位移传感器和位移传感测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种位移传感器，包括至少三个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测物经过每个磁性传感单元时的磁场，所述待测物含有磁性材料，磁性传感单元沿待测物的运行方向排成一列或多列。本实用新型专利技术还公开了一种位移传感测量系统，采用前面所述的位移传感器，待测物上固定有多个磁性物质块，磁性传感单元还用于检测待测物中的磁性物质块经其时的磁场，相邻磁性传感单元之间的间距小于相邻磁性物质块的距离。还可在待测物具有磁性层，磁性传感单元还用于检测待测物的磁性层经其时的磁场。本实用新型专利技术具有高精度、高灵敏度、高气隙距离、抗干扰能力强的特点且降低了测量成本。

【技术实现步骤摘要】


本技术涉及磁性传感器领域，特别是位移传感器和位移传感测量系统。

技术介绍

位移传感器主要应用于自动化控制系统中，用以测量工业系统中部件的速度、位置、位移方向和角度等物理量。目前，常用的位移测量方式是将齿轮传感器安装在设备中，通过需要测量的部件和相应的齿轮连接，齿轮传感器通过测量齿轮的转速、位移量、位移方向、角度等物理量得知待测部件的相应物理量。
常用的齿轮传感器为光敏传感器和磁性传感器。在机械转动系统中，面对震动、冲击、油污等恶劣环境，磁传感器比光敏传感器具有更大的优势。现有技术中有许多不同类型的磁传感器，例如以霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件以及磁隧道结元件为敏感元件的磁传感器，其中霍尔传感器具有很大的测量范围，但是灵敏度和测量精度较低，后面几种属于磁电阻型传感元件，具有更高的灵敏度和测量精度。
现有的磁性齿轮传感器的结构为背磁和两个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测齿轮的齿经过时的磁场，每当一个齿轮经过一个传感单元时输出一个峰值，两组信号的相位差判断待测齿轮的运行方向，每组信号的信号峰值数即为经过的齿数，已知齿轮的齿距P和时间T，即可计算出待测齿轮的位移、速度、位移方向等物理量。每个磁性传感单元通常由两个半桥组成一个梯度全桥输出一路信号。背磁和磁性材料构成的齿轮之间形成一个梯度磁场，当齿轮的齿经过传感器时，磁场的分布发生变化，磁性传感单元的两个半桥分别感应齿轮经过时的磁场变化，然后两个半桥之间形成电势差，输出一路类正弦波信号。对于采用不同传感元件的传感器来说，传感单元沿敏感方向上的半桥之间的距离d和齿周期的长度P之间具有以下的关系：
对于采用霍尔元件的传感器，有：
P=2·d(1)
对于采用巨磁电阻元件的传感器，有：
P=4·d(2)
对于采用磁隧道结元件的传感器，有：
P=2·d(3)
以上的公式为实际应用中的最优结果，当满足上述条件时，输出幅度最大。我们可以看出，传感器的两个传感单元的输出信号周期依赖于齿间距P，其测量精度依赖于齿的相对大小，也就是齿轮模数比（齿轮半径/齿轮数），通俗来说，就是单位距离内齿数越多，其输出信号的峰越多，测量精度越高。
现代工业和机械系统要求位移传感器或齿轮传感器要有高精度和高的气隙（AirGap）距离。对于高精度的要求，传统的方法有两种思路，一个是降低齿轮的模数比来感知齿轮微小的位移。但是低模数比的齿轮成本非常高，且对制作工艺要求高，不容易达到精度要求且容易造成磨损，同时，测量低模数比的齿轮其气隙距离也会非常小，若距离增大则信号量会非常低，测量精度也会随之降低；另外一个思路是采用细分的方法将高模数比齿轮的输出信号细分成小的周期，但是这样是建立在推算的基础上，当齿轮转速不稳定或发生变化时，其误差非常大。
中国公开号为CN103528625A的专利：一种齿轮传感器披露了一种采用多个磁性传感单元的齿轮传感器，但是该专利并未披露其具体结构，也没有给出最优的结果，同时其依然采用测量齿轮的方法测量系统中的位移、方向、角度等物理量。

技术实现思路

本技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供位移传感器和位移传感测量系统，本技术具有高精度、高灵敏度、高气隙距离、抗干扰能力强的特点且降低了测量成本。
本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本技术提出的一种位移传感器，包括至少三个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测物经过每个磁性传感单元时的磁场，所述待测物含有磁性材料，磁性传感单元沿待测物的运行方向排成一列或多列。
作为本技术所述的一种位移传感器进一步优化方案，还包括用于提供背景磁场并磁化待测物的磁体。
作为本技术所述的一种位移传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元的磁场敏感方向相同。
作为本技术所述的一种位移传感器进一步优化方案，相邻磁性传感单元的间距相同。
作为本技术所述的一种位移传感器进一步优化方案，多个磁性传感单元并联和/或串联。
作为本技术所述的一种位移传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元为单电阻结构或半桥结构或全桥结构；所述单电阻结构包括一个磁电阻；所述半桥结构包括两个串联的磁电阻；所述全桥结构包括两个并联的半桥结构；所述磁电阻由一个或多个磁性传感元件串联和/或并联构成，所述磁性传感元件包括各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件。
一种位移传感测量系统，包括上述的位移传感器，待测物上固定有多个磁性物质块，磁性传感单元还用于检测待测物中的磁性物质块经过其时的磁场，相邻磁性传感单元之间的间距小于相邻磁性物质块的距离。
作为本技术所述的一种位移传感测量系统进一步优化方案，待测物具有磁性层，磁性传感单元还用于检测待测物的磁性层经过其时的磁场。
本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本技术具有高精度，高灵敏度，高气隙距离，抗干扰能力强的特点；
（2）采用含有磁性物质的待测物或在待测物上设置磁性材料涂层取代传统的齿轮，在具备高精度，高灵敏度，高气隙距离，抗干扰能力强的特点的同时进一步降低了测量成本；
（3）采用固定在待测物上的磁性物质块替代含有磁性物质的待测物，在具备高精度，高灵敏度，高气隙距离，抗干扰能力强的特点的同时进一步降低了测量成本。
附图说明
图1是本技术提出的位移传感器的结构示意图。
图2是本技术提出的带有磁体的位移传感器的结构示意图。
图3是本技术提出的位移传感测量系统的结构示意图。
图4是巨磁电阻元件或磁性隧道结元件的输出曲线图。
图5是全桥型磁性传感单元的输出曲线图。
图6是全桥型磁性传感单元的磁电阻的一种空间位置图。
图7是全桥型磁性传感单元的磁电阻的第二种空间位置图。
图8是采用多个全桥型磁性传感单元的并联式电连接图。
图9是本技术提出的位移传感器的输出曲线图。
图中的附图标记解释为：11a、11b、11c……11n均为磁性传感单元，21-待测齿轮,1-磁性传感单元的磁场敏感方向，12-磁体，23-磁性物质块，111、112、113、114、121、122、123、124、131、132、133、134均为磁电阻。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本技术的
技术实现思路
作进一步的描述。
为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，本技术提出的位移传感器包括三个以及三个以上的多个磁性传感单元11a、11b、11c……11n，多个磁性传感单元沿待测齿轮21的运行方向x轴排成一列或排成阵列，多个磁性传感单元之间的间距D小于待测齿轮的齿间距P，多个磁性传感单元的磁场敏感方向1相同。工作时，齿轮21经过多个磁性传感单元输出多组输出信号，后端可通过这多组输出信号判断齿轮的位移量、位移方向、转速等物理量。实际上，采用多个磁性传感单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位移传感器，其特征在于，包括至少三个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测物经过每个磁性传感单元时的磁场，所述待测物含有磁性材料，磁性传感单元沿待测物的运行方向排成一列或多列。

【技术特征摘要】
1.一种位移传感器，其特征在于，包括至少三个磁性传感单元，磁性传感单元用于测量待测物经过每个磁性传感单元时的磁场，所述待测物含有磁性材料，磁性传感单元沿待测物的运行方向排成一列或多列。
2.根据权利要求1所述的一种位移传感器，其特征在于，还包括用于提供背景磁场并磁化待测物的磁体。
3.根据权利要求1所述的一种位移传感器，其特征在于，所述磁性传感单元的磁场敏感方向相同。
4.根据权利要求1所述的一种位移传感器，其特征在于，相邻磁性传感单元的间距相同。
5.根据权利要求1所述的一种位移传感器，其特征在于，多个磁性传感单元并联和/或串联。
6.根据权利要求1所述的一种位移传感器，其特征在于，所述磁性传感单元为单电阻结构或半桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海华，李居强，白建民，王建国，黎伟，
申请(专利权)人：无锡乐尔科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32