CN109916287A - 一种基于磁感应的平面位移传感器、位移检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁感应的平面位移传感器、位移检测方法及系统，基于磁感应技术的高精度平面位移传感器，所述的传感器内设置有处理器模块；还设置有按矩阵形式布置的磁场探测模块。通过本发明的传感器和位移检测方法，可以在磁场中的任意一个平面中，通过传感器可以测量任何一个点相对于参考点之间的相对距离和方向，位移检测精度≤0.2mm。

Description

一种基于磁感应的平面位移传感器、位移检测方法及系统

技术领域

本发明专利属于测试技术领域，涉及一种基于磁感应的平面位移传感器、位移检测 方法及系统。

背景技术

在稳定磁场中，任意构建一个平面，在平面中指定一个参考点，采用磁感应技术，测量平面中的任何一个点对参考点之间的距离和方向。目前对于上述的技术要求，没有 已知的传感器可以满足此要求。

发明内容

为填补现有技术的空白，本发明的目的是提供一种基于磁感应的平面位移传感器、 位移检测方法及系统，利用磁感应技术检测并计算平面中的位移数据。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于磁感应的平面位移传感器，所述的传感器内设置有处理器模块；还设置有 在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块。

可选的，包括外壳，在外壳内设置处理器模块；还设置有在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块。

可选的，包括外壳，在外壳的一端设置处理器模块；在外壳的另一端在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块。

可选的，所述的磁场探测模块有9个，按照3×3的矩阵形式布置；所述的磁场探测模块的芯片为HMC1512；每个磁场探测模块分别在X轴方向和Y轴方向各设置一个HMC1512芯片；所述的处理器模块的芯片为DSP TMS320F28335。

一种位移检测方法，该位移检测方法采用本发明所述的基于磁感应技术的高精度平 面位移传感器进行与传感器耦合的磁钢的位移检测。

可选的，包括：磁钢G的初始原点0(0，0)为位移传感器上多个磁场探测模块的几何中 心点；

步骤一、选定磁钢G，以四个相邻的磁场探测模块为检测计算单元，进行每个检测单 元的线性区域及非线性区域的划分：

步骤二、根据电压特征值、线性区域和非线性区域的划分结果，确定磁钢G在不同检 测计算单元中X轴的偏差值L_x，确定磁钢G在不同检测计算单元中Y轴的偏差值L_y：

步骤三、选定磁钢G的磁场探测模块基准坐标(X₀，Y₀)，基准坐标与步骤二中得到的偏差值相加即得磁钢G的真实坐标0’＝(X₀+L_X，Y₀+L_Y)，输出位移值为

可选的，所述的磁钢G的选定包括：相邻两个磁场探测模块在X轴方向和Y轴方向之间的距离相等，均为距离d，单位为cm，以磁钢G为中心，在半径H±0.5cm范围内磁钢G的 磁感应强度G_T≥80Gs。

可选的，所述的每个检测单元的线性区域及非线性区域的划分包括：以相邻的四个 磁场探测模块为检测计算单元，每个磁场探测模块的几何中心为区域顶点，顶点的顺次连线为区域边界，按照从左到右由上到下的顺序，依次将四个磁场探测模块命名为磁场 探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D；

a、X轴方向的线性区域和非线性区域的划分：在划定的区域边界内分别进行X轴方向的线性区域划分，以U_X1和U_X2为X轴方向的线性区域的划分界限，形成沿X轴方向的第 一横向线性区域L_X1、横向非线性区域BP_X和第二横向线性区域L_X2；U_X1为在同一X轴方向 的靠近原点的磁场探测模块的电压校准临界点值，U_X2为在同一X轴方向的远离原点的磁 场探测模块的电压校准临界点值；U_X3为X轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的 磁场探测模块之间的中线与靠近原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值； U_X4为X轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与远离 原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值；

b、Y轴方向的线性区域和非线性区域的划分：在划定的区域边界内分别进行Y轴方向的线性区域划分，以U_Y1和U_Y2为Y轴方向的线性区域的划分界限，形成沿Y轴方向的第 一纵向线性区域L_Y1、纵向非线性区域BP_Y和第二纵向线性区域L_Y2；U_Y1为在同一Y轴方向 的靠近原点的磁场探测模块的电压校准临界点值，U_Y2为在同一Y轴方向的远离原点的磁 场探测模块的电压校准临界点值；U_Y3为Y轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的 磁场探测模块之间的中线与靠近原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值； U_Y4为Y轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与远离 原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值。

可选的，磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D在X轴方向输出的电压分别为U_ax、U_bx、U_cx和U_dx；磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探 测模块C和磁场探测模块D在Y轴方向输出的电压分别为U_aY、U_bY、U_cY和U_dY；

(1)根据电压特征值，确定磁钢在X轴的偏差值：

1a)以在同一列的两个磁场探测模块为基准进行离磁钢G最近的沿X轴方向磁场探测 模块行的判断：以位于同一列的磁场探测模块A和磁场探测模块C进行判断，或以位于同一列的磁场探测模块B和磁场探测模块D进行判断均可：

以位于同一列的磁场探测模块A和磁场探测模块C进行判断；当U_X3≤U_ay＜0，则采用磁场探测模块A所在的磁场探测模块行的电压进行计算；当U_X4＞U_cy＞0，则采用磁 场探测模块C所在的磁场探测模块行的电压进行计算；

1b)以步骤1a中选定的磁场探测模块行为基准，进行磁钢G所在横向线性区域的判断：

步骤1a选定的磁场探测模块行为磁场探测模块A所在的行，当U_X1≤U_ax＜0，则磁钢G处于第一横向线性区域L_X1；当0≤U_bx＜U_X2，则磁钢G处于第二横向线性区域L_X2；

在第一横向线性区域L_X1或第二横向线性区域L_X2内，根据线性关系：

L_x＝k·f(u)

其中，Lx：在X轴方向磁钢与磁场探测模块之间的相对偏差距离；u：磁场探测模块的输出电压，在L_X1区域，u＝U_ax，在L_X2区域，u＝U_bx；k：调整系数；

当U_ax＜U_x1和/或U_bx≥U_x2，则磁钢G处于横向非线性区域BP_X；在横向非线性区域BP_X内，采用BP神经元算法求解，可得L_X；

(2)根据电压补偿值，确定磁钢在Y轴的偏差值：

2a)以在同一行的两个磁场探测模块为基准进行进行离磁钢G最近的沿Y轴方向磁场 探测模块列的判断：以位于同一行的磁场探测模块A和磁场探测模块B进行判断；或以位于同一行的磁场探测模块C和磁场探测模块D进行判断均可；

当U_y3≤U_cx＜0，则采用磁场探测模块C所在的磁场探测模块列的电压进行计算；当U_y4＞U_dx＞0，则采用磁场探测模块D所在的磁场探测模块列的电压进行计算；

2b)以步骤2a中选定的磁场探测模块列为基准，进行磁钢G所在纵向线性区域的判断：

步骤2a选定的磁场探测模块列为磁场探测模块C所在的列，当U_y1≤U_cy＜0，则磁钢G处于第一纵向线性区域L_y1；当0≤U_ay＜U_y2，则磁钢G处于第二纵向线性区域L_y2；

在第一纵向线性区域L_y1或第二纵向线性区域L_y2内，根据线性关系：

L_y＝k·f(u)

其中，Ly：在X轴方向磁钢与磁场探测模块之间的相对偏差距离；u：磁场探测模块的输出电压，在L_y1区域，u＝U_ay，在L_y2区域，u＝U_by；k：调整系数；

当U_cy＜U_y1和/或U_ay≥U_y2，则磁钢G处于横向非线性区域BP_Y；在横向非线性区域BP_Y内，采用BP神经元算法求解，可得L_Y。

一种位移检测系统，所述的位移检测系统采用本发明所述的位移检测方法进行磁钢G 在所述的位移检测器表面位移的检测。

本发明的有益效果是：

可以在磁场的任意一个平面中，通过传感器可以测量任何一个点相对于参考点之间 的相对距离和方向，位移检测精度≤0.2mm。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体 实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本发明的基于磁感应的平面位移传感器的结构图；

图2是本发明基于磁感应的平面位移传感器的工作原理图；

图3是本发明的基于磁感应的平面位移传感器的检测计算单元的线性区域划分原理 图；

图4是本发明的基于磁感应的平面位移传感器的区域划分图；

图5是D、E、F三个芯片的电压输出与磁钢距离的关系；

图6是神经元算法示例图；

图1中各标号表示为：

1-处理器模块、2-磁场探测模块、3-外壳、4-盖板、G-磁钢。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述 的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

本发明公开的基于磁感应的平面位移传感器，传感器内设置有处理器模块1；还设置 有在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块2。本发明中提到的按照矩阵的形式 进行磁场探测模块的布置，指的是相邻的磁场探测模块按照等边的形式进行矩阵式的平 面布置。

本公开的基于磁感应的平面位移传感器，还包括外壳3，外壳3的形状可以为圆筒、圆柱体、长方体等任何规则形状，比如外壳3为一个底面开放的圆柱形的壳体，在圆柱 形壳体的开放底面设置盖板4，在盖板4上嵌入磁场探测模块2，在外壳内设置处理器模 块1；还设置有在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块2。

具体的，包括外壳3，在外壳3的一端设置处理器模块1；在外壳3的另一端在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块2。在外壳3的空隙中填充尼龙材料，填充尼 龙材料主要用于支撑作用，一方面作为磁场探测模块2的安装支架，另一方面作为处理 器模块1和磁场探测模块2之间的隔离材料。所以只要是非金属，非磁性材料，有一定 的支撑强度的材料都可以。对处理器模块1和磁场探测模块2均需要进行位置的固定， 也可以采用架子的形式进行布置，只要能固定位置，不干扰处理器模块1和磁场探测模 块2进行工作即可。

比如一种优选的形式，磁场探测模块2有9个，按照3×3的矩阵形式布置；磁场探测模块2的芯片为HMC1512；每个磁场探测模块2分别在X轴方向和Y轴方向各设置一个HMC1512芯片；处理器模块1的芯片为DSP TMS320F28335。

图1中，整个传感器的外壳3，采用铝合金材质制作；为传感器封装的盖板4，采用透明有机玻璃制成。传感器的最底板装有处理模块1，核心芯片为DSP TMS320F28335，2 为磁场探测模块，按照3×3布置，共布置9组，在处理模块1与磁场探测模块2之间的 空间采用尼龙材料填充。5为传感器配套的磁钢。

图2中，A、B、C和D为四个磁场探测模块，E为处理器，G为配套的磁钢。XOY为 传感器的探测平面，0(0，0)为磁钢G的原点。

结合图1、2和3，本发明的位移检测方法主要包括：

步骤一、选定磁钢G，以四个相邻的磁场探测模块为检测计算单元，进行每个检测单元的线性区域及非线性区域的划分：

(1)磁钢G的选定：

磁钢G的初始原点0(0，0)为位移传感器上多个磁场探测模块的几何中心点，比如在 图4中，磁场探测模块有9个，按照矩阵的形式布置，磁钢G的初始原点0如图中所示的 中心点；对磁钢G进行筛选，相邻两个磁场探测模块在X轴方向和Y轴方向之间的距离相 等，均为距离d，单位为cm，以磁钢G为中心，在半径H±0.5cm范围内磁钢G的磁感应强 度G_T≥80Gs。

(2)以相邻的四个磁场探测模块为检测计算单元，进行X轴方向和Y轴方向的线性区域和非线性区域的划分：

以相邻的四个磁场探测模块为检测计算单元，每个磁场探测模块的几何中心为区域 顶点，顶点的顺次连线为区域边界，按照从左到右由上到下的顺序，依次将四个磁场探测模块命名为磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D；

a、X轴方向的线性区域和非线性区域的划分：在划定的区域边界内分别进行X轴方向的线性区域划分，以U_X1和U_X2为X轴方向的线性区域的划分界限，形成沿X轴方向的第 一横向线性区域L_X1、横向非线性区域BP_X和第二横向线性区域L_X2；U_X1为在同一X轴方向 的靠近原点的磁场探测模块的电压校准临界点值，U_X2为在同一X轴方向的远离原点的磁 场探测模块的电压校准临界点值；U_X3为X轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的 磁场探测模块之间的中线与靠近原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值； U_X4为X轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与远离 原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值。

b、Y轴方向的线性区域和非线性区域的划分：在划定的区域边界内分别进行Y轴方向的线性区域划分，以U_Y1和U_Y2为Y轴方向的线性区域的划分界限，形成沿Y轴方向的第 一纵向线性区域L_Y1、纵向非线性区域BP_Y和第二纵向线性区域L_Y2；U_Y1为在同一Y轴方向 的靠近原点的磁场探测模块的电压校准临界点值，U_Y2为在同一Y轴方向的远离原点的磁 场探测模块的电压校准临界点值；U_Y3为Y轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的 磁场探测模块之间的中线与靠近原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值； U_Y4为Y轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与远离 原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值。

比如，以靠近原点的磁场探测模块A为例，其U_X1和U_X2的数值确定过程为：磁钢G以＜20mm/s的速度，沿着预设的标定线匀速从A的左侧移动到B的右侧，绘制出一条U_XA的 校准电压-位移曲线，然后根据采集的电压和位移关系建立一条通过U_XA＝0点的直线， L＝k·f(u)，L：磁钢的位移；u：磁场探测模块的输出电压；k：调整系数，k＝1。 将校准电压-位移曲线与直线以U_XA＝0为起点进行重合，当连续出现同一电压值而两条 曲线的位置差的绝对值＞0.2mm时，重合过程停止。此时校准电压曲线上对应的电压值为 U_X1。用同样的方法，采用U_XB的电压-位移曲线可以确定U_X2。同理，也可以进行Y轴方 向的磁场探测模块的交点电压值的确定。

磁场探测模块A和磁场探测模块B为沿X轴方向位于同一行的磁场探测模块；磁场探 测模块C和磁场探测模块D为沿X轴方向位于同一行的磁场探测模块；磁场探测模块A和磁 场探测模块C为沿Y轴方向位于同一列的磁场探测模块；磁场探测模块B和磁场探测模块D 为沿Y轴方向位于同一列的磁场探测模块。

步骤二、根据电压特征值、线性区域和非线性区域的划分结果，计算磁钢G在不同检测计算单元中X轴的偏差值L_x，计算磁钢G在不同检测计算单元中Y轴的偏差值L_y：

磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D在X轴方向输出的电压分别为U_ax、U_bx、U_cx和U_dx；磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和 磁场探测模块D在Y轴方向输出的电压分别为U_aY、U_bY、U_cY和U_dY；

(1)根据电压特征值，确定磁钢在X轴的偏差值：

1a)以在同一列的两个磁场探测模块为基准进行离磁钢G最近的沿X轴方向磁场探测 模块行的判断：以位于同一列的磁场探测模块A和磁场探测模块C进行判断，或以位于同一列的磁场探测模块B和磁场探测模块D进行判断均可：

以位于同一列的磁场探测模块A和磁场探测模块C进行判断；当U_X3≤U_ay＜0，则采用磁场探测模块A所在的磁场探测模块行的电压进行计算；当U_X4＞U_cy＞0，则采用磁 场探测模块C所在的磁场探测模块行的电压进行计算；同理，也可采用位于同一列的磁场 探测模块B和磁场探测模块D进行判断。

1b)以步骤1a中选定的磁场探测模块行为基准，进行磁钢G所在横向线性区域的判断：

步骤1a选定的磁场探测模块行为磁场探测模块A所在的行，当U_X1≤U_ax＜0，则磁钢G处于第一横向线性区域L_X1；当0≤U_bx＜U_X2，则磁钢G处于第二横向线性区域L_X2；

在第一横向线性区域L_X1或第二横向线性区域L_X2内，根据线性关系：

L_x＝k·f(u)

其中，Lx：在X轴方向磁钢与磁场探测模块之间的相对偏差距离；u：磁场探测模块的输出电压，在L_X1区域，u＝U_ax，在L_X2区域，u＝U_bx；k：调整系数；通过标定过程 获得该参数的值，通常的取值为1，上下浮动0.5。

当U_ax＜U_x1和/或U_bx≥U_x2，则磁钢G处于横向非线性区域BP_X；在横向非线性区域BP_X内，采用BP神经元算法求解，可得Lx。

(2)根据电压补偿值，确定磁钢在Y轴的偏差值：

2a)以在同一行的两个磁场探测模块为基准进行进行离磁钢G最近的沿Y轴方向磁场 探测模块列的判断：以位于同一行的磁场探测模块A和磁场探测模块B进行判断；或以位于同一行的磁场探测模块C和磁场探测模块D进行判断均可；

当U_y3≤U_cx＜0，则采用磁场探测模块C所在的磁场探测模块列的电压进行计算；当U_y4＞U_dx＞0，则采用磁场探测模块D所在的磁场探测模块列的电压进行计算；

2b)以步骤2a中选定的磁场探测模块列为基准，进行磁钢G所在纵向线性区域的判断：

比如，步骤2a选定的磁场探测模块列为磁场探测模块C所在的列，当U_y1≤U_cy＜0，则磁钢G处于第一纵向线性区域L_y1；当0≤U_ay＜U_y2，则磁钢G处于第二纵向线性区域L_y2；

在第一纵向线性区域L_y1或第二纵向线性区域L_y2内，根据线性关系：

L_y＝k·f(u)

其中，Ly：在Y轴方向磁钢与磁场探测模块之间的相对偏差距离；u：磁场探测模块的输出电压，在L_y1区域，u＝U_ay，在L_y2区域，u＝U_by；k：调整系数；通过标定过程 获得该参数的值，通常的取值为1，上下浮动0.5。

当U_cy＜U_y1和/或U_ay≥U_y2，则磁钢G处于横向非线性区域BP_Y；在横向非线性区域BP_Y内，采用BP神经元算法求解，可得L_Y。

步骤三、选定磁钢G的磁场探测模块基准坐标(X₀，Y₀)，基准坐标与步骤二中得到的偏差值相加即得磁钢G的真实坐标O’＝(X₀+L_X，Y₀+L_Y)，输出位移值为

由于磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D的坐标是已 知的，选定磁场探测模块的基准坐标为(X₀，Y₀)，如果磁钢G位于线性区域内，以校准值计算中采用的磁场探测模块的坐标作为基准坐标；如果磁钢G位于非线性区域，以选定的行或列中的任一磁场探测模块的坐标为基准坐标均可；然后与步骤二中计算得到的偏差L_x和L_Y相加，即可得磁钢G此时在水平方向的实际坐标值。

G_X＝X₀+L_X；

同样的方法可以求得磁钢G在竖直方向的坐标：

G_Y＝Y₀+L_Y；

此时，磁钢G的位移为：

下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。

第一部分：结构描述

在图1中，其中3是传感器的外壳，采用铝合金材质制作；4为传感器封装的盖板，采用透明有机玻璃制成。处理器1和磁场探测模块2安装的外壳3中。处理器1用于数 据信号处理，核心芯片为DSP TMS320F28335，磁场探测模块按照3×3布置，共布置9 组，间接为30mm。在处理器1与磁场探测模块2之间的空间采用尼龙材料填充。G为传 感器配套的磁钢。

第二部分：工作原理

在图2中，假设磁钢G的几何中心在平面XOY上的投影为0，并以此为参考点。当磁钢G与传感器的相对位置发生改变后，磁钢G投影位置移动至0’，此时，在磁场探测模块A上，由于磁场穿过其上的磁力线方向发生改变，磁场探测模块A的电压输出将发生改变。其改变的大小与磁场探测模块A和G的相对位置相关。

磁场探测模块A的核心芯片为HMC1512，在饱和磁场下，磁场强度≥80高斯，该芯片的输出电压与通过该芯片平面的磁力线的夹角相关。

此时磁钢G所在的位置0’的坐标为：0’(Lx，Ly)。其中：

Lx＝Lx0+ΔLx

Ly＝Ly0+ΔLy

Lx0，Ly0是距离磁钢G最近的磁场探测模块的坐标(Lx0，Ly0)。

ΔLx、ΔLy是磁钢G相对于该探测模块中心点在X轴、Y轴方向上的偏移距离。

计算出当前位置0’的坐标。该坐标由处理器1输出。

从而获取00’的方向和大小，完成位移的测量过程。

第三部分：△Lx、△Ly的补偿算法

结合图3和4，算法模块的工作流程如下：

在磁平面传感器上建立OXY坐标系，如图4所示。坐标原点0在芯片的几何中心上。将磁平面传感器按照芯片输出的特征值划分为16个区域，相邻两个芯片之间的距离相等，均为3.0mm，以原点0(0，0)为例，那么每个区域的坐标就是确定的。以10号区域为例， 其四个边界的坐标点为：(0，0)，(30，0)，(0，30)，(30，30)。

算法工作时，首先在逻辑层根据特征值判断出磁钢目前在哪个区域，然后再调用算 法计算出磁钢在本区域内的相对坐标ΔLx，ΔLy。

通过这种优化算法，使得DSP系统每次算法的计算周期＜1ms。

对于相对坐标ΔLx，ΔLy的计算，采用分段计算的方法。由于ΔLx和ΔLy的计算方法相同，以ΔLx的计算为例。取其中一条线分析如下。

当磁钢沿着X轴依次通过43区、40区、10区和13区时，此时随着X轴的位置变化， D、E、F三个磁场探测模块的电压输出波形如图5所示。

如图5：纵轴为磁场探测模块的X轴向输出电压(V)，横轴为磁钢所在的位置(Lx)。U_DX1磁场探测模块D在X轴向的电压输出，U_EX2为磁场探测模块E在X轴向的电压输 出，U_FX4为磁场探测模块F在X轴向的电压输出。三根分割线I、II、III将图形分为四 个部分，分别对应磁传感器平面的43、40、10和13区域。

当磁钢通过10区时，磁场探测模块E的后半部与磁场探测模块F的前半部电压输出变化是满足V＝Vs·sin(2θ)的，v：磁场探测模块的输出电压；Vs：磁场探测模块的参考 电压，θ为磁钢G与磁场探测模块的夹角；

下面举例说明ΔLx，ΔLy的计算方法。依然以10区的计算为例。

将10区内的电压波形按照电压特征值分为三个区域A、B、C。分割的条件是：

从左边界线II到UEmin定义为A段，从右边界III到UFmax定义为C段。

公式求解可得：

ΔL_x＝k·f(u)，k＝1；

在A段，△Lx是磁钢距离分割线II的距离；在C段，△Lx是磁钢距离分割线III的距离。因此，它们的绝对坐标为：

A段：Lx＝Lx0+ΔLx＝0+ΔLx＝ΔLx

C段：Lx＝Lx0+ΔLx＝30-ΔLx

B段是在Uemin和UFmax的区域。这段区域的总长度≈3mm。结合图6，在这段区域 内采用BP神经元法，建立ΔLx＝BP(U_EX，U_FX)的关系。

在B段，ΔLX是磁钢距离分割线II的距离，其绝对坐标为：

Lx＝Lx0+ΔLx＝0+ΔLx＝ΔLx

由此，当磁钢G位于10区内时，就可以根据U_EX、U_FX的值求出磁钢的横坐标Lx。在 10区的纵坐标Ly则由磁场探测模块M、Q和T的电压U_MY、U_QY得出。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施 方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾 的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公 开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于磁感应的平面位移传感器，其特征在于，所述的传感器内设置有处理器模块(1)；

还设置有在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块(2)。

2.根据权利要求1所述的基于磁感应的平面位移传感器，其特征在于，包括外壳(3)，在外壳(3)内设置处理器模块(1)；还设置有在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块(2)。

3.根据权利要求1所述的基于磁感应的平面位移传感器，其特征在于，包括外壳(3)，在外壳(3)的一端设置处理器模块(1)；在外壳(3)的另一端在同一平面内按矩阵形式布置的多个磁场探测模块(2)。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于磁感应的平面位移传感器，其特征在于，所述的磁场探测模块(2)有9个，按照3×3的矩阵形式布置；

所述的磁场探测模块(2)的芯片为HMC1512；每个磁场探测模块(2)分别在X轴方向和Y轴方向各设置一个HMC1512芯片；

所述的处理器模块(1)的芯片为DSP TMS320F28335。

5.一种位移检测方法，其特征在于，该位移检测方法采用权利要求1-4任一权利要求所述的基于磁感应技术的高精度平面位移传感器进行与传感器耦合的磁钢的位移检测。

6.根据权利要求5所述的位移检测方法，其特征在于，包括：磁钢G的初始原点O(0,0)为位移传感器上多个磁场探测模块的几何中心点；

步骤一、选定磁钢G，以四个相邻的磁场探测模块为检测计算单元，进行每个检测单元的线性区域及非线性区域的划分：

步骤二、根据电压特征值、线性区域和非线性区域的划分结果，确定磁钢G在不同检测计算单元中X轴的偏差值L_x，确定磁钢G在不同检测计算单元中Y轴的偏差值L_y：

步骤三、选定磁钢G的磁场探测模块基准坐标(X₀,Y₀)，基准坐标与步骤二中得到的偏差值相加即得磁钢G的真实坐标O’＝(X₀+L_X，Y₀+L_Y)，输出位移值为

7.根据权利要求6所述的位移检测方法，其特征在于，所述的磁钢G的选定包括：相邻两个磁场探测模块在X轴方向和Y轴方向之间的距离相等，均为距离d，单位为cm，以磁钢G为中心，在半径H±0.5cm范围内磁钢G的磁感应强度G_T≥80Gs。

8.根据权利要求6所述的位移检测方法，其特征在于，所述的每个检测单元的线性区域及非线性区域的划分包括：以相邻的四个磁场探测模块为检测计算单元，每个磁场探测模块的几何中心为区域顶点，顶点的顺次连线为区域边界，按照从左到右由上到下的顺序，依次将四个磁场探测模块命名为磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D；

a、X轴方向的线性区域和非线性区域的划分：在划定的区域边界内分别进行X轴方向的线性区域划分，以U_X1和U_X2为X轴方向的线性区域的划分界限，形成沿X轴方向的第一横向线性区域L_X1、横向非线性区域BP_X和第二横向线性区域L_X2；U_X1为在同一X轴方向的靠近原点的磁场探测模块的电压校准临界点值，U_X2为在同一X轴方向的远离原点的磁场探测模块的电压校准临界点值；U_X3为X轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与靠近原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值；U_X4为X轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与远离原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值；

b、Y轴方向的线性区域和非线性区域的划分：在划定的区域边界内分别进行Y轴方向的线性区域划分，以U_Y1和U_Y2为Y轴方向的线性区域的划分界限，形成沿Y轴方向的第一纵向线性区域L_Y1、纵向非线性区域BP_Y和第二纵向线性区域L_Y2；U_Y1为在同一Y轴方向的靠近原点的磁场探测模块的电压校准临界点值，U_Y2为在同一Y轴方向的远离原点的磁场探测模块的电压校准临界点值；U_Y3为Y轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与靠近原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值；U_Y4为Y轴方向靠近原点的磁场探测模块和远离原点的磁场探测模块之间的中线与远离原点的磁场探测模块的电压输出波的交点电压值。

9.根据权利要求6所述的位移检测方法，其特征在于，磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D在X轴方向输出的电压分别为U_ax、U_bx、U_cx和U_dx；磁场探测模块A、磁场探测模块B、磁场探测模块C和磁场探测模块D在Y轴方向输出的电压分别为U_aY、U_bY、U_cY和U_dY；

(1)根据电压特征值，确定磁钢在X轴的偏差值：

1a)以在同一列的两个磁场探测模块为基准进行离磁钢G最近的沿X轴方向磁场探测模块行的判断：以位于同一列的磁场探测模块A和磁场探测模块C进行判断，或以位于同一列的磁场探测模块B和磁场探测模块D进行判断均可：

以位于同一列的磁场探测模块A和磁场探测模块C进行判断；当U_X3≤U_ay＜0，则采用磁场探测模块A所在的磁场探测模块行的电压进行计算；当U_X4＞U_cy＞0，则采用磁场探测模块C所在的磁场探测模块行的电压进行计算；

1b)以步骤1a中选定的磁场探测模块行为基准，进行磁钢G所在横向线性区域的判断：

步骤1a选定的磁场探测模块行为磁场探测模块A所在的行，当U_X1≤U_ax＜0，则磁钢G处于第一横向线性区域L_X1；当0≤U_bx＜U_X2，则磁钢G处于第二横向线性区域L_X2；

在第一横向线性区域L_X1或第二横向线性区域L_X2内，根据线性关系：

L_x＝k·f(u)

其中，Lx：在X轴方向磁钢与磁场探测模块之间的相对偏差距离；u：磁场探测模块的输出电压，在L_X1区域，u＝U_ax，在L_X2区域，u＝U_bx；k：调整系数；

当U_ax＜U_x1和/或U_bx≥U_x2，则磁钢G处于横向非线性区域BP_X；在横向非线性区域BP_X内，采用BP神经元算法求解，可得L_X；

(2)根据电压补偿值，确定磁钢在Y轴的偏差值：

2a)以在同一行的两个磁场探测模块为基准进行进行离磁钢G最近的沿Y轴方向磁场探测模块列的判断：以位于同一行的磁场探测模块A和磁场探测模块B进行判断；或以位于同一行的磁场探测模块C和磁场探测模块D进行判断均可；

当U_y3≤U_cx＜0，则采用磁场探测模块C所在的磁场探测模块列的电压进行计算；当U_y4＞U_dx＞0，则采用磁场探测模块D所在的磁场探测模块列的电压进行计算；

2b)以步骤2a中选定的磁场探测模块列为基准，进行磁钢G所在纵向线性区域的判断：

步骤2a选定的磁场探测模块列为磁场探测模块C所在的列，当U_y1≤U_cy＜0，则磁钢G处于第一纵向线性区域L_y1；当0≤U_ay＜U_y2，则磁钢G处于第二纵向线性区域L_y2；

在第一纵向线性区域L_y1或第二纵向线性区域L_y2内，根据线性关系：

L_y＝k·f(u)

其中，L_X：在X轴方向磁钢与磁场探测模块之间的相对偏差距离；u：磁场探测模块的输出电压，在L_X1区域，u＝U_ax，在L_X2区域，u＝U_bx；k：调整系数；

当U_cy＜U_y1和/或U_ay≥U_y2，则磁钢G处于横向非线性区域BP_Y；在横向非线性区域BP_Y内，采用BP神经元算法求解，可得L_Y。

10.一种位移检测系统，其特征在于，所述的位移检测系统采用权利要求5-9任一权利要求所述的位移检测方法进行磁钢G在所述的位移检测器表面位移的检测。