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述脈沖寬度調(diào)制器與一低通濾波器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述微控制單元的輸出端與一數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述微控制單元的輸出端與一 LIN收發(fā)器連接，所述LIN收發(fā)器與LIN總線連接。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種長(zhǎng)行程線性位移非接觸式測(cè)量裝置，用于測(cè)量永磁鐵的直線位移，包括一微控制單元，還包括至少兩個(gè)的線性霍爾傳感器，所述線性霍爾傳感器沿同一軸線方向并列設(shè)置，且與所述永磁鐵的直線位移軸線平行；每個(gè)所述線性霍爾傳感器上均包括一電壓輸出端，各電壓輸出端分別與所述微控制單元的輸入端連接。本實(shí)用新型加設(shè)有多個(gè)線性霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)了該裝置對(duì)于長(zhǎng)行程線性位移的精確測(cè)量，擴(kuò)大了該裝置的應(yīng)用范圍，克服了使用單個(gè)線性霍爾傳感器時(shí)測(cè)量行程短，以及測(cè)量長(zhǎng)行程時(shí)的線性度低的問(wèn)題，同時(shí)，無(wú)需增加永磁鐵的長(zhǎng)度，減小了永磁鐵的原料成本和安裝空間。
文檔編號(hào)G01B7/02GK202501823SQ201220025100
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者戴德明 申請(qǐng)人:哈姆林電子(蘇州)有限公司