CN112304210B - 一种霍尔角度传感器角度校准方法 - Google Patents

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Abstract

一种霍尔角度传感器角度校准方法，将待校准霍尔角度传感器固定安装在角度测量平台上；匀速正反两次转动待校准霍尔角度传感器，进行第一次全量程角度测量，记录实际角度测量结果；计算待校准霍尔角度传感器每一输出角度信号对应目标的修正角度数据；按照每一输出角度目标修正值，对待校准霍尔角度传感器输出的信号进行逐一校准修正；完成信号修正后，进行第二次全量程角度测量，确认达到修正目的后即完成传感器的校准工作。本发明有效的减少了霍尔角度传感器的角度误差，提升了生产效率，成品合格率显著提高，降低了生产成本。

Description

一种霍尔角度传感器角度校准方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及到一种霍尔角度传感器角度校准方法。
背景技术
霍尔角度传感器(或称为磁敏角度传感器或无接触电位器)是一种通过霍尔原理实现精确角度测量的无摩擦、长寿命、高可靠的高精度位置角度传感器，可实现360°测量。其输出有电压模拟输出、增量式数字输出、PWM数字输出、SPI数字输出等多种输出方式可选。被广泛用于汽车、船舶、飞机、无人机、机器人、自动化设备等伺服随动系统，以及航天仪表控制、各类电子装备、仪器仪表等高技术领域。
随着客户对角度误差的要求不断提高，霍尔角度传感器的角度准确度要求也越来越高。但因为产品内部磁铁的不均匀性、传感器结构件的配合误差、电路损耗误差等等原因，造成有效量程内存在0.3°至3°最大角度误差，甚至更高。
国内第一种改进方法是选用更高角度精度霍尔芯片，依靠霍尔芯片内部差值计算得到更高的精度，因为“更高的精度”和“角度误差”是两个不同性能参数，所以对外部结构上造成的角度误差改善并不大。第二种改进方法是在产品中剔除角度误差较大产品，这样做成品率较低，生产成本较高。第三种改进方法是用户在使用时对每个传感器在接收信号后处理修正数据，造成用户工作量增大。
以上三种方法造成霍尔角度传感器生产成本过高、成品率较低、产品角度一致性差、生产效率低下，同时还会造成用户使用调试繁琐的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种设计合理、成品校准效率高、校准效果好、操作方便的霍尔角度传感器角度校准方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种霍尔角度传感器角度校准方法，包括以下步骤：
S1.将待校准霍尔角度传感器固定安装在角度测量平台上；
S2.匀速正反两次转动待校准霍尔角度传感器，进行第一次全量程角度测量，记录实际角度测量结果；
S3.计算待校准霍尔角度传感器每一输出角度信号对应目标的修正角度数据；
S4.按照每一输出角度目标修正值，对待校准霍尔角度传感器输出的信号进行逐一校准修正；
S5.完成信号修正后，进行第二次全量程角度测量，确认达到修正目的后即完成传感器的校准工作。
作为一种优选的技术方案，所述的步骤S3中计算修正角度数据的方法为：根据测量得到的待校准霍尔角度传感器每一输出角度的标准角度位置，计算该标准角度对应的霍尔原理角度电压，对两者进行一对一重新对应定义；
所述的霍尔原理角度电压Vs的计算公式为
Figure BDA0002771136390000021
式中，Vmax为霍尔原理有效输出角度的最大电压，V0为霍尔原理有效输出角度的起始电压，RS为信号点的错误角度，Rmax为有效量程最大角度。
作为一种优选的技术方案，所述的步骤S3中计算修正角度数据的方法为：根据测量得到的待校准霍尔角度传感器输出角度线性图，找出图形偏离较大的两点，把有效量程分为三段进行重新定义输出角度的函数，具体如下，
当V在V0≤V≤Vs时，输出角度函数为：
Figure BDA0002771136390000031
当V在Vs＜V≤Vs2时，输出角度函数为：
Figure BDA0002771136390000032
当V在Vs2＜V≤Vmax时，输出角度函数为：
Figure BDA0002771136390000033
式中R为输出角度，V0为霍尔原理有效输出角度的起始电压，RZ为第一误差信号点对应的标准角度，RS为第一误差信号点的错误角度,V为霍尔原理输出角度的电压，Vs为第一误差信号点错误角度的对应电压，RZ2为第二误差点信号点对应的标准角度,RS2为第二误差信号点的错误角度，Vs2为第二误差点信号点错误角度的对应电压，Rmax为有效量程最大角度，Vmax为霍尔原理有效输出角度的最大电压。
本发明的有益效果如下：
本发明填补了霍尔角度传感器角度校准修正技术的空白，有效的减少了成品角度传感器的角度误差。本发明可迅速计算出霍尔角度传感器每个角度信号需要修正的角度误差值，再对霍尔角度传感器的每一个角度信号进行修正。具有成品校准效率高、校准效果好、操作简便、修正测量历史数据可记录可查的优点，非常适合大批量生产。本发明解决了批量生产传感器准确度校准和产品一致性的问题。
采用本发明校准后的霍尔角度传感器角度最大误差可控制在0.2°以内，有效的减少了霍尔角度传感器的角度误差，提升了生产效率，成品合格率显著提高，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的校准流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。
实施例1
在图1中，本实施例的霍尔角度传感器角度校准方法，具体包括以下步骤：
S1.将待校准霍尔角度传感器固定安装在高精度角度测量平台上；
S2.匀速正反两次转动待校准霍尔角度传感器，进行第一次全量程角度测量，记录实际角度测量结果；
S3.计算待校准霍尔角度传感器每一输出角度信号对应目标的修正角度数据
根据测量得到的待校准霍尔角度传感器每一输出角度的标准角度位置，计算该标准角度对应的霍尔原理角度电压，对两者进行一对一重新对应定义；
所述的霍尔原理角度电压Vs的计算公式为
Figure BDA0002771136390000041
式中，Vmax为霍尔原理有效输出角度的最大电压，V0为霍尔原理有效输出角度的起始电压，RS为信号点的错误角度，Rmax为有效量程最大角度；
该计算修正角度数据的方法具有校准效果非常好，最小角度误差可以控制在0.05度以内，更适合于内存较大的霍尔角度传感器；
S4.按照每一输出角度目标修正值，对待校准霍尔角度传感器输出的信号进行逐一校准修正；
S5.完成信号修正后，进行第二次全量程角度测量，确认达到修正目的后即完成传感器的校准工作。
实施例2
本实施例的霍尔角度传感器角度校准方法，具体包括以下步骤：
S1.将待校准霍尔角度传感器固定安装在高精度角度测量平台上；
S2.匀速正反两次转动待校准霍尔角度传感器，进行第一次全量程角度测量，记录实际角度测量结果；
S3.计算待校准霍尔角度传感器每一输出角度信号对应目标的修正角度数据
根据测量得到的待校准霍尔角度传感器输出角度线性图，找出图形偏离较大的两点，把有效量程分为三段进行重新定义输出角度的函数，具体如下，当V在V0≤V≤Vs时，输出角度函数为：
Figure BDA0002771136390000051
当V在Vs＜V≤Vs2时，输出角度函数为：
Figure BDA0002771136390000052
当V在Vs2＜V≤Vmax时，输出角度函数为：
Figure BDA0002771136390000053
式中R为输出角度，V0为霍尔原理有效输出角度的起始电压，RZ为第一误差信号点对应的标准角度，RS为第一误差信号点的错误角度,V为霍尔原理输出角度的电压，Vs为第一误差信号点错误角度的对应电压，RZ2为第二误差点信号点对应的标准角度,RS2为第二误差信号点的错误角度，Vs2为第二误差点信号点错误角度的对应电压，Rmax为有效量程最大角度，Vmax为霍尔原理有效输出角度的最大电压；
该计算修正角度数据的方法适用所有霍尔角度传感器；
S4.按照每一输出角度目标修正值，对待校准霍尔角度传感器输出的信号进行逐一校准修正；
S5.完成信号修正后，进行第二次全量程角度测量，确认达到修正目的后即完成传感器的校准工作。
本发明解决了批量生产霍尔角度传感器准确度校准和产品一致性的问题，填补了霍尔角度传感器角度校准修正技术的空白，有效的减少了成品角度传感器的角度误差。本发明可迅速计算出角度传感器每个角度信号需要修正的角度误差值，再对传感器内部控制器的每一个角度信号进行修正。具有成品校准效率高、校准效果好、操作简便、修正测量历史数据可记录可查的优点，非常适合大批量生产。
试验1
为了验证本发明的有益效果，发明人采用实施例1的技术方案对型号为HHJ1003-1的霍尔角度传感器进行校准。
霍尔角度传感器工作原理是通过霍尔原理的角度芯片测量有效量程内轴端磁铁角度，输出与轴端磁铁成正比的线性电压信号，再通过内置控制器把电压信号转换成对应的数字化信号输出。校准工作主要是调整霍尔角度传感器内置控制器中霍尔原理产生的电压信号和数字信号的对应关系，从而实现角度准确度校准。
常见霍尔角度传感器角度分辨率有10位、12位、14位等规格、相对全量程所有角度输出信号量数据庞大，所以列出型号为HHJ1003-1的霍尔角度传感器部分校准角度信号对比表见表1、表2。
表1.校准前霍尔角度传感器部分角度信号误差数据
Figure BDA0002771136390000061
Figure BDA0002771136390000071
Figure BDA0002771136390000081
表2.校准后霍尔角度传感器部分角度信号误差数据
Figure BDA0002771136390000082
Figure BDA0002771136390000091
Figure BDA0002771136390000101
由表1和表2可知，经过本发明校准后的霍尔角度传感器角度最大误差可控制在0.2°以内，有效的减少了霍尔角度传感器的角度误差，提升了生产效率，成品合格率显著提高，降低了生产成本。

Claims (1)

1.一种霍尔角度传感器角度校准方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将待校准霍尔角度传感器固定安装在角度测量平台上；
S2.匀速正反两次转动待校准霍尔角度传感器，进行第一次全量程角度测量，记录实际角度测量结果；
S3.计算待校准霍尔角度传感器每一输出角度信号对应目标的修正角度数据；
计算修正角度数据的方法为：根据测量得到的待校准霍尔角度传感器输出角度线性图，找出图形偏离较大的两点，把有效量程分为三段进行重新定义输出角度的函数，具体如下，
当V在V0≤V≤Vs时，输出角度函数为：
Figure FDA0004053390420000011
当V在Vs＜V≤Vs2时，输出角度函数为：
Figure FDA0004053390420000012
当V在Vs2＜V≤Vmax时，输出角度函数为：
Figure FDA0004053390420000013
式中R为输出角度，V0为霍尔原理有效输出角度的起始电压，RZ为第一误差信号点对应的标准角度，V为霍尔原理输出角度的电压，VS为第一误差信号点错误角度的对应电压，RZ2为第二误差点信号点对应的标准角度,Vs2为第二误差点信号点错误角度的对应电压，Rmax为有效量程最大角度，Vmax为霍尔原理有效输出角度的最大电压；
S4.按照每一输出角度目标修正值，对待校准霍尔角度传感器输出的信号进行逐一校准修正；
S5.完成信号修正后，进行第二次全量程角度测量，确认达到修正目的后即完成传感器的校准工作。
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