CN111928812A - 一种高精度角度传感器标定检验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度角度传感器标定检验装置及方法，包括上位机，所述上位机通过以太网与所述伺服控制器进行信号传输；同步模块，所述同步模块同步采集角度传感器的位置信息和力信号,电压信号；采集模块，所述采集模块接收同步模块采集到的数据信息并通过USB接口将采集到的数据信息传输至上位机；伺服控制器，所述伺服控制器控制伺服电机运行；伺服电机，所述伺服电机带动角度传感器匀速运转；角度传感器，所述角度传感器向所述同步模块输出角度位置对应的电压信号；力传感器，所述力传感器向所述同步模块输出力信号。本发明可以在角度位置连续变化的情况下，通过对力趋势的分析，建立传感器力模型，完成对角度系统的标定。

Description

一种高精度角度传感器标定检验装置及方法

技术领域

本发明涉及标定技术领域，具体为一种高精度角度传感器标定检验装置及方法。

背景技术

角度传感器是工业中大量使用的一种传感器，在汽车上有很多位置使用角度传感器协助运作。随着整个社会对汽车的安全性、节能环保新能源需求的提高、越来越多的汽车都装备了电动助力转向系统EPS以及电子稳定程序系统ESP和一些其他的智能控制系统，这些汽车用的电控系统能否正常有效的运行，不仅仅需要转向的V_OQ转矩信号，同时也需要转向的角度信号。如果方向盘转角计算不准确，会影响到EPS系统中方向盘的回正，影响驾驶员驾驶。

现有的标定系统装置，都采用传感器停在第一个标定点，完成该点标定后，再进入下一个点进行标定的方法，测试过程不连续；传统的位置点确定一般采用固定角度或固定力对应的角度的位置进行标定，在实际过程中可能由于产品本身结构的非一致性，而导致系统检验错误；在标定过程中对数据的采集不同步，由于测量信号类型的差异，只进行简单的信号集成，会因为角度的位置信号与输出电压信号的非同步性，降低系统精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度角度传感器标定检验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供：

一种高精度角度传感器标定检验装置，包括上位机、同步模块、采集模块、伺服控制器、力传感器和伺服电机；

上位机通过网络与伺服控制器进行信号传输，上位机向伺服控制器传递动作信号；

伺服控制器控制伺服电机运行动作；

伺服电机带动待标定检验的角度传感器进行角度运转；

力传感器测量伺服电机驱动角度传感器运转时,所施加在角度传感器上的力；

同步模块同步采集角度传感器的输出信号、力传感器力信号和角度位置；

采集模块从同步模块上采集数据缓存到上位机中建立力模型。

作为优选，伺服电机匀速运行。匀速确保采样周期、变化速率近似不变。

作为优选，采集模块与上位机之间通过USB传递信号。USB接口协议通用性、兼容性好。

作为优选，同步模块通过数字信号直接控制模拟开关对模拟量信号进行采样保持，确保信号同步。

作为优选，采集模块以1k/s采样率采集数据。1k/s满足绝大部分精度的传感器的标定，且采样数据也不会太多造成影响数据处理速度以及采样模块的成本提升，如果需要更高精度的标定曲线，则可以提高采样率。

一种高精度角度传感器标定检验方法，包括以下步骤：

步骤1：设定角度传感器行程范围；

步骤2：伺服控制器驱动伺服电机驱动角度传感器匀速运转至最大角度后返回原点；

步骤3：同步采集角度传感器的输出信号、力传感器信号和角度位置并传递至上位机；

步骤4：上位机对采样信号进行分析建立相对于角度位置的力模型曲线、角度传感器输出信号曲线，通过力模型曲线获得标定范围标定点位置；

步骤5：计算获取角度传感器芯片标定结果的参数斜率、偏移量,在角度传感器返回过程进行参数检验；

步骤6：将参数斜率、偏移量写入角度传感器EEPROM(即传感器自身的带电可擦可编程只读存储器)中，完成角度传感器的标定与检验。

进一步的，上述步骤4中通过力模型曲线获得标定范围标定点的方法为：对于力模型曲线进行：归一化波形-波形求导-波峰侦测技术获取波峰所在时间点，以力突变点作为标定范围标定点作为范围端点。

进一步的，获取角度传感器芯片标定结果的参数斜率、偏移量的计算方法为：

式中：Sensitivity为参数斜率，Vout1为角度传感器在标定点1的输出信号，Vout2为角度传感器在标定点2的输出信号，D/A-Readout1为标定点1力传感器芯片参数值，D/A-Readout2为标定点2处力传感器芯片参数值，V_OQ为角度传感器偏移量。

进一步的，步骤6后还有步骤7：上位机软件通过采集到的数据进行输入输出信号的分析,对角度传感器的线性度分析，为每个角度传感器标注线性度。线性度分区标记并给出对应表，尽管提供给客户的是一个较大运行范围的角度传感器，但是，可以选择性的运行在线性度最优的区间内。

在运行的起始阶段，通过力模型与设计值的对比，在标定前剔除不符合技术要求的产品，提高系统精度。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、通过本装置，可以在角度位置连续变化的情况下，通过对力趋势的分析，建立传感器力模型，完成对角度系统的标定；

2、本装置的标定过程为全自动模式，在启动开始按钮后，不需要人为操作的情况下完成对系统角度传感器的标定测量，减少人为因素对测试结果的影响，提高工作效率；

3、本装置的上位机软件，可以对角度传感器全工作范围内所有点进行数据分析计算，提高系统测量准确度；

4、本方法中运行一周期分为角度传感器由零至最大角度然后返回原位的过程，由零增大至最大角度过程作为标定过程，返回过程作为检验过程，一次循环完成标定与检验；

5、采样信号连续进行，除去标定外，还可以分析角度传感器运行范围内不同区域的线性度，在有些区间内可以获得较好线性度，框出该传感器的分级精度工作范围。

6、相对于角度位置的力模型曲线、输出信号曲线还可以进行传感器的同步度和信号滞后分析，为角度传感器使用时的安装、调试、适配提供参考。

附图说明

图1是本发明的高精度角度传感器标定检验装置结构示意图。

图2是本发明中建立的力模型波形图。

图3是本发明的标定结果示意图。

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。

请参阅图1-3，一种高精度角度传感器标定检验装置，包括上位机(即图1中的电脑)、同步模块、采集模块、伺服控制器、力传感器和伺服电机；

上位机通过以太网或无线网等网络形式与伺服控制器进行信号传输，上位机向伺服控制器传递动作信号；

伺服控制器控制伺服电机运行动作；

伺服电机带动待标定检验的角度传感器进行角度运转；

力传感器测量伺服电机驱动角度传感器运转时,伺服电机所施加在角度传感器上的力；

同步模块同步采集角度传感器的输出信号、力传感器的力信号和角度位置；

采集模块从同步模块上采集数据缓存到上位机中建立力模型。

伺服电机由伺服控制器控制匀速运行，匀速确保采样周期、变化速率近似不变。

采集模块与上位机之间为了通用性、兼容性而通过USB传递信号。

同步模块通过数字信号直接控制模拟开关对模拟量信号进行采样保持，确保信号同步。

采集模块以1k/s采样率采集数据。1k/s满足绝大部分精度的传感器的标定，且采样数据也不会太多造成影响数据处理速度以及采样模块的成本提升，如果需要更高精度的标定曲线，则可以提高采样率。角度传感器在实际运行中不会高速运行。

一种高精度角度传感器标定检验方法，包括以下步骤：

步骤1：设定角度传感器行程范围；

步骤2：伺服控制器驱动伺服电机驱动角度传感器匀速运转至最大角度后返回原点；

步骤3：同步模块同步采集角度传感器的输出信号、力传感器信号和角度位置并传递至上位机；

步骤4：上位机对采样信号进行分析建立相对于角度位置的力模型曲线、角度传感器输出信号曲线，通过力模型曲线获得标定范围标定点位置；

步骤5：计算获取角度传感器芯片标定结果的参数斜率、偏移量,在角度传感器返回过程进行参数斜率、偏移量的参数检验；

步骤6：将参数斜率,偏移量写入角度传感器EEPROM中，完成角度传感器的标定与检验。

上述步骤4中通过力模型曲线获得标定范围标定点的方法为：对于力模型曲线进行：归一化波形-波形求导-波峰侦测技术获取波峰所在时间点，以力突变点作为标定范围标定点作为范围端点。具体的如图2所示，力模型中存在力的突变点，力的突变代表了角度传感器的运行范围边界，参见图2中Pos1和Pos2，

进一步的，获取角度传感器芯片标定结果的参数斜率、偏移量的计算方法为：

式中：Sensitivity为参数斜率，Vout1为角度传感器在标定点1的输出信号，(角度传感器的绝大多数输出信号都是电压信号，本发明亦然)，Vout2为角度传感器在标定点2的输出信号，D/A-Readout1为标定点1处力传感器芯片参数值，D/A-Readout2为标定点2处力传感器芯片参数值，V_OQ为角度传感器偏移量。

进一步的，步骤6后还有步骤7：上位机通过采集到的数据进行输入输出信号,对角度传感器的线性度分析，为每个角度传感器标注线性度。线性度分区标注。

在运行的起始阶段，通过力模型与设计值的对比，在标定前剔除不符合技术要求的产品，提高系统精度。

本发明的总体工作流程是：

通过调整伺服控制器参数,传动结构与传感器的相对位置,上位机控制伺服放大器驱动伺服电机带动传动结构使传感器匀速平稳运行至最大角度,到达最大角度后回到原点，在伺服运转过程中,同步模块同步传感器输出电信号，伺服电机内传感器的位置信号,运行时的力信号,采集模块1k/s采样率同步采集各部分数据,并存储在数据缓存区中，获取如图2所示的力模型。请参阅图2所示，在两个力突变的上升沿部分,都出现了小波浪,这两个小波峰即为力模型关键所在，第一个力突变所在位置Pos1，作为标定起始，第二个力突变所在位置Pos2作为标定范围终止，力模型曲线作为确定Pos1、Pos2依据，分别在Pos1和Pos2处取得芯片参数D/A-Readout1和D/A-Readout2作为角度位置对应值，结合两个位置上角度传感器的输出信号，计算Sensitivity，V_OQ并写入角度传感器EEPROM。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种高精度角度传感器标定检验装置，其特征在于，包括上位机、同步模块、采集模块、伺服控制器、力传感器和伺服电机；

所述上位机通过网络与所述伺服控制器进行信号传输，上位机向伺服控制器传递动作信号；

所述伺服控制器控制伺服电机运行动作；

所述伺服电机带动待标定检验的角度传感器进行角度运转；

所述力传感器测量伺服电机驱动角度传感器运转时,所施加在角度传感器上的力；

所述同步模块同步采集角度传感器的输出信号、力传感器力信号和角度位置；

所述采集模块从同步模块上采集数据缓存到上位机中建立力模型。

2.根据权利要求1所述的一种高精度角度传感器标定检验装置，其特征在于，所述伺服电机匀速运行。

3.根据权利要求1所述的一种高精度角度传感器标定检验装置，其特征在于，所述采集模块与上位机之间通过USB传递信号。

4.根据权利要求1所述的一种高精度角度传感器标定检验装置，其特征在于，所述同步模块通过数字信号直接控制模拟开关对模拟量信号进行采样保持，确保信号同步。

5.根据权利要求1所述的一种高精度角度传感器标定检验装置，其特征在于，所述采集模块以1k/s采样率采集数据。

6.一种使用权利要求1～5中任一种高精度角度传感器标定检验装置的高精度角度传感器标定检验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设定角度传感器行程范围；

步骤2：伺服控制器驱动伺服电机驱动角度传感器匀速运转至最大角度后返回原点；

步骤3：同步采集角度传感器的输出信号、力传感器信号和角度位置并传递至上位机；

步骤4：上位机对采样信号进行分析建立相对于角度位置的力模型曲线、角度传感器输出信号曲线，通过力模型曲线获得标定范围标定点位置；

步骤5：计算获取角度传感器芯片标定结果的参数斜率、偏移量,在角度传感器返回过程进行参数斜率、偏移量的检验；

步骤6：将参数斜率、偏移量写入角度传感器EEPROM中，完成角度传感器的标定与检验。

7.根据权利要求6所述的一种高精度角度传感器标定检验方法，其特征在于，所述步骤4中通过力模型曲线获得标定范围标定点的方法为：

对于力模型曲线进行：归一化波形-波形求导-波峰侦测技术获取波峰所在时间点，以力突变点作为标定范围标定点作为范围端点。

8.根据权利要求6所述的一种高精度角度传感器标定检验方法，其特征在于，所述获取角度传感器芯片标定参数斜率、偏移量的计算方法为：

式中：Sensitivity为参数斜率，Vout1为角度传感器在标定点1的输出信号，Vout2为角度传感器在标定点2的输出信号，D/A-Readout1为标定点1处力传感器芯片参数值，D/A-Readout2为标定点2处力传感器芯片参数值，V_OQ为角度传感器偏移量。

9.根据权利要求6所述的一种高精度角度传感器标定检验方法，其特征在于，所述步骤6后还有步骤7：

上位机软件通过采集到的数据进行输入输出信号的分析,对角度传感器的线性度分析，为角度传感器标注线性度。

10.根据权利要求9所述的一种高精度角度传感器标定检验方法，其特征在于，所述线性度分区标注。

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