专利名称：长行程线性位移非接触式测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及线性位移测量领域，尤其涉及一种基于霍尔效应的长行程线性位移非接触式测量装置。
背景技术：
线性霍尔传感器(Hall IC)的电压输出会精确跟踪磁通密度的变化。在静态(无磁场)时，一般将输出电压设置在等于工作电压及工作温度范围内的电源电压的一半，当增加南极磁场时将增加或减少输出电压；相反，当增加北极磁场时将减少或增加输出电压，因此常用来测量电流、角度、线性位移及磁通量等，以磁力驱动的方式反映机械事件。目前，测量直线位移的IC主要用于测量位移范围很小(一般在15mm以内)的直线位移，但对于位移范围较大的运动，Hall IC的输出信号难于与被测位移量保持线性关系，而呈现出一种非线性关系，如量程为23mm，Hall IC的输出电压-位移曲线的线性度为9. 38%。为了克服线性度的缺陷，往往需要增加永磁铁的长度，但这种方法不但增大了永磁铁的安装尺寸，而且由于永磁材料成本快速上升从而增加了整个产品的成本。发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种基于霍尔效应的长行程线性位移非接触式测量装置。
本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现一种长行程线性位移非接触式测量装置，用于测量永磁铁的直线位移，包括一微控制单元(MCU)，还包括至少两个的线性霍尔传感器(Hall IC)，所述线性霍尔传感器沿同一轴线方向并列设置，且与所述永磁铁的直线位移轴线平行；每个所述线性霍尔传感器上均包括一电压输出端，各电压输出端分别与所述微控制单元的输入端连接；相邻的两个所述线性霍尔传感器之间的距离至多设置为使该两个所述线性霍尔传感器的输出电压-位移曲线中前一个线性段结束所对应的永磁铁的位移位置即为后一个线性段开始所对应的永磁铁的位移位置。
优选的，上述的长行程线性位移非接触式测量装置，其中所述线性霍尔传感器的电压输出端的输出为模拟信号，所述微控制单元内置有与所述线性霍尔传感器对应的模数转换器(ADC)，各电压输出端分别通过对应的模数转换器与微控制单元的输入端连接。
优选的，上述的长行程线性位移非接触式测量装置，其中所述线性霍尔传感器的电压输出端的输出为脉宽调制信号，所述微控制单元内置有与所述线性霍尔传感器对应的计数器，各电压输出端分别通过对应的计数器与微控制单元的输入端连接。
优选的，上述的长行程线性位移非接触式测量装置，其中所述微控制单元的输出端包括一脉冲宽度调制器(PWM)，以输出PWM信号。
优选的，上述的长行程线性位移非接触式测量装置，其中所述脉冲宽度调制器与一低通滤波器(LPF)连接，以输出模拟信号。
优选的，上述的长行程线性位移非接触式测量装置，其中所述微控制单元的输出端与一数模转换器连接，以输出模拟信号。
优选的，上述的长行程线性位移非接触式测量装置，其中所述微控制单元的输出端与一 LIN收发器连接，所述LIN收发器与LIN总线连接，以输出LIN信号。
本发明加设有多个线性霍尔传感器，通过将每一个线性霍尔传感器的输出电压-位移曲线中线性段进行拼接，而得到长行程的输出电压-位移曲线，同时微控制单元通过韧件将整个曲线线性化，实现了该装置对于长行程线性位移的精确测量，扩大了该装置的应用范围，克服了使用单个线性霍尔传感器时测量行程短，以及测量长行程时的线性度低的问题，同时，无需增加永磁铁的长度，减小了永磁铁的原料成本和安装空间。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
图1是本发明实施例的结构示意图； 图2是本发明实施例的连接示意图；图3是本发明实施例的永磁铁相对两个线性霍尔传感器产生的磁场强度-位移曲线； 图4是本发明实施例的线性霍尔传感器的输出电压-位移曲线； 图5是本发明实施例的MCU处理后得到的输出电压-位移曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。 实施例
本实施例的一种长行程线性位移非接触式测量装置，如图1 图5所示用于测量永磁铁1的直线位移，包括微控制单元(MCU) 2，还包括两个线性霍尔传感器ICl 31和IC2 32，ICl 31和IC2 32沿同一轴线方向并列设置，且与永磁铁1的直线位移轴线X平行；ICl 31和IC2 32上分别设有电压输出端，各电压输出端分别与微控制单元2的输入端连接。ICl 31和IC2 32之间的距离至多设置为使ICl 31和IC2 32的输出电压-位移曲线中ICl 31 线性段Bll结束所对应的永磁铁1的位移位置即为IC2 32线性段B21开始所对应的永磁铁1的位移位置。
当线性霍尔传感器ICl 31和IC2 32的电压输出端的输出为模拟信号时，微控制单元2内置有与线性霍尔传感器ICl 31和IC2 32对应的模数转换器ADCl 41和ADC2 42， 各电压输出端分别通过对应的模数转换器ADCl 41和ADC2 42与微控制单元2的输入端连接。当线性霍尔传感器ICl 31和IC2 32的电压输出端的输出为脉宽调制信号时，微控制单元2内置的模数转换器ADCl 41和ADC2 42替换为相应个数的计数器(Counter)。
微控制单元2的输出方式有多种可选，包括微控制单元2的输出端包括脉冲宽度调制器(PWM) 5，直接输出PWM信号；脉冲宽度调制器5与低通滤波器(LPF) 6连接，以输出模拟信号；微控制单元2的输出端与LIN收发器7连接，LIN收发器7与LIN总线8连接， 以输出LIN信号，连入通讯网络；微控制单元2的输出端与数模转换器(DA09连接，以输出模拟信号。
应用本实施例的长行程线性位移非接触式测量装置，当永磁铁1平行于ICl 31和 IC2 32做直线位移时，使ICl 31和IC2 32的感应磁场发生变化，如图3所示，其中曲线Bl 和B2分别为永磁铁1相对ICl 31和IC2 32产生的磁场强度-位移曲线，Bll为永磁铁1的线性位移对应的ICl 31感应磁场变化的线性段，B21为永磁铁1的线性位移对应的IC2 32 感应磁场变化的线性段，Bll结束所对应的永磁铁1的位移位置即为B21开始所对应的永磁铁1的位移位置。感应磁场发生变化使ICl 31和IC2 32的电压输出发生变化，电压输出为 (T5V。电压输出信号通过ADCl 41和ADC2 42输入微控制单元2，如图4所示，将ICl 31和 IC2 32的输出电压-位移曲线中线性段进行拼接，而得到长行程的输出电压-位移曲线， 同时微控制单元2通过韧件将整个曲线线性化，从而保证了长行程测量的线性度。如图5 可示，输出电压与位移之间满足以下公式Vout (χ) = (Voql + Sensitivityl * Bl (χ) )/2, 0<x<=stroke/2 ；Vout(χ) = (Voq2 + Sensitivity2 氺 B2(x))/2 + Vmid, stroke/2< χ <=stroke。其中，Vout为输出电压，Voq为静态电压，Vmid为中点电压，Sensitivity为灵敏度，stroke为行程。输出电压经过微控制单元2处理后输出，输出方式包括以PWM输出， 模拟输出或LIN信号输出等。应用本实施例，增加位移量程至42mm，其线性度改善到洲。
本实施例加设线性霍尔传感器ICl 31和IC2 32，实现了该装置对于长行程线性位移的精确测量，扩大了该装置的应用范围，克服了使用单个线性霍尔传感器时测量行程短，以及测量长行程时的线性度低的问题，同时，无需增加永磁铁的长度，减小了永磁铁的原料成本和安装空间。
权利要求
1.一种长行程线性位移非接触式测量装置，用于测量永磁铁的直线位移，包括一微控制单元，其特征在于还包括至少两个的线性霍尔传感器，所述线性霍尔传感器沿同一轴线方向并列设置，且与所述永磁铁的直线位移轴线平行；每个所述线性霍尔传感器上均包括一电压输出端，各电压输出端分别与所述微控制单元的输入端连接；相邻的两个所述线性霍尔传感器之间的距离至多设置为使该两个所述线性霍尔传感器的输出电压-位移曲线中前一个线性段结束所对应的永磁铁的位移位置即为后一个线性段开始所对应的永磁铁的位移位置。
2.根据权利要求1所述的长行程线性位移非接触式测量装置，其特征在于所述线性霍尔传感器的电压输出端的输出为模拟信号，所述微控制单元内置有与所述线性霍尔传感器对应的模数转换器，各电压输出端分别通过对应的模数转换器与微控制单元的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的长行程线性位移非接触式测量装置，其特征在于所述线性霍尔传感器的电压输出端的输出为脉宽调制信号，所述微控制单元内置有与所述线性霍尔传感器对应的计数器，各电压输出端分别通过对应的计数器与微控制单元的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的长行程线性位移非接触式测量装置，其特征在于所述微控制单元的输出端包括一脉冲宽度调制器。
5.根据权利要求4所述的长行程线性位移非接触式测量装置，其特征在于所述脉冲宽度调制器与一低通滤波器连接。
6.根据权利要求1所述的长行程线性位移非接触式测量装置，其特征在于所述微控制单元的输出端与一数模转换器连接。
7.根据权利要求1所述的长行程线性位移非接触式测量装置，其特征在于所述微控制单元的输出端与一 LIN收发器连接，所述LIN收发器与LIN总线连接。
全文摘要
本发明揭示了一种长行程线性位移非接触式测量装置，用于测量永磁铁的直线位移，包括一微控制单元，还包括至少两个的线性霍尔传感器，所述线性霍尔传感器沿同一轴线方向并列设置，且与所述永磁铁的直线位移轴线平行；每个所述线性霍尔传感器上均包括一电压输出端，各电压输出端分别与所述微控制单元的输入端连接。本发明加设有多个线性霍尔传感器，实现了该装置对于长行程线性位移的精确测量，扩大了该装置的应用范围，克服了使用单个线性霍尔传感器时测量行程短，以及测量长行程时的线性度低的问题，同时，无需增加永磁铁的长度，减小了永磁铁的原料成本和安装空间。
文档编号G01B7/02GK102538653SQ20121001699
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者戴德明 申请人:哈姆林电子(苏州)有限公司