一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统及检测方法，属于直线位移检测领域。系统包括阅读器和磁源部件；阅读器包括多层立体叠放的PCB板及设置在PCB板上的线性霍尔元件阵列；磁源部件设有若干段，每一段均包括壳体及设于壳体内部的多个呈直线间隔布置的圆柱体永磁体，每个永磁体的放置角度为0

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及直线位移检测领域，包括机械制造、石油、交通、冶金、水利水电、大专院校等各个应用领域，具体涉及一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]直线位移传感器在机械制造行业、工业生产行业、交通应用等应用比较广泛，应用于测量产品尺寸和机械运动位移的测量
……
直线位移传感器在工业生产中应用非常广泛，小车、行车、行吊等等这些都需要一种可靠的直线位移传感器来实现安全生产和自动化控制的要求；生产基础设施轨道时，应用直线位移传感器，为行车控制高精度、控制过程的自动化提供了可能。在轨道列车运行的过程中，用直线位移传感器可以精确定位列车的停靠点。
[0003]目前直线位移检测领域有以下各种技术：
[0004](1)磁栅式直线位移传感器
[0005]磁栅式传感器利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传感器。它是一种新型的数字式传感器，成本较低且便于安装和使用。但是磁栅与磁头的间隙需要小于1mm；
[0006](2)容栅式直线位移传感器
[0007]容栅传感器是一种基于变面积工作原理，可测量大位移的电容式数字传感器。它与其它数字式位移传感器，如光栅、感应同步器等相比，具有体积小、结构简单、分辨率和准确度高、测量速度快、功耗小、成本低、对使用环境要求不高等突出的特点，因此在电子测量技术中占有十分重要的地位。但是动栅与定栅间隙需要小于0.5mm；
[0008](3)绝对线性编码器
[0009]绝对线性编码器由感应标尺、阅读器这两个部分组成，感应标尺为多段式拼接，内部装有永磁体并具有一定的编码排置，阅读器和感应标尺之间做平行运动，阅读器与感应标尺安装间隙需要控制在25
‑
55mm之间。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统及检测方法，属于一种阵列式磁感应传感器，采用一种新技术实现高间隙的直线位移检测。本专利技术具有安装方便、高稳定性、高可靠性、使用寿命长、结构精巧、环境适应性强等特点。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0012]一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，包括阅读器和磁源部件；
[0013]所述磁源部件为多段拼接式结构，并且与阅读器平行设置；
[0014]所述阅读器包括多层立体叠放的PCB板及设置在PCB板上的线性霍尔元件阵列。
[0015]作为上述方案的优选，所述PCB板设置有三层，每一层PCB板上的线性霍尔元件均呈矩阵排列分布，阵列数为奇数行乘以2的幂次方列。
[0016]作为上述方案的优选，每层线性霍尔元件之间的间距相等，相邻两层霍尔元件的列与列之间相互错开Z毫米，Z为6的倍数。
[0017]作为上述方案的优选，所述阅读器还包括外壳，包裹在PCB板和线性霍尔元件外侧，外壳上设有防水插头及出线端。
[0018]作为上述方案的优选，所述磁源部件设有若干段，每一段均包括壳体及设于壳体内部的多个呈直线间隔布置的圆柱体永磁体。
[0019]作为上述方案的优选，每个永磁体的放置角度为0
°
，45
°
，90
°
，135
°
，180
°
，225
°
，270
°
，315
°
中的任意一种。
[0020]作为上述方案的优选，多个永磁体的间隔距离依某一预设值等距或以其倍数放大设置。
[0021]一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统的检测方法，包括以下步骤：
[0022]S1、将阅读器安装在移动车上，磁源部件安装在移动车侧面的固定位置上，阅读器随着移动车一起相对于磁源部件做平行运动，并与磁源部件发生霍尔效应；
[0023]S2、获取运动过程中磁源部件的每个单磁源与霍尔阵列中不同位置的霍尔元件发生霍尔效应所产生的实时感应电动势；
[0024]S3、根据测得的实时感应电动势计算位移量。
[0025]作为上述方案的优选，根椐以下公式(1)、(2)计算感应电动势
[0026]B(x)＝Bo*L*L/[(2x+L)*(2x+L)]ꢀꢀꢀ
(1)
[0027]E
H
＝KB(x)Icosθ
ꢀꢀꢀ
(2)
[0028]式中，B(x)为阅读器检测到的磁感应强度，Bo为永磁体的表磁，可通过高斯计测量得到；L为圆柱体磁铁高度，为已知；x为圆柱体永磁铁中心到霍尔元件中心的距离；E
H
为霍尔效应感应电动势；K为霍尔器件的灵敏度，为常数；I为霍尔元件的工作电流；θ为磁源所形成的磁场与霍尔元件产生的夹角；
[0029]根据以下公式(3)计算位移量
[0030]X＝A*E
H
ꢀꢀꢀ
(3)
[0031]式中，X为位移量，A为相邻线性霍尔元件之间的间距。
[0032]作为上述方案的优选，计算位移时，采用五点平均法求得位移量，并取三层相对应的霍尔元件所测得位移量的平均值为最终位移结果。
[0033]由于具有上述结构，本专利技术的有益效果在于：
[0034]本申请的位置检测系统，由磁源部件与阅读器组成，它们之间的工作间隙可以从几毫米到几百毫米，适应对物体位置与传感器在高间隙下地方使用。本专利技术克服了大量位移传感器产品因阅读器与感应器垂直高度限制，量程限制等不足。通过对阅读器三维设置，对磁源部件进行特定编码，再以拼接安装的方式及结构创新，使得应用测量行程可以扩展到百米级，产品应用领域将更加广泛。具体地讲具备以下优势：
[0035]1、非接触式测量，使用寿命长，稳定性高，可靠性高；
[0036]2、结构形式可以多样化，使得测量范围广泛，安装与维修方便，且外观紧凑、精巧；
[0037]3、磁源部件与阅读器之间的间隙适应性强，应用场景非常广泛；
[0038]4、抗干扰能力强，不受各种电磁干扰的影响；
[0039]5、能够实现移动槽的绝对位置定位。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0041]图1为本专利技术位置检测系统的立体结构示意图；
[0042]图2为本专利技术位置检测系统的剖视图；
[0043]图3为本专利技术位置检测系统的内部结构示意图；
[0044]图4为本专利技术磁源体垂直角度磁感线分布图；
[0045]图5为本专利技术的各个霍尔元件矩阵排列的电压值的曲线图。
具体实施方式
[0046]下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：包括阅读器和磁源部件；所述磁源部件为多段拼接式结构，并且与阅读器平行设置；所述阅读器包括多层立体叠放的PCB板及设置在PCB板上的线性霍尔元件阵列。2.根据权利要求1所述的一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：所述PCB板设置有三层，每一层PCB板上的线性霍尔元件均呈矩阵排列分布，阵列数为奇数行乘以2的幂次方列。3.根据权利要求2所述的一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：每层线性霍尔元件之间的间距相等，相邻两层霍尔元件的列与列之间相互错开Z毫米，Z为6的倍数。4.根据权利要求1所述的一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：所述阅读器还包括外壳，包裹在PCB板和线性霍尔元件外侧，外壳上设有防水插头及出线端。5.根据权利要求1所述的一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：所述磁源部件设有若干段，每一段均包括壳体及设于壳体内部的多个呈直线间隔布置的圆柱体永磁体。6.根据权利要求5所述的一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：每个永磁体的放置角度为0
°
，45
°
，90
°
，135
°
，180
°
，225
°
，270
°
，315
°
中的任意一种。7.根据权利要求5所述的一种基于三维霍尔阵列的位置检测系统，其特征在于：多个永磁体的间隔距离依某一预设值等距或以其倍数放大设置。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦宝，沈松，
申请(专利权)人：武汉驰克智能传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：