基于磁场偏转的角度测量装置和方法与流程

本发明涉及角度测量技术领域，特别涉及基于磁场偏转的角度测量装置和方法。

背景技术：

角度测量广泛用于航空航天、汽车、建筑、机械制造、自动控制、数控机床和机器人等领域。高精度、高分辨率的旋转角度测量系统可应用于诸如航空、航天、雷达、坦克和地炮火控等军事装备中，也可用于民用控制系统和机器人系统、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷等领域。这些领域都需要高精度、高分辨率的角度测量。而角度测量是这类调测系统的重要组成部分，同时也是实现其它控制功能的基础。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量系统不需要接触旋转机构，使用方便，电路结构简单合理，占用空间小，改装效率高，成本低廉的基于磁场偏转的角度测量装置和方法。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：基于磁场偏转的角度测量装置，包括旋转机构以及与所述旋转机构相对设置的角度测量机构；所述旋转机构包括旋转机构本体和固定设置在所述旋转机构本体末端的永磁体；所述角度测量机构包括感应集成线路板以及设置在所述感应集成线路板上的控制单元、磁场传感器、信号调理电路、pwm滤波电路、电压/电流转换电路和电流驱动电路；

所述电流驱动电路用于为所述磁场传感器提供驱动电流，所述电流驱动电路的控制端与所述控制单元的i/o输出口电连接，所述电流驱动电路的电流输出端与所述磁场传感器的输入端电连接，所述磁场传感器的输出端与所述信号调理电路的输入端电连接，所述信号调理电路的输出端与所述控制单元的输入端电连接，所述pwm滤波电路的输入端与所述控制单元的输出端电连接，所述述pwm滤波电路的输出端与所述电压/电流转换电路的输入端电连接。

进一步的，所述感应集成线路板上的磁场传感器正对永磁体轴向中心设置。

进一步的，所述磁场传感器与所述永磁体的间隔距离为5mm。

进一步的，所述永磁体采用尺寸为φ12×4的圆柱形永磁体。

进一步的，所述磁场传感器采用型号为kmt36h的角度传感器。

进一步的，所述控制单元为单片机，所述单片机对数字信号处理后输出usart信号或者rs485信号。

本发明在上述基于磁场偏转的角度测量装置的基础上提供一种角度测量方法，具体方法如下：

s1、将所述感应集成线路板上的磁场传感器正对磁场旋转轴心，所述磁场传感器与所述永磁体的间隔距离为5mm；

s2、角度测量机构上的磁场传感器检测到磁场偏转，输出典型值范围为0～100mv的模拟电压信号，经信号调理电路进行放大调理、ad转换成数字信号，连接到单片机输入端；

s3、单片机对数字信号处理输出pwm波，经pwm滤波器处理输出电压信号，再经电压/电流转换，输出电流信号，单片机对数字信号处理后亦可输出usart信号，或者rs485信号。

本发明采用以上技术方案，将所述感应集成线路板上的磁场传感器正对永磁体轴向中心设置。所述旋转机构包括旋转机构本体和固定设置在所述旋转机构本体末端的永磁体；所述角度测量机构包括感应集成线路板以及设置在所述感应集成线路板上的控制单元、磁场传感器、信号调理电路、pwm滤波电路、电压/电流转换电路和电流驱动电路；本发明永磁体随旋转机构旋转，同时磁场方向产生偏转，测量模块在不接触永磁体的情况下，感知磁场偏转的角度。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，采用磁场传感器结合单片机的数字电路，对旋转机构上固定的永磁体进行数字化测量，测量系统不需要接触旋转机构，使用方便，电路结构简单合理，占用空间小，改装效率高，成本低廉，可应用大部分指针式仪表，将传统指针式仪表升级为标准电信号输出仪表。

附图说明

图1为本发明角度测量装置结构示意图；

图2为本发明角度测量装置电路结构示意图；

图3为本发明角度测量方法流程图。

图中：1、旋转机构；2、角度测量机构；3、永磁体；4、感应集成线路板；5、控制单元；6、磁场传感器；7、信号调理电路；8、pwm滤波电路；9、电压/电流转换电路；10、电流驱动电路；11、按键控制电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供一种基于磁场偏转的角度测量装置，包括旋转机构1以及与所述旋转机构1相对设置的角度测量机构2；所述旋转机构1包括旋转机构1本体和固定设置在所述旋转机构1本体末端的永磁体3；所述角度测量机构2包括感应集成线路板4以及设置在所述感应集成线路板4上的控制单元5、磁场传感器6、信号调理电路7、pwm滤波电路8、电压/电流转换电路9和电流驱动电路10；

所述电流驱动电路10用于为所述磁场传感器6提供驱动电流，所述电流驱动电路10的控制端与所述控制单元5的i/o输出口电连接，所述电流驱动电路10的电流输出端与所述磁场传感器6的输入端电连接，所述磁场传感器6的输出端与所述信号调理电路7的输入端电连接，所述信号调理电路7的输出端与所述控制单元5的输入端电连接，所述pwm滤波电路8的输入端与所述控制单元5的输出端电连接，所述述pwm滤波电路8的输出端与所述电压/电流转换电路9的输入端电连接。

如图1所示，本实施例中所述感应集成线路板4上的磁场传感器6正对永磁体3轴向中心设置(正对磁场旋转轴心)。所述磁场传感器6与所述永磁体3的间隔距离为5mm。所述永磁体3采用尺寸为φ12×4的圆柱形永磁体3。

需要补充说明的是，本实施例中所述磁场传感器6采用型号为kmt36h的角度传感器。kmt36h角度传感器能够利用芯片内的极性线圈产生的额外磁场测量360度全角度。180/360检测是由一单信号来决定,此信号可以周期性处理,也可以仅在上电时一次完成。本实施例中的磁场传感器6是基于各向异性磁阻效应的磁场传感器6。可以同时感应出磁场强度和磁场方向。通过3个惠斯通电桥，相位120度。旋转的磁场强度(典型值25ka/m)将产生3个相差60度的180度周期的信号输出。所述控制单元5为单片机，所述单片机对数字信号处理后进行串口传输，比如输出usart信号或者rs485信号。所述单机上还连接有按键控制电路11。

如图3所示，本发明在上述基于磁场偏转的角度测量装置的基础上提供一种角度测量方法，具体方法如下：

s1、将所述感应集成线路板4上的磁场传感器6正对磁场旋转轴心，所述磁场传感器6与所述永磁体3的间隔距离为5mm；

s2、角度测量机构2上的磁场传感器6检测到磁场偏转，输出典型值范围为0～100mv的模拟电压信号，经信号调理电路7进行放大调理、ad转换成数字信号，连接到单片机输入端；

s3、单片机对数字信号处理输出pwm波，经pwm滤波器处理输出电压信号，再经电压/电流转换进行电流输出，输出电流信号，单片机对数字信号处理后亦可输出usart信号，或者rs485信号。

本发明永磁体3随旋转机构1旋转，同时磁场方向产生偏转，测量模块在不接触永磁体3的情况下，感知磁场偏转的角度。与现有技术相比，采用磁场传感器6结合单片机的数字电路，对旋转机构1上固定的永磁体3进行数字化测量，测量系统不需要接触旋转机构1，使用方便，电路结构简单合理，占用空间小，改装效率高，成本低廉，可应用大部分指针式仪表，将传统指针式仪表升级为标准电信号输出仪表。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。