FR2926881A1 - DETERMINING THE POSITION OF A MAGNETIC ELEMENT IN RELATION TO A LINEAR HALL SENSOR NETWORK - Google Patents
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Abstract
Procédé de détermination de la position d'un élément magnétique se déplaçant selon une trajectoire linéaire par rapport à un réseau de capteurs comprenant au moins deux capteurs à effet Hall linéaires, l'élément magnétique et le réseau de capteurs à effet Hall linéaires étant mobiles l'un par rapport à l'autre, le procédé consistant à mesurer une première et une deuxième tension en sortie respectivement d'un premier et d'un deuxième capteur à effet Hall linéaire, caractérisé en ce que, les capteurs à effet Hall linéaires du réseau étant identiques entre eux et orientés dans une même direction, le procédé comprend en outre :. une étape préliminaire consistant à dimensionner au moins l'un des éléments suivants :- dimensions de l'élément magnétique,- écart entre deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs,- écart entre l'élément magnétique et le plan de mesure des capteurs à effet Hall linéaires,en fonction d'une loi d'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire, elle même fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire, et. une étape consistant à calculer un ratio entre la première tension et la deuxième tension mesurée en sortie de deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs pour en déduire la position de l'élément magnétique.A method of determining the position of a magnetic element moving along a linear path with respect to a sensor array comprising at least two linear Hall effect sensors, the magnetic element and the array of linear Hall effect sensors being movable relative to one another, the method of measuring a first and a second output voltage respectively of a first and a second linear Hall effect sensor, characterized in that the linear Hall effect sensors of the network being identical to each other and oriented in the same direction, the method further comprises: a preliminary step of dimensioning at least one of the following elements: - dimensions of the magnetic element, - difference between two consecutive linear Hall effect sensors, - difference between the magnetic element and the measurement plane of the effect sensors Linear Halls, according to a law of evolution of the voltage measured at the output of a linear Hall effect sensor, same function of the position of the magnetic element with respect to said linear Hall effect sensor, and. a step of calculating a ratio between the first voltage and the second voltage measured at the output of two consecutive linear Hall effect sensors to deduce the position of the magnetic element.
Description
La présente invention concerne le domaine de la détermination de la position d'un élément magnétique par rapport à un réseau de capteurs. Plus précisément, l'invention concerne selon un premier de ses objets, un procédé de détermination de la position d'un élément magnétique se déplaçant selon une trajectoire linéaire par rapport à un réseau de capteurs comprenant au moins deux capteurs à effet Hall linéaires, l'élément magnétique et le réseau de capteurs étant mobiles l'un par rapport à l'autre. Ledit procédé consiste à mesurer une première et une deuxième tension en sortie respectivement d'un premier et d'un deuxième capteur du réseau. The present invention relates to the field of determining the position of a magnetic element with respect to a sensor array. More specifically, the invention relates, according to a first of its objects, to a method for determining the position of a magnetic element moving in a linear path with respect to a sensor array comprising at least two linear Hall effect sensors. magnetic element and the sensor array being movable relative to each other. The method includes measuring a first and a second output voltage respectively of a first and a second sensor of the array.
L'utilisation de réseaux de capteurs à effet Hall pour la détermination de la position linéaire d'un élément magnétique est connue, notamment par l'exemple qu'en donne le document de l'état de la technique antérieure WO 03 / 058 171 A2. Toutefois, dans ce document, le réseau de capteurs à effet Hall est utilisé pour déterminer la présence de l'aimant entre deux capteurs à effet Hall consécutifs. Les capteurs à effet Hall sont du type "à bascule" et fournissent des informations de type "tout ou rien". Une telle solution est donc peu précise car elle ne permet pas d'établir une position exacte mais seulement de déterminer la présence de l'élément magnétique entre deux bornes. En outre, elle est particulièrement onéreuse car l'augmentation de la précision sur la position nécessite alors d'augmenter le nombre de capteurs à effet Hall. The use of Hall sensor networks for determining the linear position of a magnetic element is known, in particular by the example given in the prior art document WO 03/058 171 A2 . However, in this document, the Hall effect sensor array is used to determine the presence of the magnet between two consecutive Hall effect sensors. Hall effect sensors are of the "toggle" type and provide "all or nothing" type information. Such a solution is therefore not very precise because it does not make it possible to establish an exact position but only to determine the presence of the magnetic element between two terminals. In addition, it is particularly expensive because the increase of the accuracy in the position then requires increasing the number of Hall effect sensors.
Un autre mode de réalisation est présenté dans US 2005 / 0 189 938 Al. La méthode utilisée nécessite un nombre élevé de capteurs afin de générer un signal précis, ce qui rend son utilisation relativement complexe et surtout très onéreuse. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution ne nécessitant qu'un nombre limité de capteurs à effet Hall. Another embodiment is presented in US 2005/189938 A1. The method used requires a large number of sensors to generate an accurate signal, which makes its use relatively complex and above all very expensive. The present invention aims to overcome these disadvantages by providing a solution requiring only a limited number of Hall effect sensors.
Avec cet objectif en vue, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce que, les capteurs à effet Hall linéaires du réseau sont identiques entre eux et orientés dans une même direction et que le procédé comprend en outre : • une étape préliminaire consistant à dimensionner au moins l'un des éléments 30 suivants : - dimensions de l'élément magnétique, -écart entre deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs, - écart entre l'élément magnétique et le plan de mesure des capteurs à effet Hall linéaires, en fonction d'une loi d'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire, elle même fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire, et • une étape consistant à calculer un ratio entre la première tension et la deuxième tension mesurée en sortie de deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs pour en déduire la position de l'élément magnétique. La loi d'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire 10 en fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire est une loi d'évolution linéaire ou sinusoïdale. Avantageusement la formule de calcul de ratio entre la première tension et la deuxième tension mesurée en sortie de deux capteurs à effet Hall linéaires est du type : P = k x arctan V2, With this objective in view, the method according to the invention, furthermore in accordance with the preamble cited above, is essentially characterized in that the linear Hall effect sensors of the network are identical to each other and oriented in the same direction and that the method further comprises: • a preliminary step of dimensioning at least one of the following elements: - dimensions of the magnetic element, - gap between two consecutive linear Hall effect sensors, - gap between the magnetic element and the measuring plane of the linear Hall effect sensors, as a function of a law of evolution of the voltage measured at the output of a linear Hall effect sensor, which function also depends on the position of the magnetic element with respect to said sensor with a linear Hall effect, and • a step of calculating a ratio between the first voltage and the second voltage measured at the output of two linear Hall effect sensors. damages as to deduce therefrom the position of the magnetic member. The law of evolution of the voltage measured at the output of a linear Hall effect sensor 10 as a function of the position of the magnetic element with respect to said linear Hall effect sensor is a law of linear or sinusoidal evolution. Advantageously, the formula for calculating the ratio between the first voltage and the second voltage measured at the output of two linear Hall effect sensors is of the type: P = k x arctan V2,
15 avec k une constante. De manière astucieuse, l'invention suggère d'augmenter l'écart entre deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs de manière à rendre le déphasage entre les signaux de sortie desdits deux capteurs légèrement supérieur à f112. Dans un mode de réalisation, le réseau de capteurs comprend au moins un 15 with k a constant. Cleverly, the invention suggests increasing the difference between two consecutive linear Hall effect sensors so as to make the phase shift between the output signals of said two sensors slightly greater than f112. In one embodiment, the sensor array comprises at least one
20 troisième capteur à effet Hall linéaire, consécutif au deuxième capteur à effet Hall linéaire, et dans lequel, lorsque la première tension et la deuxième tension pour le calcul du ratio ont précédemment été les tensions mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur à effet Hall linéaire, et que la tension en sortie du deuxième capteur à effet Hall linéaire devient positive, alors la première tension et la deuxième tension pour le 20 third linear Hall effect sensor, consecutive to the second linear Hall effect sensor, and wherein, when, the first voltage and the second voltage for calculating the ratio have previously been the voltages respectively measured at the output of the first and second sensor to linear Hall effect, and that the output voltage of the second linear Hall effect sensor becomes positive, then the first voltage and the second voltage for the
25 calcul du ratio sont les tensions mesurées respectivement en sortie du deuxième et du troisième capteur à effet Hall linéaire. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à réajuster le gain du premier (respectivement du deuxième) capteur à effet Hall linéaire lorsque la tension en sortie du deuxième (respectivement du premier) The ratio calculations are the measured voltages respectively at the output of the second and the third linear Hall effect sensors. In one embodiment, the method according to the invention further comprises a step of readjusting the gain of the first (respectively second) linear Hall effect sensor when the output voltage of the second (respectively the first)
30 capteur à effet Hall linéaire devient nulle. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne un dispositif de détermination de la position d'un élément magnétique se déplaçant selon une trajectoire linéaire par rapport à un réseau de capteurs comprenant au moins deux capteurs à effet Hall linéaires, susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, le dispositif comprenant : - un élément magnétique et un réseau de capteurs à effet Hall linéaires mobiles l'un par rapport à l'autre, - des moyens pour mesurer une première et une deuxième tension en sortie respectivement d'un premier et d'un deuxième capteur à effet Hall linéaire. Selon l'invention, le dispositif est essentiellement caractérisé : • en ce qu'il comprend en outre des moyens pour calculer un ratio entre la première tension et la deuxième tension mesurée en sortie de deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs pour en déduire la position de l'élément magnétique, • en ce que les capteurs à effet Hall linéaires du réseau sont identiques entre eux et orientés dans une même direction, et • en ce qu'au moins l'un des éléments suivants : -dimensions de l'élément magnétique, écart entre deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs, écart entre l'élément magnétique et le plan de mesure des capteurs à effet Hall linéaires, est dimensionné en fonction d'une loi d'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire. La loi d'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire est une loi d'évolution linéaire ou sinusoïdale. Linear Hall effect sensor becomes zero. According to another of its objects, the invention relates to a device for determining the position of a magnetic element moving along a linear trajectory with respect to a sensor array comprising at least two linear Hall effect sensors, capable of implementing the method according to the invention, the device comprising: - a magnetic element and an array of linear Hall effect sensors movable relative to each other, - means for measuring a first and a second output voltage respectively a first and a second linear Hall effect sensor. According to the invention, the device is essentially characterized: • in that it further comprises means for calculating a ratio between the first voltage and the second voltage measured at the output of two consecutive linear Hall effect sensors in order to deduce the position therefrom of the magnetic element, • in that the linear Hall effect sensors of the network are identical to one another and oriented in the same direction, and • in at least one of the following elements: -dimensions of the element magnetic distance between two consecutive linear Hall effect sensors, the difference between the magnetic element and the measurement plane of the linear Hall effect sensors, is dimensioned according to a law of evolution of the measured voltage at the output of a linear Hall effect sensor according to the position of the magnetic element with respect to said linear Hall effect sensor. The law of evolution of the voltage measured at the output of a linear Hall effect sensor as a function of the position of the magnetic element with respect to said linear Hall effect sensor is a law of linear or sinusoidal evolution.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens pour réajuster le gain du premier (respectivement du deuxième) capteur à effet Hall linéaire lorsque la tension en sortie du deuxième (respectivement du premier) capteur à effet Hall linéaire devient nulle. Selon un autre de ses objets l'invention concerne un programme d'ordinateur 30 comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'invention lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Grâce à l'invention, on peut utiliser comme élément magnétique un aimant simple, c'est-à-dire non multipolaire, et donc peu onéreux. Advantageously, the device according to the invention further comprises means for readjusting the gain of the first (respectively second) linear Hall effect sensor when the output voltage of the second (respectively first) linear Hall effect sensor becomes zero. According to another of its objects the invention relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the invention when said program is executed on a computer. Thanks to the invention, one can use as magnetic element a simple magnet, that is to say non-multipolar, and therefore inexpensive.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : • la figure 1 a illustre l'évolution de la tension de sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position de l'élément magnétique se déplaçant linéairement par rapport à un capteur à effet Hall linéaire, selon une première configuration dans laquelle l'entrefer entre l'élément magnétique et le capteur à effet Hall linéaire est faible, • la figure 1 b illustre l'évolution de la tension de sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position de l'élément magnétique se déplaçant linéairement par rapport à un capteur à effet Hall linéaire, selon une deuxième configuration dans laquelle l'entrefer entre l'élément magnétique et le capteur à effet Hall linéaire est optimisé pour l'application envisagée, conformément à l'invention, • la figure 1c illustre l'évolution d'une première et d'une deuxième tension en fonction de la position de l'élément magnétique se déplaçant linéairement par rapport à un premier et un deuxième capteur à effet Hall linéaire selon l'invention d'autre part, • la figure 2 illustre l'évolution de la tension respective d'une pluralité de capteurs à effet Hall linéaires en fonction de la position de l'élément magnétique et chacun de ladite pluralité de capteurs à effet Hall linéaires par rapport auxquels l'élément magnétique se déplace linéairement. La figure la et la figure 1 b illustrent la variation de la tension mesurée V en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position X de l'élément magnétique par 25 rapport à un capteur à effet Hall linéaire donné, selon deux configurations différentes. Chaque capteur à effet Hall linéaire comprend un plan de mesure permettant de mesurer la composante perpendiculaire à ce plan du champ magnétique émis par un élément magnétique (en l'espèce un aimant). Dans le cas d'un réseau de capteurs, les plans de mesure de tous les capteurs à 30 effet Hall linéaires sont coplanaires. Dans une première configuration (figure la), l'évolution du champ détecté correspond à une loi difficile à modéliser par une fonction simple. Ceci est dû, par exemple, au fait que la distance (également appelée entrefer) entre le plan de mesure et celui dans lequel se déplace l'élément magnétique (les deux plans étant parallèles dans 35 un mode de réalisation idéal) est trop faible. Les variations du champ magnétique détecté (et donc de la tension de sortie du capteur) sont alors très rapides et peu propices à une modélisation simple. En revanche, dans une deuxième configuration (figure 1 b), l'évolution peut être approximée par une fonction linéaire sur une certaine plage de distance autour du centre du capteur à effet Hall linéaire. Pour obtenir une telle configuration, il convient de dimensionner au moins l'un des éléments suivants : dimensions de l'élément magnétique, écart entre deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs, écart entre l'élément magnétique et le plan de mesure des capteurs à effet Hall linéaires, de manière appropriée. Ces dimensionnements peuvent consister, par exemple, en un entrefer minimum au delà duquel une partie de la courbe est linéaire et/ou en une longueur d'aimant égale à deux fois la course de l'élément magnétique. L'évolution peut même être approximée par une fonction sinusoïdale sur une certaine plage de distance autour du centre du capteur à effet Hall linéaire (cas de la figure 1 b). Other features and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the following description given by way of illustrative and nonlimiting example and with reference to the appended figures in which: FIG. 1 a illustrates the evolution of the output voltage of a linear Hall effect sensor as a function of the position of the magnetic element moving linearly with respect to a linear Hall effect sensor, according to a first configuration in which the air gap between the magnetic element and the linear Hall effect sensor is weak, • FIG. 1b illustrates the evolution of the output voltage of a linear Hall effect sensor as a function of the position of the magnetic element moving linearly with respect to a sensor. linear Hall effect, according to a second configuration in which the gap between the magnetic element and the linear Hall effect sensor is opt imisé for the intended application, according to the invention, • Figure 1c illustrates the evolution of a first and a second voltage depending on the position of the magnetic element moving linearly relative to a first and a second linear Hall effect sensor according to the invention, on the other hand, • FIG. 2 illustrates the evolution of the respective voltage of a plurality of linear Hall effect sensors as a function of the position of the magnetic element and each said plurality of linear Hall effect sensors with respect to which the magnetic element moves linearly. FIG. 1a and FIG. 1b illustrate the variation of the measured voltage V at the output of a linear Hall effect sensor as a function of the position X of the magnetic element relative to a given linear Hall effect sensor, according to two different configurations. Each linear Hall effect sensor comprises a measuring plane for measuring the component perpendicular to this plane of the magnetic field emitted by a magnetic element (in this case a magnet). In the case of a sensor array, the measurement planes of all linear Hall effect sensors are coplanar. In a first configuration (Figure la), the evolution of the detected field corresponds to a law difficult to model by a simple function. This is because, for example, the distance (also called air gap) between the measurement plane and the one in which the magnetic element moves (the two planes being parallel in an ideal embodiment) is too small. The variations of the detected magnetic field (and therefore of the output voltage of the sensor) are then very fast and not conducive to simple modeling. On the other hand, in a second configuration (FIG. 1b), the evolution can be approximated by a linear function over a certain range of distance around the center of the linear Hall effect sensor. To obtain such a configuration, it is necessary to dimension at least one of the following elements: dimensions of the magnetic element, difference between two consecutive linear Hall effect sensors, difference between the magnetic element and the measurement plane of the sensors to be detected. Hall effect linearly, appropriately. These sizing may consist, for example, in a minimum air gap beyond which a portion of the curve is linear and / or in a magnet length equal to twice the stroke of the magnetic element. The evolution can even be approximated by a sinusoidal function over a certain range of distance around the center of the linear Hall effect sensor (the case of Figure 1b).
L'avantage d'une telle approximation de type sinusoïdale est que la plage autour du centre du capteur à effet Hall linéaire dans laquelle l'évolution peut être approximée par une fonction sinusoïdale est plus grande que celle du mode de réalisation précédent dans lequel l'évolution peut être approximée par une fonction linéaire. Selon l'invention, les capteurs à effet Hall linéaires du réseau sont identiques 20 entre eux et orientés dans une même direction, c'est-à-dire dans un même sens ou dans un sens opposé. Dans le cas où deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs du réseau sont orientés dans un même sens, les tensions V1 et V2 mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur à effet Hall linéaire sont à pente croissante dans la 25 plage de distance autour du centre dudit capteur à effet Hall linéaire dans laquelle l'évolution peut être approximée par ladite certaine fonction. Il convient dans ce cas d'inverser, par exemple au moyen d'un calculateur embarqué ou distant, l'une des valeurs, en l'espèce V2, de sorte que dans cette même plage, la tension inversée -V2 mesurée en sortie du deuxième capteur à effet Hall linéaire 30 est à pente décroissante (figure 1c). Dans le cas où les capteurs à effet Hall linéaires du réseau sont orientés dans un sens opposé, on obtient directement comme illustré figure 1c des pentes inverses entre les tensions V1 et V2 mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur à effet Hall linéaire. The advantage of such a sinusoidal approximation is that the range around the center of the linear Hall effect sensor in which the evolution can be approximated by a sinusoidal function is greater than that of the previous embodiment in which the evolution can be approximated by a linear function. According to the invention, the linear Hall effect sensors of the network are identical to each other and oriented in the same direction, that is to say in the same direction or in an opposite direction. In the case where two consecutive linear Hall effect sensors of the array are oriented in the same direction, the voltages V1 and V2 respectively measured at the output of the first and second linear Hall effect sensors are increasing slope in the range of distance around from the center of said linear Hall effect sensor in which the evolution can be approximated by said certain function. In this case, it is appropriate to invert, for example by means of an onboard or remote computer, one of the values, in this case V2, so that in this same range, the inverted voltage -V2 measured at the output of the second linear Hall effect sensor 30 has a decreasing slope (Figure 1c). In the case where the linear Hall effect sensors of the network are oriented in an opposite direction, one obtains directly as illustrated in FIG. 1c inverse slopes between the voltages V1 and V2 respectively measured at the output of the first and second linear Hall effect sensors.
Selon l'invention, la pente de la première tension et la pente de la deuxième tension mesurée en sortie de deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs doivent être opposées l'une l'autre, c'est à dire de signe opposé et de valeur absolue égale. Si tel n'est pas le cas, c'est à dire que les valeurs absolues ne sont pas égales, alors il y a lieu de procéder à une calibration afin de se replacer dans ce cas idéal facilitant le traitement. De la mesure des tensions sur deux capteurs à effet Hall linéaires, de préférence consécutifs, on peut alors en déduire la position de l'élément magnétique. Par exemple, on peut avantageusement calculer un ratio entre la première tension et la deuxième tension mesurée en sortie de deux capteurs. According to the invention, the slope of the first voltage and the slope of the second voltage measured at the output of two consecutive linear Hall effect sensors must be opposite to each other, that is to say of opposite sign and of value. equal absolute. If this is not the case, that is to say that the absolute values are not equal, then it is necessary to carry out a calibration in order to return to this ideal case facilitating the treatment. From the measurement of the voltages on two linear Hall effect sensors, preferably consecutive, we can then deduce the position of the magnetic element. For example, it is advantageous to calculate a ratio between the first voltage and the second voltage measured at the output of two sensors.
A titre d'exemple avec V1 et V2 les tensions mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur à effet Hall linéaire, un calcul de ratio R possible est : (V1ùV2) R _ (Vl+V2) (i) Avec une approximation linéaire de l'évolution de la tension sur une certaine plage de position autour du centre d'un capteur à effet Hall linéaire, dans le cas où deux capteurs à effet Hall linéaires sont mis en oeuvre, l'évolution du ratio en fonction de la position reste linéaire, on en déduit aisément la position. Dans cette approximation linéaire, il est préférable que les dimensions de l'élément magnétique (aimant) soient telles que sa longueur soit environ égale à deux fois celle de la course. By way of example with V1 and V2 the measured voltages respectively at the output of the first and the second linear Hall effect sensor, a possible ratio R calculation is: (V1uV2) R _ (V1 + V2) (i) With an approximation linear evolution of the voltage over a certain range of position around the center of a linear Hall effect sensor, in the case where two linear Hall effect sensors are implemented, the evolution of the ratio according to the position remains linear, we easily deduce the position. In this linear approximation, it is preferable that the dimensions of the magnetic element (magnet) are such that its length is approximately twice that of the race.
Dans un mode de réalisation illustratif à approximation linéaire, avec un aimant dont les dimensions sont correctement choisies (par exemple 22 mm) et un réseau de deux capteurs à effet Hall linéaires ayant un écart de 5 mm entre eux, on peut obtenir un dispositif de détermination de la position de l'aimant par rapport au réseau de capteurs dont la longueur est de l'ordre de 10 mm mais permettant avantageusement de mesurer un déplacement (une course) de l'ordre de 13 mm. Grâce à l'invention, la taille du dispositif de détermination de la position linéaire est inférieure à la course de l'aimant. Grâce au calcul de ratio, la détermination de la position est insensible aux dérives de l'élément magnétique ainsi qu'à des variations de l'écart entre l'élément 30 magnétique et le plan de mesure des capteurs à effet Hall de l'ordre de +/- 0,5 mm. De même, la dérive commune (en température et en vieillissement) des capteurs à effet Hall linéaires est avantageusement compensée, et ces capteurs peuvent rester simples, c'est-à-dire que l'invention ne nécessite pas de mettre en oeuvre de capteurs à effet Hall linéaires programmables. Comme illustré figure 2, l'invention peut mettre en oeuvre au moins un troisième capteur à effet Hall linéaire, consécutif au deuxième capteur, chaque capteur définissant 5 une position de référence pour la détermination de la position. Dans une étape préliminaire (typiquement à l'initialisation du dispositif), les tensions en sortie de tous les capteurs à effet Hall linéaires du réseau sont mesurées et on déduit des niveaux de champ (c'est-à-dire des valeurs des tensions respectives) entre quels capteurs à effet Hall linéaires est situé l'élément magnétique. Ensuite, seuls les 10 deux capteurs desquels l'élément magnétique est le plus proche peuvent être utilisés pour la détermination de la position linéaire. Pour la convenance de la présente description, on admettra que l'élément magnétique est d'abord positionné entre le premier et le deuxième capteur à effet Hall linéaire et se déplace vers le troisième capteur du réseau. 15 Le passage par une position de référence Pref, en l'espèce le deuxième capteur à effet Hall linéaire, permet de passer sans discontinuité du premier couple de capteurs, en l'espèce le premier et le deuxième capteur, au couple suivant, en l'espèce le deuxième et le troisième capteur à effet Hall linéaire. Par exemple, comme illustré figure 2, si l'aimant est d'abord situé entre le premier 20 et le deuxième capteur à effet Hall linéaire, on détermine sa position comme vu précédemment à partir des tensions respectives V1 et -V2, puis lorsque l'aimant se déplace vers le troisième capteur du réseau et se trouve entre le deuxième et le troisième capteur, on détermine alors sa position comme vu précédemment à partir des tensions respectives V2 et -V3, et ainsi de suite pour un déplacement le long du reste du réseau. 25 Avantageusement dans ce mode de réalisation, la longueur du dispositif selon l'invention est plus petite que celle de la course à mesurer. A titre d'exemple purement illustratif quant aux valeurs, dans cette configuration à au moins trois capteurs à effet Hall linéaires régulièrement espacés de 5 mm, on peut obtenir des signaux linéaires en sortie du dispositif selon l'invention sur une course de 30 13 mm + n * 5 mm, avec "n" le nombre de capteurs à effet Hall linéaires du réseau. La longueur de l'élément magnétique, pour sa part, est inversement proportionnelle au nombre de capteurs à effet Hall que comprend le réseau. De même que précédemment, grâce au calcul de ratio, la détermination de la position est insensible aux dérives de l'élément magnétique ainsi qu'à des variations de l'écart entre l'élément magnétique et le plan de mesure des capteurs à effet Hall de l'ordre de +1- 0,5 mm. Dans un autre mode de réalisation, l'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire peut être approximée par une fonction sinusoïdale sur une certaine plage de distance autour du centre du capteur à effet Hall linéaire. Dans cette configuration, deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs sont décalés de sorte que si le premier signal correspondant à la tension mesurée en sortie du premier capteur est un sinus, alors le deuxième signal correspondant à la tension mesurée en sortie du deuxième capteur est un cosinus du premier signal. Grâce à cette configuration, on peut utiliser des zones non linéaires de l'évolution de la tension mesurée en sortie d'un capteur à effet Hall linéaire en fonction de la position de l'élément magnétique par rapport audit capteur à effet Hall linéaire, c'est-à-dire que l'on peut donc réduire fortement la taille de l'élément magnétique. De même que précédemment, si deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs sont dans des sens opposés, on utilise les tensions des sortie desdits capteurs, et si deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs sont dans un même sens, on utilise la valeur opposée de l'un des signaux de sortie. In an illustrative linear approximation embodiment, with a magnet whose dimensions are correctly chosen (for example 22 mm) and an array of two linear Hall effect sensors having a distance of 5 mm between them, a device can be obtained. determining the position of the magnet relative to the sensor array whose length is of the order of 10 mm but advantageously to measure a displacement (a stroke) of the order of 13 mm. Thanks to the invention, the size of the linear position determining device is smaller than the stroke of the magnet. By virtue of the ratio calculation, the determination of the position is insensitive to the drifts of the magnetic element as well as to variations in the distance between the magnetic element and the measurement plane of the Hall effect sensors of the order of +/- 0.5 mm. Likewise, the common drift (in temperature and in aging) of the linear Hall effect sensors is advantageously compensated, and these sensors can remain simple, that is to say that the invention does not require the use of sensors. Programmable linear Hall effect. As illustrated in FIG. 2, the invention can implement at least one third linear Hall effect sensor consecutive to the second sensor, each sensor defining a reference position for the determination of the position. In a preliminary step (typically at the initialization of the device), the output voltages of all linear Hall effect sensors of the array are measured and field levels (i.e., values of the respective voltages) are derived. ) between which linear Hall effect sensors is located the magnetic element. Then, only the two sensors from which the magnetic element is closest can be used for the determination of the linear position. For the convenience of the present description, it will be assumed that the magnetic element is first positioned between the first and second linear Hall sensors and moves to the third sensor of the array. The passage through a reference position Pref, in this case the second linear Hall effect sensor, enables the first pair of sensors, in this case the first and the second sensors, to pass without interruption from the first pair to the next pair, at the same time. the second and the third linear Hall effect sensors. For example, as shown in FIG. 2, if the magnet is first located between the first 20 and the second linear Hall effect sensor, its position is determined as previously seen from the respective voltages V1 and -V2, and then when the magnet moves to the third sensor of the network and is between the second and the third sensor, then determine its position as seen previously from the respective voltages V2 and -V3, and so on for a displacement along the rest network. Advantageously in this embodiment, the length of the device according to the invention is smaller than that of the race to be measured. By way of a purely illustrative example with regard to the values, in this configuration with at least three linear Hall effect sensors regularly spaced by 5 mm, it is possible to obtain linear signals at the output of the device according to the invention over a path of 13 mm. + n * 5 mm, with "n" the number of linear Hall effect sensors in the network. The length of the magnetic element, for its part, is inversely proportional to the number of Hall effect sensors that includes the network. As previously, thanks to the ratio calculation, the determination of the position is insensitive to the drifts of the magnetic element as well as to variations in the difference between the magnetic element and the measurement plane of the Hall effect sensors. of the order of + 1- 0.5 mm. In another embodiment, the evolution of the voltage measured at the output of a linear Hall effect sensor as a function of the position of the magnetic element with respect to said linear Hall effect sensor can be approximated by a sinusoidal function on a certain range of distance around the center of the linear Hall effect sensor. In this configuration, two consecutive linear Hall effect sensors are shifted so that if the first signal corresponding to the voltage measured at the output of the first sensor is a sine, then the second signal corresponding to the voltage measured at the output of the second sensor is a cosine of the first signal. With this configuration, it is possible to use non-linear areas of the evolution of the voltage measured at the output of a linear Hall effect sensor as a function of the position of the magnetic element with respect to said linear Hall effect sensor. that is, the size of the magnetic element can be greatly reduced. As before, if two consecutive linear Hall effect sensors are in opposite directions, the output voltages of said sensors are used, and if two consecutive linear Hall effect sensors are in the same direction, the opposite value of the sensor is used. one of the output signals.
Avec V1 et V2 les tensions mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur à effet Hall linéaire, le calcul de position P peut être déterminé par exemple selon la formule : P = k x arctan avec k une constante.~V1 V2j De même que pour le mode de réalisation dans lequel l'approximation est linéaire, si le réseau comprend au moins un troisième capteur à effet Hall linéaire, consécutif au deuxième capteur à effet Hall linéaire, lorsque la première tension V1 et la deuxième tension V2 pour le calcul du ratio (ii) ont précédemment été les tensions mesurées respectivement en sortie du premier et du deuxième capteur à effet Hall linéaire, et que la tension V2 en sortie du deuxième capteur à effet Hall linéaire devient positive, la première tension V2 et la deuxième tension V3 pour le calcul du ratio (ii) sont les tensions mesurées respectivement en sortie du deuxième et du troisième capteur à effet Hall linéaire. With V1 and V2 the voltages measured respectively at the output of the first and the second linear Hall effect sensor, the position calculation P can be determined for example according to the formula: P = kx arctan with k a constant. ~ V1 V2j As well as for the embodiment in which the approximation is linear, if the network comprises at least one third linear Hall effect sensor, consecutive to the second linear Hall effect sensor, when the first voltage V1 and the second voltage V2 for the calculation of the ratio (ii) have previously been the voltages respectively measured at the output of the first and the second linear Hall effect sensor, and that the voltage V2 at the output of the second linear Hall effect sensor becomes positive, the first voltage V2 and the second voltage V3 for the calculation of the ratio (ii) are the voltages respectively measured at the output of the second and third linear Hall effect sensors.
Grâce à l'invention, l'erreur de linéarité résiduelle est inférieure à +/-1% et peut être corrigée par calcul, notamment du fait que l'erreur est stable en fonction de la température ou de la valeur de l'entrefer. De même que précédemment, les dimensions du dispositif selon l'invention sont 5 inférieures à la longueur de la course à mesurer. En outre un diagnostic est possible par calcul de cos2 + sin2 = 1. Avantageusement, afin d'améliorer l'erreur résiduelle, il est préférable d'accroître la distance séparant deux capteurs à effet Hall linéaires consécutifs du réseau. On obtient alors un décalage (déphasage) des courbes en sinus et en cosinus qui est légèrement 10 supérieur au déphasage de II/2 théorique. Or, comme cette approximation du signal de sortie à des courbes sinusoïdales n'est pas conforme au signal réel, le calcul selon la formule (ii) donne une valeur bien plus linéaire et stable. On parvient alors, dans ces conditions, à une erreur résiduelle quasi nulle et négligeable. Le calcul du ratio (arctan) est insensible aux dérives éventuelles de l'élément 15 magnétique, ainsi qu'aux variations de la valeur de l'entrefer de +1-0,5mm. L'avantage des capteurs à effet Hall linéaires est qu'ils n'ont pratiquement pas de dérive d'offset (décalage de la valeur zéro). Toutefois, entre deux capteurs sensés être identiques, il peut exister de légères variations de gain du fait des tolérances de fabrication. 20 Un écart de sensibilité entre deux capteurs à effet Hall linéaires peut être corrigé par une calibration, mais cet écart peut changer avec la température ou le vieillissement. On peut donc mettre en oeuvre une compensation en température. Selon l'invention, notamment pour compenser le vieillissement, lorsque la détermination de la position linéaire est mise en oeuvre par le premier et le deuxième 25 capteur à effet Hall linéaire, on peut réajuster le gain respectivement du premier ou du deuxième capteur à effet Hall linéaire lorsque la tension en sortie respectivement du deuxième ou du premier capteur à effet Hall linéaire devient nulle. En effet, ces positions de référence correspondent à un zéro magnétique, indépendant de l'écart entre l'élément magnétique et le plan de mesure des capteurs à 30 effet Hall linéaires, de la valeur du champ de l'aimant et du gain (ou sensibilité) du capteur à effet Hall linéaire. Lors du passage de l'aimant devant une de ces positions de référence, il suffit de relever la valeur sur l'autre capteur pour obtenir directement son gain. Une fois passé par ces deux références, on peut alors réajuster leur gain. Thanks to the invention, the residual linearity error is less than +/- 1% and can be corrected by calculation, in particular because the error is stable as a function of the temperature or the value of the gap. As before, the dimensions of the device according to the invention are smaller than the length of the stroke to be measured. In addition, a diagnosis is possible by calculating cos 2 + sin 2 = 1. Advantageously, in order to improve the residual error, it is preferable to increase the distance separating two consecutive linear Hall effect sensors of the network. This results in an offset (phase shift) of the sine and cosine curves which is slightly greater than the theoretical II / 2 phase shift. Now, since this approximation of the output signal to sinusoidal curves does not conform to the real signal, the calculation according to formula (ii) gives a much more linear and stable value. Under these conditions, a residual error of almost zero is negligible. The calculation of the ratio (arctan) is insensitive to any drifts of the magnetic element, as well as to variations in the value of the air gap of + 1-0.5 mm. The advantage of linear Hall effect sensors is that they have practically no offset drift (offset of the zero value). However, between two sensors deemed to be identical, there may be slight variations in gain due to manufacturing tolerances. A difference in sensitivity between two linear Hall effect sensors may be corrected by calibration, but this difference may change with temperature or aging. It is therefore possible to implement temperature compensation. According to the invention, in particular to compensate for aging, when the determination of the linear position is carried out by the first and second linear Hall effect sensors, it is possible to readjust the gain respectively of the first or the second Hall effect sensor. linearly when the output voltage respectively of the second or the first linear Hall effect sensor becomes zero. Indeed, these reference positions correspond to a magnetic zero, independent of the difference between the magnetic element and the measurement plane of the linear Hall effect sensors, the value of the field of the magnet and the gain (or sensitivity) of the linear Hall effect sensor. When passing the magnet in front of one of these reference positions, simply raise the value on the other sensor to get its gain directly. Once past these two references, we can readjust their gain.
Selon un autre aspect de l'invention, on peut également utiliser la relation de cohérence entre les deux tensions issues des deux capteurs à effet Hall linéaires utilisés pour la détermination de la position pour corriger l'écart de gain entre ceux-ci. Cette particularité est intéressante, par exemple sur les embrayages de véhicule automobile où la précision est nécessaire principalement au retour, c'est à dire lorsque l'on embraye. Lors du débrayage, le capteur se réajuste parfaitement, assurant une grande précision au retour. Pour améliorer la correction à l'aller, on peut utiliser le principe selon lequel V1 + V2 = constante dans le mode de réalisation correspondant à une approximation linéaire, et le principe selon lequel cos2 + sin2= constante dans le mode de réalisation correspondant à une approximation sinusoïdale. En recalculant les tensions V1 et V2 à partir de la position, on peut déterminer s'il existe un écart et effectuer une correction. Cette correction peut être d'autant meilleure qu'un déplacement a lieu ; on peut alors vérifier la réelle constance de la constante assumée (V1+V2 ou cos2+sin2) et en déduire des facteurs de correction. Cette correction peut être intégrée dans une boucle d'asservissement par exemple de type PID. According to another aspect of the invention, it is also possible to use the coherence relation between the two voltages coming from the two linear Hall effect sensors used for determining the position in order to correct the gain difference between them. This feature is interesting, for example on motor vehicle clutches where precision is necessary mainly to return, that is to say when one engages. When the clutch disengages, the sensor readjusts itself perfectly, ensuring a high accuracy when returning. To improve the forward correction, one can use the principle that V1 + V2 = constant in the embodiment corresponding to a linear approximation, and the principle that cos2 + sin2 = constant in the embodiment corresponding to a sinusoidal approximation. By recalculating the voltages V1 and V2 from the position, it is possible to determine whether there is a difference and to make a correction. This correction can be better if a displacement takes place; we can then check the true constancy of the assumed constant (V1 + V2 or cos2 + sin2) and deduce some correction factors. This correction can be integrated in a servo loop, for example of the PID type.
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