CN117213530A - 一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置包括，根据扇形表盘中线性磁场传感器阵列的数量和分布位置参数信息，获取所有线性磁场传感器输出值；对线性磁场传感器输出值进行预处理，并对预处理结果进行约束分析；根据约束分析，获取指针旋转角度，通过指针旋转角度获取表盘读数。基于磁场传感器阵列，并提供相应的角度求解算法通过对传感器阵列元件对磁场源激励的响应信号进行处理，可以构建实测数据集，并进行计算或优化实例，以求解小角度范围内的旋转角度。该装置及算法为实现高精度的扇形机械表盘指针读数提供了一种有效的解决方案。

Description

一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置

技术领域

本发明涉及基于磁场传感器与角度传感器、仪表刻度识别技术领域，尤其涉及一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置。

背景技术

在现代工业生产中，传统机械指针式仪表在温度、压力、流量等物理量检测和显示中仍广泛应用。这些仪表通常采用旋转指针来指示相应的物理量。

随着图像识别技术的发展，一些基于图像处理的方法被应用于角度测量。通过安装摄像头并采集指针表盘的图像，利用图像处理和识别算法来识别指针的位置并计算角度。然而，图像识别方法的实时性和精度在某些情况下仍存在一定的限制，尤其是在快速旋转和视觉偏移的情况下。因此，需要一种新的解决方案来克服传统轴上测量方法和图像识别方法的局限性，实现小角度范围内旋转角度的准确测量，并具备实时性和稳定性。

轴上磁场角度传感器方法是实现旋转角度测量的一种有效方法。该方法主要依赖于处于旋转轴中心的磁场源产生的激励信号，并通过固定于旋转轴中心的磁场角度传感器来获得旋转角度信息。然而，这种轴上测量方法在一些应用场景下存在局限性。如在专利CN107063310A和CN102445221A说明书中记载了基于轴心磁角度传感器的测量方法，当磁场角度传感器或磁场源未处于旋转中心时，磁角度传感器XY轴信号将失去相位差关系，并且产生波形失真，这种相位差和波形失真将导致实际测定角度存在误差。在实际应用中，基于中心磁场源的方法需要确保磁场源和磁场传感器的准确对准，在实际工况中可能会面临困难。其次，在小角度范围内，磁场角度传感器的输出信号可能缺乏极值，导致难以准确测量旋转角度。此外，对于快速旋转的情况，轴上测量方法也无法实现实时性的要求。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置，能够解决背景技术中提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，包括：

根据扇形表盘中线性磁场传感器阵列的数量和分布位置参数信息，获取所有线性磁场传感器输出值；

对所述线性磁场传感器输出值进行预处理，并对预处理结果进行约束分析；

根据所述约束分析，获取指针旋转角度，通过所述指针旋转角度获取表盘读数。

作为本发明所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法的一种优选方案，其中：所述扇形表盘包括至少两组线性磁场传感器构成的阵列以及至少一个磁铁，记所述磁铁为长宽高分别为2a、2b和2c的长方体，其南北磁性垂直于ac面，即长高所在面，其南北磁性平行于旋转圆周切线，所述旋转圆周切线为指针旋转所形成的圆周的切线；

以ac面中心为原点建立空间直角坐标系，记该磁铁为磁密度为ρm的分布磁荷的空间叠加；

其中，M₀为剩余磁化强度，垂直于ac面均匀充磁，M₀为常矢量，只有面磁荷存在，标量磁位ψ_m与面磁荷密度δ_m关系有：

其中，dS为ac面的面积元，R为点P(x,y,z)到面积元dS距离，c为积分常数，S为永磁体边界面。

作为本发明所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法的一种优选方案，其中：所述获取所有线性磁场传感器输出值包括，

点P(x,y,z)的磁场强度为：

其中，H_S+、H_S-分别为正、负磁荷产生用磁场，r+、r-为正负磁荷的源点到场点P的距离。

作为本发明所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法的一种优选方案，其中：所述获取所有线性磁场传感器输出值还包括，

其中，Hxs+、Hys+、Hzs+为S+面在点P(x,y,z)的ijk方向分量，令y＝y-h求解S-面在点P(x,y,z)的ijk方向分量Hxs-、Hys-、Hzs-的表达式。

作为本发明所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法的一种优选方案，其中：所述对所述线性磁场传感器输出值进行预处理包括，

记传感器阵列元件各元件Sn相对基准位置的圆心角为[θ0_n]＝[60°,135°]，n为传感器个数，测量磁场传感器阵列的元件不加磁场时的静态偏置[V0_n]，测量永磁铁位于磁场传感器元件上方时该元件输出的绝对值的最大值[Vm_n]；

以[Vm_n-V0_n]为比例对该元件输出作去偏置最值归一化修正，修正后的输出[V_n/(Vm_n-V0_n)]存在相位上的差异；

将传感器阵列元件n去偏置最值归一化输出V_n/(Vm_n-V0_n)从大到小重新排列为v_k＝V_k/(Vm_k-V0_k)，对应圆心角[θ0_n]重新排列为[θ0_k]。

作为本发明所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法的一种优选方案，其中：所述对预处理结果进行约束分析包括，

圆心角按步长δ进行增加，依次求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)；

若不存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，则增加δ步长，重新进行求解；

若存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，则所求θ即为当前旋转角度。

作为本发明所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法的一种优选方案，其中：在保持连续采样且采样频率f＞2πω_max时，通过计算θ±1°对应的预测旋转方向；

当则减少δ步长求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)；

当则增加δ步长求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)。

一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算装置，其特征在于：包括，

后端信号处理电路，所述后端信号处理电路用于对磁场传感器阵列的信号进行放大、滤波以及线性化处理，并提取角度信息；

至少两组线性磁场传感器构成的阵列，所述线性磁场传感器固定于扇形表盘上；

至少一个磁铁，所述磁铁相对于旋转轴进行转动，通过刚性结构安装于垂直旋转轴的旋转平面；

扇形表盘旋转轴、指针、刻度表盘与旋转轴的机械驱动装置。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明提出一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置，基于磁场传感器阵列，并提供相应的角度求解算法。该装置包括一个磁铁，通过刚性结构固定在旋转轴上，随轴作圆周运动。磁场传感器阵列元件分布在所测角度范围内的旋转圆周上，并且相邻元件的输出具有非零有效数据交集。通过对传感器阵列元件对磁场源激励的响应信号进行处理，可以构建实测数据集，并进行计算或优化实例，以求解小角度范围内的旋转角度。该装置及算法为实现高精度的扇形机械表盘指针读数提供了一种有效的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置的方法流程图；

图2为本发明一个实施例提供的一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置的传感装置的磁铁和磁场传感器阵列布置示意性俯视图；

图3为本发明一个实施例提供的一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置的磁场传感器阵列的输出信号波形图；

图4为本发明一个实施例提供的一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置的传感装置计算表盘角度/刻度的流程图；

图5为本发明一个实施例提供的一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置的计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1-5，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置，包括：

根据扇形表盘中线性磁场传感器阵列的数量和分布位置参数信息，获取所有线性磁场传感器输出值；

其中，扇形表盘包括至少两组线性磁场传感器构成的阵列以及至少一个磁铁，记磁铁为长宽高分别为2a、2b和2c的长方体，其南北磁性垂直于ac面，即长高所在面，其南北磁性平行于旋转圆周切线，旋转圆周切线为指针旋转所形成的圆周的切线；

更进一步的，以ac面中心为原点建立空间直角坐标系，记该磁铁为磁密度为ρ_m的分布磁荷的空间叠加；

其中，M₀为剩余磁化强度，垂直于ac面均匀充磁，M₀为常矢量，只有面磁荷存在，标量磁位ψ_m与面磁荷密度δ_m关系有：

其中，dS为ac面的面积元，R为点P(x,y,z)到面积元dS距离，c为积分常数，S为永磁体边界面。

更进一步的，获取所有线性磁场传感器输出值包括，点P(x,y,z)的磁场强度为：

其中，H_S+、H_S-分别为正、负磁荷产生用磁场，r+、r-为正负磁荷的源点到场点P的距离。

更进一步的，获取所有线性磁场传感器输出值还包括，

其中，Hxs+、Hys+、Hzs+为S+面在点P(x,y,z)的ijk方向分量，令y＝y-h求解S-面在点P(x,y,z)的ijk方向分量Hxs-、Hys-、Hzs-的表达式。

更进一步的，对线性磁场传感器输出值进行预处理，并对预处理结果进行约束分析；

其中，对线性磁场传感器输出值进行预处理包括，记传感器阵列元件各元件Sn相对基准位置的圆心角为[θ0_n]＝[60°,135°]，n为传感器个数，测量磁场传感器阵列的元件不加磁场时的静态偏置[V0_n]，测量永磁铁位于磁场传感器元件上方时该元件输出的绝对值的最大值[Vm_n]；

更进一步的，以[Vm_n-V0_n]为比例对该元件输出作去偏置最值归一化修正，修正后的输出[V_n/(Vm_n-V0_n)]存在相位上的差异；

更进一步的，将传感器阵列元件n去偏置最值归一化输出V_n/(Vm_n-V0_n)从大到小重新排列为v_k＝V_k/(Vm_k-V0_k)，对应圆心角[θ0_n]重新排列为[θ0_k]。

更进一步的，对预处理结果进行约束分析包括，圆心角按步长δ进行增加，依次求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)；

若不存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，则增加δ步长，重新进行求解；

若存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，则所求θ即为当前旋转角度。

更进一步的，在保持连续采样且采样频率f＞2πω_max时，通过计算θ±1°对应的预测旋转方向；

当则减少δ步长求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)；

当则增加δ步长求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)。

根据约束分析，获取指针旋转角度，通过指针旋转角度获取表盘读数。

实际表盘读数T可通过对应角度θ-T线性对照关系获得。

在一个优选的实施例中，一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算装置，包括，

后端信号处理电路，后端信号处理电路用于对磁场传感器阵列的信号进行放大、滤波以及线性化处理，并提取角度信息；

至少两组线性磁场传感器构成的阵列，线性磁场传感器固定于扇形表盘上；

至少一个磁铁，磁铁相对于旋转轴进行转动，通过刚性结构安装于垂直旋转轴的旋转平面；

扇形表盘旋转轴、指针、刻度表盘与旋转轴的机械驱动装置

上述各单元模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据扇形表盘中线性磁场传感器阵列的数量和分布位置参数信息，获取所有线性磁场传感器输出值；

对线性磁场传感器输出值进行预处理，并对预处理结果进行约束分析；

根据约束分析，获取指针旋转角度，通过指针旋转角度获取表盘读数。

实施例2

参照图2-3，为本发明的一个实施例，提供了一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法及装置，为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。

本发明的实施例结合参考附图对实例结构、数据集获取和旋转角度计算过程进行说明。参照图2的俯视图，描述了该实例的磁场传感器阵列、扇形表盘和磁铁在XY平面的角度位置关系。

在图中，101表示扇形表盘的旋转轴，安装于扇形刻度表盘102之上。旋转轴101与指针103连接，指针103的长轴方向始终为扇形表盘的径向。磁铁104位于指针之上，其磁级方向与指针径向垂直。

磁敏传感器阵列组105和106分布在扇形表盘中心线的两侧，具有不同的位置。两组传感器与表盘中心线的夹角分别为30°和45°。磁敏传感器阵列的敏感轴方向与扇形表盘的切向一致。当指针位于传感器正上方时，传感器输出达到最大值。

随后，传感器阵列的输出信号将通过后端电路进行处理，以获取角度信息并进一步计算表盘数值。图3展示了传感器后端电路信号处理结构框图。根据磁场传感器的性能和输出信号类型的不同，放大滤波调零和ADC模块部分可以进行优化或省略。处理器部分可以采用MCU或FPGA等设备，具备信号计算处理和数据存储功能。

通过以上结构和处理过程，本发明的实施例能够实现对扇形表盘的旋转角度的测量和计算，进而获得表盘的数值信息。

基于上述结构的角度与表盘读数计算方法如下，首先，磁铁被实现为长宽高分别为2a、2b和2c的长方体，其南北磁性垂直于ac面且平行于旋转圆周切线。根据磁荷模型，该长方体永磁铁可以看作磁密度为ρ_m的分布磁荷的空间叠加，M₀为剩余磁化强度，垂直于ac面均匀充磁，M₀为常矢量，只有面磁荷存在，标量磁位ψ_m与面磁荷密度δ_m关系有：/>其中dS为ac面的面积元，R为点P(x,y,z)到面积元dS距离，磁场强度：

以面ac中心为原点建立坐标系，则长方体的h不参与dS积分，可以作为常量处理，求解S+面在点P(x,y,z)的ijk方向分量Hxs+、Hys+、Hzs+的表达式如(1_2～4)所示。公式(1_2～4)代入y＝y-h即可求解S-面在点P(x,y,z)的ijk方向分量Hxs-、Hys-、Hzs-的表达式。

在该坐标系下，可以将永磁铁视为固定，则传感器阵列以(R,-b,H)为圆心，半径为R，垂直于Z轴的平面内的圆环上旋转，以圆心为中心，φ为旋转角，x＝R-R*cos(φ)，y＝sin(φ),z＝H，则该圆环切向方向磁场Ht＝Hx·sin(φ)+Hz·cos(φ)。可以看出，对于特定形状的长方体永磁铁，在R、H圆环上的切线方向磁场强度仅与旋转角φ有关。永磁铁磁场强弱和磁场传感器在该磁场源作用下处于线性范围内的对磁场灵敏度特性仅影响传感器阵列输出幅值，以绝对值的最大值进行归一化及调整正负后具备相同输出波形。应当指出：输出曲线对称性与永磁铁在z轴倾斜量呈负相关；对于磁场传感器阵列的元件距离磁场源高度都应保持恒定z＝H，且其与有效输出角度范围呈正相关。

参照如图2所示，磁场传感器阵列元件105～106被实现为各元件磁敏感方向为磁场源旋转圆周切线方向。磁场源被实现为长宽高为2a、2c、h的永磁铁，其南北极性垂直于ac面且为旋转圆周切线方向。磁场源和磁场传感器阵列离心半径为R＝50mm，传感器阵列元件布局使得相邻元件输出存在有效交集，各元件Sn相对基准位置的圆心角已知[θ0n]＝[60°,135°]。测量磁场传感器阵列的元件不加磁场时的静态偏置[V0_n]，测量永磁铁位于磁场传感器元件上方时该元件输出的绝对值的最大值[Vm_n]，以[Vm_n-V0_n]为比例对该元件输出作去偏置最值归一化修正，修正后的输出[V_n/(Vm_n-V0_n)]仅存在相位上的差异。归一化输出参照如图2所示，图中MSn为该模型下测试磁场传感器元件Sn输出去偏置最值归一化相位平移曲线，Calcu为理论计算最值归一化曲线，两者基本一致。

在存储空间足够时可以参照理论输出公式按一定旋转角度步长直接构建理论数据集,实际测试角所对应的磁场传感器阵列元件输出值去偏置比例修正后，与理论数据集依次求解相对误差平方和(SSD)最小值其对应标定角度即为当前测试角度；在此基础上，对所求测试角度附近范围进一步缩小步长提高求解精确度。

在计算性能足够时，将传感器阵列元件n去偏置最值归一化输出V_n/(Vm_n-V0_n)从大到小重新排列为vk＝V_k/(Vmk-V0_k)，对应圆心角[θ0_n]重新排列为[θ0_k]。根据理论输出公式相对φ轴具有对称性，从φ＝0:δ:180按较小δ步长依次求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)，存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，所求θ即为当前旋转角度。在此基础上，对所求测试角度附近范围进一步缩小步长提高求解精确度。

并且求解实际对应的相对旋转角度φ_k，在保持连续采样且采样频率f＞2πω_max时，通过计算θ±1°对应的预测旋转方向，并在该方向上，θ以较小步长δ依次求解φ以及Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m，使其相对误差绝对值满足/>对应的θ，实现减小计算量。实际表盘读数T可通过对应角度θ-T线性对照关系获得。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：包括，

根据扇形表盘中线性磁场传感器阵列的数量和分布位置参数信息，获取所有线性磁场传感器输出值；

对所述线性磁场传感器输出值进行预处理，并对预处理结果进行约束分析；

根据所述约束分析，获取指针旋转角度，通过所述指针旋转角度获取表盘读数。

2.如权利要求1所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：所述扇形表盘包括至少两组线性磁场传感器构成的阵列以及至少一个磁铁，记所述磁铁为长宽高分别为2a、2b和2c的长方体，其南北磁性垂直于ac面，即长高所在面，其南北磁性平行于旋转圆周切线，所述旋转圆周切线为指针旋转所形成的圆周的切线；

以ac面中心为原点建立空间直角坐标系，记该磁铁为磁密度为ρ_m的分布磁荷的空间叠加；

其中，M₀为剩余磁化强度，垂直于ac面均匀充磁，M₀为常矢量，只有面磁荷存在，标量磁位ψ_m与面磁荷密度δ_m关系有：

其中，dS为ac面的面积元，R为点P(x,y,z)到面积元dS距离，c为积分常数，S为永磁体边界面。

3.如权利要求2所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：所述获取所有线性磁场传感器输出值包括，

点P(x,y,z)的磁场强度为：

其中，H_S+、H_S-分别为正、负磁荷产生用磁场，r+、r-为正负磁荷的源点到场点P的距离。

4.如权利要求3所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：所述获取所有线性磁场传感器输出值还包括，

其中，Hxs+、Hys+、Hzs+为S+面在点P(x,y,z)的ijk方向分量，令y＝y-h求解S-面在点P(x,y,z)的ijk方向分量Hxs-、Hys-、Hzs-的表达式。

5.如权利要求4所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：所述对所述线性磁场传感器输出值进行预处理包括，

记传感器阵列元件各元件Sn相对基准位置的圆心角为[θ0_n]＝[60°,135°]，n为传感器个数，测量磁场传感器阵列的元件不加磁场时的静态偏置[V0_n]，测量永磁铁位于磁场传感器元件上方时该元件输出的绝对值的最大值[Vm_n]；

以[Vm_n-V0_n]为比例对该元件输出作去偏置最值归一化修正，修正后的输出[V_n/(Vm_n-V0_n)]存在相位上的差异；

将传感器阵列元件n去偏置最值归一化输出V_n/(Vm_n-V0_n)从大到小重新排列为v_k＝V_k/(Vm_k-V0_k)，对应圆心角[θ0_n]重新排列为[θ0_k]。

6.如权利要求5所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：所述对预处理结果进行约束分析包括，

圆心角按步长δ进行增加，依次求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)；

若不存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，则增加δ步长，重新进行求解；

若存在i使得θ≈θ0_i-φ_i≈θ0_k-φ_2n-k，则所求θ即为当前旋转角度。

7.如权利要求6所述的基于磁场传感器阵列的表盘读数计算方法，其特征在于：所述对预处理结果进行约束分析还包括，

在保持连续采样且采样频率f＞2πω_max时，通过计算θ±1°对应的预测旋转方向；

当则减少δ步长求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)；

当则增加δ步长求解归一化理论值Vc(φ)＝Ht(φ)/Ht_m对于相对误差绝对值满足|(Vc_n-v_k)/v_k|＜ξ对应的φ_k(k≤n)或φ_2n-k(n＜k≤2n)。

8.一种基于磁场传感器阵列的表盘读数计算装置，其特征在于：包括，

后端信号处理电路，所述后端信号处理电路用于对磁场传感器阵列的信号进行放大、滤波以及线性化处理，并提取角度信息；

至少两组线性磁场传感器构成的阵列，所述线性磁场传感器固定于扇形表盘上；

至少一个磁铁，所述磁铁相对于旋转轴进行转动，通过刚性结构安装于垂直旋转轴的旋转平面；

扇形表盘旋转轴、指针、刻度表盘与旋转轴的机械驱动装置。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。