本发明专利技术公开了一种霍尔效应非接触式直线位移线性测量方法，其技术方案为：１）使磁轭的长度１（ｘ）和磁轭的截面积Ｓ↓［３］（ｘ）均随位移量被测位移ｘ的增加而增加；２）使空气隙长度ｆ（ｘ）随被测位移ｘ的增加而非线性地增加；３）获得与被测位移ｘ成线性关系的霍尔元件上的磁感应强度Ｂ（ｘ）和霍尔式位移传感器的输出电压Ｕ↓［Ｈ］；４）霍尔元件固定不动，永磁体铁芯作为与被测位移量ｘ同步变化的移动件沿ｘ方向往复运动，测得被测位移量ｘ。本发明专利技术的有益效果是：使霍尔式传感器能够精确测量较大范围的直线位移，扩大了霍尔式位移传感器的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量位移的方法，尤其是涉及一种。
技术介绍
霍尔元件作为传感器测量车辆和机械设备中的角位移和直线位移具有成本低、精度较高等特点，因此霍尔式传感器在工程中得到一定程度的应用，尤其是霍尔式角位移传感器。目前，测量直线位移的霍尔传感器还主要用于测量位移范围很小(一般在15mm以内)的直线位移。但对于位移范围较大(如0～50mm)的运动，霍尔位移传感器的输出信号难于与被测位移量保持线性关系，而呈现出一种非线性关系，因此，其应用将受到制约。
技术实现思路
为了解决霍尔式位移传感器不能够线性地测量较大直线位移量的问题，本专利技术提供了一种霍尔效应式直线位移线性测量方法，用于霍尔式直线位移传感器对于位移范围较大的直线位移的测量。本专利技术所解决的关键技术问题是如何解决霍尔式位移传感器在测量较大位移的过程中能保持传感器输出电压与被测位移量之间具有较高的线性度。所提出的方法是从磁路结构上保证作用于霍尔元件上的磁感应强度B与被测量位移x成为线性函数，即B(x)＝B0+C·x(B0为x＝0时的磁感应强度值)。本专利技术解决其技术问题的技术方案是一种，其特征在于1)、使磁轭的长度l(x)和磁轭的截面积S3(x)均随位移量被测位移x的增加而增加，并使得 为一恒定值，式中， 表示长度为l(x)的磁轭的平均有效面积2)、使空气隙长度f(x)随被测位移x的增加而非线性地增加，并满足以下关系f(x)=1C2(1C1+C2δ0-CFx)-C1C2,]]>即磁轭的弯曲程度随x的增加按 的规律增加；式中 δ——永磁体与磁轭间空气隙的总长度，δ0为δ在x＝0处的取值F为永磁体具有的磁动势 C1=dμ0·μr1+2l(x)·s1μ0·μr2·s3(x)‾]]>C2=S1μ0·S2,]]>C为进行具体结构设计时，取定的 恒变化率值；其中d——霍尔元件的厚度S1——霍尔元件的面积l(x)——单边工作磁轭的长度S2——永磁体的横截面积μ0——真空磁导率μr1——霍尔元件的相对磁导率μr2——磁轭软铁材料的相对磁导率3)获得与被测位移x成线性关系的霍尔元件上的磁感应强度B(x)和霍尔式位移传感器的输出电压UH，B(x)＝B0+C·x，式中，B0为x＝0时的磁感应强度值UH=KHd·B(x)·I,]]>式中，KH为霍尔系数，I为流过霍尔元件且与B(x)方向垂直的电流；4)霍尔元件固定不动，永磁体铁芯作为与被测位移量x同步变化的移动件沿x方向往复运动，测得被测位移量x。本专利技术的有益效果是使霍尔式传感器能够精确测量较大范围的直线位移，扩大了霍尔式位移传感器的应用范围。附图说明图1是根据霍尔效应非接触直线位移线性测量方法建立的模型；图2为图1的A-A剖视图。图中霍尔元件1，永磁体2、(软铁)磁轭3和4。具体实施例方式一种，其特征在于1)、使磁轭的长度l(x)和磁轭的截面积S2(x)均随位移量被测位移x的增加而增加，并使得 为一恒定值，式中， 表示长度为l(x)的磁轭的平均有效面积； 2)、使空气隙长度f(x)随被测位移x的增加而非线性地增加，并满足以下关系f(x)=1C2(1C1+C2δ0-CFx)-C1C2,]]>即磁轭的弯曲程度随x的增加按 的规律增加；式中δ——永磁体与磁轭间空气隙的总长度，δ0为δ在x＝0处的取值F为永磁体具有的磁动势G1=dμ0·μr1+2l(x)·s1μ0·μr2s3(x)‾]]>G2=S1μ0·S2]]>c为进行具体结构设计时，取定的 恒变化率值；其中d——霍尔元件的厚度s1——霍尔元件的面积l(x)——单边工作磁轭的长度s2——永磁体的横截面积μ0——真空磁导率μr1——霍尔元件的相对磁导率μr2——磁轭软铁材料的相对磁导率3)获得与被测位移x成线性关系的霍尔元件上的磁感应强度B(x)和霍尔式位移传感器的输出电压UH，B(x)＝B0+C·x式中，B0为x＝0时的磁感应强度值UH=KHd·B(x)·I]]>式中，KH为霍尔系数，I为流过霍尔元件且与B(x)方向垂直的电流；4)霍尔元件固定不动，永磁体铁芯作为与被测位移量x同步变化的移动件沿x方向往复运动，测得被测位移量x。按照上述方法建立的模型如图1所示，该方法的测量原理及理论验证如下设霍尔元件厚度为d，通过磁轭垂直作用于霍尔元件的磁感应强度B(x)为x的函数，流过霍尔元件且与B(x)方向垂直的电流为I，则从霍尔元件上可得到霍尔电压UH为UH=KHd·B(x)·I---(1)]]> 因此，只要B(x)是x的线性函数，则UH便是x的线性函数。在图1所示的永磁磁路中，设永磁体具有的磁动势为F(确定量)，则由磁路理论有φ=Fdμ0·μr1·s1+2l(x)μ0·μr2·s3+δμ0·s2---(2)]]>于是B(x)=φs1=Fdμ0·μr1+2l(x)·s1μ0·μr2·s3+δ·s1μ0·s2---(3)]]>当x变化时，l(x)也发生变化，若将S3也设计成随x变化的截面积S3(x)，并用 表示长度为l(x)的磁轭的平均有效面积，同时保证，对一切x， 保持一定值，则公式(3)中dμ0·μr1+2l(x)·s1μ0·μr2·s3(x)‾]]>应为不变量，令其值为C1，即G1=dμ0·μr1+2l(x)·s1μ0·μr2·s3(x)‾---(4)]]>再令G2=S1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种霍尔效应非接触式直线位移线性测量方法，其特征在于：１）、使磁轭的长度ｌ（ｘ）和磁轭的截面积Ｓ↓［３］（ｘ）均随位移量被测位移ｘ的增加而增加，并使得＊为一恒定值，式中，＊表示长度为ｌ（ｘ）的磁轭的平均有效面积；２）、使空气 隙长度ｆ（ｘ）随被测位移ｘ的增加而非线性地增加，并满足以下关系：＊＊＊，即磁轭的弯曲程度随ｘ的增加按１／２ｆ（ｘ）的规律增加；式中：δ－永磁体与磁轭间空气隙的总长度，δ↓［０］为δ在ｘ＝０处的取值Ｆ为永磁体具有的磁动势 ＊＊＊Ｃ↓［２］＝Ｓ↓［１］／μ↓［０］.Ｓ↓［２］Ｃ为进行具体结构设计时，取定的ｄＢ（ｘ）／ｄｘ恒变化率值；其中：ｄ－霍尔元件的厚度ｓ↓［１］－霍尔元件的面积ｌ（ｘ）－单边工作磁轭的长度ｓ ↓［２］－永磁体的横截面积μ↓［０］－真空磁导率μ↓［ｒ１］－霍尔元件的相对磁导率μ↓［ｒ２］－磁轭软铁材料的相对磁导率３）获得与被测位移ｘ成线性关系的霍尔元件上的磁感应强度Ｂ（ｘ）和霍尔式位移传感器的输出电 压Ｕ↓［Ｈ］，Ｂ（ｘ）＝Ｂ↓［０］＋Ｃ.ｘ，式中，Ｂ↓［０］为ｘ＝０时的磁感应强度值Ｕ↓［Ｈ］＝Ｋ↓［Ｈ］／ｄ.Ｂ（ｘ）.Ｉ，式中，Ｋ↓［Ｈ］为霍尔系数，Ｉ为流过霍尔元件且与Ｂ（ｘ）方向垂直的电流；４）霍尔元件固定不 动，永磁体铁芯作为与被测位移量ｘ同步变化的移动件沿ｘ方向往复运动，测得被测位移量ｘ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨志刚，
申请(专利权)人：重庆交通学院，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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