CN101354267A - 磁性位置传感装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性位置传感装置及其定位方法，本发明主要解决现有技术所存在的采用选通方式限制主控电路控制的段静尺的数量、移位寄存器级联方式无法一步选定磁敏元件组降低扫描速度、开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度、位序列匹配方法运算速度慢等问题。为此，本发明保留并口传输数据维持数据高速传输，保留级联方式进行段静尺扩展，发展采用I2C方式增加了主控电路控制的段静尺的数量；采用单片机级联能够一步选定磁敏元件组提高了扫描速度；采用一种正交定位法对模拟型磁敏元件提高测试精度，对开关型磁敏元件提高运算速度。

Description

磁性位置传感装置及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种位置传感装置及其方法，尤其是涉及一种磁性位置传感装置及其定位方法。

背景技术

在一个物体上安装具有永磁体阵列的动尺，在另一个物体上安装具有磁敏元件阵列及电路的静尺，静尺接收动尺的磁场从而测量两物体相对位移的技术应用十分广泛，并已制成专用的集成电路如HLA32，该电路以32路霍尔元件阵列作为静尺，并采用单片机对霍尔元件的输出信号进行扫描，判断作为动尺的永磁体的位置，在长距离情况下进行分段依次上电扫描判断永磁体的位置。实用新型专利“磁敏同步数字位移传感器”(CN2544246Y)采用磁敏元件阵列和并串转换电路，单片机对磁敏元件阵列进行扫描并判断永磁体的位置。发明专利“位置编码式磁性位移传感器”(CN1309282A)引入了编码，永磁体阵列中各单元宽度在±1/7～±1/9之间变化，磁敏元件阵列中各元件之间的间距在±1/11～±1/13之间变化，当永磁体阵列位于磁敏元件阵列不同位置时，磁敏感元件之间取出的差分信号序列不同，其数目由永磁体阵列单元与磁敏元件阵列单元的排列组合决定。实用新型专利“数字化接近传感器”(CN2615636Y)同样以永磁体及磁敏元件间隔的不同设计的编码为基本构思，为了进行长距离测量，该专利采用了分段依次上电扫描判断永磁体动尺的位置，并具有相应的位置编码器产品。

发明专利“磁性位置传感装置及其定位方法”(申请号200810047448.3)不采用编码技术，而是引入位序列匹配方法提高了定位精度；构造了永磁体单元宽度、磁敏元件间距及定位分辨率之间的设计方法；使用多个双向移位寄存器74HC194进行级联扩展了每段静尺的长度；采用并行口提高了数据传输速度。但该专利采用的线选通方式限制了主控电路控制的段静尺的数量；采用多个双向移位寄存器74HC194级联无法一步选定磁敏元件组，降低了扫描速度；采用的开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度；该专利的位序列匹配方法需要求所有位参考序列的匹配值然后进行比较，运算速度慢。

目前方案的优点是采用并口提高了数据传输速度；使用双向移位寄存器74HC194级联扩展了段静尺长度。缺点是线选通方式限制了主控电路控制的段静尺的数量；移位寄存器级联方式无法一步选定磁敏元件组降低了扫描速度；开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度；位序列匹配方法运算速度慢。

发明内容

本发明主要解决现有技术所存在的采用选通方式限制主控电路控制的段静尺的数量、移位寄存器级联方式无法一步选定磁敏元件组降低扫描速度、开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度、位序列匹配方法运算速度慢等问题。为此，本发明保留并口传输数据维持数据高速传输，保留级联方式进行段静尺扩展，发展采用I2C方式增加了主控电路控制的段静尺的数量；采用单片机级联能够一步选定磁敏元件组提高了扫描速度；采用一种正交定位法对模拟型磁敏元件提高测试精度，对开关型磁敏元件提高运算速度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

磁性位置传感装置，用于感测两个物体相对位置，它包括一个内部具有永磁体阵列的动尺，一个能接收动尺磁场的静尺；静尺内部包括有磁敏元件阵列，主控电路以及至少一个段扫描电路、至少一个总线缓冲器以及至少一个总线收发器；主控电路包括数字信号处理器，段扫描电路包括段单片机，其特征在于：静尺内部电路板之间通过带插针电路板焊接，相邻静尺的输出端口和输入端口连接。数字信号处理器的串行口线通过总线缓冲器连接段单片机的串行口线，数字信号处理器的I/O口线通过总线缓冲器连接段单片机的I/O口线，段单片机的I/O口线通过总线收发器与数字信号处理器的I/O口线连接，相邻段单片机之间有I/O口线连接；

在上述的磁性位置传感装置，所述的串行口线是I2C或者SPI或者USART。

在上述的磁性位置传感装置，所述的磁敏元件是模拟型或者开关型。

在上述的磁性位置传感装置，所述的段单片机连接第一个节单片机，至少可级联一节单片机，节单片机上连接有磁敏元件阵列。

在上述的磁性位置传感装置，所述的段单片机与节单片机的连接采用串行口方式、并行口方式以及I/O口线方式中任意一种或多种方式的组合。

一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于模拟型磁敏元件，其特征在于：

a、数字信号处理器通过串行口线依次发送地址到段单片机；

b、段单片机确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列进行采样；

c、段单片机探测到永磁体阵列信号后，将数据输出到总线收发器上；

d、数字信号处理器发出电平跳变，同时读总线收发器获得段单片机的数据；将数据依次拼接得到数据信号序列；

e、数字信号处理器根据所述数据序列的个数来确定从数据序列中截取的

个数据：Bz(1)、Bz(2)、……、

选择互为正交的函数如正弦函数数据序列

和余弦函数数据序列

对应数据序列元素直接相乘，求和值：

$A_S=\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bz}\left(n\right)*\sin \left[\frac{2\mathrm{\π\δ}}{D\±\mathrm{\δ}}(n-1)\right]$

及

$A_C=\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bz}\left(n\right)*\cos \left[\frac{2\mathrm{\π\δ}}{D\±\mathrm{\δ}}(n-1)\right]$

D±δ为永磁体单元宽度，相邻磁敏元件的间隔为D，δ的物理意义是游标磁尺的分辨率；

f、将上述A_S、A_C代入计算待求位置的小数值：

$\frac{D\±\mathrm{\δ}}{2\mathrm{\π}}{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{A_S}{A_C}$

A_S、A_C表示数据信号序列与所述互为正交的两个函数的匹配程度，这一定位方法因此叫做正交法。该方法以数字信号处理及磁场相关理论为基础进行构思，在采用模拟磁敏元件的情况下，定位精度大幅度提高。

在计算中，如果以D+δ为永磁体单元宽度，计算中都取正号进行计算；如果以D-δ为永磁体单元宽度，计算中都取负号进行计算。

g、以数据Bz(1)对应的磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：

L*D

h、所述待求位置的整数值加上所述待求位置的小数值得到待求位置值。

一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于开关型磁敏元件，其特征在于：

a、数字信号处理器通过串行口线依次发送地址到段单片机；

b、段单片机确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列进行采样；

c、段单片机探测到永磁体阵列信号后，将数据输出到总线收发器上；

d、数字信号处理器发出电平跳变，同时读总线收发器获得段单片机的数据；将数据依次拼接得到位信号序列；

e、数字信号处理器根据所述位信号序列的位数来确定从信号序列中截取的

个位：bit(Bz(1))、bit(Bz(2))、……、与模拟型磁敏元件的定位方法相似，选择互为正交的位参考序列Bs和Bc，对应位进行逻辑异或，求和值：

$D_S=\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1-2\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bit}\left(\mathrm{Bz}\left(n\right)\right)\mathrm{ox\; Bs}$

及

$D_C=\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1-2\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bit}\left(\mathrm{Bz}\left(n\right)\right)\mathrm{ox\; Bc}$

D_S、D_C叫做匹配数，D±δ为永磁体单元宽度，相邻磁敏元件的间隔为D，δ的物理意义是游标磁尺的分辨率。Bs和Bc是位参考序列，其位元素分别为Bs(1)、Bs(2)、……、和Bc(1)、Bc(2)、……、

ox表示按位进行逻辑异或运算，(相邻磁敏元件的间隔为D)移到前面D_S、D_C表示位信号序列与所述互为正交的位参考序列的匹配程度，这一定位方法因此也叫做正交法。这里所说的正交，从数学上也叫做相互独立或不相关。与使用模拟型磁敏元件的情况不同，这里所求出的D_S、D_C仅为很有限的几个整数，如与模拟型磁敏元件的情况类似，采用D_S除以D_C取反正切会引起算法不稳定和负担不必要的计算开销，采用查表方式不存在算法不稳定的问题且速度高。本方法不需要计算所有位参考序列与位信号序列的匹配值，只需从位参考序列中取出很有限的几个互为正交的位参考序列，并计算与位信号序列的匹配值即可，减小了计算量，提高了定位速度。

在计算中，如果以D+δ为永磁体单元宽度，计算中都取正号进行计算；如果以D-δ为永磁体单元宽度，计算中都取负号进行计算。

f、以所述D_S、D_C作为输入参数，通过查表方式计算待求位置的小数值。

g、以位Bs(1)对应的磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：

L*D

h、所述待求位置的整数值加上所述待求位置的小数值得到待求位置值。

线选通方式一段静尺需要一根控制线，限制了主控电路所能控制的段静尺的数目；串行口方式采用两根串行线控制所有段静尺，各段单片机接收主控电路发送的地址信息判断是否被选通，使主控电路所能控制的段静尺的数目几乎没有限制。为了给指定的磁敏元件组上电，移位寄存器级联方式需要通过多次数据移位才能完成，降低了扫描搜索的速度；在本发明的节单片机的级联方式中，段单片机通过同步串行口将指定的磁敏元件组的组序号发送给节单片机，节单片机直接给指定的磁敏元件组上电，提高了扫描搜索速度。

因此，本发明具有如下优点：1.采用串行口方式增加了主控电路控制的段静尺的数量；2.采用单片机级联及同步串行口方式一步选定磁敏元件组提高了扫描速度；3.发展了一种正交定位法，在使用模拟磁敏元件情况下提高测试精度，在使用开关磁敏元件的情况下提高定位速度，且本发明的定位精度不主要依赖于永磁体空间栅片的精细划分，动尺工艺难度小。

4.保留并行口避免了数据传输速度的降低；保留级联方式避免段静尺扩展能力的降低。

附图说明

图1是本发明的一种主视结构示意图；

图2是图1中所采用的电路图；

图3是图1中所采用的段扫描电路图；

图4是图1中所采用的数字信号处理器进行的定位流程图；

图5是图3中所采用的段单片机进行的段扫描流程图；

图6是本发明实施例的另一种主视结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，动尺1、基体2、永磁体阵列3、永磁体4、填充物5、静尺6、静尺外壳7、磁敏元件阵列8、电路板9、主控电路10、段扫描电路11、带插针的电路板12、输出端口13、输入端口14、数字信号处理器15、通讯接口16、总线缓冲器17、总线收发器18、段单片机19、节单片机20、三极管21、电阻22。

实施例1：

如图1，位置传感装置由动尺1、静尺6、输出端口13和输入端口14组成。在一个物体上安装动尺1，在另一个物体上安装静尺6，静尺6内的磁敏元件阵列8接收动尺1内的永磁体阵列3磁场信号，通过信号处理测出两物体的相对位移，其数据结果由输出端口13输出。永磁体阵列3安装在基体2上，永磁体阵列3的每一个单元包括一块永磁体4或两块极性相反的两块永磁体4，永磁体4之间可以安装填充物5。磁敏元件阵列8、主控电路10及段扫描电路11均焊接在电路板9上，静尺6内部电路板9之间通过带插针电路板12焊接。静尺6的磁敏元件阵列8和全部电路均安装在密封外壳7内。相邻静尺6的输出端口13和输入端口14连接，实现更长距离测量。相邻静尺6连接处两侧磁敏元件的间距与静尺6内的磁敏元件的间距相等，使连接处没有数据缺失，也无需采用双动尺1，避免了由此引起的位置测量范围减小的问题。

永磁体阵列3两端的永磁体单元的宽度大于2*D，该单元的N极永磁块宽度大于D。以确保在起始端至少有一个磁敏元件接收到的磁场值为正且大于给定门限BG。

如图2，静尺6内部的电路包括一个主控电路10和多个段扫描电路11和总线缓冲器17及总线收发器18。主控电路包括数字信号处理器15和通讯接口16，段扫描电路11内具有段单片机19。具体的连接方式为，数字信号处理器15的RA.6、SCL、SDA连接第一个总线缓冲器17，第M个总线缓冲器17依次与第M-1个总线缓冲器17连接，第M个总线缓冲器17连接第M个段单片机19的RA.6、SCL、SDA；第M个段单片机19的RD口连接第M-1个总线收发器18，第M-1个总线收发器18依次与第M-2个总线收发器18连接，第一个总线收发器18连接数字信号处理器15的RB口。第M个段单片机19的RA.7连接第M个总线收发器18的/CE，第M个段单片机19的RB.4连接第M-1个段单片机19的RB.5。主控电路10通过总线缓冲器17启动段扫描电路11工作，当发现有效的永磁体阵列3信号时，段扫描电路11通过总线收发器18发送数据到主控电路10。主控电路10通过RS485输出动尺1位置信息。

如图3，静尺6每段的内部电路板9由多节电路板通过带插针电路板12焊接组成，每节电路板上具有一个节单片机20，每个节单片机20具有四根输出线，每根输出线通过电阻22及PNP三极管21驱动一组共8个磁敏元件上电，多组磁敏元件组成磁敏元件阵列8，在使用模拟型磁敏元件时，各组相对应的磁敏元件的输出端连接并分别与段单片机19的8个模拟通道。在使用开关型磁敏元件时，这8个模拟通道由8个数字输入引脚替代。段单片机19通过串行口CK、RX/DT发送需要上电的磁敏元件组的地址到节单片机20，通过地址比较确认后，节单片机20使指定的磁敏元件组上电，段单片机19采样该组磁敏元件的输出；随后，段单片机19改变RC.1的电平使节单片机20的输出电平发生级联移位，从而使下一组磁敏元件上电，电平级联移位的方向由RC.2确定；当发现动尺信号时，段单片机19从节单片机20读取当前扫描的磁敏元件组的地址。如此，使磁敏元件组依次上电，读取磁敏元件组的输出和地址，完成对磁敏元件阵列8的扫描。当级联较多节单片机20时，可应用缓冲器减小长线传输干扰。采用单个段静尺6可以进行短距离测量，这时，RS485接口应安装在段静尺6上。

下面结合图4、图5进一步说明磁性位置传感装置的定位方法，其步骤为：

a、数字信号处理器15通过串行口线发送地址到段单片机19；

如图4；

b、确认如是本机地址，则段单片机19对磁敏元件阵列8各元件进行数据采样；

如图5，段单片机19在休眠状态下通过硬件接收数字信号处理器15发送的地址并进行匹配，确认如是本机地址，则段单片机19唤醒，并依次采样得到各磁敏元件输出信号。

c、探测到永磁体阵列3信号后，段单片机19将数据输出到总线收发器18上；

如图5，将采样得到的数据Bz(n)与一给定门限比较，如Bz(n)＞BG，则表示第M个段单片机19探测到了永磁体阵列3信号，并通过RB.5输出低电平的方式告诉相连的第M+1个段单片机19；如第M-1个段单片机19没有探测到了永磁体阵列3信号，即RB.4为高电平，则RA.7输出高电平使第M个总线收发器18处于高阻状态，将数据输出到第M-1个总线收发器18，并逐级传递到数字信号处理器15的RB口，如图1。

d、数字信号处理器15的RA.6发出电平跳变，同步读总线收发器18获得段单片机19的数据；将数据依次拼接得到数据信号序列；

如图4、图5，数字信号处理器15在RB口读入非零数据，则，数字信号处理器15RA.6发出电平跳变；段单片机19在每次电平跳变时，依次同步输出数据到总线收发器18；数字信号处理器15依次同步读总线收发器18，并将数据依次拼接得到数据信号序列。

e、数字信号处理器15根据所述数据序列的首尾6个数据确定与永磁体阵列3起点最接近的磁敏元件，该磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：

L*D

本实施例中，磁敏元件采用模拟型霍尔元件，霍尔元件之间的间距D＝14mm，永磁体阵列单元宽度D+δ＝16mm，如L＝120，则表示与永磁体阵列3起点最接近的是第120个霍尔元件。待求位置的整数值：

L*D＝120*14＝1680 mm

f、数字信号处理器15在上述数据序列中部顺序截取个数据：Bz(1)、Bz(2)、……、

选择互为正交的函数如正弦函数数据序列

和余弦函数数据序列

对应数据序列元素直接相乘，求和值：

$A_S=\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bz}\left(n\right)*\sin \left[\frac{2\mathrm{\π\δ}}{D\±\mathrm{\δ}}(n-1)\right]$

及

$A_C=\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bz}\left(n\right)*\cos \left[\frac{2\mathrm{\π\δ}}{D\±\mathrm{\δ}}(n-1)\right]$

g、以所述A_S、A_C计算待求位置的小数值：

$\frac{D+\mathrm{\δ}}{2\mathrm{\π}}{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{A_S}{A_C}$

D+δ为永磁体单元宽度。由于采用模拟磁敏元件和模拟定位方法，定位精度大幅度提高，本实施例的位置分辨率可达到50μm。

h、上述待求位置的整数值加上待求位置的小数值得到待求位置值。

实施例2：

用开关型磁敏元件替代实施例1的模拟型磁敏元件得到本实施例的硬件及其运行流程图。因此，本实施例定位方法的步骤a至步骤d相同，不过，实施例1得到的是模拟型磁敏元件整列8的数据信号序列，而本实施例得到的是开关型磁敏元件整列8的位信号序列，接下来进行下面的步骤：

e、数字信号处理器15根据所述位信号序列的首尾6个位确定与永磁体阵列3起点最接近的磁敏元件，该磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：

L*D

f、数字信号处理器15在所述位信号序列中部顺序截取

个位：

bit[Bz(1)]、bit[Bz(2)]、……、

成为新的位信号序列。

与模拟型磁敏元件的定位方法相似，选择互为正交的位参考序列Bs和Bc，对应位进行逻辑异或，求匹配数：

$D_S=\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1-2\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bit}\left(\mathrm{Bz}\left(n\right)\right)\mathrm{ox\; Bs}$

及

$D_C=\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1-2\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bit}\left(\mathrm{Bz}\left(n\right)\right)\mathrm{ox\; Bc}$

g、以所述D_S、D_C为输入参数，通过查表方式计算待求位置的小数值。

D+δ为永磁体单元宽度。Bs和Bc是位参考序列，其位元素分别为Bs(1)、Bs(2)、……、Bs(D/δ+1)和Bc(1)、Bc(2)、……、Bc(D/δ+1)，ox表示按位进行逻辑异或运算。

与实施例一样，D＝14mm，永磁体阵列单元宽度D+δ＝16mm，δ＝2mm，D/δ＝7mm，D/δ+1＝8。在一个给定的动尺1静尺6之间的间隙下，如与永磁体阵列3起点最接近的磁敏元件的序号L不变的情况下，永磁体阵列3每移动一个δ的距离，从所述位信号序列中部顺序截取的8个位：bit[Bz(1)]、bit[Bz(2)]、……、bit[Bz(8)]将发生变化，并形成一个8位的位信号序列，如此得到的不重复的位信号序列共有8个，即B0＝00111100、B1＝01111000、B2＝11110000、B3＝11100001、B4＝11000011、B5＝10000111、B6＝00001111、B7＝00011110，其中，“0”表示磁敏元件动作，“1”表示磁敏元件不动作，“0”的个数与动尺1静尺6之间的间隙等有一定关系。如L不变时，动尺1移动几个δ的距离，则对应于第几个位信号序列。B0、B1、……、B7也叫做位参考序列。现在的问题是：对于由上述步骤得到的位信号序列如B2，求动尺移动了几个δ的距离。现有的方法共有两种：

1、直接查表法：将每个位信号序列与它移动的δ的个数列成表，对于给定的位信号序列通过查表求出动尺移动的δ的个数，也就是待求位置的小数值，但在位信号序列较长及永磁体单元宽度不相等时，该方法难以使用；

2、位序列匹配法：将位信号序列与所有位参考序列求匹配，匹配度最高的位参考序列对应的δ的个数，就是待求位置的小数值，但位参考序列较多，因此，该方法速度慢。

本发明以位参考序列匹配法为基础探讨新的方法。位参考序列虽然较多，但位参考序列之间不是相互独立的，我们可以从中选出几个相互正交的位参考序列，所有位参考序列将由这几个位参考序列来代表，从数学上可以证明，上述的8个位参考序列中只有B0、B2两个是相互正交的，所有位参考序列可以由B0、B2来代表，为了与模拟磁敏元件情况下的两个正交数据序列类比，我们将开关磁敏元件情况下的上述相互正交的两个位参考序列B0、B2记为Bs、Bc。将从上述步骤得到的所有可能的位信号序列对Bs、Bc求匹配数，并将这些匹配数与动尺移动的δ的个数的对应关系列成表，预先存入数字信号处理器15中。在以后的实际运行中，对于从上述步骤得到的任一位信号序列，求出它与Bs、Bc的匹配数D_S、D_C，查表即可求出动尺移动的δ的个数，得到待求位置的小数值。

h、所述待求位置的整数值加上所述待求位置的小数值得到待求位置值。

实施例3：

本实施例中，如图6，为进行角度测量，本实施例中的永磁体阵列3和磁敏元件阵列8呈圆环形排列，各永磁体为扇形，结构部分在实施例1的基础上作相应改变以适应圆环形装置的要求，其余均与实施例1类同。本文不作赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了动尺1、基体2、永磁体阵列3、永磁体4、填充物5、静尺6、静尺外壳7、磁敏元件阵列8、电路板9、主控电路10、段扫描电路11、带插针的电路板12、输出端口13、输入端口14、数字信号处理器15、通讯接口16、总线缓冲器17、总线收发器18、段单片机19、节单片机20、三极管21、电阻22等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种磁性位置传感装置，用于感测两个物体相对位置，它包括一个内部具有永磁体阵列(3)的动尺(1)，一个能接收动尺(1)磁场的静尺(6)；静尺(6)内部包括有磁敏元件阵列(8)，主控电路(10)以及至少一个段扫描电路(11)、至少一个总线缓冲器(17)以及至少一个总线收发器(18)；主控电路(10)包括数字信号处理器(15)，段扫描电路(11)包括段单片机(19)，其特征在于：静尺(6)内部电路板(9)之间通过带插针电路板(12)焊接，相邻静尺(6)的输出端口(13)和输入端口(14)连接。数字信号处理器(15)的串行口线通过总线缓冲器(17)连接段单片机(19)的串行口线，数字信号处理器(15)的I/O口线通过总线缓冲器(17)连接段单片机(19)的I/O口线，段单片机(19)的I/O口线通过总线收发器(18)与数字信号处理器(15)的I/O口线连接，相邻段单片机(19)之间有I/O口线连接。

2.根据权利要求1所述的磁性位置传感装置，其特征在于：所述的串行口线是I2C或者SPI或者USART。

3.根据权利要求1所述的磁性位置传感装置，其特征在于：所述的磁敏元件是模拟型或者开关型。

4.根据权利要求1所述的段扫描电路(11)，其特征在于：所述的段单片机(19)连接第一个节单片机(20)，至少可级联一节单片机(20)，节单片机(20)上连接有磁敏元件阵列(8)。

5.根据权利要求4所述的段扫描电路(11)，其特征在于：所述的段单片机(19)与节单片机(20)的连接采用串行口方式、并行口方式以及I/O口线方式中任意一种或多种方式的组合。

6.一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于模拟型磁敏元件，其特征在于：

a、数字信号处理器(15)通过串行口线依次发送地址到段单片机(19)；

b、段单片机(19)确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列(8)进行采样；

c、段单片机(19)探测到永磁体阵列(3)信号后，将数据输出到总线收发器(18)上；

d、数字信号处理器(15)发出电平跳变，同时读总线收发器(18)获得段单片机(19)的数据；将数据依次拼接得到数据信号序列；

e、数字信号处理器(15)根据所述数据序列的个数来确定从数据序列中截取的

个数据：Bz(1)、Bz(2)、……、

并求和值：

$A_S=\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bz}\left(n\right)*\sin \left[\frac{2\mathrm{\π\δ}}{D\±\mathrm{\δ}}(n-1)\right]$

及

$A_C=\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Bz}\left(n\right)*\cos \left[\frac{2\mathrm{\π\δ}}{D\±\mathrm{\δ}}(n-1)\right]$

D±δ为永磁体单元宽度，相邻磁敏元件的间隔为D，δ为游标磁尺的分辨率；

f、将上述A_S、A_C代入计算待求位置的小数值：

$\frac{D\±\mathrm{\δ}}{2\mathrm{\π}}{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{A_S}{A_C}$

g、以数据Bz(1)对应的磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：

L*D

h、所述待求位置的整数值加上所述待求位置的小数值得到待求位置值。

7.一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于开关型磁敏元件，其特征在于：

a、数字信号处理器(15)通过串行口线依次发送地址到段单片机(19)；

b、段单片机(19)确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列(8)进行采样；

c、段单片机(19)探测到永磁体阵列(3)信号后，将数据输出到总线收发器(18)上；

d、数字信号处理器(15)发出电平跳变，同时读总线收发器(18)获得段单片机(19)的数据；将数据依次拼接得到位信号序列；

e、数字信号处理器(15)根据所述位信号序列的位数来确定从信号序列中截取的

个位：bit(Bz(1))、bit(Bz(2))、……、

按位进行逻辑异或，求和值：

$\begin{array}{ccc}{D}_S=\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1-2\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bit}\left(\mathrm{Bz}\left(n\right)\right)& \mathrm{ox}& \mathrm{Bs}\end{array}$

及

$\begin{array}{ccc}{D}_C=\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1-2\underset{n=1}{\overset{\frac{D}{\mathrm{\δ}}\±1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{bit}\left(\mathrm{Bz}\left(n\right)\right)& \mathrm{ox}& \mathrm{Bc}\end{array}$

D_S、D_C叫做匹配数，D±δ为永磁体单元宽度，δ为游标磁尺的分辨率。Bs和Bc是位参考序列，其位元素分别为Bs(1)、Bs(2)、……、

和Bc(1)、Bc(2)、……、ox表示按位进行逻辑异或运算，相邻磁敏元件的间隔为D；

f、以所述D_S、D_C作为输入参数，通过查表方式计算待求位置的小数值。

g、以位Bs(1)对应的磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：

L*D

h、所述待求位置的整数值加上所述待求位置的小数值得到待求位置值。

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