一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法技术

本发明专利技术提供了一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法，属于行程检测技术领域；包括第一检测模块和控制器，第一检测模块包括第一转动装置，与执行器的输出轴连接，以设定的第一传动比在输出轴的带动下转动；第一磁性元件，设置于第一转动装置上；第一霍尔角度传感器，与第一磁性元件相对应，以实时获取第一转动装置转动的第一角度；控制器，根据第一角度和第一传动比计算出执行器的行程。本发明专利技术采用霍尔原理，为非接触式检测，执行器安装的恶劣环境的震动等，不会对各部件及检测结果造成影响，能够有效延长传感器的使用寿命和提高测量精度；同时霍尔原理的传输信号为数字信号，抗干扰能力强，信号传输可靠。

A Differential Hall Multi-loop Position Absolute Position Sensor and Its Detection Method

【技术实现步骤摘要】
一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法
本专利技术涉及行程检测
，特别涉及一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法。
技术介绍
执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。它的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。执行器在工业自动化控制中一般通过连接阀门控制管道中介质的通量，以达到工艺控制的目的。阀门的开度通过执行器的行程给定或通过执行器反馈给控制系统；执行器的行程反馈直接影响着工业生产工艺的优劣。现有的执行器采用电位器作为行程反馈的方式。电位器是一种可调的电子元件，由电阻体和电刷组成，执行器在动作时通过一定的机械机构将行程转换到电位器的电阻体阻值的变化。电位器作为一种对接模拟电信号且带机械运动的电子部件，不可避免的存在着机械磨损、测量噪声、线性度、分辨率等需要考究的因素；然而，因执行器一般安装在工业现场，应用环境恶劣，不可避免的伴随有机械震动，影响电位器的使用寿命和测量精度；而且工业现场环境复杂，各种噪声也会对电位器测量信号的传输产生干扰。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中采用电位器作为执行器的行程反馈，因电位器为一种对接模拟电信号且带机械运动的电子部件，在执行器安装的恶劣环境中，其使用寿命、测量精度和测量信号的传输会受到严重影响的问题，提供了一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器及其检测方法。本专利技术就上述技术问题而提出的技术方案如下：一个方面，本专利技术提供了一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，包括第一检测模块和控制器，第一检测模块包括第一转动装置、第一磁性元件和第一霍尔角度传感器，第一转动装置，与执行器的输出轴连接，以设定的第一传动比在所述输出轴的带动下转动；第一磁性元件，设置于所述第一转动装置上，以在所述第一转动装置的周围产生磁场；第一霍尔角度传感器，与所述第一磁性元件相对应，以对所述第一磁性元件的磁场方向进行实时检测，以实时获取所述第一转动装置转动的第一角度；控制器，与所述第一霍尔角度传感器电连接，以接收所述第一霍尔角度传感器检测到的所述第一角度，并根据所述第一角度和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。进一步，所述绝对位置传感器还包括第二检测模块，所述第二检测模块包括：第二转动装置，与所述第一转动装置连接，以设定的第二传动比在所述第一转动装置的带动下转动；其中，所述第一转动装置和所述第二转动装置的第二传动比不等于1；第二磁性元件，设置于所述第二转动装置上，以在所述第二转动装置的周围产生磁场；及第二霍尔角度传感器，与所述第二磁性元件相对应，以对所述第二磁性元件的磁场方向进行实时检测，以实时获取所述第二转动装置转动的第二角度；所述第二霍尔角度传感器还与所述控制器电连接，以将检测到的第二角度发送至所述控制器；所述控制器根据所述第一角度、所述第二角度、所述第二传动比和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。进一步，所述第一转动装置和所述第二转动装置均为齿轮。进一步，所述控制器包括第一转动装置量程设定单元、第一转动装置行程确定单元和执行器行程确定单元，所述第一转动装置量程设定单元，用于根据初始状态下所述第一霍尔角度传感器检测到的第一初始角度、初始状态下所述第二霍尔角度传感器检测到的第二初始角度和所述第二传动比确定所述第一转动装置的量程；所述第一转动装置行程确定单元，用于根据运行状态下所述第一霍尔角度传感器检测到的第一角度、运行状态下所述第二霍尔角度传感器检测到的第二角度和所述第二传动比确定所述第一转动装置的行程；所述执行器行程确定单元，用于根据所述第一转动装置的行程、及所述第一传动比确定所述执行器的行程。进一步，第一初始角度ZA，ZA∈[0°，360°)满足以下式1.1；第二初始角度ZB，ZB∈[0°，360°)满足以下式1.2：A2＝A21*360°+ZA式1.1B2＝B21*360°+ZB式1.2式中，A2为第一转动装置的总转动角度；A21为第一转动装置转动的整数圈数；B2为第二转动装置的总转动角度；B21为第二转动装置转动的整数圈数；其中，第一转动装置的总转动角度A2和第二转动装置的总转动角度B2满足以下式1.3：式中，A1为第一转动装置的第一齿数；B1为第二转动装置的第二齿数；结合式1.1、式1.2和式1.3进一步可推导出以下式1.4：将所述第一初始角度为ZA、所述第二初始角度为ZB和所述第二传动比代入式1.4中，列举在A21和B21均取自然数、且式1.4的左右两边相等的所有A21和B21取值；所述第一转动装置的量程A20＝(A21)min×360°。进一步，第一角度A3，A3∈[0°，360°)满足以下式1.5；第二角度B3，B3∈[0°，360°)满足以下式1.6：A2＝A21*360°+(A3-ZA)式1.5B2＝B21*360°+(B3-ZB)式1.6结合式1.3和式1.6进一步可推导出以下式1.7：将所述第一角度A3代入式1.5中，列举在A21取值为自然数、且计算得出的在所述量程A20内的所有的A2的值，并记作M；将所述第二角度B3代入式1.7中，列举在B21取值为自然数、且计算得出的在所述量程A20内的所有的A2的值，并记作N；所述第一转动装置的行程为所述M和所述N中的仅有的相同的一个数值。进一步，所述第一磁性元件和所述第二磁性元件均为磁钢。进一步，所述第一磁性元件与所述第一转动装置之间、及所述第二磁性元件与所述第二转动装置之间均为可拆卸式连接。另一方面，本专利技术提供了一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器的检测方法，包括以下步骤：第一霍尔角度传感器实时检测所述第一磁性元件的磁场方向，以实时获取所述第一转动装置转动的第一角度；并将所述第一角度发送至控制器；其中，第一转动装置与执行器的输出轴连接，以设定的第一传动比在所述输出轴的带动下转动；第一磁性元件设置于第一转动装置上，以在所述第一转动装置的周围产生磁场；控制器接收所述第一角度，并根据所述第一角度和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。又一方面，本专利技术还提供了一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器的检测方法，包括以下步骤：第一霍尔角度传感器实时检测所述第一磁性元件的磁场方向，以实时获取所述第一转动装置转动的第一角度；并将第一角度发送至控制器；其中，第一转动装置与执行器的输出轴连接，以设定的第一传动比在所述输出轴的带动下转动；第一磁性元件设置于第一转动装置上，以在所述第一转动装置的周围产生磁场；第二霍尔角度传感器实时检测所述第二磁性元件的磁场方向，以实时获取所述第二转动装置转动的第二角度；并将第二角度发送至控制器；其中，第二转动装置与所述第一转动装置连接，以设定的第二传动比在所述第一转动装置的带动下转动，且所述第一转动装置和所述第二转动装置的第二传动比不等于1；第二磁性元件设置于第二转动装置上，以在所述第二转动装置的周围产生磁场；控制器接收所述第一角度和所述第二角度，并根据所述第一角度、所述第二角度、所述第二传动比和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术通过使第一转动装置与执行器的输出轴同步转动，以将执行器的行程测量转移到对第一转动装置的转动角度的测量上；然后采用霍尔原理，通过第一霍尔角度传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，其特征在于，包括第一检测模块(1)和控制器(2)，第一检测模块(1)包括第一转动装置(11)、第一磁性元件(12)和第一霍尔角度传感器(13)，第一转动装置(11)，与执行器的输出轴连接，以设定的第一传动比在所述输出轴的带动下转动；第一磁性元件(12)，设置于所述第一转动装置(11)上，以在所述第一转动装置(11)的周围产生磁场；第一霍尔角度传感器(13)，与所述第一磁性元件(12)相对应，以对所述第一磁性元件(12)的磁场方向进行实时检测，以实时获取所述第一转动装置(11)转动的第一角度；控制器(2)，与所述第一霍尔角度传感器(13)电连接，以接收所述第一霍尔角度传感器(13)检测到的所述第一角度，并根据所述第一角度和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。

【技术特征摘要】
1.一种差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，其特征在于，包括第一检测模块(1)和控制器(2)，第一检测模块(1)包括第一转动装置(11)、第一磁性元件(12)和第一霍尔角度传感器(13)，第一转动装置(11)，与执行器的输出轴连接，以设定的第一传动比在所述输出轴的带动下转动；第一磁性元件(12)，设置于所述第一转动装置(11)上，以在所述第一转动装置(11)的周围产生磁场；第一霍尔角度传感器(13)，与所述第一磁性元件(12)相对应，以对所述第一磁性元件(12)的磁场方向进行实时检测，以实时获取所述第一转动装置(11)转动的第一角度；控制器(2)，与所述第一霍尔角度传感器(13)电连接，以接收所述第一霍尔角度传感器(13)检测到的所述第一角度，并根据所述第一角度和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。2.根据权利要求1所述的差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，其特征在于，所述绝对位置传感器还包括第二检测模块(3)，所述第二检测模块(3)包括：第二转动装置(31)，与所述第一转动装置(11)连接，以设定的第二传动比在所述第一转动装置(11)的带动下转动；其中，所述第一转动装置(11)和所述第二转动装置(31)的第二传动比不等于1；第二磁性元件(32)，设置于所述第二转动装置(31)上，以在所述第二转动装置(31)的周围产生磁场；及第二霍尔角度传感器(33)，与所述第二磁性元件(32)相对应，以对所述第二磁性元件(32)的磁场方向进行实时检测，以实时获取所述第二转动装置(31)转动的第二角度；所述第二霍尔角度传感器(33)还与所述控制器(2)电连接，以将检测到的第二角度发送至所述控制器(2)；所述控制器(2)根据所述第一角度、所述第二角度、所述第二传动比和所述第一传动比计算出所述执行器的行程。3.根据权利要求2所述的差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，其特征在于，所述第一转动装置(11)和所述第二转动装置(31)均为齿轮。4.根据权利要求3所述的差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，其特征在于，所述控制器(2)包括第一转动装置量程设定单元(21)、第一转动装置行程确定单元(22)和执行器行程确定单元(23)，所述第一转动装置量程设定单元(21)，用于根据初始状态下所述第一霍尔角度传感器(13)检测到的第一初始角度、初始状态下所述第二霍尔角度传感器(33)检测到的第二初始角度和所述第二传动比确定所述第一转动装置(11)的量程；所述第一转动装置行程确定单元(22)，用于根据运行状态下所述第一霍尔角度传感器(13)检测到的第一角度、运行状态下所述第二霍尔角度传感器(33)检测到的第二角度和所述第二传动比确定所述第一转动装置(11)的行程；所述执行器行程确定单元(23)，用于根据所述第一转动装置(11)的行程、及所述第一传动比确定所述执行器的行程。5.根据权利要求4所述的差分式霍尔多圈位置绝对位置传感器，其特征在于，第一初始角度ZA，ZA∈[0°，360°)满足以下式1.1；第二初始角度ZB，ZB∈[0°，360°)满足以下式1.2：A2＝A21*360°+ZA式1.1B2＝B21*360°+ZB式1.2式中，A2为第一转动装置(11)的总转动角度；A21为第一转动装置(11)转动的整数圈数；B2为第二转动装置(31)的总转动角度；B21为第二转动装置(31)转动的整数圈数；其中，第一转动装置(11)的总转动角度A2和第二转动装置(31)的总转...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁菲，徐浩，
申请(专利权)人：深圳万讯自控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44