CN107086100B - 磁敏无触点电位器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁敏无触点电位器，由电位信号产生电路板、永磁体、电位器转轴、电位器基座、电位器封盖、半开口弹性金属卡环、转轴旋转定位槽、电路板固定螺钉、磁铁固定螺钉等组成。其有益效果在于：本发明电位器的调节是转动其转轴及与转轴同步的永磁体，永磁体的转动经电位信号产生电路板上的磁敏元件非接触检测并转换为与电位器轴转动角位移成正比的电压信号输出，电位信号产生电路安装在螺纹连接的电位器基座与电位器封盖形成的圆柱形密封金属壳体内；本发明电位器应用非接触磁敏技术实现与转轴角位移成正比的电压信号输出，输出无触点噪声、寿命长，且可有效抑制工作环境下的电磁干扰。

Description

磁敏无触点电位器
技术领域
本发明属于电位器，尤其是一种磁敏无触点电位器。
背景技术
电位器是一种可调的电子元件。传统电位器由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成，当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。电位器一般用来调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小，广泛用于电子设备中，如在音响和接收机中作音量控制用、激光头的功率大小调节等。用于分压的可变电阻器，在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点，触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值；按材料分线绕、碳膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器（呈线性关系）、函数电位器（呈曲线关系）。
传统电位器在应用中存在两个难以克服的问题：（1）滑动噪声。滑动噪声是电位器特有的噪声，在改变电阻值时，由于电位器电阻分配不当、转动系统配合不当以及电位器存在接触电阻等原因，会使动触点在电阻体表面移动时，输出端除有有用信号外，还伴有随着信号起伏不定的噪声。对于线绕电位器来说，除了上述的动触点与绕组之间的接触噪声外，还有分辨力噪声和短接噪声。分辨力噪声是由电阻变化的阶梯性所引起的，而短接噪声则是当动触点在绕组上移动而短接相邻线匝时产生的，它与流过绕组的电流、线匝的电阻以及动触点与绕组间的接触电阻成正比。（2）机械寿命。电位器的机械寿命也称磨损寿命，常用机械耐久性表示。机械耐久性是指电位器在规定的试验条件下，动触点可靠运动的总次数，常用 "周"表示。机械寿命与电位器的种类、结构、材料及制作工艺有关，差异相当大。
传统电位器在使用中由于触点的原因常产生噪声信号，而且寿命不长；因此，使用磁敏元件开发一种无触点电位器以克服上述缺点是非常必要的。电位器的转动或滑动实质是角位移或线位移的变化，测量线位移时，选用霍尔元件、磁敏二极管、磁敏三极管和磁敏电阻元件均可以。在角位移测量时，除了以上磁敏元件外，还可以选择强磁体磁阻元件，因为其输出特性比较特殊，当磁场达到一定幅值后，输出只与被测磁场和磁敏电阻的表面所成的角度相关，利用该特点来测量角位移具有其特殊的优点。所以本专利选用磁敏元件作为敏感材料来达到需要的效果。
发明内容
针对目前电位器存在的不足，本发明公布了一种磁敏无触点电位器。
本发明采用的技术方案是：一种磁敏无触点电位器，包括电位信号产生电路板（1）、永磁体（2）、电位器转轴（3）、电位器基座（4）、电位器封盖（5）、半开口弹性金属卡环（6）、转轴旋转定位槽（7）、电路板固定螺钉（8）、磁铁固定螺钉（9），电位器由经电路板固定螺钉（8）固定于电位器基座（4）上的电位信号产生电路板（1）非接触检测经磁铁固定螺钉（9）固定于电位器转轴（3）大端的永磁体（2）的旋转角位移，电位信号产生电路板（1）将检测到的旋转角位移转换为与角位移成正比的电压输出；其特征是：所述电位信号产生电路板（1）由X方向磁敏元件HX1与HX2、Y方向磁敏元件HY1与HY2、电阻R1~R13、电容C1~C6、双运放IC1、具有ADC和PWM功能的单片机IC2、仿真编程连接件JK1和输出连接件JK2组成，安装在螺纹连接的电位器基座（4）与电位器封盖（5）形成的圆柱形密封金属壳体内，磁敏元件HX1、HX2分别安装在X方向的左、右，磁敏元件HY1、HY2分别安装在Y方向的上、下，且其磁敏感点均匀分布在直径为D1的参考圆周上用于对永磁体（2）在电路板表面分布的磁场垂直向量进行检测，运放IC1B、电阻R1~R4和运放IC1A、电阻R5~R8组成的放大电路分别用于对X、Y方向的正交相关分量进行差分放大，放大信号VX1-X2、VY1-Y2经电容C3、电阻R9和电容C4、电阻R10组成的一阶低通滤波后分别送单片机IC2的两个ADC输入端，单片机IC2对输入信号进行采样、处理后计算得角度偏移：θ≈arctan(VY1-Y2/VX1-X2)，再将角度偏移θ转换为PWM波形输出至电容C5~C6、电阻R12~ R13组成的二阶低通滤波电路，滤波后通过连接件JK2的引脚2输出与角位移θ成线性的电压信号，JK2的引脚1接VCC、引脚3接GND用于给电位器提供工作电源，R10为上拉电阻，电容C1解耦电容，C2旁路电容，磁敏元件为线性霍尔元件或磁敏电阻；可由转轴旋转定位槽（7）形状调节转动角度范围的电位器转轴（3）与电位器基座（4）过盈装配并由半开口弹性金属卡环（6）径向锁紧，电位器转轴（3）由一根整轴经机加工成一端大另一端小的圆柱体，再在该圆柱体的大端加工出磁铁固定螺孔（5-1）和转轴旋转定位销（5-2）、小端加工出径向固定卡口（5-3）和调节旋钮定位销（5-4），通过转轴旋转定位销（5-2）与转轴旋转定位槽（7）的配合以实现不同旋转幅度的电位器；所述永磁体（2）是一个直径为D、厚度为H的厚度方向俯视平面由左侧向右侧径向磁化的双极圆形磁铁，磁性材料选稀土AlNiCo、SmCo5、NdFeB之一，厚度H≥2.5mm，磁敏感点分布参考圆直径D1≤直径D≤磁铁最大可旋转参考圆直径D2，圆形磁铁的中心轴线要对准磁敏感点分布参考圆的圆心安装。
本发明的有益效果是：本发明电位器的调节是转动其转轴及与转轴同步的永磁体，永磁体的转动经电位信号产生电路板上的磁敏元件非接触检测并转换为与电位器轴转动角位移成正比的电压信号输出，电位信号产生电路安装在螺纹连接的电位器基座与电位器封盖形成的圆柱形密封金属壳体内；本发明电位器应用非接触磁敏技术实现与转轴角位移成正比的电压信号输出，输出无触点噪声、寿命长，且可有效抑制工作环境下的电磁干扰。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1.电位信号产生电路板，2.永磁铁，3.电位器转轴，4.电位器基座，5.电位器封盖，6.半开口弹性金属卡环，7. 转轴旋转定位槽，8.电路板固定螺钉，9.磁铁固定螺钉。
图2是本发明实施例的电位信号产生电路原理图。
图3是本发明实施例的电路板结构及磁敏元件安装位置图。
图4是本发明实施例的永磁体外形图。
图5是本发明实施例的电位器转轴结构示意图；
图中：5-1.磁铁固定螺孔，5-2.转轴旋转定位销，5-3.径向固定卡口，5-4.调节旋钮定位销。
图6是本发明实施例的输出波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图，图1是本发明的结构示意图。一种磁敏无触点电位器，包括电位信号产生电路板1、永磁体2、电位器转轴3、电位器基座4、电位器封盖5、半开口弹性金属卡环6、转轴旋转定位槽7、电路板固定螺钉8、磁铁固定螺钉9。装配时，首先将永磁体2通过磁铁固定螺钉9固定于电位器转轴3的大端上，然后再把电位器转轴3以过盈装配方式穿过电位器基座4上的中心孔并由半开口弹性金属卡环6与电位器转轴3上的小端径向固定卡口5-3径向锁紧，该中心孔靠电位器转轴3大端侧设置有转轴旋转定位槽7，通过与电位器转轴3上的转轴旋转定位销5-2配合可实现不同旋转幅度的调节，以满足不同转动角度范围电位器的应用要求；装配电位器转轴3时应在中心孔内添加润滑剂以减少转轴与电位器基座之间的滑动摩擦。以上将电位器轴的转动转换为永磁体2的转动，而永磁体2转动所引起的磁场变化可由磁敏元件非接触地转换为电信号；基于这一检测原理，电位器轴转动的角位移信息经由电路板固定螺钉8固定于电位器基座4内的电位信号产生电路板1检测并转换为与电位器轴转动角位移成正比例的电压信号通过电路板的连接件JK2输出；电位信号产生电路板1安装在螺纹连接的电位器基座4与电位器封盖5形成的圆柱形密封金属壳体内。本发明电位器应用非接触磁敏技术实现与转轴角位移成正比的电压信号输出，输出无触点噪声、寿命长，且可有效抑制工作环境下的电磁干扰。
附图4是本发明实施例的永磁体外形图。本发明传感器的永磁体2是一个径向磁化的（俯视：左侧-右侧）双极圆形磁铁，直径为D、厚度为H，磁性材料优选稀土AlNiCo/SmCo5或NdFeB；厚度H≥2.5mm，磁敏感点分布参考圆直径D1≤直径D≤磁铁最大可旋转参考圆直径D2；圆形磁铁的中心轴线要对准磁敏感点分布参考圆的圆心安装。本发明实施例中，D1＝8mm、D2＝14mm，则永久磁铁的直径：8mm≤D≤14mm；磁敏元件感应的是永磁体2的磁场垂直向量，磁铁表面与各磁敏元件表面之间的间距应根据磁敏元件的线性敏感度、永磁体2的磁场强度等参数来选取，建议采用间距在0.3mm 至3.0mm之间；若所要求的磁场强度能够保持在磁敏元件的线性敏感范围以内，尽可能采用更大的间距以减少制造误差、安装误差、使用误差等因素带来的影响。
附图2是本发明实施例的电位信号产生电路原理图，附图3是本发明实施例的电路板结构及磁敏元件安装位置图。本发明传感器的电位信号产生电路板1由磁敏元件HX1、HX2、HY1、HY2，电阻R1~R13，电容C1~C6，双运放IC1，具有ADC和PWM功能的单片机IC2，仿真编程连接件JK1和输出连接件JK2组成。磁敏元件HX1、HX2分别安装在磁敏感点分布参考圆X方向的左、右，用于检测永磁体2的磁场垂直向量在X方向的分量；磁敏元件HY1、HY2分别安装在磁敏感点分布参考圆Y方向的上、下，用于检测永磁体2的磁场垂直向量在Y方向的分量；HX1、HX2、HY1、HY2的四个磁敏感点均匀分布在直径为D1的参考圆周上，且参考圆的中心在永磁体2的中心轴线上，通过调节电位信号产生电路板1上磁敏元件与永磁体2之间的间距以保证HX1、HX2、HY1、HY2四个磁敏元件能可靠检测永磁体2在电路板表面分布的磁场垂直向量。运放IC1B、电阻R1~R4组成一个减法电路用于对X方向的正交相关分量进行差分放大，电阻R1~R4的取值范围取决于磁敏元件HX1、HX2在最强磁场位置输出电压差的大小和单片机ADC输入电压范围大小，若在最强磁场位置，磁敏元件HX1、HX2的输出VHX1=3.96V、VHX2=0.89V，工作电压VCC＝5.0V，ADC 输入电压范围0-VCC，取R1＝R2＝300KΩ、R3＝R4＝390KΩ，则VX1-X2=R3/ R1*（VHX1－VHX2）=3.991V；电阻R9与电容C3组成一个一阶低通滤波器用于滤出X方向差分检测信号上的高频干扰，取R9=15KΩ、C3=0.1uF，则其截止频率＝1/2π*15K*0.1u≈106.1Hz。运放IC1A、电阻R5~R8组成一个减法电路用于对Y方向的正交相关分量进行差分放大，电阻R5~R8的取值范围取决于磁敏元件HY1、HY2在最强磁场位置输出电压差的大小和单片机ADC输入电压范围大小，若在最强磁场位置，磁敏元件HY1、HY2的输出VHY1=4.03V、VHY2=1.16V，工作电压VCC＝5.0V，ADC 输入电压范围0-VCC，取R5＝R6＝300KΩ、R7＝R9＝390KΩ，则VY1-Y2=R7/ R5*（VHY1－VHY2）=3.731V；电阻R10与电容C4组成一个一阶低通滤波器用于滤出Y方向差分检测信号上的高频干扰，仍取R10=15KΩ、C4=0.1uF，则其截止频率＝1/2π*15K*0.1u≈106.1Hz。X、Y方向的检测信号经低通滤波后分别送单片机IC2的两个ADC输入端，单片机IC2对输入信号VX1-X2、VY1-Y2进行采样、抗干扰处理后计算得角度偏移：θ≈arctan(VY1-Y2/ VX1-X2)，再将角度偏移θ转换为PWM波形输出至电容C5~C6、电阻R12~ R13组成的二阶低通滤波电路，滤波后通过连接件JK2的引脚2输出与角位移θ成线性的电压信号，JK2的引脚1接VCC、引脚3接GND用于给电位器提供工作电源；R12~ R13 应当≥5.1KΩ、C5~C6应当≥1uF，以避免PWM 输出的负载过重，更大数值的R12~ R13和C5~C6能够提供更好的滤波效果和更小的纹波，但也会增加响应时间，本发明实施例取R12＝R13＝10KΩ、C5=C6=1uF，则其截止频率＝1/2π*10K*1u≈15.91Hz。R10为上拉电阻，电容C1解耦电容，C2旁路电容，磁敏元件优选线性霍尔元件或磁敏电阻。本发明实施例中，磁敏元件可选UGN3503、SS496A等线性霍尔元件，以UGN3503为例，根据封装形式的不同有UGN3503LT（SOT-89 /TO-243AA表贴封装）、UGN3503U（微型3引脚SIP塑封）、UGN3503UA（3引脚超迷你塑封）等型号，可准确跟踪磁通极微小的变化，每个霍尔效应集成电路包括霍尔传感元件、线性放大器和发射极跟随器输出级，额定连续工作温度范围：-20℃到85℃，工作电压范围：4.5 - 6 V，工作电流范围：9-13毫安，典型静态输出电压VOUT = 2.50 V（磁感应强度为0高斯时，即B=0G），典型敏感度ΔVOUT = 1.30 mV/G（B = 0 G 到±900 G），-3dB带宽23KHz，宽带内（10Hz至10KHz）输出噪声90μV。本发明的单片机IC2为具有ADC和PWM功能的通用单片机，实施例中选用了，美国ATMEL公司的TINY系列单片机ATtiny13，其基本特性如下：（1）高性能、低功耗的8位AVR®微处理器；（2）高级RISC 结构，120 条指令（大多数指令执行时间为单个时钟周期），32 个8 位通用工作寄存器，全静态工作，工作于20 MHz 时性能高达20 MIPS；（3）非易失性程序和数据存储器，1K字节的系统内可编程Flash（擦写寿命: 10,000 次），64字节的系统内可编程EEPROM（擦写寿命: 100,000 次），64字节的片内SRAM，可以对锁定位进行编程以及实现EEPROM 数据的加密；（4）外设特点，一个具有独立预分频器的8 位定时器/ 计数器及两条PWM 通道，含有片内参考电压的4 路10 位ADC，具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器，片内模拟比较器；（5）特殊的处理器特点，片内调试系统，通过SPI 端口在系统内可编程，片内/ 片外中断源，低功耗空闲模式、噪声抑制模式、省电模式，增强型上电复位，可编程的掉电检测，片内标定振荡器；（6）I/O封装和工作电压，8引脚PDIP/SOIC: 6 可编程 I/O 线，工业级温度范围，ATtiny13V：1.8 - 5.5V，ATtiny13：2.7 - 5.5V；（7）速度等级与低功耗，ATtiny13V: 0 - 4 MHz @ 1.8 - 5.5V, 0 - 10 MHz @ 2.7 - 5.5V，ATtiny13: 0 - 10 MHz @ 2.7 - 5.5V, 0 - 20 MHz @ 4.5 - 5.5V，正常模式: 1 MHz,1.8V: 240μA，掉电模式: < 0.1μA at 1.8V；（8）开发工具: 汇编、仿真和模拟调试环境:AVR Studio4.08，C 语言编译器:IAR的EWAVR、CodeVisionAVR，仿真器: I C E 5 0，编程器: ISP 下载电缆 AVRISP, 通用编程器。本发明实施例中，两个输入信号VX1-X2、VY1-Y2分别接到单片机的引脚2（PB3/ADC3）、引脚3（PB4/ADC2），通过片内ADC转换为数字信号，ATtiny13 片内有一个10 位的逐次逼近型ADC，ADC 与一个4 通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口B 的四路单端输入电压进行采样，单端电压输入以0V (GND) 作为基准，具有以下特点：10 位精度、0.5 LSB 的非线性度、± 2 LSB 的绝对精度13 - 260 μs 的转换时间、最大精度达到15 kSPS、四路复用单端输入通道、可选的向左调整ADC读数、0 - VCC的ADC输入电压范围、可选的1.1V 的ADC参考电压、连续转换或单次转换模式、通过中断源自动触发的ADC转换启动、ADC转换结束中断、基于睡眠模式的噪声抑制器；该片内ADC包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ADC 的电压保持恒定。（1）片内ADC操作：ADC通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个10 位的数字量，最小值代表GND，最大值代表VCC 或1.1V 参考电压；模拟输入通道可以通过写ADMUX 寄存器的MUX 位来选择，任何ADC 输入引脚，都可以作为ADC 的单端输入；ADC由ADCSR寄存器的ADEN位使能，在ADEN设置前，参考电压与输入通道无效，当ADEN清零时，ADC没有功耗，因此建议在进入省电模式前关闭 ADC；ADC转换结果为10位，存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中，默认情况下转换结果为右对齐，但可通过设置ADMUX 寄存器的ADLAR 变为左对齐；如果要求转换结果左对齐，且最高只需8位的转换精度，那么只要读取ADCH 就足够了，否则要先读ADCL，再读ADCH，以保证数据寄存器中的内容是同一次转换的结果，一旦读出ADCL，ADC对数据寄存器的寻址就被阻止了，也就是说，读取ADCL之后，即使在读ADCH之前又有一次ADC 转换结束，数据寄存器的数据也不会更新，从而保证了转换结果不丢失，ADCH 被读出后，ADC 即可再次访问ADCH 及ADCL 寄存器，ADC转换结束可以触发中断，即使由于转换发生在读取ADCH与ADCL之间而造成ADC无法访问数据寄存器，并因此丢失了转换数据，中断仍将触发。（2）启动转换：通过在ADSC位写入逻辑1来启动转换，该位在转换过程中始终为1，当转换完成后该位置0，若在转换过程中选择差分数据通道，ADC将在执行通道变换前结束转换；转换可以由不同的源自动触发，设置ADCSRA寄存器的ADATE 位使能自动触发，触发源由ADCSRB 寄存器的ADTS位的设定来决定( 见有关ADTS 位的说明)，当选择的触发信号正边沿出现，ADC预分频器复位，转换启动； 这样可以实现固定转换启动时间间隔，若转换完成后触发信号仍然置位，将不会启动新的转换，如果在转换过程中触发信号出现其他正边沿，则应将其忽略；注意，即使相应的中断禁用或SREG 中I 位清零，中断标志仍会设置，这样可在没有中断的情况下触发转换，然而必须清除中断标志以便下一次中断可以触发新的转换；使用ADC中断标志作为触发源，可使系统在一次转换结束后立即开始新的转换，ADC进入连续转换模式，不断采样与更新ADC 数据寄存器，第一次转换必须通过在ADCSRA寄存器的ADSC 位写“1”来启动，在该模式下，转换成功与否取决于ADC中断标志与ADIF是否清零；如果使能自动触发，通过在ADCSRA 寄存器的ADSC写“1”启动单次转换，ADSC 还可用来检测是否正在进行转换，无论转换是通过何种方式启动，在转换进行时，ADSC值为“1”。（3）预分频与转换：默认情况下，逐次逼近电路需要一个从50 kHz 到200 kHz 的输入时钟以获得最大精度；若需要低于10位的精度， ADC输入时钟频率要高于200 kHz，以达到高采样率；ADC模块包括一个预分频器，它可以产生可接受的ADC时钟，ADCSR寄存器的ADPS位用于从片内产生一个超过100 kHz 的适当的ADC时钟输入信号，预分频器从ADCSR寄存器的ADEN位置位启动ADC起开始计数，ADEN置位时预分频器保持运转，当ADEN为低时预分频器复位；转换在ADCSR的ADSC位设置后的上升沿开始，如果使用差分通道，转换在ADEN 设置后的第二个上升沿启动；正常转换需要13个ADC时钟周期，ADC使能(ADCSRA寄存器的ADEN置位) 后的第一次转换需要25个ADC时钟周期；在普通的ADC转换过程中，采样保持在转换启动之后的1.5个ADC时钟开始，而第一次ADC转换的采样保持则发生在转换启动之后的14.5个ADC时钟，转换结束后，ADC结果被送入ADC数据寄存器，且ADIF 标志置位，ADSC同时清零(单次转换模式)，之后软件可以再次置位ADSC标志，从而在ADC的第一个上升沿启动一次新的转换；当使用自动触发时，当触发事件出现时，预分频器复位，这保证从触发到转换启动有一个给定的延时，在该模式下，触发源信号上升沿后有两个ADC时钟周期的采样与保持时间；为同步还需要三个额外的CPU时钟周期，在连续转换模式下，当ADSC为1时，只要转换一结束，下一次转换马上开始。本发明实施例中，单片机IC2首先对输入信号VX1-X2、VY1-Y2进行采样、抗干扰处理后计算得角度偏移：θ≈arctan(VY1-Y2/ VX1-X2)，然后将角度偏移θ转换为PWM波形输出至二阶低通滤波电路，本发明实施例选用单片机IC2的T/C0是通用8位定时器/ 计数器模块实现。T/C0是通用8位定时器/计数器模块，有两个独立的输出比较单元，且支持PWM功能，它提供精确的执行时序与波形产生，其主要特点如下：两个独立输出比较单元、双缓冲输出比较寄存器、比较匹配发生时清除定时器( 自动加载)、无干扰脉冲，相位正确的PWM、可变PWM 周期、频率发生器、三个独立中断源 (TOV0, OCF0A 及 OCF0B)；寄存器T/C(TCNT0)和输出比较寄存器(OCR0A 与OCR0B)为8位寄存器，中断请求信号在定时器中断标志寄存器TIFR0 都有反映，所有中断都可以通过定时器中断屏蔽寄存器TIMSK0 单独进行屏蔽；T/C可以通过预分频器由内部时钟源驱动，或者是通过T0引脚的外部时钟源来驱动，时钟选择逻辑模块控制使用哪一个时钟源与什么边沿来增加( 或降低)T/C 的数值，如果没有选择时钟源T/C 就不工作，时钟选择模块的输出定义为定时器时钟clkT0；双缓冲的输出比较寄存器(OCR0A 与OCR0B) 一直与T/C 的数值进行比较，比较的结果可用来产生PWM 波，或在输出比较引脚OC0上产生变化频率的输出，比较匹配事件还将置位比较标志(OCF0A 或 OCF0B)，此标志可以用来产生输出比较中断请求。附图6是本发明实施例的输出波形图，本发明实施例通过PWMA（单片机引脚4）输出PWM波形，首先设置单片机定时器/计数器控制寄存器TCNT0以确定PWM波形输出频率f PWM，然后根据转轴旋转定位槽7和转轴旋转定位销5-2配合决定最小转动角度θMIN、最大转动角度θMAX以及实时检测角位移θ来设置输出比较寄存器OCR0A 与OCR0B，使PWMA（单片机引脚4）输出占空比与实时检测角位移θ成正比的PWM波形。本发明电位器的角位移范围在没有转轴旋转定位槽7和转轴旋转定位销5-2的情况下是：从0o 到360o，在有转轴旋转定位槽7和转轴旋转定位销5-2的情况下的角位移范围会小于此范围（如：30o 到150o、90o 到270o等），为进一步提高PWM波形输出的精度，本发明实施例引入了最小转动角度θMIN、最大转动角度θMAX设置，以充分利用单片机IC2所能提供的8位PWM波形分辨率。
附图5是本发明实施例的电位器转轴结构示意图。电位器转轴3由一根整轴经机加工成一端大另一端小的圆柱体，再在该圆柱体的大端加工出磁铁固定螺孔5-1和转轴旋转定位销5-2、小端加工出径向固定卡口5-3和调节旋钮定位销5-4，通过转轴旋转定位销5-2与转轴旋转定位槽7的配合以实现不同旋转幅度的电位器。电位器转轴3以过盈配合方式穿过电位器基座4上的中心孔并由半开口弹性金属卡环6径向锁紧；永磁体2通过磁铁固定螺钉9固定于电位器转轴3的大端，以保证永磁体2的转动与电位器转轴3的转动同步；为减少电位器转轴与电位器基座之间的滑动摩擦，装配时应在电位器基座4上的中心孔内添加润滑剂；对于转动频繁的应用系统，应在该中心孔处设置一个滚动轴承以延长传感器的使用寿命。
综上所述，本发明的磁敏无触点电位器，由电位信号产生电路板、永磁体、电位器转轴、电位器基座、电位器封盖、半开口弹性金属卡环、转轴旋转定位槽、电路板固定螺钉、磁铁固定螺钉等组成。其有益效果在于：本发明电位器的调节是转动其转轴及与转轴同步的永磁体，永磁体的转动经电位信号产生电路板上的磁敏元件非接触检测并转换为与电位器轴转动角位移成正比的电压信号输出，电位信号产生电路安装在螺纹连接的电位器基座与电位器封盖形成的圆柱形密封金属壳体内；本发明电位器应用非接触磁敏技术实现与转轴角位移成正比的电压信号输出，输出无触点噪声、寿命长，且可有效抑制工作环境下的电磁干扰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种磁敏无触点电位器，包括电位信号产生电路板（1）、永磁体（2）、电位器转轴（3）、电位器基座（4）、电位器封盖（5）、半开口弹性金属卡环（6）、转轴旋转定位槽（7）、电路板固定螺钉（8）、磁铁固定螺钉（9），电位器由经电路板固定螺钉（8）固定于电位器基座（4）上的电位信号产生电路板（1）非接触检测经磁铁固定螺钉（9）固定于电位器转轴（3）大端的永磁体（2）的旋转角位移，电位信号产生电路板（1）将检测到的旋转角位移转换为与角位移成正比的电压输出；其特征是：所述电位信号产生电路板（1）由X方向磁敏元件HX1与HX2、Y方向磁敏元件HY1与HY2、电阻R1~R13、电容C1~C6、双运放IC1、具有ADC和PWM功能的单片机IC2、仿真编程连接件JK1和输出连接件JK2组成，安装在螺纹连接的电位器基座（4）与电位器封盖（5）形成的圆柱形密封金属壳体内，磁敏元件HX1、HX2分别安装在X方向的左、右，磁敏元件HY1、HY2分别安装在Y方向的上、下，且其磁敏感点均匀分布在直径为D1的参考圆周上用于对永磁体（2）在电路板表面分布的磁场垂直向量进行检测，运放IC1B、电阻R1~R4和运放IC1A、电阻R5~R8组成的放大电路分别用于对X、Y方向的正交相关分量进行差分放大，放大信号VX1-X2、VY1-Y2经电容C3、电阻R9和电容C4、电阻R10组成的一阶低通滤波后分别送单片机IC2的两个ADC输入端，单片机IC2对输入信号进行采样、处理后计算得角度偏移：θ≈arctan(VY1-Y2/VX1-X2)，再将角度偏移θ转换为PWM波形输出至电容C5~C6、电阻R12~ R13组成的二阶低通滤波电路，滤波后通过连接件JK2的引脚2输出与角位移θ成线性的电压信号，JK2的引脚1接VCC、引脚3接GND用于给电位器提供工作电源，R10为上拉电阻，电容C1解耦电容，C2旁路电容，磁敏元件为线性霍尔元件或磁敏电阻；可由转轴旋转定位槽（7）形状调节转动角度范围的电位器转轴（3）与电位器基座（4）过盈装配并由半开口弹性金属卡环（6）径向锁紧，电位器转轴（3）由一根整轴经机加工成一端大另一端小的圆柱体，再在该圆柱体的大端加工出磁铁固定螺孔（5-1）和转轴旋转定位销（5-2）、小端加工出径向固定卡口（5-3）和调节旋钮定位销（5-4），通过转轴旋转定位销（5-2）与转轴旋转定位槽（7）的配合以实现不同旋转幅度的电位器；所述永磁体（2）是一个直径为D、厚度为H的厚度方向俯视平面由左侧向右侧径向磁化的双极圆形磁铁，磁性材料选稀土AlNiCo、SmCo5、NdFeB之一，厚度H≥2.5mm，磁敏感点分布参考圆直径D1≤直径D≤磁铁最大可旋转参考圆直径D2，圆形磁铁的中心轴线要对准磁敏感点分布参考圆的圆心安装。
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