CN109029232A - 一种基于旋转磁场位移测量的方法 - Google Patents

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唐臻宇
王佶
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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
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

Abstract

本发明公开了一种基于旋转磁场位移测量的方法，当齿轮转动时，磁体的磁极随齿轮的转动产生角度变化。磁敏元件监测磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号。角度检测单元监测磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号。处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮行走的距离。与现有技术相比，使用该方法使电子测量仪器不易受到测量环境中污染物(如水、油、尘埃等)的影响，同时，与采用电容、电感测量方法的电子测量仪器相比，其响应速度快，测量稳定性更好，测量精度更高，并且在检测过程中能够减少能量的损耗。

Description

一种基于旋转磁场位移测量的方法
技术领域
本发明涉及电子测量仪器领域，具体涉及一种基于旋转磁场位移测量的方法。
背景技术
现有的电子测量仪器，一般采用电容、电感的方法来进行测量，其测量精度易受测量环境中油、水、尘埃等污染物的影响，而在电子测量仪器的使用环境中，这些污染物又难以避免的存在，这大大影响了采用电容、电感测量方法的电子测量仪器测量的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于旋转磁场位移测量的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
(1)齿轮转动时，磁体的磁极随所述齿轮的转动产生角度变化。
(2)磁敏元件监测所述磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号。
(3)角度检测单元监测所述磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号。
(4)处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出所述齿轮行走的距离。
优选的，所述磁敏元件为霍尔元件，所述霍尔元件监测到所述磁体的磁极变化时，所述霍尔元件输出脉冲信号，并将该脉冲信号传输至所述处理器；所述处理器通过对脉冲信号数量计数，得到所述磁体旋转的整圈数。
优选的，至少两个所述霍尔元件分别设置在所述磁体周围不同的位置；所述处理器通过判断任意两个所述霍尔元件产生脉冲信号的相位差，确定所述磁体旋转的方向，若为正向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行加法计数；若为反向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行减法计数。
优选的，所述角度检测单元为磁编码器，通过所述处理器，设置所述磁编码器的工作频率。
优选的，所述磁体的旋转角度为所述齿轮旋转的角度，根据公式计算出所述齿轮行走的距离，其中C为齿轮分度圆周长，K为处理器的计数次数，θ为角度检测单元监测余量的角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明采用一种基于旋转磁场位移测量的方法，当齿轮转动时，磁体的磁极随齿轮的转动产生角度变化。磁敏元件监测磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号。角度检测单元监测磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号。处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮行走的距离。与现有技术相比，使用该方法使电子测量仪器不易受到测量环境中污染物(如水、油、尘埃等)的影响，同时，与采用电容、电感测量方法的电子测量仪器相比，其响应速度快，测量稳定性更好，测量精度更高，并且在检测过程中能够减少能量的损耗。
附图说明
图1为一种基于旋转磁场位移测量的方法的流程图；
图2为霍尔元件与磁体的位置关系示意图；
图3为磁体顺时针旋转时产生脉冲的示意图；
图4为磁体逆时针旋转时产生脉冲的示意图；
图5为霍尔元件、磁编码器与磁体的位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本发明，基于旋转磁场位移测量的方法，如图1所示，当齿轮转动时，磁体的磁极随齿轮的转动产生角度变化。磁敏元件监测磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号。角度检测单元监测磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号。处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮行走的距离。
具体实施过程中，磁敏元件为霍尔元件，如图2所示，霍尔元件1和霍尔元件2分别设置在磁体的周围，且霍尔元件1和霍尔元件2的放置位置不同，以此来判断磁体的旋转方向。处理器通过判断霍尔元件1和霍尔元件2产生脉冲信号的相位差，确定磁体旋转的方向，若为正向转动，处理器根据霍尔元件1和霍尔元件2输出的脉冲信号数量，进行加法计数；若为反向转动，处理器根据霍尔元件1和霍尔元件2输出的脉冲信号数量，进行减法计数。
霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。霍尔元件的优点是结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽和盐雾等的污染和腐蚀。
例如，如图3所示，霍尔元件1检测到S极，输出电平由低电平跃迁到高电平,产生一个脉冲上升沿,产生波形图A，经过θ后霍尔元件2首次检测到S极并同样输出一个脉冲上升沿,产生波形图B，霍尔元件1输出脉冲相位超前霍尔元件2输出脉冲θ，此时处理器检测出在霍尔元件1输出上升沿瞬间，霍尔元件2输出为低电平，判断磁体顺时针旋转，处理器内计数加1。如果磁体反时针旋转，如图4所示，霍尔元件1输出脉冲相位落后霍尔元件2输出脉冲θ。则在霍尔元件1输出上升沿瞬间，霍尔元件输出为高电平，处理器内的计数器减1。
与上相似，通过霍尔元件1输出脉冲的下降沿、霍尔元件2的上升沿、霍尔元件2的下降沿中任何一个脉冲边缘，都可以完成方向判别和磁体转动圈数计数。综上所述，处理器中计数器的值反映了磁体转动圈数，计数值为正数表示顺时针旋转，负数表示为反时针旋转。
其中，每个霍尔元件与处理器连接，当磁体经过霍尔元件时，霍尔元件输出脉冲信号，并将该脉冲信号传输至处理器，处理器对脉冲信号的计数，得到磁体旋转的整圈数。
具体实施过程中，角度检测单元为磁编码器，磁编码器与霍尔元件1、霍尔元件2以及磁体的位置关系如图5所示，磁编码器正对于磁体，磁编码器能够检测旋转轴上两极磁铁围绕IC中心旋转时的绝对角度位置。绝对角度位置可以以PWM、ABI、UVW等不同方式输出，或通过接口直接读取。磁编码器对非整圈数的余量进行测量。通过处理器设置磁编码器在单位时间内的检测次数，如1s内检测3次，以此节约能耗。
然后，处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，根据公式计算出齿轮行走的距离，其中C为齿轮分度圆周长，K为处理器的计数次数，θ为角度检测单元监测余量的角度，L为被测量物体的长度。
例如对长度为21cm的物体进行测量时，齿轮分度圆周长为20cm，那么处理器在20cm时计数一次，磁编码器对剩余的1cm进行角度测量。

Claims (5)

1.一种基于旋转磁场位移测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)齿轮转动时，磁体的磁极随所述齿轮的转动产生角度变化；
(2)磁敏元件监测所述磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号；
(3)角度检测单元监测所述磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号；
(4)处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出所述齿轮行走的距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转磁场位移测量的方法，其特征在于，所述磁敏元件为霍尔元件，所述霍尔元件监测到所述磁体的磁极变化时，所述霍尔元件输出脉冲信号，并将该脉冲信号传输至所述处理器；所述处理器通过对脉冲信号数量计数，得到所述磁体旋转的整圈数。
3.根据权利要求2所述的一种基于旋转磁场位移测量的方法，其特征在于，至少两个所述霍尔元件分别设置在所述磁体周围不同的位置；所述处理器通过判断任意两个所述霍尔元件产生脉冲信号的相位差，确定所述磁体旋转的方向，若为正向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行加法计数；若为反向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行减法计数。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋转磁场位移测量的方法，其特征在于，所述角度检测单元为磁编码器，通过所述处理器，设置所述磁编码器的工作频率。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋转磁场位移测量的方法，其特征在于，根据公式计算出所述齿轮行走的距离，其中C为齿轮分度圆周长，K为处理器的计数次数，θ为角度检测单元监测余量的角度。
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