CN118225133A - 霍尔式接近开关温度漂移补偿方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，包括：获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，其中，所述温度补偿磁轭为负温度系数材料构成；所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述辅助磁路对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。通过负温度系数材料构成的温度补偿磁轭，实现在温度发生变化的过程中，补偿霍尔式接近开关中霍尔元件感应到的磁钢的磁感应强度，进一步实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

Description

霍尔式接近开关温度漂移补偿方法

技术领域

本申请涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的电子设备投入到人们的生产生活，其中，关于位置感知的应用场景被愈发常见，霍尔式接近开关在这种背景下被广泛的应用。现有的霍尔式接近开关，霍尔元件置于永磁材料制成的磁钢的磁场中，当磁钢左右移动时，霍尔元件中的特定敏感点的磁感应强度会发生变化，霍尔元件捕获这个变化，并在特定的磁感应强度下使自己的电输出状态发生变化，从而标定出磁钢的位置。

然而，实际使用场景中，设备使用环境常见的温度变化区间为-55℃到125℃之间，霍尔元件在这个温度区间内，改变自身触发状态所需的磁感应强度甚至会相差25％，进一步导致霍尔元件在这个温度区间内，对磁钢的位置感知会相差数百微米，这个由温度引起的差异，对于部分使用场景，如航空航天领域中的中的霍尔式接近开关应用，是不可忽视，也是不可接受的。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，包括：

获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；

根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，其中，所述温度补偿磁轭为负温度系数材料构成；

所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；

当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述辅助磁路对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。

可选地，所述根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭包括：

根据所述霍尔元件的温度特性数据，确定所述预设位置的温度磁通密度数据；

根据所述温度磁通密度数据确定对应的目标温度补偿磁轭，并将所述目标温度补偿磁轭布置在预设位置。

可选地，所述根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭包括：

获取预设的所述温度补偿磁轭的温度特性数据；

根据所述温度补偿磁轭的温度特性数据，以及所述霍尔元件的温度特性数据，确定所述预设位置；

在所述预设位置布置所述温度补偿磁轭。

可选地，所述霍尔式接近开关中所述霍尔元件的侧面布置了凸形磁轭。

可选地，所述在预设位置布置温度补偿磁轭包括：

在所述凸形磁轭上布置所述温度补偿磁轭。

可选地，所述在预设位置布置温度补偿磁轭包括：

在所述磁钢上布置所述温度补偿磁轭。

本申请提供的霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，通过获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，其中，所述温度补偿磁轭为负温度系数材料构成；所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述辅助磁路对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。通过负温度系数材料构成的温度补偿磁轭，实现在温度发生变化的过程中，补偿霍尔式接近开关中霍尔元件感受到的磁钢的磁感应强度，进一步实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的流程图；

图2是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔元件温度特性曲线图；

图3是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一平面模型示意图；

图4是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一位置感知图；

图5是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构磁场示意图；

图7是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型示意图；

图8是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型在-55℃的磁场分布示意图；

图9是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型在125℃的磁场分布示意图；

图10是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第二结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多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申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

在本申请一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请一个或多个实施例。在本申请一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本申请一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。

在本申请中，提供了一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，在下面的实施例中进行详细说明。

图1示出了根据本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的流程图，具体包括以下步骤：

步骤S102：获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；

步骤S104：根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，其中，所述温度补偿磁轭为负温度系数材料构成；

步骤S106：所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；

步骤S108：当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述辅助磁路对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。

其中，在霍尔式接近开关中，霍尔元件置于永磁材料制成的磁钢的磁场中，霍尔元件具备对磁场强度的感知能力，但霍尔元件对磁场强度的感知能力受到环境温度的影响，如图2提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔元件温度特性曲线图所示，其中，上下两条曲线分别是霍尔元件在不同温度下的工作点和释放点的磁场强度，需要说明的是，当霍尔元件所处磁场的磁场强度在大于等于工作点时，霍尔元件所在的霍尔式接近开关导通，当霍尔元件所处磁场的磁场强度小于等于工作点时，霍尔元件所在的霍尔式接近开关释放。

以图2中的工作点曲线为例，其中横坐标为温度，纵坐标代表磁感应强度，那么霍尔元件在-55℃时，可以用12.6mT的磁感应强度触发状态变化，但到了125℃时，需要用15.4mT的磁感应强度。如图3提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一平面模型示意图所示，其中，左侧是一个断面为2mm*1mm的长方形磁钢，右边是左端点距磁钢0.5mm，长0.5mm的线段，该线段代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位。

如图4提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一位置感知图所示，其代表图3中右侧线段所处区域的磁感应强度，选取图4中的两个点（163，15.4），（343，12.6），由于磁钢由永磁材料制成，可近似看做磁钢的磁力特性不随温度变化，那么在霍尔式接近开关中，若霍尔元件的温度特性如图2所示，那么在-55℃时，若磁钢为该霍尔元件提供12.6mT的磁场强度，在温度上升至125℃时，磁钢向右移动，使得该霍尔元件承受到15.4mT的磁场强度，那么该霍尔元件对于磁钢的位置感知，会得到磁钢位置没有发生变化的结果，然而实际上，通过图3可知，磁钢提供12.6mT磁场强度与提供15.4mT磁场强度，对应的位置差距为343-163=180（μm），在部分实际使用场景中，由温度变化引起的位置感知差异是不可接受的。

为了解决上述因温度变化引起的霍尔式接近开关位置感知差异的问题，通过获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据，获取方式可通过霍尔式接近开关中敏感元件的使用手册，确定其中记载的霍尔元件的温度特性数据，也可以通过对霍尔式接近开关中的霍尔元件进行实测，确定霍尔元件的温度特性数据，具体的方式由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

之后，根据霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，通过温度补偿磁轭与霍尔式接近开关中磁钢构成辅助磁路，这就使得霍尔式接近开关中磁钢的输出磁通，一部分作用在霍尔式接近开关中的霍尔元件上，一部分通过辅助磁路作用在温度补偿磁轭上，实现了磁钢的输出磁通分流。当温度发生变化的场景下，由于温度补偿磁轭由负温度系数材料构成，当温度上升时，温度补偿磁轭的导磁性能随温度升高而降低，这时会导致辅助磁路的磁通量降低，那么又由于磁钢由永磁材料构成，其输出磁通不会随温度的变化而变化，这种情况下，作用在霍尔式接近开关中的霍尔元件上的磁通提升，实现了霍尔元件状态转换对磁感应强度的额外需求补足，从而提升霍尔元件的感知精度。

需要说明的是，除了通过负温度系数材料构建温度补偿磁轭外，还可以通过一个预设的磁场强度检测模块，检测温度发生变化时，霍尔元件所处的磁场强度，之后将检测结果反馈至温度补偿模块进行数据处理，确定通过温度补偿磁轭的辅助磁路的磁通量变化量，此时的温度补偿磁轭可以是根据电磁感应效应制成的电磁发生装置，通过改变输入在温度补偿磁轭中的电流，实现温度补偿磁轭输出磁通量的变化，实现对辅助磁路的磁通量调整，进一步实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

然而，在部分实际使用场景中，如航空航天领域，磁场强度检测模块、温度补偿模块以及根据电磁感应效应制成的温度补偿磁轭，其设备稳定性并不能满足实际使用需求；在这种情况下，应避免使用过多的电气部件，故此提出一种由物理器件组成的装置，以实现霍尔式接近开关温度漂移补偿。

进一步的，所述霍尔式接近开关中所述霍尔元件的侧面布置了凸形磁轭。该凸形磁轭由软磁材料制成，用以汇聚霍尔式接近开关中磁钢作用在霍尔元件上的磁场，以实现对磁钢的输出磁通的降低，使磁钢的选择更加灵活。

进一步的，根据所述霍尔元件的温度特性数据，确定所述预设位置的温度磁通密度数据；根据所述温度磁通密度数据确定对应的目标温度补偿磁轭，并将所述目标温度补偿磁轭布置在预设位置。当明确预设位置后，如在所述凸形磁轭上布置所述温度补偿磁轭。

其中，如图5提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构示意图所示，凸形磁轭被布置在霍尔元件的侧面，温度补偿磁轭布置在凸形磁轭上，这种情况下霍尔式接近开关的磁场形式，如图6提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构磁场示意图所示，磁钢的输出磁通，被分流成了辅助磁路和主磁路，辅助磁路通过温度补偿磁轭，主磁路通过霍尔元件。

基于此，温度发生变化的情况下，磁钢的输出磁通不会发生变化，辅助磁路由于温度补偿磁轭的导磁性能与温度成负相关，此时主磁路上的磁通会升高。

需要说明的是，温度补偿磁轭的形状、数量、布置位置均不唯一，如在凸形磁轭的顶部布置一个温度补偿磁轭，在凸形磁轭的底部布置一个温度补偿磁轭，在凸形磁轭的顶部和底部各布置一个温度补偿磁轭，温度补偿磁轭为长方体、圆柱体等，具体的温度补偿磁轭的形状、数量、布置位置由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

具体的，如图7提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型示意图所示，其中，左侧是一个断面为2mm*1mm的长方形磁钢，右边是左端点距磁钢0.5mm，长0.5mm的线段，该线段代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位，此外该线段被凸形磁轭包围，此时将温度补偿磁轭布置在线段下方，凸形磁轭由电工纯铁制成，即软磁材料制成。

在一个具体的实施例中，若在-55℃的情况下，温度补偿磁轭为凸形磁轭材料导磁性的二分之一，而在125℃的情况下，温度补偿磁轭的导磁性是自身在-55℃时导磁能力的四分之一。在这种情况下，得到在-55℃时，图7中代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位的线段，其各个位置的磁感应强度如图8提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型在-55℃的磁场分布示意图所示，而在125℃时，图7中代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位的线段，其各个位置的磁感应强度如图9提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型在125℃的磁场分布示意图所示。

在图8所示曲线上可选取到点（343，12.6），而在图9所示曲线上可选取到点（343，15.4），也就是说，在-55℃时，霍尔元件在距离磁钢343μm的位置上，会承受12.6mT的磁感应强度，在125℃时，霍尔元件同样在距离磁钢343μm的位置上，会承受15.4mT的磁感应强度，这种情况下，根据图2中霍尔元件的温度特性曲线可知，此时霍尔元件对于位置的感知结果是相同的，那么此时霍尔元件与磁钢之间的相对位置，在实际上也是相同的就满足了霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

综上，通过如上方式，即可判断温度补偿磁轭是否满足实际使用需求，即确定目标温度补偿磁轭。以上为在温度补偿磁轭的安装位置确定，即预设位置确定的情况下，选择合适的温度补偿磁轭的过程，即确定目标温度补偿磁轭的过程，此时可提前在提前制成的多个温度补偿磁轭中，选择出适合的作为目标温度补偿磁轭，还可以根据得到的目标温度补偿磁轭的温度磁通密度数据，即目标温度补偿磁轭，在不同的温度下的导磁能力的数据，定制目标温度补偿磁轭，具体的目标温度补偿磁轭选择过程由实际使用场景决定，本身实施例不进行限定。

进一步的，除了在已经的确定的预设位置上，选择合适的温度补偿磁轭进行布置外，还存在根据已知的温度补偿磁轭，判断温度补偿磁轭应安装的位置，在本实施例中，具体实现方式如下：

获取预设的所述温度补偿磁轭的温度特性数据；根据所述温度补偿磁轭的温度特性数据，以及所述霍尔元件的温度特性数据，确定所述预设位置；在所述预设位置布置所述温度补偿磁轭。

其中，确定已知的温度补偿磁轭的温度特征数据过程，可以通过查询温度补偿磁轭的用户手册，也可以对已知的温度补偿磁轭的进行实测完成，具体的方式由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

基于此，通过确定温度补偿磁轭的温度特性数据，以及霍尔元件的温度特性数据，确定温度补偿磁轭，为了补偿不同温度下的霍尔元件的温度漂移，所需布置的位置，即预设位置，之后在预设位置布置该已知的温度补偿磁轭。

进一步的，在实际使用场景中，温度补偿磁轭的布置位置不固定，只要满足温度补偿磁轭与磁钢的输出磁通之间构成的辅助磁路，能够满足对霍尔式接近开关的温度漂移进行补偿即可，具体的，在本实施例中，具体实现方式如下：

在所述磁钢上布置所述温度补偿磁轭。

其中，如图10提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第二结构示意图所示，通过将温度补偿磁轭布置在磁钢上，亦可实现辅助磁路的构建，进一步的，随着温度的变化，通过温度补偿磁轭的磁通量也会因为温度补偿磁轭的导磁能力下降而减少，那么通过霍尔元件的主磁路的磁通量即会增加，实现对霍尔式接近开关的温度漂移进行补偿。具体的温度补偿磁轭的数量、导磁能力、形状等参数确定过程，与上述的图5中的，温度补偿磁轭布置在凸形磁轭上的参数确定过程相同，本实施例不再赘述。

需要说明的是，构造温度补偿磁轭的磁性材料，在实际使用场景中，无需完全贴合霍尔元件的温度特性数据，只要保障温度补偿磁轭的导磁能力，对霍尔元件因温度变化产生的位置感知偏差做到一定程度的降低，满足霍尔式接近开关实际的使用精度即可。

上述对本申请特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的 范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本申请的内容，可作很多的修改和变化。本申请选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，其特征在于，包括：

获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；

根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，其中，所述温度补偿磁轭为负温度系数材料构成；

所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；

当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述辅助磁路对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，包括：

根据所述霍尔元件的温度特性数据，确定所述预设位置的温度磁通密度数据；

根据所述温度磁通密度数据确定对应的目标温度补偿磁轭，并将所述目标温度补偿磁轭布置在预设位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设位置布置温度补偿磁轭，包括：

获取预设的所述温度补偿磁轭的温度特性数据；

根据所述温度补偿磁轭的温度特性数据，以及所述霍尔元件的温度特性数据，确定所述预设位置；

在所述预设位置布置所述温度补偿磁轭。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述霍尔式接近开关中所述霍尔元件的侧面布置了凸形磁轭。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在预设位置布置温度补偿磁轭，包括：

在所述凸形磁轭上布置所述温度补偿磁轭。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在预设位置布置温度补偿磁轭，包括：

在所述磁钢上布置所述温度补偿磁轭。