一种多维位移加速度传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种相对位置、角度与加速度测量装置。一种多维位移加速度传感器，磁体的一侧固定有测量元件组，测量元件组处于磁体的磁场中，磁体可以在其所处的平面上移动，在磁体移动过程中，所述测量元件组通过测量所述磁体所在位置的磁场强度和磁场方向获得所述磁体相对所述测量元件组的位置和转角。所述测量元件组包括磁敏元件和距离测量元件。本实用新型专利技术集成了位移、角度、加速度传感三种功能；利于实现类似力反馈功能的扩展；结构简单、生产成本低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种相对位置、角度与加速度测量装置，具体涉及一种多维位移加速度传感器。
技术介绍
目前，已知的位移传感器，角度传感器，加速度传感器多为分立元件。当一个产品， 需要应用上述功能时，例如具有鼠标指针的手持设备，为了达到良好的操控效果，多使用轨迹球或光电图像传感器。这些传感器大部分为相对位置测量，即手指划动一下，鼠标指针便移动一段距离。虽然可以达到很好的效果，但在灵活性方面还有不足。如果还想同时具备加速度与角度感应功能，则还需要增加旋转编码器和加速度模块。中国专利申请号为 200610109056.6的专利集成了位移、角度、加速度传感三种功能。但还存在结构复杂、生产难度大、生产成本高等问题，而且不利于实现类似力反馈功能的扩展。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种结构简单、生产成本低、功能全面的多维位移加速度传感器。本技术所述的一种多维位移加速度传感器，其特征在于，磁体(3)的一侧固定有测量元件组，测量元件组处于磁体(3)的磁场中，磁体(3)可以在其所处的平面上移动，在磁体(3)移动过程中，所述测量元件组通过测量所述磁体(3)所在位置的磁场强度和磁场方向获得所述磁体(3)相对所述测量元件组的位置和转角。所述测量元件组包括磁敏元件(1)和距离测量元件(2)。所述磁敏元件(1)为至少三个，平均分布在测量元件组上。所述距离测量元件(2)为至少一个。所述距离测量元件(2)可以为触点开关元件、电容传感器、电感传感器、压电传感器或应变传感器。所述磁体(3)为永磁铁。所述磁铁(3)为一侧包含至少4个磁极的永磁铁。 所述磁极的S极和N极交替排列。所述磁敏元件(1)作为水平位移测量和旋转角度的测量，所述距离测量元件(2) 作为垂直方向上的位移和倾角测量，通过检测单位时间内所述磁体(3)不同方向移动的距离来实现多维加速度测量。利用电感传感器的电磁效应或压电传感器的逆压电效应，通过为距离测量元件 (2)施加电流使其控制磁体(3)产生位移，实现力反馈。本技术的有益效果是1.集成了位移、角度、加速度传感三种功能；2.利于实现类似力反馈功能的扩展； 3.结构简单、生产成本低。附图说明图1是本技术实施例1中磁体的磁极分布示意图；图2是本技术实施例1中测量元件组示意图；图3是本技术实施例1的结构示意图；图4是本技术实施例1的磁体与磁敏元件的曲线图图5是图3X轴方向上的侧视图；图6是图3Y轴方向上的侧视图；图7是本技术实施例3中测量元件组示意图；图8是本技术实施例2的结构示意图；图9是图8Y轴方向上的侧视图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术做详细说明。实施例1 如图1所示，磁体3为一侧包含4个磁极的圆形永磁铁，磁极的S极32和N极31 交替排列，4极永磁铁可以通过对同一个磁性材料做多极磁化或由多块扇形磁体组合在一起得到。如图2所示，测量元件组由4个磁敏元件1与4个距离测量元件2组成，磁敏元件 1可以是霍尔效应元件，也可以是磁阻元件。磁敏元件la、lb、lc、Id和距离测量元件2a、2b、 2c,2d平均分布在测量元件组上。磁敏元件1在磁体3的N极靠近磁敏元件1时输出电信号，包括电压、电阻或频率。 所述电信号通过采集电路转换后输出的数据B > 0 ；磁敏元件1在磁体3的S极靠近磁敏元件1时，输出数据B < 0 ；磁体3的N极与S极中心分割线靠近磁敏元件1时输出数据B =0。如图3所示，将磁体3放置在测量元件组一侧，并覆盖住测量元件组。磁敏元件la、 lb、lc、Id和距离测量元件2a、2b、2c、2d分别在磁极分割线31与32所对应的正Y轴、负X 轴、负Y轴、正X轴上。当磁敏元件la、Ib、Ic、Id和距离测量元件2a、2b、2c、2d到磁极分割线31与32交点的距离相等时，磁敏元件la、lb、lc、ld输出的数据Ba, Bb, Be, Bd都为0。如图4所示，当磁体3在磁敏元件1上移动距离M时，磁敏元件1输出的数据B为曲线C，可以得到接近线性的区域P。限制磁体3移动范围，使磁敏元件1输出数据B在P 区域内即可测量磁体3相对磁敏元件1的位置。M = K(B) (1)式中，M磁敏元件1相对磁体3的S极与N极中心分割线的位移距离；B为磁敏元件1输出的数据；K为磁敏元件1输出的数据B与磁体3位移距离M的系数(函数)。如图3、图5和图6所示，磁体3按顺时针转动时，磁敏元件Ia与Ic同时靠近N极输出的数据Ba = Bc > 0，磁敏元件Ib与Id同时靠近S极输出的数据Bb = Bd < 0 ；磁体 3逆时针转动时磁敏元件Ia与Ic同时靠近S极输出的数据Ba = Bc < 0，磁敏元件Ib与Id同时靠近N极输出的数据Bb = Bd > 0。通过公式2可得到磁体3转动的角度，通过正、 负号可以确定磁体3是顺时针转动还是逆时针转动。Rcp=arctan(K((Ba+Bb+Bc+Bd)/4)/D)(2 )式中，Rcp为转动角度；arctan为反余弦函数；K为磁敏元件1输出的数据B与磁体 3在X，Y方向上位移距离M的系数；Ba，Bb, Be, Bd为磁敏元件la，lb, lc, Id输出的数据；D 为设计时磁敏元件1距离磁体中心的距离。由公式2可计算出磁体3在以Z轴为轴心转动的角度，即磁体3N极与S极中心分割线与相对坐标轴的夹角，通分过两次读取转动角度与读取时间间隔进行计算可得出磁体 3的转角加速度。当磁体3向正X方向移动时，磁敏元件Ia的正面靠近磁体N极输出的数据Ba > 0，磁敏元件Ic靠近磁体S极输出的数据Bc < 0，磁敏元件Ib与Id相对磁体N极与S极的位置不变，保持在磁体N极与S极中心分割线上输出的数据Bb = Bd = 0。磁体3向负X 方向移动时，磁敏元件Ia的正面靠近磁体S极输出的数据Ba < 0，磁敏元件Ic靠近磁体N 极输出的数据Bc > 0，磁敏元件Ib与Id相对磁体N极与S极的位置不变，保持在磁体N极与S极中心分割线上输出的数据Bb = Bd = 0。Mx = K ((Ba-Bc) /2) (3)式中，Mx为磁体3在X方向上的移动距离；K为传磁敏元件1输出的数据B与磁体 3在X，Y方向上位移距离M的系数；Ba，Bc为磁敏元件la，Ic输出的数据。由公式3可计算出磁体3在X方向上的移动距离，通过分两次读取磁体3的位移距离，与读取时间间隔进行计算可得出磁体3在X方向上的加速度。当磁体3向正Y方向移动时，磁敏元件Id的正面靠近磁体N极输出的数据Bd > 0，磁敏元件Ib靠近磁体S极输出的数据Bb < 0，磁敏元件Ia与Ic相对磁体N极与S极的位置不变，保持在磁体N极与S极中心分割线上输出的数据Ba = Bc = 0。磁体3向负Y 方向移动时，磁敏元件Id的正面靠近磁体S极输出的数据Bd < 0，磁敏元件Ib靠近磁体N 极输出的数据Bb > 0，磁敏元件Ia与Ic相对磁体N极与S极的位置不变，保持在磁体N极与S极中心分割线上输出的数据Ba = Bc = 0。My = K ((Bb-Bd) /2) (4)式中，My为磁体3在Y方向上的移动距离；K为磁敏元件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多维位移加速度传感器，其特征在于，磁体(3)的一侧固定有测量元件组，测量元件组处于磁体(3)的磁场中，磁体(3)可以在其所处的平面上移动，在磁体(3)移动过程中，所述测量元件组通过测量所述磁体(3)所在位置的磁场强度和磁场方向获得所述磁体 (3)相对所述测量元件组的位置和转角。2.根据权利要求1所述的一种多维位移加速度传感器，其特征在于，所述测量元件组包括磁敏元件(1)和距离测量元件(2)。3.根据权利要求2所述的一种多维位移加速度传感器，其特征在于，所述磁敏元件(1) 为至少三个，平均分布在测量元件组上。4.根据权利要求2所述的一种多维位移加速度传感器，其特征在于，所述距离测量元件(2)为至少一个。5.根据权利要求2或4任1项所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，
申请(专利权)人：张峰，
类型：实用新型
国别省市：