CN109520413A - 绝对位置角度编码器及测量方法 - Google Patents

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CN109520413A CN201811416767.7A CN201811416767A CN109520413A CN 109520413 A CN109520413 A CN 109520413A CN 201811416767 A CN201811416767 A CN 201811416767A CN 109520413 A CN109520413 A CN 109520413A
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angular transducer
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CN201811416767.7A
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丁俊鹏
吕春燕
关业辉
刘强
王阳
赵旭
钟贻兵
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Shandong Institute of Space Electronic Technology
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Shandong Institute of Space Electronic Technology
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    • G—PHYSICS
    • 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

本发明涉及一种绝对位置角度编码器，包括全桥AMR角度传感器，与AMR角度传感器同一平面的正交排布的单极型磁敏开关传感器I和单极型磁敏开关传感器II，AMR角度传感器所在平面与磁钢所在平面平行；所述AMR角度传感器位于中心位置，单极型磁敏开关传感器I、II与AMR角度传感器等距。本发明的有益效果是采用正交排布的两个单极型磁敏开关传感器，检测磁钢旋转角度；同时还可以避开不可信区间。

Description

绝对位置角度编码器及测量方法
技术领域
本发明属于编码器技术领域，尤其涉及一种用于检测磁钢旋转角度区间的绝对位置角度编码器及测量方法。
背景技术
各向异性磁电阻(Anisotropy magnetoresistance,AMR)效应是指铁磁材料中的电阻率随铁磁材料的磁化强度和电流方向之间的夹角改变而改变的现象。利用AMR效应制备的传感器被称为各向异性磁电阻传感器。
在外加磁场的作用下，AMR传感器单元电阻的变化可用下式表示：
R＝R0+ΔR cos2θ
其中θ为电流与磁化强度方向的夹角。
为了能使AMR传感单元应用于精密的角度测量，磁性单元中的磁化强度矢量M与外磁场的方向需保持一致。为达到此目的，通常的做法是通过增加外磁场的强度，使其大于磁性单元的内场，让AMR传感器进入饱和工作状态。这样，AMR传感器电阻大小只与外磁场的方向有关，而与外磁场的强度无关。
AMR传感器的制作过程往往是把四个相同的传感单元制作在同一晶圆上，组成惠斯通电桥，惠斯通电桥的差分输出正比于sin2θ,意思就是说单电桥AMR磁阻角度传感器的角度测量范围仅为90°，除此以外单惠斯通电桥AMR传感器的温度性差，必须进行温度补偿，所以在实际应用中，常使用双惠斯通电桥结构。在双桥结构中，两个单桥传感器的位置排布成45°。这样，两个单桥传感器的输出信号成90°相移，就可以实现180°的角度测量范围。假定两个单桥传感器的输出信号没有漂移，则输出信号可以分别表示为：
X(θ，T)＝X0(T)sin2θ
Y(θ,T)＝Y0(T)cos2θ
由于一般情况下，组成惠斯通电桥的四个传感器单元是采用同样工艺在同一时间制备，并且由同一电源供电，因此认为X0＝Y0是合理的。这样，从上两式可求出：
由以上分析可知，AMR传感器可以进行角度测量，但只能测量0～180°的角度信息。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于检测磁钢旋转角度的绝对位置角度编码器及测量方法，目的是采用单极型磁敏开关传感器，检测磁钢旋转角度。
本发明的技术方案为：
一种绝对位置角度编码器，包括全桥AMR角度传感器，与AMR角度传感器同一平面的正交排布的单极型磁敏开关传感器I和单极型磁敏开关传感器II，AMR角度传感器所在平面与磁钢所在平面平行；所述AMR角度传感器位于中心位置。
进一步地，所述单极型磁敏开关传感器I、II与AMR角度传感器等距。本技术改进为了保证两个单极型磁敏开关传感器的磁场强度一致。
一种绝对位置角度编码器的测量方法，包括以下步骤，
步骤1、位置初始化；设定磁钢顺时针旋转，磁场方向N极至S极为正方向、即X轴方向为正方向，单极型磁敏开关传感器I检测磁场X轴向，单极型磁敏开关传感器II检测磁场Y轴向；
步骤2、磁钢旋转，根据AMR角度传感器测量的角度和单极型磁敏开关传感器I、II的开关状态，判断磁钢的旋转角度；
当AMR角度传感器测量角度属于0°-45°和135°-180°区间时，若单极型磁敏开关传感器II处于打开状态，则磁钢的旋转角度为0°～45°和135°～180°区间值，若单极型磁敏开关传感器II处于关断状态，则磁钢的旋转角度为180°～225°和315°～360°区间值；
当AMR角度传感器测量角度位于45°～135°区间时，若单极型磁敏开关传感器I处于打开状态，则磁钢的旋转角度为45°～135°区间值，当单极型磁敏开关传感器I处于关断状态，则磁钢的旋转角度为225°～315°区间值。
本发明的有益效果：采用正交排布的两个单极型磁敏开关传感器，检测磁钢旋转角度；同时还可以避开不可信区间。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明AMR传感器与开关传感器对应示意图。
图中，1、磁钢；2、AMR角度传感器；3、单极型磁敏开关传感器I；4、单极型磁敏开关传感器II。
具体实施方式
如图1所示，一种绝对位置角度编码器，包括全桥AMR角度传感器，与AMR角度传感器同一平面的正交排布的单极型磁敏开关传感器I和单极型磁敏开关传感器II，AMR角度传感器所在平面与磁钢所在平面平行；所述AMR角度传感器位于中心位置，单极型磁敏开关传感器I、II与AMR角度传感器等距。
如图2所示，一种绝对位置角度编码器的测量方法，包括以下步骤，
步骤1、位置初始化；设定磁钢顺时针旋转，磁场方向N极至S极为正方向、即X轴方向为正方向，单极型磁敏开关传感器I检测磁场X轴向，单极型磁敏开关传感器II检测磁场Y轴向；
步骤2、磁钢旋转，根据AMR角度传感器测量的角度和单极型磁敏开关传感器I、II的开关状态，判断磁钢的旋转角度；
当AMR角度传感器测量角度属于0°-45°和135°-180°区间时，若单极型磁敏开关传感器II处于打开状态，则磁钢的旋转角度为0°～45°和135°～180°区间值，若单极型磁敏开关传感器II处于关断状态，则磁钢的旋转角度为180°～225°和315°～360°区间值；
当AMR角度传感器测量角度位于45°～135°区间时，若单极型磁敏开关传感器I处于打开状态，则磁钢的旋转角度为45°～135°区间值，当单极型磁敏开关传感器I处于关断状态，则磁钢的旋转角度为225°～315°区间值。
磁钢旋转角度与AMR角度传感器、单极型磁敏开关传感器的对应关系见下表。
此外，需要说明的是，图2中AMR传感器输出实线部分为X轴输出，虚线部分为Y轴输出，单极型磁敏开关传感器开(由低电平变为高电平)或关(由高电平变为低电平)的瞬间过程中，存在不可信区间，因此，单极型磁敏开关传感器在打开(高电平)或关断(低电平)中只取可信区间，图2中高低电平信号上加粗部分为可信区间。
本实施例仅用于解释说明本发明，正交单极型磁敏开关传感器的位置可根据需要进行变换，磁钢旋转角度的对应关系随磁钢旋转方向、磁场方向和单极型磁敏开关传感器的位置变化。

Claims (3)

1.一种绝对位置角度编码器，其特征在于：包括全桥AMR角度传感器，与AMR角度传感器同一平面的正交排布的单极型磁敏开关传感器I和单极型磁敏开关传感器II，AMR角度传感器所在平面与磁钢所在平面平行；所述AMR角度传感器位于中心位置。
2.根据权利要求1所述的绝对位置角度编码器，其特征在于：单极型磁敏开关传感器I、II与AMR角度传感器等距。
3.一种绝对位置角度编码器的测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、位置初始化；设定磁钢顺时针旋转，磁场方向N极至S极为正方向、即X轴方向为正方向，单极型磁敏开关传感器I检测磁场X轴向，单极型磁敏开关传感器II检测磁场Y轴向；
步骤2、磁钢旋转，根据AMR角度传感器测量的角度和单极型磁敏开关传感器I、II的开关状态，判断磁钢的旋转角度；
当AMR角度传感器测量角度属于0°-45°和135°-180°区间时，若单极型磁敏开关传感器II处于打开状态，则磁钢的旋转角度为0°～45°和135°～180°区间值，若单极型磁敏开关传感器II处于关断状态，则磁钢的旋转角度为180°～225°和315°～360°区间值；
当AMR角度传感器测量角度位于45°～135°区间时，若单极型磁敏开关传感器I处于打开状态，则磁钢的旋转角度为45°～135°区间值，当单极型磁敏开关传感器I处于关断状态，则磁钢的旋转角度为225°～315°区间值；磁钢旋转角度与AMR角度传感器、单极型磁敏开关传感器的对应关系见下表。
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