CN113093068A - 磁场方向探测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种磁场方向探测方法及系统，所述方法包括：通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场；设置若干霍尔元件，各霍尔元件检测设定方向上磁场分量变化信号；根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出永磁体的磁场方向。本发明提出的磁场方向探测方法及系统，可提高永磁体角度探测的精确性。

Description

磁场方向探测方法及系统

技术领域

本发明属于磁场检测技术领域，涉及一种磁场探测系统，尤其涉及一种磁场方向探测方法及系统。

背景技术

现有的一种用于探测磁场方向的方法，请参阅图1、图2，使用的是一对极充磁(N-S)的永磁体，在永磁体的正下方设置有4个呈90°均匀排布的霍尔元件10、20、30、40。利用霍尔效应，当永磁体绕中心轴旋转时，4个霍尔元件接收到Z方向磁场分量变化，并输出霍尔电压，通过解析霍尔电压可以判断出永磁体的旋转角度。

当在一些对安全性要求比较高的使用环境下，例如在汽车电子领域，需要传感器做成2路，以防一路不工作而带来的安全事故。现有方案只能像如图3-1、图3-2、图4-1、图4-2的摆放方式：叠放或者并排放置。如图3-1、图3-2所示为叠放，造成两组霍尔元件距离永磁体的距离不同，那么他们感测到的Z方向磁场分量大小和方向会有差异。又如图4-1、图4-2为并排放置，两组霍尔元件他们分别的中心与永磁体的中心都有一个偏移的距离，虽然这种方式下两组霍尔元件得到的信号是一样的，但是信号本身有轴线偏移的影响，两组信号都不够精确。可以看到无论采取哪种方式都不能得到既没有差异也没有偏移的信号，都将造成测量磁场方向的误差。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁场方向探测方式，以便克服现有磁场方向探测方式存在的上述至少部分缺陷。

发明内容

本发明提供一种磁场方向探测方法及系统，可提高永磁体角度探测的精确性。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种磁场方向探测方法，所述方法包括：

设置若干霍尔元件，各霍尔元件检测设定方向上磁场分量变化信号；

根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出磁场方向。

作为本发明的一种实施方式，所述方法进一步包括：通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场。

作为本发明的一种实施方式，设置磁传感器，在磁传感器内部设置4个霍尔元件，4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°。

作为本发明的一种实施方式，设置两个磁传感器，各磁传感器内部设置4个霍尔元件，一个磁传感器内的4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°；

两个磁传感器并排摆放，能围绕着永磁体旋转轴；两个磁传感器距离永磁体距离相同，相对永磁体的旋转轴不偏移。

作为本发明的一种实施方式，当永磁体旋转一周，4个霍尔元件会感测到Z方向磁场分量变化；感测到两两相反的正余弦信号，且感测的信号为两个周期；4个霍尔元件依次为第一霍尔元件、第二霍尔元件、第三霍尔元件及第四霍尔元件；

通过将第一霍尔元件和第三霍尔元件相减，第二霍尔元件和第四霍尔元件相减；得到放大后的第一信号和第二信号，通过解析第一信号和第二信号计算出永磁体的磁场方向。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种磁场方向探测系统，所述磁场方向探测系统包括：

若干霍尔元件，各霍尔元件用以检测设定方向上磁场分量变化信号；

磁场方向解析模块，用以根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出磁场方向。

作为本发明的一种实施方式，所述磁场方向探测系统还包括永磁体，通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场。

作为本发明的一种实施方式，所述磁场方向探测系统包括磁传感器，所述磁传感器内部设置4个霍尔元件，4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°。

作为本发明的一种实施方式，所述磁场方向探测系统包括两个磁传感器，各磁传感器内部设置4个霍尔元件，一个磁传感器内的4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°；

两个磁传感器并排摆放，能围绕着永磁体旋转轴；两个磁传感器距离永磁体距离相同，相对永磁体的旋转轴不偏移。

作为本发明的一种实施方式，各磁传感器包括的4个霍尔元件依次为第一霍尔元件、第二霍尔元件、第三霍尔元件及第四霍尔元件；

所述磁场方向解析模块通过将第一霍尔元件和第三霍尔元件相减，第二霍尔元件和第四霍尔元件相减；得到放大后的第一信号和第二信号，通过解析第一信号和第二信号计算出永磁体的磁场方向。

本发明的有益效果在于：本发明提出的磁场方向探测方法及系统，可提高永磁体角度探测的精确性。

在本发明一种使用场景下，通过改变永磁体的充磁方法，在传感器探测面呈现2对极磁场(N-S-N-S),传感器中的一路霍尔元件可以配置在其中N-S的范围内，另一路霍尔元件可以配置在另一半的磁场范围内，使得永磁体旋转一周后，2路霍尔元件所探测到的Z方向磁场分量完全一致，且没有相对旋转轴有偏移的影响；使得探测永磁体的角度更加精确。

附图说明

图1为现有探测磁场方向的示意图。

图2为现有探测磁场方向的另一示意图。

图3-1为通过叠放方式放置两组霍尔元件感测Z方向磁场的示意图(主视图)。

图3-2为通过叠放方式放置两组霍尔元件感测Z方向磁场的示意图(俯视图)。

图4-1为通过并排放置方式放置两组霍尔元件感测Z方向磁场的示意图(主视图)。

图4-2为通过并排放置方式放置两组霍尔元件感测Z方向磁场的示意图(俯视图)。

图5为本发明一实施例中永磁体的充磁示意图。

图6为本发明一实施例中永磁体的充磁示意图。

图7为本发明一实施例中永磁体的充磁示意图。

图8为本发明一实施例中霍尔元件的布局示意图。

图9为本发明一实施例中霍尔元件的布局示意图。

图10为本发明中永磁体旋转和霍尔元件感测的Z方向磁场分量变化关系图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。

本发明揭示了一种磁场方向探测方法，所述方法包括：

设置若干霍尔元件，各霍尔元件检测设定方向上磁场分量变化信号；

根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出磁场方向。

在本发明的一实施例中，所述方法进一步包括：通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场。图5至图7为本发明一实施例中永磁体的充磁示意图；能够产生2对极磁场的方法有很多，这里列举了图5至图7的两种产生方法。

图8为本发明一实施例中霍尔元件的布局示意图；请参阅图8，在本发明的一实施例中，设置磁传感器，磁传感器内部设置4个霍尔元件，4个霍尔元件呈45°排布；磁传感器设置在对应磁场范围的一半范围内。在一实施例中，上述45°排布，指4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心(如可以是永磁体的中心)的连线夹角为45°。在另一实施例中，45°排布是指4个霍尔元件绕一个中心点，任意半径R分布的圆心角(如可以为各相邻霍尔元件中心与磁场中心连线的夹角)。

图9为本发明一实施例中霍尔元件的布局示意图；请参阅图9，在本发明的另一实施例中，设置两个磁传感器，各传感器内部设置4个霍尔元件，两个磁传感器并排摆放；围绕着永磁体旋转轴，均匀地分布着8个霍尔元件。两个磁传感器距离永磁体距离相同，相对永磁体的旋转轴没有偏移的情况；两个磁传感器探测到的磁场方向一样且精确。

当永磁体旋转一周，4个霍尔元件会感测到Z方向磁场分量变化；两两相反的正余弦信号并且为两个周期；4个霍尔元件依次为第一霍尔元件1、第二霍尔元件2、第三霍尔元件3及第四霍尔元件4。通过将第一霍尔元件1和第三霍尔元件3相减，第二霍尔元件2和第四霍尔元件4相减；得到放大后的第一信号和第二信号，通过解析第一信号和第二信号计算出永磁体的磁场方向(信号图可参阅图10)。在一实施例中，第一霍尔元件1和第三霍尔元件3摆放的角度90°，是永磁体单个极性的角度45°的2倍关系；所以第一霍尔元件1和第三霍尔元件3检测到的磁场大小一样，磁极相反；通过相减可以得到放大2倍的信号。同样的，第二霍尔元件2和第四霍尔元件4相减，得到放大2倍的信号。

本发明还揭示一种磁场方向探测系统，所述磁场方向探测系统包括：若干霍尔元件、磁场方向解析模块。各霍尔元件用以检测设定方向上磁场分量变化信号；磁场方向解析模块用以根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出磁场方向。

在本发明的一实施例中，所述磁场方向探测系统还包括永磁体，通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场。

请参阅图8，在本发明的一实施例中，所述磁场方向探测系统包括磁传感器，所述磁传感器内部设置4个霍尔元件，4个霍尔元件呈45°排布；磁传感器占一半的磁场范围。上述45°排布，指4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°。

请参阅图9，在本发明的另一实施例中，所述磁场方向探测系统包括两个磁传感器，各磁传感器内部设置4个霍尔元件，两个磁传感器并排摆放；围绕着永磁体旋转轴，均匀地分布着8个霍尔元件；两个磁传感器距离永磁体距离相同，相对永磁体的旋转轴没有偏移的情况；两个磁传感器探测到的磁场方向一样且精确。

在一实施例中，各磁传感器内的4个霍尔元件依次为第一霍尔元件、第二霍尔元件、第三霍尔元件及第四霍尔元件。所述磁场方向解析模块通过将第一霍尔元件和第三霍尔元件相减，第二霍尔元件和第四霍尔元件相减；得到放大后的第一信号和第二信号，通过解析第一信号和第二信号计算出永磁体的磁场方向。

综上所述，本发明提出的磁场方向探测方法及系统，可提高永磁体角度探测的精确性。

在本发明一种使用场景下，通过改变永磁体的充磁方法，在传感器探测面呈现2对极磁场(N-S-N-S),传感器中的一路霍尔元件可以配置在其中N-S的范围内，另一路霍尔元件可以配置在另一半的磁场范围内，使得永磁体旋转一周后，2路霍尔元件所探测到的Z方向磁场分量完全一致，且没有相对旋转轴有偏移的影响；使得探测永磁体的角度更加精确。

需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种磁场方向探测方法，其特征在于，所述方法包括：

设置若干霍尔元件，各霍尔元件检测设定方向上磁场分量变化信号；

根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出磁场方向。

2.根据权利要求1所述的磁场方向探测方法，其特征在于：

所述方法进一步包括：通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场。

3.根据权利要求1所述的磁场方向探测方法，其特征在于：

设置磁传感器，在磁传感器内部设置4个霍尔元件，4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°。

4.根据权利要求1所述的磁场方向探测方法，其特征在于：

设置两个磁传感器，各磁传感器内部设置4个霍尔元件，一个磁传感器内的4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°；

两个磁传感器并排摆放，能围绕着永磁体旋转轴；两个磁传感器距离永磁体距离相同，相对永磁体的旋转轴不偏移。

5.根据权利要求3或4所述的磁场方向探测方法，其特征在于：

当永磁体旋转一周，4个霍尔元件会感测到Z方向磁场分量变化；感测到两两相反的正余弦信号，且感测的信号为两个周期；4个霍尔元件依次为第一霍尔元件、第二霍尔元件、第三霍尔元件及第四霍尔元件；

通过将第一霍尔元件和第三霍尔元件相减，第二霍尔元件和第四霍尔元件相减；得到放大后的第一信号和第二信号，通过解析第一信号和第二信号计算出永磁体的磁场方向。

6.一种磁场方向探测系统，其特征在于，所述磁场方向探测系统包括：

若干霍尔元件，各霍尔元件用以检测设定方向上磁场分量变化信号；

磁场方向解析模块，用以根据不同霍尔元件感应信号获取不同的信号，通过解析各信号计算出磁场方向。

7.根据权利要求6所述的磁场方向探测系统，其特征在于：

所述磁场方向探测系统还包括永磁体，通过永磁体在永磁体面向传感器方向的面上产生两对极的磁场。

8.根据权利要求6所述的磁场方向探测系统，其特征在于：

所述磁场方向探测系统包括磁传感器，所述磁传感器内部设置4个霍尔元件，4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°。

9.根据权利要求6所述的磁场方向探测系统，其特征在于：

所述磁场方向探测系统包括两个磁传感器，各磁传感器内部设置4个霍尔元件，一个磁传感器内的4个霍尔元件均匀分散排布，相邻霍尔元件中心与磁场的中心的连线夹角为45°；

两个磁传感器并排摆放，能围绕着永磁体旋转轴；两个磁传感器距离永磁体距离相同，相对永磁体的旋转轴不偏移。

10.根据权利要求8或9所述的磁场方向探测系统，其特征在于：

各磁传感器包括的4个霍尔元件依次为第一霍尔元件、第二霍尔元件、第三霍尔元件及第四霍尔元件；

所述磁场方向解析模块通过将第一霍尔元件和第三霍尔元件相减，第二霍尔元件和第四霍尔元件相减；得到放大后的第一信号和第二信号，通过解析第一信号和第二信号计算出永磁体的磁场方向。

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