CN107655401A - 一种基于霍尔效应的有限转角测量方法 - Google Patents

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宋万禄
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Abstract

本发明公开了一种基于霍尔效应的有限转角测量装置，包括布置在待测转角的电机轴外围的磁铁和线性霍尔效应器件；磁铁有两片，安装在电机转子上，线性霍尔效应器件安装在电机定子上；霍尔器件位于两片磁铁之间，两片磁铁同名磁极相对安装；磁铁和线性霍尔效应器件安装在被测方向上，利用霍尔效应测量磁场/磁铁与霍尔效应器件之间的相对位置变化，并转化为电压信号输出，再经过位移—角度解算，得到角位移量。本发明解决了轻小型吊舱角位移测量反馈装置小体积与高精度之间的矛盾，实现了成本低、体积小、重量轻、精度/量程满足使用需求的测量小范围角度变化。

Description

一种基于霍尔效应的有限转角测量方法
技术领域
本发明属于光电吊舱的位移/角度反馈测量技术领域，涉及一种基于霍尔效应的有限转角测量方法。
背景技术
角位移反馈测量元件是光电吊舱设备必不可少的组成部分，其指标直接影响光电吊舱设备的整体指标。
目前的中高精度光电吊舱一般使用旋转变压器或圆感应同步器作为角位移反馈元件。这两类器件的测量精度很高，但体积大、重量重、成本高，不能满足光电吊舱低成本、轻小型化的需求。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：解决轻小型吊舱角位移测量反馈装置小体积与高精度之间的矛盾，提供一种成本低、体积小、重量轻、精度/量程满足使用需求的测量小范围角度变化的方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于霍尔效应的有限转角测量装置，其包括布置在待测转角的电机轴外围的磁铁和线性霍尔效应器件；磁铁有两片，安装在电机转子上，线性霍尔效应器件安装在电机定子上；霍尔器件位于两片磁铁之间，两片磁铁同名磁极相对安装；磁铁和线性霍尔效应器件安装在被测方向上，利用霍尔效应测量磁场/磁铁与霍尔效应器件之间的相对位置变化，并转化为电压信号输出，再经过位移—角度解算，得到角位移量。
其中，所述磁铁和线性霍尔效应器件沿电机轴旋转方向布置。
其中，所述磁铁、线性霍尔效应器件、磁铁依次布置，位于同一回转平面上，且共回转中心。
其中，两片所述磁铁间距为5～8mm。
其中，每片所述磁铁尺寸为
其中，所述线性霍尔效应器件型号：霍尼韦尔公司SS49E。
其中，所述测量装置测角精度：优于1mrad；量程：±5°～±15°；回转半径：7～15mm。
本发明还提供一种基于霍尔效应的有限转角测量方法，其包括以下步骤：
1)确定待测量电机的旋转方向，磁铁和线性霍尔效应器件沿电机轴旋转方向布置在电机轴外围；
2)线性霍尔效应器件安装在电机定子上，磁铁安装在电机转子上；线性霍尔效应器件布置在两片磁铁之间，两片磁铁同名磁极相对安装；
3)磁铁—线性霍尔效应器件—磁铁须位于同一回转平面上，且共回转中心；
4)上电后，通过计算机或单片机采集线性霍尔效应器件的输出电压信号；
5)经过位移—角度解算，得到角位移量。
其中，所述步骤5)中，角位移量采用下式计算：
θ＝arcsin(Uout/R)
式中，θ------被测角度；
Uout-----线性霍尔效应器件的输出电压；
R--------回转半径。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的基于霍尔效应的有限转角测量装置及测量方法，解决了轻小型吊舱角位移测量反馈装置小体积与高精度之间的矛盾，实现了成本低、体积小、重量轻、精度/量程满足使用需求的测量小范围角度变化。
附图说明
图1是霍尔效应器件及磁铁安装在吊舱内层框架的扁平直驱电机上的俯视示意图。电机绕垂直于纸面方向的旋转轴旋转。图中左侧为电机转子，右侧为电机定子(即电机外壳)。左侧图中转子位于行程的中间位置(0°)；右侧图中转子位于行程的极限位置(10°)，右图中未画出转子，以2只磁铁的位置示意转子的位置。
图2是所选霍尔效应器件特性曲线。
图3～图6是本方法的测量特性图及说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1所示，本发明提供一种基于霍尔效应的有限转角测量装置，包括布置在待测转角的电机轴外围的磁铁和线性霍尔效应器件(以下简称霍尔器件)；磁铁有两片，霍尔器件安装在电机定子上，磁铁安装在电机转子上；霍尔器件位于两片磁铁之间，两片磁铁同名磁极相对安装；磁铁和线性霍尔效应器件安装在被测方向上，利用霍尔效应测量磁场/磁铁与霍尔效应器件之间的相对位置变化，并转化为电压信号输出，再经过位移—角度解算，得到角位移量。
其中，磁铁和线性霍尔效应器件沿电机轴旋转方向布置。
磁铁—霍尔器件—磁铁位于同一回转平面上，且共回转中心。
基于上述测量装置，本发明还提供一种测量方法，其具体包括以下步骤：
1)确定待测量电机的旋转方向。磁铁和线性霍尔效应器件(以下简称霍尔器件)沿电机轴旋转方向布置在电机轴外围；
2)霍尔器件安装在电机定子上，磁铁安装在电机转子上；霍尔器件“夹”在两片磁铁之间，两片磁铁须同名磁极相对安装，即N—N，或S—S；
3)磁铁—霍尔器件—磁铁须位于同一回转平面上，且共回转中心；
4)上电后，通过计算机或单片机采集霍尔器件的输出电压信号；
5)霍尔器件感应的是距离(弦长)变化，经过下式计算后即得到角度测量值：
θ＝arcsin(Uout/R)
式中θ------被测角度
Uout-----霍尔器件的输出电压
R--------回转半径
本发明是一种效费比很高的测角方法(如下表所示)，在体积受限的情况下，本发明的测量精度高于其他方法。
注1：“霍尔效应”指磁场中的运动电荷会发生偏转，从而在导体的两端产生电压。对于线性霍尔效应器件，电压的高低与磁感应强度的大小线性相关。
注2：千只以上的批量价格仅几元。
注3：本方法须同时使用一只霍尔效应器件和两只磁铁(如图1所示)，三者的体积均不大于5mm×5mm×2mm。
本实施例中，量程与测量精度之间的关系如下：
磁感应强度与磁铁的距离之间符合平方反比关系，即距离缩小1倍，磁感应强度/测量灵敏度增加4倍。但过近的距离会限制夹在磁体中间的霍尔器件的行程，即测量精度越高，量程越小；反之量程越大，测量精度越低。在不同的应用场合，可以通过调整磁铁的间距达到精度—量程之间的最优配置。
图1中的测量装置参数为：
测角精度：优于1mrad(带宽不低于200Hz)
量程：±5°～±15°
回转半径：7～15mm，优选9mm(优选条件下对应的量程为±10°)
磁铁间距：5～8mm，优选6.4mm
磁铁尺寸：
霍尔器件型号：霍尼韦尔公司“SS49E”
吊舱所用扁平直驱电机外形尺寸仅60×48×7mm，内部空间非常狭小，提供给角位移测量装置的安装空间不超过13mm×13mm，如图1中两磁铁外圈所示。
根据理论分析和实测数据(图4)，磁铁间距越小，测量精度越高，然而减小磁铁间距，电机的旋转角度会受到限制，无法满足使用要求；若磁铁间距不变，磁铁距离电机轴越近(回转半径越小)，电机的旋转角度越大(量程越大)，但距离过近会造成结构强度不足，且会与电机轴承干涉。
综合考虑各因素的影响，最终选择了上文所述的优选参数，为吊舱的扁平直驱电机量身定做了角位移测量装置，解决了高精度与小体积之间的矛盾。
图3中，不同磁感应强度的磁铁测量灵敏度对比，磁铁的磁感应强度越强，测量的精度越高，因此实际应用时应选用铷铁錋类强磁铁。
图4中，磁铁的不同间距测量灵敏度对比，“大距离”为22mm，“中距离”为10.5mm。
图5中，对图4“中距离”的精测。
图6大角度旋转测量(间距22mm)，从图中可知，旋转角度过大时，两端的非线性会非常明显，因此本方法的测量范围一般不超过±15°。尽管量程受限，但对于采用双层框架结构的跟瞄型吊舱，其内层框架的旋转角度只需要正负十几度，本方法的量程满足应用需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，包括布置在待测转角的电机轴外围的磁铁和线性霍尔效应器件；磁铁有两片，安装在电机转子上，线性霍尔效应器件安装在电机定子上；霍尔器件位于两片磁铁之间，两片磁铁同名磁极相对安装；磁铁和线性霍尔效应器件安装在被测方向上，利用霍尔效应测量磁场/磁铁与霍尔效应器件之间的相对位置变化，并转化为电压信号输出，再经过位移—角度解算，得到角位移量。
2.如权利要求1所述的基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，所述磁铁和线性霍尔效应器件沿电机轴旋转方向布置。
3.如权利要求1所述的基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，所述磁铁、线性霍尔效应器件、磁铁依次布置，位于同一回转平面上，且共回转中心。
4.如权利要求1所述的基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，两片所述磁铁间距为5～8mm。
5.如权利要求4所述的基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，每片所述磁铁尺寸为
6.如权利要求5所述的基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，所述线性霍尔效应器件型号：霍尼韦尔公司SS49E。
7.如权利要求6所述的基于霍尔效应的有限转角测量装置，其特征在于，所述测量装置测角精度：优于1mrad；量程：±5°～±15°；回转半径：7～15mm。
8.一种基于霍尔效应的有限转角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定待测量电机的旋转方向，磁铁和线性霍尔效应器件沿电机轴旋转方向布置在电机轴外围；
2)线性霍尔效应器件安装在电机定子上，磁铁安装在电机转子上；线性霍尔效应器件布置在两片磁铁之间，两片磁铁同名磁极相对安装；
3)磁铁—线性霍尔效应器件—磁铁须位于同一回转平面上，且共回转中心；
4)上电后，通过计算机或单片机采集线性霍尔效应器件的输出电压信号；
5)经过位移—角度解算，得到角位移量。
9.如权利要求8所述的基于霍尔效应的有限转角测量方法，其特征在于，所述步骤5)中，角位移量采用下式计算：
θ＝arcsin(Uout/R)
式中，θ------被测角度；
Uout-----线性霍尔效应器件的输出电压；
R--------回转半径。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109539973A (zh) * 2018-11-15 2019-03-29 天津津航技术物理研究所 一种基于霍尔效应的测角装置
CN110344468A (zh) * 2019-06-28 2019-10-18 三一重机有限公司 中央回转接头和检测方法
CN110645889A (zh) * 2019-09-30 2020-01-03 北京瑞控信科技有限公司 一种基于电涡流的一维转角测量装置
CN110702038A (zh) * 2019-10-15 2020-01-17 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种吊舱产品中平台绝对角度的测量系统及数据处理方法
CN110701996A (zh) * 2019-09-05 2020-01-17 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种检测有限转角范围内旋转角度检测的霍尔传感器装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102472636A (zh) * 2009-07-15 2012-05-23 Skf私人有限公司 霍尔效应感应装置
CN104583728A (zh) * 2012-08-22 2015-04-29 罗伯特·博世有限公司 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102472636A (zh) * 2009-07-15 2012-05-23 Skf私人有限公司 霍尔效应感应装置
CN104583728A (zh) * 2012-08-22 2015-04-29 罗伯特·博世有限公司 用于获取旋转运动的构件的旋转角度的传感器组件

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109539973A (zh) * 2018-11-15 2019-03-29 天津津航技术物理研究所 一种基于霍尔效应的测角装置
CN110344468A (zh) * 2019-06-28 2019-10-18 三一重机有限公司 中央回转接头和检测方法
CN110701996A (zh) * 2019-09-05 2020-01-17 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种检测有限转角范围内旋转角度检测的霍尔传感器装置
CN110645889A (zh) * 2019-09-30 2020-01-03 北京瑞控信科技有限公司 一种基于电涡流的一维转角测量装置
CN110645889B (zh) * 2019-09-30 2021-06-15 北京瑞控信科技有限公司 一种基于电涡流的一维转角测量装置
CN110702038A (zh) * 2019-10-15 2020-01-17 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种吊舱产品中平台绝对角度的测量系统及数据处理方法

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