KR20050016122A - 비접촉식 각도 측정장치 - Google Patents

비접촉식 각도 측정장치

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KR20050016122A
KR20050016122A KR1020040061270A KR20040061270A KR20050016122A KR 20050016122 A KR20050016122 A KR 20050016122A KR 1020040061270 A KR1020040061270 A KR 1020040061270A KR 20040061270 A KR20040061270 A KR 20040061270A KR 20050016122 A KR20050016122 A KR 20050016122A
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 회전각 측정 정밀도가 향상된 비접촉식 회전각도 측정장치를 제공하는 것에 있다.
회전축(2)에는 자석(3)이 설치되어 있다. 각도센서소자(1)는, 회전축(2)의 회전에 의하여 자석(3)으로부터 발생하는 자계의 변화를 검출한다. 신호처리기(5)는 온도센서(6)에 의하여 검출된 온도에 의거하여 센서소자(1) 및 신호처리기(5) 및 자석(3)을 포함하는 센서의 개체차를 신호의 진폭치 및/또는 옵셋치 또는 진폭치의 경시변화를 보정함으로써 보정한다. 센서소자(1)는 제 1 및 제 2 출력(v1, v2)을 출력하고, 신호처리기(5)는 출력(v1) 및 출력(v2)의 진폭치의 온도계수 또는 옵셋치의 온도계수 또는 진폭치의 경시변화계수를 구하고, 이들 계수에 의하여 보정된 제 1 및 제 2 출력의 비(ratio)를 구하고, 이 보정된 비(ratio)를 사용하여 각도를 산출한다.

Description

비접촉식 각도 측정장치{NON-CONTACT ANGULAR MEASURING APPARATUS}
본 발명은, 회전체의 회전각도를 검출하는 비접촉식 각도 측정장치에 관한 것이다.
종래의 비접촉식 각도 검출장치에 있어서는, 예를 들면 일본국 특개2003-21503호 공보에 기재된 바와 같이, 센서소자의 모든 저항치로부터 센서소자의 온도를 추정하고, 그 추정온도에 의거하여 센서소자의 출력을 보정하는 것이나, 일본국 특개2002-48508호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 센서용 코일과 직렬 접속된 온도 보상용 코일에 의하여 온도 드리프트를 보정하는 것이 알려져 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2003-21503호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2002-48508호 공보
그러나, 일본국 특개2003-21503호 공보나, 특개2002-48508호 공보에 기재된 것에서는, 센서소자의 온도특성의 개체차나, 자석이나 신호처리회로 등과 같이 센서를 구성하는 부재의 온도특성의 개체차에 대해서는 고려되어 있지 않은 것이다. 즉, 일본국 특개2003-21503호 공보나, 특개2002-48508호 공보에 기재된 것에서는 센서소자의 온도특성은 모든 센서소자에 대하여 모두 동일하다고 하여 일률적으로 온도보정하고 있다. 그러나 실제로는 하나 하나의 센서소자에 대하여 검토하여 보면 그 온도 특성은 로트단위 등에 의하여 다르다. 또 자석이나 신호처리회로 등과 같이 센서를 구성하는 부재의 온도특성도 각각 개체차를 가지고 있다. 따라서 온도의 영향 및 경시 변화에 의하여 생기는 센서신호의 변화량에 개체차가 보이는 경우, 각도 측정장치의 사용기간 중, 정밀도가 현저하게 변화된다는 문제가 있었다. 예를 들면 자동차에 있어서 회전각 측정에 사용하는 경우, 정밀도에 대한 매우 높은 요구와 수명기간에 걸친 안정성이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 회전각 측정 정밀도가 향상된 비접촉식 회전각도 측정장치를 제공하는 것에 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 회전축과 함께 회전하는 자계 발생수단과, 상기 회전축의 회전에 의하여 상기 자계 발생수단으로부터 발생하는 자계의 변화를 검출하는 센서소자와, 이 센서소자의 출력신호를 처리하는 신호처리수단을 가지고, 상기 센서소자의 출력신호에 의거하여 상기 회전축의 회전각도를 측정하는 비접촉식 각도 측정장치에 있어서, 상기 센서소자 및 상기 신호처리수단 및 상기 자계 발생수단을 포함하는 센서의 개체차를 보정하는 보정수단을 구비하도록 한 것이다.
이와 같은 구성에 의하여 각 센서의 개체차를 보정할 수 있어, 회전각 측정 정밀도를 향상할 수 있게 된다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 센서소자의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하고, 상기 보정수단은 상기 온도센서에 의하여 검출된 온도에 의거하여 상기 센서의 개체차를 보정하도록 한 것이다.
(3) 상기 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 보정수단은 상기 온도센서에 의하여 검출된 온도에 의거하여 상기 신호처리수단이 출력하는 신호의 진폭치 및/또는 옵셋치를 보정하도록 한 것이다.
(4) 상기 (2)에 있어서, 바람직하게는 상기 보정수단은 상기 온도센서에 의하여 검출된 온도에 의거하여 상기 신호처리수단이 출력하는 신호의 진폭치의 경시변화를 보정하도록 한 것이다.
(5) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 센서소자는 제 1 및 제 2 출력 (v1, v2)을 출력하고, 상기 보정수단은 상기 출력(v1) 및 출력(v2)의 진폭치의 온도계수 또는 옵셋치의 온도계수 또는 진폭치의 경시변화 계수를 구하고, 이들 계수에 의하여 보정된 제 1 및 제 2 출력의 비(ratio)를 구하고, 이 보정된 비(ratio)를 사용하여 각도를 산출하도록 한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 19를 사용하여 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
제일 먼저 도 1을 사용하여 본 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 전체구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 전체 구성도이다.
본 실시형태에 의한 각도 측정장치는, 회전체의 회전각도를 비접촉으로 계측하는 것이다. 여기서 회전체란, 예를 들면 자동차의 스티어링 샤프트, 핸들 로드나 시프트 레일이다.
회전축(2)은, 이 회전체와 접합된 축이며, 회전체와 동기하여 회전하는 것, 또는 회전체 그 자체이다. 회전축(2)에는 자석(3)이 회전축(2)과 동기하여 회전할 수 있게 회전축상에 부설되어 있다.
또, 자석(3)으로부터 발생하는 자속의 영역 내에 회로기판(4)의 위에 탑재된 각도센서소자(1)가 배치되어 있다. 회로기판(4)에는 그 밖에 신호처리기(5), 온도센서(6), 홀소자(7)나 메모리(8)가 탑재되어 있다.
온도센서(6)는 센서소자(1)의 온도를 계측하기 위하여 센서소자(1)의 근방에 배치되어 있다. 또 홀소자(7)는 각도영역을 판정하기 위하여 사용하는 것으로, 그 동작에 대해서는 도 5를 사용하여 뒤에서 설명한다. 홀소자(7)는 자석(3)에 의하여 발생하는 자속을 검출하기 위하여 각도센서소자(1)의 근방에 배치되어 있다.
신호처리기(5)는 각도센서소자(1)와, 온도센서(6)와, 홀소자(7)의 출력을 신호처리하여 회전축(2)의 각도를 산출한다.
센서소자(1)는 예를 들면 거대 자기저항소자[GMR(Giant Magneto Resister)소자]나, 자기저항소자[MR(Magneto Resister)소자]나, AMR 이고, 각각 재료 및 제조회사에 따라 동작에 필요한 자계가 다르다. 필립스사 제품인 MR 소자(KMZ43)를 사용한 경우는, 동작 자계가 25 kA/m 이상으로 권장되고 있다.
자석(3)은 예를 들면 페라이트, SmCo나 SmFeN을 생각할 수 있으나, 특히 SmFeB(히다치 긴조쿠 가부시키가이샤 Br = 650∼590 mT, Hcb = 400∼440 kA/m)를 선정한 경우에는 형상을 직경 φ20, 두께 t = 3 mm로 하고, 자석 하부에 요크재를 설치함으로써 자석(3)과 센서소자(1)의 거리(에어갭)가 6 mm ±1 mm의 위치에 있어서, 센서소자(1)의 권장동작 자계를 실현할 수 있다.
신호처리기(5)는, 예를 들면 마이크로컴퓨터이거나, 외부에 설치된 PC나 DSP 보드이다. 회로기판(4)은 예를 들면 PCB나 세라믹이거나, SUS 등의 금속이다. 여기서 센서소자(1)와 자석(3) 사이에 부재가 배치되는 경우는 비자성체일 필요가 있다. 도 1에서는 회로기판(4)이 이 비자성체에 상당한다.
메모리(8)는 뒤에서 설명하는 캘리브레이션이나 센서출력의 보정에 사용하는 것으로, RAM, EPROM, EEPROM, 플래시메모리 등이 사용된다. 또 마이크로컴퓨터 내에 포함되어 있는 경우도 있다.
온도센서(6)는 센서소자(1)의 온도정보를 제공할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면 서미스터를 생각할 수 있으나, 예를 들면 일본국 특개2003-021503호 공보에 기재된 바와 같이 센서소자의 저항치를 검지함으로써 온도센서로 하여도 좋은 것이다.
다음에 도 2를 사용하여 본 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 회로 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 회로구성을 나타내는 블록도이다. 또한 도 1과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
회로기판(4)의 위에는 각도센서소자(1), 온도센서(6), 홀소자(7), 신호처리기(5) 외에 센서소자(1)나 홀소자(7)의 출력을 증폭하기 위한 증폭기(9, 9A)나, 외부와의 통신을 담당하는 통신용 IC(10)가 배치되어 있다.
여기서 온도센서(6)는 센서소자(1)의 온도를 정확하게 계측하기 위하여 센서소자(1)의 가까이에 배치한다. 또 회로기판(4)상에 다른 부품이 배치되어 있고, 그 중 발열체가 있는 경우, 온도센서(6)가 발열체의 영향을 받지 않도록 발열체와 온도센서(6)를 분리하여 배치한다. 예를 들면 발열체로서는 회전축을 회전시키는 위한 FET 스위치나 FET 드라이버 등을 생각할 수 있다.
다음에 도 3을 사용하여 본 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 각도센서소자의 출력신호에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 각도센서소자의 출력신호의 파형도이다.
신호(v1, v2)는 각도센서소자(1)의 출력신호를 증폭기(9)로 약 30배로 증폭한 파형을 나타내고 있다. 신호(v1, v2)는 자석(3)의 회전각도에 대하여 서로 45도 위상차가 있는 2계통의 신호로 되어 있고, 신호의 주기는 모두 180도이다. 이 2계통의 신호(v1, v2)는 이상적인 상태에서는 각각 주기가 180도인 정현파 및 여현파이다.
다음에, 도 4 내지 도 8을 사용하여 본 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 캘리브레이션에 대하여 설명한다.
각도센서소자(1)로부터 공급되는 출력신호는, 이상적으로는 주기 180도의 정현파 및 여현파이고, 아크탄젠트를 사용하여 각도계산을 할 수 있다. 그러나 회전체와 회로기판의 조립 오차나, 센서소자(1)의 납땜오차, 자석의 설치오차 등이 있고, 센서소자(1)의 출력신호는 수학적인 정현파 및 여현파로부터의 차이가 존재한다. 이 차이가 각도 정밀도에 영향을 미친다. 그래서 신호처리기가 조립된 후에, 즉 센서소자(1)와 자석(3)의 위치관계가 정해진 후에 캘리브레이션을 행할 필요가 있다.
여기서, 도 4를 사용하여 본 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 사용하는 캘리브레이션장치에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 사용하는 캘리브레이션장치의 구성도이다.
대좌의 위에는, 각도 측정장치(20)와 로터리 인코더(30)가 설치된다. 여기서 각도 측정장치(20)의 회전축과, 로터리 인코더(30)의 회전축이 동기하여 회전하도록 설치되어 있다.
각도 측정장치(20)와, 호스트 컴퓨터(40)는 CAN 통신에 의하여 접속되어 데이터의 송수신을 행하고 있다. 또 로터리 인코더(30)의 출력은 각도 측정장치(20)를 경유하여 호스트 컴퓨터(40)에 송신되고 있다. 여기서 로터리 인코더(30)의 출력은 직접 호스트 컴퓨터(40)에 접속되어도 좋은 것이다. 인코더(30)는 회전축의 회전각도에 대응한 기준이 되는 절대각도를 제공한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 사용하여 캘리브레이션 순서에 대하여 설명한다.
도 5는 호스트 컴퓨터(40)에 있어서의 캘리브레이션 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 5의 단계 s10에 있어서, 호스트 컴퓨터(40)는 이하의 수학식 (1)을 사용하여 센서출력(v1, v2)의 정규화를 행하여 정규화된 신호(v1n, v2n)를 산출한다. 이에 의하여 센서출력의 중심값이 0 이 된다.
여기서, v1, v2는 각각 센서소자(1)의 출력신호를 증폭기로 약 30배로 증폭한 신호이며, v1offrset, v2offset은, 각각(v1max + v1min)/2, (v2max + v2min)/2로 계산되는 센서출력의 중심값(옵셋치)이다. v1max는 v1의 최대치, v1min는 v1의 최소치, v2max는 v2의 최대치, v2 min는 v2의 최소치이다.
다음에 단계 s20에 있어서, 정규화된 신호를 서로 제산하여 v1n과 v2n의 비(ratio)(r12, r21)를 이하의 수학식 (2)에 의하여
로 계산한다.
여기서 도 6을 사용하여 회전각도(0∼360°)와 ratio(r21, r12)의 관계에 대하여 나타낸다.
도 6은 회전각도와 ratio의 관계의 설명도이다.
다음에, 단계 s30에 있어서 도 6에 나타낸 Ratio를 검출하는 각도범위를 소정의 각도영역으로 분할한다. 예를 들면 각도 측정장치의 각도검출범위가 0 내지 360도인 경우, 하기조건에 따라 각도범위를 8개의 영역으로 분할한다. 각각의 분할된 영역은 약 45도의 각도범위를 가진다.
조건 1 (｜r12｜< 1 & v2n > 0 & Vhall1 == L)일 때 영역 1
조건 2 (｜r21｜< 1 & v1n > 0 & Vhall2 == H)일 때 영역 2
조건 3 (｜r12｜ < 1 & v2n < 0 & Vhall2 == H)일 때 영역 3
조건 4 (｜r21｜ < 1 & v1n < 0 & Vhall1 == H)일 때 영역 4
조건 5 (｜r12｜ < 1 & v2n > 0 & Vhall1 == H)일 때 영역 5
조건 6 (｜r21｜ < 1 & v1n > 0 & Vhall2 == L)일 때 영역 6
조건 7 (｜r12｜ < 1 & v2n < 0 & Vhall2 == L)일 때 영역 7
조건 8 (｜r21｜ < 1 & v1n < 0 & Vhall1 == L)일 때 영역 8
여기서, Vhall1 또는 Vhall2는 USP6064197에 기재된 바와 같이 센서출력이 있는 각도에 대하여 선대칭인 경우에 영역을 판정하기 위하여 사용되는 신호이다.
여기서, 도 7을 사용하여 Vhall1 및 Vhall2 신호에 대하여 설명한다.
도 7은 Vhall1 및 Vhall2 신호의 파형도이다. 도 7(a)는 Vhall1신호를 나타내고, 도 7(b)는 Vhall2 신호를 나타내고 있다.
Vhall1 또는 Vhall2 신호는, 도 1에 나타낸 홀소자(7)의 출력이고, 180도를 초과하는 각도영역을 검지할 때에 사용한다. Vhall1신호는, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 90 내지 270°에 있어서 H 레벨의 신호이고, 그것 이외에서 L 레벨을 나타낸다. Vhall2 신호는, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 0 내지 180°에서 H 레벨의 신호이고, 그것 이외에서 L 레벨을 나타낸다.
따라서, 상기한 영역분할의 조건에 따르면, 예를 들면 어느 순간에 있어서 v1n = -0.17633, v2n = -5.67128, Vhall = L일 때는, 「영역 1」에 속하게 된다.
한편, 0 내지 180도 이내의 각도영역을 검지하는 경우는,
조건 1 (｜r12｜ < 1 & v2n > 0)일 때 영역 1
조건 2 (｜r21｜ < 1 & v1n > 0)일 때 영역 2
조건 3 (｜r12｜ < 1 & v2n < 0)일 때 영역 3
조건 4 (｜r21｜ < 1 & v1n < 0)일 때 영역 4
로 하고, 4개의 조건을 사용함으로써 영역을 판정할 수 있다.
다음에 단계 s40에 있어서, 도 6의 Ratio와 각도의 관계에 있어서 가로축의 각도를 시프트한다. 즉, 도 6을 보면 영역 1은 절대각도에 있어서 0°내지 약 40°와, 약 345°내지 360°로 되어 있고, 절대각도에 대하여 불연속으로 되어 있다. 따라서 불연속의 영역을 없애기 위하여 영역 사이의 경계가 계산상의 임시의 제로점(이하, 「옵셋각도」라 부른다)이 되도록 절대각도를 시프트시킨다. 예를 들면 옵셋각도를 영역 4와 영역 5의 경계인 절대각도 170°라 하고,
시프트한 각도 = 절대각도 - 옵셋각도
로, 절대각도로부터 옵셋각도를 감산함으로써 시프트한 각도가 산출된다.
도 8은 시프트한 각도와, r21, r12와의 관계의 설명도이다. 도 8에 의하여 각 영역에 있어서 시프트한 각도와 r21, r12의 어느쪽인가가 일의적으로 대응하고 있음을 알 수 있다.
다음에 단계 s50에 있어서, 도 8에 나타내는 각도(θ)와 ratio의 관계를, 3차함수로 근사하여, 각 영역에서 하기 수학식 (3)을 최소로 하는 계수(a, b, c, d)를 계산한다.
여기서, θ는 각 영역에 있어서의 시프트한 각도이다. x는 영역 1·영역 3·영역 5·영역 7에서는 ratio - r21 이고, 영역 2·영역 4·영역 6·영역 8에서는 ratio - r12 이다. 따라서 예를 들면 영역 1에서는 대응하는 계수(a, b, c, d)를 구함으로써 r21로부터 영역 1의 시프트한 각도에 대한 사상을 구하게 된다.
다음에, 단계 s60에 있어서 파라미터 보존을 메모리(8)에 보존한다. 여기서 보존되는 파라미터는 캘리브레이션시에 사용된 파라미터와, 산출된 파라미터로 이루어진다. 보존되는 사용된 파라미터로서는, 출력(1)의 최대치와 최소치, 출력(2)의 최대치와 최소치, 캘리브레이션시의 온도정보이다. 보존되는 산출된 파라미터로서는 각 영역의 계수(a, b, c, d)와, 옵셋각도이다. 또한 캘리브레이션시의 온도정보는 뒤에서 설명하는 센서출력의 보정시에 사용된다.
이상의 순서에 의하여 캘리브레이션이 실행된다. 또 각도를 산출할 때에는 상기 단계 s10 내지 s30를 실행하여 영역을 판정한 다음에 이하의 수학식 (4)에 의하여
를 계산하여 절대각도(θ)를 산출한다.
다음에 도 9 내지 도 12를 사용하여 산출된 회전각도의 정밀도에 영향을 미치는 오차요인에 대하여 설명한다.
센서조립체가 다 조립된 후에, 캘리브레이션을 행하기 때문에, 캘리브레이션을 행한 시점에서는 각도오차는 캘리브레이션의 계산오차뿐으로, ±0.2°로 거의 무시할 수 있다. 그러나 캘리브레이션을 실행한 시점을 초기상태(T = Td, time = 0)라 하면, 이 초기상태와 온도가 변하기도 하고, 초기상태로부터 시간이 경과되면 이 초기 상태로부터의 변동은 각도오차의 요인이 된다. 센서출력에 보이는 초기상태로부터의 변동은 주로,
(1) 진폭치의 온도특성
(2) 옵셋치의 온도특성
(3) 진폭치의 경시변화
를 들 수 있다.
여기서는 진폭치(vpeak)는, (vmax - vmin)/2라 정의하고, 옵셋치(voffset)는 (vmax + vmin)/2라 정의하고 있다.
제일 먼저 도 9 내지 도 11을 사용하여 (1) : 진폭치의 온도특성, (2) : 옵셋치의 온도특성에 대하여 설명한다.
도 9는 온도조건 125℃일 때의 각도센서소자의 출력신호의 파형도이다. 여기서 도 3에 나타낸 온도조건 25℃일 때의 각도센서소자의 출력신호의 파형과 비교하면 센서출력의 진폭[v1peak(25℃), vlpeak(125℃)] 및 옵셋[v1offset(25℃), v1offset (125℃)]이 변화되어 있음을 알 수 있다. 온도상승과 함께 센서출력의 진폭치(v1peak)가 작아지고, 옵셋치(v1offset)가 변화되어 있다.
도 10은 진폭(vpeak)과 온도(T)의 관계를 나타내는 도면이다. 일반적으로 자기저항소자의 반응성은 온도와 함께 감소되고, 자석의 자력도 온도와 함께 감소되기 때문에 출력의 진폭치는 온도와 함께 감소경향을 나타낸다. 그러나 그 감소율은 각 각도센서소자(A1, A2)마다 달라 개체차가 보인다.
또, 도 11은 옵셋치(voffset)와 온도(T)의 관계를 나타내는 도면이다. 옵셋치(voffset)에는 진폭치(vpeak)와 같은 경향은 보이지 않고, 시험 샘플에 의하여 센서소자(A3)와 같이 샘플온도와 함께 옵셋치가 상승하는 것이나, 센서소자(A4)와 같이 샘플온도와 함께 옵셋치가 감소하는 것 등 다양한 특성을 나타내는 경우가 있다.
다음에 도 12를 사용하여 (3) 진폭치의 경시변화에 대하여 설명한다. 도 12는 고온상태(예를 들면, 140℃)에서 장시간 사용한 경우의 센서소자의 진폭치(v1peak)의 변화의 설명도이다. 시간(T)과 함께 진폭치(v1peak)가 감소되고 있는 것 을 알 수 있다. 이 원인은 주로 자석의 열감자(불가역변화)에 의한 것이다.
다음에, 도 13 내지 도 16을 사용하여 본 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치를 사용한 각도의 제 1 보정방법에 대하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치를 사용한 각도의 제 1 보정방법의 내용을 나타내는 플로우차트이다.
이 제 1 보정방법에서는 각도 정밀도에 영향을 미치는 요인인
(1) 진폭치의 온도특성
(2) 옵셋치의 온도특성
(3) 진폭치의 경시변화
의 3가지의 요인에 의한 각도 정밀도에 대한 영향을 모두 보정하도록 하고 있다.
각도센서소자의 출력(v1, v2)을 수학식으로 표현하면, 각각 이하의 수학식 (5), 수학식 (6)으로 나타낼 수 있다.
여기서, v1peak는 출력(v1)의 피크전압, v2peak는 출력(v2)의 피크전압, f 및 g는 중심값이 0 또한 진폭이 ±1인 정규화된 θ의 함수, Td는 캘리브레이션시의 온도, T는 임의의 온도, θ는 회전각도, TCv1peak는 피크전압(v1peak)의 온도계수, TCv2peak는 피크전압(V2peak)의 온도계수, LTD1peak는 피크전압(v1peak)의 경시열화계수, LTD2peak는 피크전압(V2peak)의 경시열화계수, v1offset은 출력(v1)의 옵셋전압, TCv1offset은 옵셋전압(v1offset)의 온도계수, v2offset은 출력(v2)의 옵셋전압, TCv2offset은 옵셋전압(v2offset)의 온도계수, time는 캘리브레이션시를 초기상태로 한 경과시간이다.
피크전압(v1peak), 피크전압(v2peak), 피크전압(v1)의 온도계수(TCv1peak), 피크전압(v2)의 온도계수(TCv2peak), 옵셋전압의 온도계수(TCv1offset), 옵셋전압의 온도계수(TCv2offset)는 온도의 함수이며, 경시열화계수(LTD1peak, LTD2peak)는 시간의 함수이다.
캘리브레이션시는 T = Td 또한 time = 0으로 둘 수 있기 때문에, 캘리브레이션시의 출력(v1ncalibration, v2ncalibration)은, 각각 이하의 수학식 (7), 수학식 (8)에 의하여
로 나타낼 수 있다.
또, 캘리브레이션의 단계 s10에 사용한 정규화된 신호는, 각각 이하의 수학식 (9), 수학식 (10)에 의하여
으로 나타낼 수 있다.
또한 캘리브레이션의 단계 s20에서 사용한 ratio는, 각각 이하의 수학식 (11), 수학식 (12)에 의하여
로 나타낼 수 있다.
여기서 수학식 (5)와 수학식 (7)을 비교하고, 또 수학식 (6)과 수학식 (8)을 비교하면 몇개인가의 차이를 볼 수 있다. 이들 차이의 영향에 의하여 각도 측정장치의 정밀도가 악화되는 경우가 있다. 이하, 제 1 보정방법에서는 이들 차이를 측정 또는 추정함으로써 센서출력을 보정한다.
이하, 도 13의 플로우차트를 사용하여 제 1 보정방법에 의하여 보정처리의 내용에 대하여 설명한다.
단계 s100에 있어서, 도 5에서 나타낸 초기상태의 캘리브레이션을 실행한다.
다음에 단계 s110에 있어서, 다른 2개의 온도조건에 있어서 각도 측정장치의 회전축을 회전시키고, 그때의 각도 측정장치의 출력을 검출한다.
그리고, 단계 s120에 있어서 센서출력의 최대치(v1max, v2max)와 최소치(v1min, v2 min)를 계측한다.
다음에, 단계 s130에 있어서, 단계 s120에서 구해진 최대치 및 최소치로부터 진폭치의 온도특성(TCv1peak, TCv2peak) 및 옵셋치의 온도특성(TCv1offset, TCv2offset)을 측정한다.
예를 들면, 다른 2개의 온도조건을 각각 Td와 T1이라 하면, 출력(v1)의 온도 (Td)에서의 진폭치[v1peak(Td)]는 수학식 (13)에 의하여
으로 구해진다. 또 출력(v1)의 온도(T1)에서의 진폭치[v1peak(T1)]는, 수학식 (14)에 의하여
로 구해진다. 수학식 (13) 및 수학식 (14)로부터 출력(v1)의 진폭치의 온도 계수(TCv1peak)는, 수학식 (15)에 의하여
로 구해진다.
한편, 출력(v1)의 온도(Td)에서의 옵셋치[v1offset(Td)]는, 수학식 (16)에 의하여
으로 구해진다. 출력(v1)의 온도(T1)에서의 옵셋치[v1offset(T1)]는, 수학식 (17)에 의하여
로 구해진다. 이것으로부터 출력(v1)의 옵셋치의 온도계수(TCv1offset)는, 수학식 (18)에 의하여
로 구해진다.
마찬가지로 출력(v2)에 관해서도 계산을 행하여 출력(v2)의 진폭치의 온도계수(TCv2peak)는, 수학식 (19)에 의하여
로 구해진다. 또 출력(v2)의 옵셋치의 온도계수(TCv2offset)는, 수학식 (20)에 의하여
으로 구해진다.
이 온도계수(TCv1peak, TCv2peak, TCv1offset, TCv2offset)를 전수(全數)검사 또는 몇개인가의 샘플의 평균치를 실험에 의하여 구한다.
다음에, 단계 s140에 있어서 단계 s130에서 구해진 온도계수(TCv1peak, TCv2peak, TCv1offset, TCv2offset)를 메모리(8)에 보존한다. 또한 온도센서에 의하여 임의의 시각의 센서소자의 온도(T)를 계측할 수 있다.
다음에 단계 s150에 있어서 임의의 온도 또는 경과시간에 있어서 신호처리기(5)는 메모리에 보존된 온도계수(TCv1peak, TCv2peak, TCv1offset, TCv2offset)와, 온도센서의 출력(T)과, 센서출력(v1, v2)과, 캘리브레이션시의 온도정보(Td)로부터 수학식 (21), 수학식 (22)에 의하여
를 구함으로써, 보정계산을 실행한다.
다음에 단계 s160에 있어서, 이하의 처리에 의하여 ratio를 계산한다. 즉, 제일 먼저 수학식 (21) 및 수학식 (22)의 제산을 행하여 비를 계산하면, 이하의 수학식 (23) 또는 수학식 (24)와 같이
가 된다.
여기서, 진폭치의 경시열화계수(LTD1peak, LTD2peak)는 자석의 감자에 의한 영향이 크다. 이 때문에 센서소자에 균일하게 자계가 작용하는 환경에서는 출력계통사이의 상위는 무시할 수 있기 때문에, 수학식 (25)와,
로 둘 수 있다. 그리고 수학식 (25)를 사용하여, 수학식 (23) 및 수학식 (24)를 각각 재계산하면, 수학식 (26) 및 수학식(27)과 같이,
이 된다.
다음에 단계 s170에 있어서, 수학식 (26) 및 수학식 (27)에서 구한 보정된 ratio - r12catibration, r21calibration을, 수학식 (3)의 x에 대입하여 각도(θ)를 산출한다.
이상 설명한 제 1 보정방법에 의하여 임의의 온도조건 또는 경과시간후의 출력을 보정하여 고정밀도로 각도를 산출 가능하게 된다.
여기서 도 14 내지 도 16을 사용하여 보정의 효과에 대하여 설명한다.
도 14는 보정을 행하지 않고, 센서출력에 의하여 각도를 계산한 경우의 각도편차를 나타내고 있다. 도 15는 상기한 보정에 의하여 센서출력에 의하여 각도를 계산한 경우의 각도 편차를 나타내고 있다. 단, 여기서 각도편차는 절대각도 - 계산된 각도이다.
도 14 및 도 15를 비교하면, 도 15에 나타내는 바와 같이 보정을 행한 결과로서, 각도 편차를 0.5°이하로 할 수 있고, 고정밀도로 각도를 검지할 수 있다.
도 16은 온도와 각도 편차(최대치와 최소치)의 관계를 나타내고 있다. 선(B1)은 보정을 하지 않는 경우의 최대 편차를 나타내고, 선(B2)은 보정을 하지 않은 경우의 최소 편차를 나타내고 있다. 선(C1)은 보정을 한 경우의 최대 편차를 나타내고 있고, 선(C2)은 보정을 한 경우의 최소 편차를 나타내고 있다.
통상은 상온(약 25℃)에서 캘리브레이션을 행하기 때문에 보정을 실행하지 않고 각도를 계산한 경우는, 상온으로부터의 온도변화와 함께 각도 편차가 증대한다. 예를 들면 각도 측정장치의 동작온도를 -40℃로부터 125℃라 하면, 125℃에서 최대 편차를 기록한다. 그러나 도 17에 나타내는 바와 같이 보정을 행함으로써 각도의 검출 정밀도가 향상되고 있음을 알 수 있다.
다음에 도 17 및 도 18을 사용하여 제 2 보정방법에 의하여 보정처리의 내용에 대하여 설명한다.
이 제 2 보정방법은, 도 18에 나타내는 바와 같이 몇개인가의 목표각도가 미리 소정의 서로 불연속한 위치에 정해져 있는 경우에 유효한 것이다. 예를 들면 도 18에 나타내는 바와 같이 목표각도로서 4개의 목표각도[PosA(345°내지 5°), PosB (70°내지 80°), PosC(165°내지 175°), PosD(260°내지 270°)]가 정해져 있다. 이와 같은 예에서는 각도 측정장치를 2구/4구 전환용 시프트 컨트롤러에 적용한 경우 이다. 시프트 컨트롤러에서는 2구, 4구 High, 4구 Low, 중립인 4개의 포지션을 검출하여 각각의 위치에 대응한 구동기구로 전환한다. 이때 4개의 포지션에 대응하는 것이 목표각도(PosA 내지 PosD)이다.
여기서, 어느 시각(Tl)에서 목표각도를 어느 위치에, 예를 들면 PosA에 설정한다. 목표각도가 PosA에 설정되어 있기 때문에, PosA의 위치에 회전축이 정지되어 있고, 도 18에 의거하여 소정의 센서출력이 출력되어 있다. 온도가 변화(T2)된 후에 외부신호에 의하여 목표각도를 PosA로부터 PosB로 전환하면, 회전축이 PosB의 위치방향으로 회전한다. 그 사이에 온도가 변화되고 있기 때문에, 또한 경시변화에 의하여 센서출력이 변화되는 경우를 생각할 수 있고, 출력변화에 의하여 각도 정밀도에 대한 영향이 나온다.
그러나, 여기서 PosA와 PosB 사이에서 센서출력의 피크치를 지나도록 미리 센서소자와 자석의 상대각도를 설정하여 둔다. 이 특징을 이용함으로써 상기 오차요인의 보정이 가능하다. 즉, 도 18에 나타내는 바와 같이 θ1에서 출력(2)이 최대치(v2max), θ2에서 출력(1)이 최대치(v1max)를 나타낸다. 출력(1)과 출력(2)의 위상차가 45도이기 때문에 출력(1)이 최대치를 기록하는 순간에 출력(2)은 옵셋치(v2offset)를 나타낸다. 또 마찬가지로 출력(2)이 최대치를 기록하는 순간에 출력(1)은 옵셋치(v1offset)를 나타낸다. 이와 같은 경우에는 옵셋치의 온도계수만으로 보정할 수 있다.
다음에 도 17을 사용하여 제 2 보정방법에 대하여 설명한다.
도 17의 단계 s200에 있어서, 도 5에서 나타낸 초기상태의 캘리브레이션을 실행한다.
다음에, 단계 s210에 있어서 회전축을 회전한다. 즉, 도 18의 목표각도(P0sA로부터 PosB)로 이동하고, 그 도중, 각도(θ1)나 각도(θ2)를 통과하도록 회전축을 회전한다.
다음에 단계 s220에 있어서, 각도(θ1)에 있어서 센서출력의 최대치(v2max)와, 옵셋 최소치(v1offset)를 검출하고, 각도(θ2)에 있어서 센서출력의 최대치(v1max)와, 옵셋 최소치(v2offset)를 검출한다.
다음에 단계 s230에 있어서, 단계 s120에서 구해진 최대치 및 최소치로부터 옵셋치의 온도특성(TCv1offset, TCv2offset)을 측정한다.
여기서 신호처리기에서는 미리 캘리브레이션시에 메모리에 기록된 데이터로부터 캘리브레이션시(온도 Td)의 옵셋 전압[v1offset(Td), v2offset(Td)]을 인식할 수 있다. 또 동작시의 온도(T2)를 온도센서에 의해 계측 가능하기 때문에 옵셋치의 온도계수(TCv1offset, TCv2offset)는 이하의 수학식 (28) 및 수학식 (29)에 의하여
산출 가능하다. 그리고 이 옵셋치의 온도계수를 메모리에 보존한다.
다음에 단계 s240에 있어서, 보정계산을 실행한다. 여기서 일반적인 자기저항소자로 보이는 바와 같이 진폭의 온도특성이 출력계통 사이에서 거의 같고, 또 진폭치의 경시열화계수도 출력 사이에서의 상위를 무시할 수 있다고 하면, 수학식 (30) 및 수학식 (31)이,
이 성립한다.
이상에 의하여 신호처리기(5)로 센서출력(v1, v 2), 캘리브레이션시(온도 Td)의 옵셋전압[v1offset(Td), v2offset(Td)], 그리고 메모리에 기억된 옵셋치의 온도 계수(TCv1offset, TCv2offset)를 이용하여 수학식 (5) 및 수학식 (6)을 계산하면, 이하의 수학식 (32) 및 수학식 (33)에 의하여
이 된다.
다음에, 단계 s250에 있어서 이하의 처리에 의하여 ratio를 계산한다. 즉, 제일 먼저 수학식 (32) 및 수학식 (33)의 제산을 행하여 비를 계산하면, 이하의 수학식 (34) 또는 수학식 (35)와 같이,
가 된다.
다음에 단계 s260에 있어서, 수학식 (34) 및 수학식 (35)로 구한 보정된 ratio - r12calibration, r21calibration을, 수학식 (3)의 x에 대입하여, 각도(θ)를 산출한다.
이상 설명한 제 2 보정방법에 의하여 옵셋의 변화분을 보정하여 고정밀도로 각도를 산출 가능하게 된다.
다음에 도 19를 사용하여 제 3 보정방법에 의하여 보정처리의 내용에 대하여 설명한다.
이 보정방법에서는 진폭치의 온도특성에 대해서만 보정하는 것이다. 예를 들면 열에 의한 경시변화가 적은 자석(예를 들면 히다치 긴조쿠 제품 HB-08I 재)을 채용하는 경우는, 진폭치의 경시변화계수(TCv1peak, TCv2peak)를 무시할 수 있다. 또저옵셋 드리프트(예를 들면, Linear Techno1ogy 제품의 LT1050)의 오퍼레이션 앰플리파이어를 증폭기로서 채용하는 경우는, 옵셋치의 온도특성(TCv1offset, TCv2offset)을 무시할 수 있다.
이 경우, 센서의 반응성의 온도특성의 불균일을 미리 실험으로 구할 필요는 없다. 예를 들면 각도 측정장치의 외부로부터 회전축의 회전상태를 수취하고 있고, 이 정보에 의거하여 회전축이 정지하고 있다고 판단할 수 있는 경우, 회전축이 어느 소정의 위치에 정지하고 있는 사이에 온도가 T1로부터 T2로 변화되고, 그 온도변화에의한 출력변화가 발생한 경우, 이 변화량은 진폭치의 온도특성에 기인한다고 판단할 수 있다.
도 19의 단계 s300에 있어서, 도 5에서 나타낸 초기상태의 캘리브레이션을 실행한다.
다음에, 단계 s310에 있어서 회전축을 정지한다.
다음에, 단계 s320에 있어서 온도(T1)에 있어서의 센서출력[v1(T1), v2(T1)]을 검출한다.
다음에, 단계 s330에 있어서 온도(T2)에 있어서의 센서출력[v1(T2), v2(T2)]을 검출한다.
다음에, 단계 s340에 있어서, 단계 s320, s330에서 구해진 센서출력으로부터 진폭의 온도특성(TCv1peak, TCv2peak)을 구한다.
여기서는 진폭치의 경시변화계수(LTD1peak, LTD21peak) 및 옵셋치의 온도특성(TCv1ofrset, TCv2offset)을 무시할 수 있기 때문에, 수학식 (5) 및 수학식 (6)을 변형하면, 이하의 수학식 (36) 및 수학식 (37)과,
이 된다. 여기서 수학식 (36) 및 수학식 (37)로부터 f를 삭제하고, 수학식 (38) 및 수학식 (39)에 의하여,
진폭의 온도특성(TCv1peak, TCv2peak)을 구한다.
그리고, 단계 s350에 있어서, 진폭치의 온도특성을 메모리(8)에 보존한다.
다음에, 단계 s360에 있어서, 보정계산을 실행한다. 여기서 센서출력(v1, v2)과, 캘리브레이션시(온도 Td)의 옵셋전압[v1offset(Td), v2offset(Td)]과, 메모리에 기억된 진폭치의 온도계수(TCv1peak, TCv2peak)를 사용하여, 수학식 (36) 및 수학식 (37)을 변형하면, 수학식 (40) 및 수학식 (41),
이 된다.
다음에, 단계 s370에 있어서, 이하의 처리에 의하여 ratio를 계산한다. 즉, 제일 먼저 수학식 (40) 및 수학식 (41)의 제산을 행하여 비를 계산하면, 이하의 수학식 (42) 또는 수학식 (43)과 같이,
이 된다.
다음에 단계 s370에 있어서, 수학식 (42) 및 수학식 (43)으로 구한 보정된 ratio - r12calibration, r21calibration을, 수학식 (3)의 x에 대입하여 각도(θ)를 산출한다.
이상 설명한 제 3 보정방법에 의하여 진폭치의 온도특성을 보정하여 고정밀도로 각도를 산출 가능하게 된다.
이상의 제 2, 제 3 보정방법에 의해서도 도 15에 나타내는 바와 같이 각도 편차를 적게 하여 고정밀도의 각도를 검지할 수 있다. 또 도 16에 나타내는 바와 같이 각도 편차를 작게 하여 각도의 검출 정밀도를 향상할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 각도 편차를 작게 하여 각도의 검출 정밀도를 향상할 수 있는 것이다.
본 발명에 의하면, 회전각 측정 정밀도를 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치의 회로구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 각도센서소자의 출력신호의 파형도,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 사용하는 캘리브레이션장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 사용하는 호스트컴퓨터에 있어서의 캘리브레이션 순서를 나타내는 플로우차트,
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 회전각도와 ratio의 관계의 설명도,
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 Vhall1 및 Vhall2신호의 파형도,
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 시프트한 각도와 ratio의 관계의 설명도,
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 온도조건 125℃일 때의 각도센서소자의 출력신호의 파형도,
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 진폭(vpeak)과 온도(T)의 관계를 나타내는 도,
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 옵셋치(voffset)와 온도(T)의 관계를 나타내는 도,
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 고온상태에서 장시간 사용한 경우의 센서소자의 진폭치(v1peak)의 변화의 설명도,
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치를 사용한 각도의 제 1 보정방법의 내용을 나타내는 플로우차트,
도 14는 보정을 행하지 않고 센서출력으로부터 각도를 계산한 경우의 각도 편차의 설명도,
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 센서출력으로부터 각도를 계산한 경우의 각도 편차의 설명도,
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 각도와 각도 편차(최대치와 최소치)의 관계의 설명도,
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치를 사용한 각도의 제 2 보정방법의 내용을 나타내는 플로우차트,
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치에 있어서의 목표각도의 설명도,
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 의한 비접촉식 각도 측정장치를 사용한 각도의 제 3 보정방법의 내용을 나타내는 플로우차트이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 각도센서소자 2 : 회전축
3 : 자석 4 : 회로기판
5 : 신호처리기 6 : 온도센서
7 : 홀소자 8 : 메모리
20 : 각도 측정장치 30 : 로터리 인코더
40 : 호스트 컴퓨터

Claims (5)

  1. 회전축과 함께 회전하는 자계 발생수단과, 상기 회전축의 회전에 의하여 상기 자계 발생수단으로부터 발생하는 자계의 변화를 검출하는 센서소자와, 상기 센서소자의 출력신호를 처리하는 신호처리수단을 가지고, 상기 센서소자의 출력신호에 의거하여 상기 회전축의 회전각도를 측정하는 비접촉식 각도 측정장치에 있어서,
    상기 센서소자 및 상기 신호처리수단 및 상기 자계 발생수단을 포함하는 센서의 개체차를 보정하는 보정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 비접촉식 각도 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서소자의 온도를 검출하는 온도센서를 구비하고, 상기 보정수단은, 상기 온도센서에 의하여 검출된 온도에 의거하여 상기 센서의 개체차를 보정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 각도 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보정수단은, 상기 온도센서에 의하여 검출된 온도에 의거하여 상기 신호처리수단이 출력하는 신호의 진폭치 및/또는 옵셋치를 보정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 각도 측정장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 보정수단은, 상기 온도센서에 의하여 검출된 온도에 의거하여 상기 신호처리수단이 출력하는 신호의 진폭치의 경시변화를 보정하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 각도 측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 센서소자는, 제 1 및 제 2 출력(v1, v2)을 출력하고, 상기 보정수단은 상기 출력(v1) 및 출력(v2)의 진폭치의 온도계수 또는 옵셋치의 온도계수 또는 진폭치의 경시변화계수를 구하고, 이들 계수에 의하여 보정된 제 1 및 제 2 출력의 비(ratio)를 구하고, 이 보정된 비(ratio)를 사용하여 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 각도 측정장치.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200450196Y1 (ko) * 2008-11-03 2010-09-10 파인-웨이 프리시즌 엔터프라이즈 컴패니 리미티드 자동 툴 체인저
KR101021769B1 (ko) * 2007-05-31 2011-03-15 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 기전 일체형 시프트 컨트롤러
KR101440181B1 (ko) * 2011-03-18 2014-09-12 도쿄 케이소 가부시키가이샤 각도 센서의 검출 신호 보정 방법
CN104969038A (zh) * 2012-12-14 2015-10-07 泰科电子比利时公司 具有四个保持装置的电磁角度传感器
KR20150121054A (ko) * 2013-02-13 2015-10-28 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨 각도 보정 모듈을 포함하는 자기장 센서
CN105466332A (zh) * 2015-11-13 2016-04-06 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 角度传感器及角度测量方法
US11473935B1 (en) 2021-04-16 2022-10-18 Allegro Microsystems, Llc System and related techniques that provide an angle sensor for sensing an angle of rotation of a ferromagnetic screw

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5057693B2 (ja) * 2006-04-25 2012-10-24 日本電波工業株式会社 表面実装用の温度補償水晶発振器
JP4597907B2 (ja) 2006-05-16 2010-12-15 株式会社デンソー 回転角検出装置
FR2927700B1 (fr) * 2008-02-18 2010-05-14 Continental Automotive France Procede d'etalonnage d'un capteur de mesure
JP5515418B2 (ja) * 2009-05-25 2014-06-11 トヨタ自動車株式会社 ブレーキ制御装置
JP5611238B2 (ja) * 2009-12-28 2014-10-22 株式会社ショーワ 相対角度検出装置、回転角度検出装置、相対角度検出方法および回転角度検出方法
DE102010027939B4 (de) * 2010-04-20 2018-10-31 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Baueinheit für eine Winkelmesseinrichtung
US20140025330A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-23 Mcube, Inc. Dynamic temperature calibration
EP2733467B1 (en) 2012-11-14 2017-07-05 Portescap SA Magnetic encoder
JP5772853B2 (ja) * 2013-03-25 2015-09-02 トヨタ自動車株式会社 電動グリルシャッター制御装置
JP6306827B2 (ja) * 2013-05-16 2018-04-04 アズビル株式会社 回転角度検出器
JP6316636B2 (ja) 2014-03-31 2018-04-25 アズビル株式会社 角度センサの温度補償装置
US9964418B2 (en) 2015-09-11 2018-05-08 Joral Llc Inter-sensor communication system for absolute position sensing
US10677418B2 (en) * 2015-09-29 2020-06-09 Signify Holding B.V. LED module with outlet lens
JP6556343B2 (ja) * 2016-04-28 2019-08-07 三菱電機株式会社 角度検出装置および電動パワーステアリングの制御装置
DE102016115624A1 (de) 2016-08-23 2018-03-01 Fraba B.V. Verfahren zum Kalibrieren eines Drehgebers und Drehgeber
US10393555B2 (en) * 2016-12-14 2019-08-27 Infineon Technologies Ag Calibration of an angle sensor without a need for regular rotation
JP6940955B2 (ja) * 2017-02-14 2021-09-29 日本電産サンキョー株式会社 ロータリエンコーダ
JP6416983B1 (ja) * 2017-05-22 2018-10-31 ファナック株式会社 回転軸の角度較正方法および角度較正プログラム
DE102017121789B4 (de) * 2017-09-20 2021-09-02 Bernstein Ag Magnetfeldempfindliche Sensoreinheit und deren Verwendung
JP6339307B1 (ja) * 2017-11-02 2018-06-06 株式会社 五十嵐電機製作所 直流モータの制御装置
US10908229B2 (en) * 2018-06-18 2021-02-02 Allegro Microsystems, Llc Regulation of coefficients used in magnetic field sensor virtual signal generation
DE102019109197A1 (de) * 2019-04-08 2020-10-08 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zur Korrektur von Messdaten eines Analysensensors sowie Analysensensor mit Korrektur von Messdaten
US11762043B2 (en) 2021-03-11 2023-09-19 Allegro Microsystems, Llc High resolution magnetic field sensors
CN116772904B (zh) * 2023-08-22 2024-06-11 杭州辰控智能控制技术有限公司 一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808868A (en) * 1986-08-27 1989-02-28 S.P.C. Holding Co., Inc. Single and polyphase electromagnetic induction machines having regulated polar magnetic symmetry
US5111098A (en) * 1988-08-24 1992-05-05 Rockwell International Corporation Unitary rotational speed sensor
JP2988597B2 (ja) * 1991-08-27 1999-12-13 株式会社エスジー 回転位置検出装置
US5757181A (en) * 1992-06-22 1998-05-26 Durakool Incorporated Electronic circuit for automatically compensating for errors in a sensor with an analog output signal
US6396259B1 (en) * 1999-02-24 2002-05-28 Nartron Corporation Electronic throttle control position sensor
US6489761B1 (en) * 1999-09-09 2002-12-03 Delphi Technologies, Inc. Magnetic arrangement for an analog angle encoder
US6553091B2 (en) * 2000-06-22 2003-04-22 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray CT apparatus
JP4471471B2 (ja) 2000-08-04 2010-06-02 株式会社アミテック 相対的回転位置検出装置
JP4764542B2 (ja) * 2000-09-04 2011-09-07 株式会社東日製作所 ねじ締結角度法を採用するトルクレンチにおける角速度センサのドリフト補正方法
JP2003021503A (ja) 2001-07-06 2003-01-24 Yamatake Corp 角度センサの温度補償装置およびトルクチューブ式計測計

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101021769B1 (ko) * 2007-05-31 2011-03-15 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 기전 일체형 시프트 컨트롤러
KR200450196Y1 (ko) * 2008-11-03 2010-09-10 파인-웨이 프리시즌 엔터프라이즈 컴패니 리미티드 자동 툴 체인저
KR101440181B1 (ko) * 2011-03-18 2014-09-12 도쿄 케이소 가부시키가이샤 각도 센서의 검출 신호 보정 방법
CN104969038A (zh) * 2012-12-14 2015-10-07 泰科电子比利时公司 具有四个保持装置的电磁角度传感器
KR20150121054A (ko) * 2013-02-13 2015-10-28 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨 각도 보정 모듈을 포함하는 자기장 센서
CN105466332A (zh) * 2015-11-13 2016-04-06 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 角度传感器及角度测量方法
US11473935B1 (en) 2021-04-16 2022-10-18 Allegro Microsystems, Llc System and related techniques that provide an angle sensor for sensing an angle of rotation of a ferromagnetic screw

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Publication number Publication date
EP1505371A1 (en) 2005-02-09
US7219563B2 (en) 2007-05-22
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US20050028614A1 (en) 2005-02-10
JP4044880B2 (ja) 2008-02-06

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