用于借助霍尔传感器的相对位置非接触式测量的方法
【专利摘要】本发明涉及用于彼此相关的产生磁场的磁场源（102）和磁场传感器（100）的相对位置的非接触式测量的方法。本发明还进一步涉及相应的位移传感器。根据本发明，磁场传感器（100）检测该磁场的至少两个空间分量（Bz，By）以及从测得的分量产生的位置信号。该方法包括以下步骤：基于两个磁场分量的商计算位置信号；在计算商值之前校正沿磁场源（102）和磁场传感器（100）之间的运动方向延伸的磁场分量。
【专利说明】用于借助霍尔传感器的相对位置非接触式测量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于彼此相关的产生磁场的磁场源和磁场传感器的相对位置的非接触式测量的方法。进一步的，本发明还涉及相应的位移传感器。
【背景技术】
[0002]特别的，意图借助根据本发明的方法借助在一个或多个永磁体和基于霍尔效应的磁传感器之间的磁相互作用以非接触的方式而检测和估计直线运动。
[0003]直线运动的测量用于例如控制机械工具、气体力学、自动化技术和机器人技术以及汽车领域中。非接触式运动检测相比其他提供了免于受磨损的优势。在非接触式测量方法中，光学和磁的方法是最普遍的。尽管光学方法由于光的短波长而保证了非常高水平的精度，但是磁的方法对于污染和损坏是远不敏感的，特别是由于磁体和传感器部件可完全装入非磁性气密壳体中。
[0004]其中可移位的永磁体的位置借助于二维或三维霍尔传感器而确定的位移传感器由不同制造商销售。
[0005]为了检测在某位置上的相对直线运动，彼此垂直的两个磁场分量被测量并且求其商的值以确定所述位置。该方法具有的优势在于，在一个磁场分量取到极限值并且因此检测不到小的位移的区域中，另一个磁场分量对该位移更加强烈的起作用，使得在整个测量范围内提供有大约一致的高水平的测量精度。
[0006]进一步的，该原理具有的优势在于由于在磁场分量之间的比例数值用于检测位置而使得其对于在绝对磁场强度中的变化相对不是非常敏感。
[0007]欧洲专利说明书EP0979988B1公开了用于在永磁体和电子传感器之间的相对直线运动的非接触式磁检测的测量方法。为了借助于电子传感器检测相对直线运动，需要检测两个互相垂直的场分量，求其商值以确定位置。
[0008]在第二种方法变型中，已知的测量方法也可被施行，使得求其商值以确定位置的两个互相垂直的场分量在两个位置被检测以借助电子传感器检测相对直线运动。
[0009]公开的欧洲专利申请EP2159546A2公开了一种用于在用于检测两个相互垂直磁场分量(R、A)的传感器布置和永磁体之间的相对直线运动的非接触式检测的测量方法。使用二维或三维霍尔传感器代替单独的传感器以检测不同的磁场分量。准线性位置测量线由函数U=y - e+g形成，其中y是磁场分量的函数关系，并且e和g是可预定的电压值。特别的，准线性测量线U=f(y)由根据关系y=a+b.R/f(c.Rn+d.An)的霍尔传感器的输出信号形成，其中R是径向磁场分量，A是轴向磁场分量，U是测量电压，并且a、b、c、d和η是常数因子。
[0010]公开的欧洲专利申请ΕΡ1243897Α1涉及一种磁性位移传感器，其包括可沿预定路径相对于彼此移位的磁场源和磁场传感器。磁场传感器测量由磁场源产生的磁场的两个分量。然后代表磁场传感器和磁场源的相对位置的位置信号由该测得的分量得出。示于该说明书的位移传感器的构造的区别在于位置信号的确定包含磁场的两个测得的分量的区分。[0011]然而，这些已知的方法具有以下缺陷:在永磁体和磁传感器之间的间距构成了在测量中的显著的误差来源。通常很难保持该间距恒定，特别是由于装配公差、热致材料膨胀和振动影响。
[0012]图1示出一种布置，其中霍尔传感器100被安装成固定在位以便非接触式检测直线运动，并且霍尔传感器100检测可移动的永磁体102的磁场。依据在永磁体102的运动方向上的南北极，在运动方向上延伸的磁场在以下被称为磁场分量Bz,而横向于其延伸的分量被称为磁场分量By。可根据下面的式(I)计算的角度α通常用作测量信号。
【权利要求】
1.用于彼此相关的产生磁场的磁场源和磁场传感器的相对位置的非接触式测量的方法， 所述磁场源和磁场传感器相对于彼此可移动， 所述磁场传感器检测所述磁场的至少两个空间分量以及从测得的分量产生的位置信号，并且所述方法包括下列的步骤: 基于两个磁场分量的商计算位置信号， 在计算商值之前校正沿磁场源和磁场传感器之间的运动方向延伸的磁场分量。
2.根据权利要求1所述的方法，相对的直线运动提供于磁场源和磁场传感器之间，并且所述方法包括: 确定对于沿所述相对运动方向延伸的磁场分量的至少第一测量值； 确定对于横向于所述相对运动方向延伸磁场分量的至少第二测量值； 由经校正项校正的第一测量值和第二测量值的商计算位置信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述磁场传感器包括二维或三维霍尔传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述磁场源包括至少一个永磁体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述经校正的磁场分量是通过添加常量偏移值至测得的磁场分量而计算得到的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述经校正的磁场分量是通过在所述永磁体产生的磁场之上叠加辅助磁体产生的辅助磁场形成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，必要校正的值由下列步骤确立: 依据位置值建立运动方向上的磁场分量的线；根据所述位置值计算所述线的二阶导数并且确定二阶导数的O点位置； 从在最小间距的位置处的函数值减去所述线在O点位置处的函数值以计算用于校正的偏移值。
8.用于彼此相关的产生磁场的磁场源(102)和磁场传感器(100)的相对位置的非接触式测量的位移传感器， 所述磁场源(102)和磁场传感器(100)相对于彼此可移动， 所述磁场传感器(100)构造为使得其检测所述磁场的至少两个空间分量(Bz，By)并基于来自测得的分量的两个磁场分量的商产生位置信号； 所述位移传感器进一步地具有校正单元，所述校正单元在计算商值之前校正沿所述磁场源(102)和磁场传感器(100)之间的运动方向(z)延伸的磁场分量的值。
9.根据权利要求8所述的位移传感器，所述校正单元包括用于计算地添加常量校正因子(OS)的计算单元。
10.根据权利要求8或9所述的位移传感器，所述校正单元包括至少一个辅助磁体(114)，其磁场被叠加至所述磁场源(102)的磁场上，使得沿所述磁场源和磁场传感器之间的运动方向延伸的磁场分量由常量校正因子校正。
11.根据权利要求10所述的位移传感器，所述至少一个辅助磁体(114)被设置为相对于所述磁场传感器(100)被固定在位。
12.根据权利要求11所述的位移传感器，所述至少一个辅助磁体与磁场传感器(100)被安装于共同的电路载体上(116)。
13.根据权利要求8到12中任一项所述的位移传感器，所述磁场传感器(100)包括二维或者三维的霍尔传感器。
14.根据权利要求8到13中任一项所述的位移传感器，所述磁场源(102)包括至少一个永磁体。
15.根据权利要求8到13中任一项所述的位移传感器，所述磁场源(102)产生磁场，所述磁场相对于由所 述磁场源和磁场传感器之间的相对直线运动限定的轴旋转对称。
【文档编号】G01D5/14GK103988052SQ201280047390
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】O.沙夫 申请人:泰科电子Amp有限责任公司