一种磁角度传感器测试装置的制作方法

【技术领域】

本发明属于传感器测试领域，尤其涉及一种高精度的简易磁角度传感器测试装置。

背景技术：

目前，磁性角度传感器除自动化测试系统外，简易的测试装置一般采用电机旋转永磁体而传感器固定的方式进行测量。旋转磁体的方式除特殊构型外，由于地磁场或其他恒定弱磁场干扰源的存在，均存在电机旋转的参考角度与实际磁场方向旋转角度不一致的问题，从而导致系统性的角度误差。若添加磁屏蔽装置，考虑到测量磁角度传感器的所需的外磁场较大，且磁屏蔽材料本身为高磁导率材料，很容易被磁化，所以需大量的磁屏蔽材料，做成体积较大的磁屏蔽装置，导致成本很高。对于高精度磁角度传感器来说，这样的测量对于参数的精确标定十分不利。

因此，有必要提出一种技术方案来解决上述测量方式造成的系统误差。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种磁角度传感器测试装置，其不仅可以规避或剔除由地磁场带来(或产生)的系统误差，而且还可以将其他恒定弱磁场干扰源可能带来的角度误差一起消除，从而实现高精度的测量。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种磁角度传感器测试装置，其包括：第一基板；电机，其设置于所述第一基板上，所述电机包括电机主体和电机转轴；磁场源，其用于产生外磁场，所述磁场源设置于所述第一基板上，在测试时所述磁场源保持不动；其中，待测磁角度传感器固定于所述电机的电机转轴上，且与所述磁场源相对。

进一步的，所述待测磁角度传感器为磁角度传感器芯片，所述待测磁角度传感器的感测平面为所述磁角度传感器芯片的表面。

进一步的，所述电机转轴的中心、磁场源的中心和待测磁角度传感器的中心位于同一共轴线上。

进一步的，所述磁场源的磁化方向垂直所述共轴线；和/或所述磁场源在所述待测磁角度传感器处产生的外磁场平行于所述待测磁角度传感器的感测平面。

进一步的，所述磁角度传感器测试装置还包括连接部件，所述待测磁角度传感器和电机转轴保持一定的距离，且所述待测磁角度传感器通过所述连接部件固定于所述电机转轴上。

进一步的，所述连接部件采用无磁材料；和/或装载所述待测磁角度传感器的测试座或印刷电路板及连接线采用无磁材料。

进一步的，所述磁场源为永磁体，所述永磁体的形状为圆柱体磁体或长方体磁体，所述圆柱体磁体的磁化方向沿其直径方向；所述长方体磁体的磁化方向沿其任一边方向。

进一步的，所述磁场源为类亥姆霍兹线圈的双磁体，所述类亥姆霍兹线圈的双磁体等效于电流固定不变的亥姆霍兹线圈。

进一步的，所述类亥姆霍兹线圈型双磁体包括相对且间隔设置的第一永磁体单元和第二永磁体单元，所述第一永磁单元和第二永磁体单元邻近面的磁极为分别为n极和s极；所述类亥姆霍兹线圈型双磁体的空间磁场指向为n极指向s极。

进一步的，所述第一永磁体单元和第二永磁体单元均为圆盘形永磁体单元，其半径为r，其磁化方向为其厚度方向；所述第一永磁单元和第二永磁体单元的中心距离等于所述圆盘形永磁体单元的半径r。

进一步的，所述第一永磁单元和第二永磁体单元均为正方形永磁体单元或长方形永磁体单元，且正方形永磁体单元和长方形永磁体单元的磁化方向沿其厚度方向。

进一步的，所述的磁角度传感器测试装置还包括设置于所述第一基板上的第一升降台和第二升降台，所述电机放置于第一升降台上，且沿所述基板平面放置；所述磁场源放置于第二升降台上。

进一步的，所述磁角度传感器测试装置还包括第一升降台、第二升降台和第二基板，所述电机垂直于所述基板的平面放置；所述第一升降台和第二升降台放置于所述第一基板上，且分别位于所述电机的两侧；所述第二基板位于第一升降台和第二升降台上，且位于所述电机转轴的上方；所述磁场源设置于所述第二基板上。

进一步的，所述磁角度传感器测试装置还包括：伺服控制器，其用于控制所述电机的电机转轴旋转至预定旋转角度；信号处理电路，其在所述电机转轴旋转至预定旋转角度后，采集待测磁角度传感器输出的角度信号，并以所述预定旋转角度作为参考角度，结合所述待测磁角度传感器输出的角度信号来检测所述待测磁角度传感器的性能参数。

与现有技术相比，在本发明的磁角度传感器测试装置中，将磁场源固定不动，将待测磁角度传感器固定于电机转轴上。在测试过程中，电机带动待测磁角度传感器旋转，该旋转角度作为参考角度，根据传感器的输出来标定其性能参数，从而不仅可以规避或降低剔除由地磁场带来的系统误差，而且还可以将其他恒定弱磁场干扰源可能带来的角度误差一起消除，进而提高对磁角度传感器的转角测试的测量精度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1(a)为采用旋转磁体的方式来测量磁角度传感器将引入地磁场产生的误差的矢量分析示意图；

图1(b)为采用旋转磁体的方式在施加不同工作磁场h的情况下，角度误差随参考角度的变化曲线；

图2为本发明在一个实施例中的高精度的简易磁角度传感器测试装置的结构示意图；

图3为本发明在另一个实施例中的高精度的简易磁角度传感器测试装置的结构示意图；

图4为本发明中的永磁体的形状为圆柱体和长方体的磁场分布示意图；

图5为本发明在一个实施例中的类亥姆霍兹线圈型双磁体的结构示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

请参考图1(a)所示，其为采用旋转磁体(或磁场源)的方式来测量磁角度传感器将引入地磁场产生的误差的矢量分析示意图，其中，磁体101产生的工作磁场(或外磁场)为h，地磁场的分量为hg，若不考虑地磁场，工作磁场h此时的角度为θ1，若考虑地磁场，则合磁场(或实际磁场)矢量和方向的角度为θ2，这样使得参考角度与实际磁场旋转角度不一致，从而造成△θ＝θ1-θ2的角度误差，且该角度误差△θ随旋转角度θ1变化。其中，△θ＝arctan(hgcosθ1/(h-hgsinθ1))。假定该处地磁场的分量hg＝-0.37gs，在施加不同工作磁场h的情况下，由地磁场引起的角度误差△θ随参考角度(即电机转轴的旋转角度)θ1的变化曲线如图1(b)所示。由图1(b)可知：当工作磁场h不变时，角度误差△θ随电机转轴的旋转角度θ1的变化曲线具有360度周期性；角度误差△θ的大小受工作磁场h的大小和方向影响，工作磁场h越小，角度误差△θ越大；当工作磁场h为300gs时，地磁引起的角度误差△θ最大为0.07度；当外加磁场h为200gs和100gs时，地磁引起的角度误差△θ最大可达0.1和0.2度，这对于高精度的磁角度传感器来说，影响巨大。

地磁场在一定区域内可以认为是恒定不变的，采用上述旋转磁体的方式，磁体产生的磁场与地磁场矢量叠加，导致实际磁场角度与旋转角度不一致。如果将磁体固定不变，则磁体产生的磁场与地磁的矢量和将保持不变，即合磁场的大小方向均不发生变化，在测量时旋转待测磁角度传感器即可。这样，参考角度以待测磁角度传感器旋转角度为准，将不再存在参考角度与磁场角度不一致的情况，实现高精度的测量。因此，本发明提出一种可以避免或剔除上述地磁场误差的磁角度传感器测试装置。

请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的高精度的简易磁角度传感器测试装置的结构示意图。图2所示的磁角度传感器测试装置包括第一基板(或第一水平台)201、第一升降台202a、第二升降台202b、电机203、连接板205、待测磁角度传感器207和磁场源(或磁体)204。

所述电机203设置于所述第一基板201上，其包括电机主体203a和电机转轴203b。在一个实施例中，所述电机203由伺服控制器(未图示)控制，以使电机转轴203b产生精确的旋转角度，所述电机转轴203b的旋转角度作为参考角度。在图2所示的具体实施例中，所述电机203横向放置于所述第一基板201上。

所述磁场源204用于产生外加磁场(或工作磁场)h，其设置于所述第一基板201上且与所述电机转轴203b的端部相对，在测试时所述磁场源204保持不动(或固定不动)。在图2所示的实施例中，所述磁场源204为永磁体，永磁体204可以由钕铁硼、钐钴或铁氧体等其他材料制成。

所述待测磁角度传感器207基于感测平面内的磁场产生表示磁角度的角度信号。所述待测磁角度传感器207固定于所述电机203的电机转轴203b的端部上，随电机转轴203b旋转。且所述待测磁角度传感器207的中心(或轴线、轴心)与所述磁场源204的中心(或轴线、轴心)和电机转轴203b的中心(或轴线、轴心)保持共轴，如图2中的共轴线206，以保证所述待测磁角度传感器207在旋转过程中感受到所述磁场源204产生的外加磁场(或工作磁场)h的均匀性，从而减小由离轴距离引起的角度误差。其中，所述磁场源204的磁化方向垂直共轴线206。

需要注意的是，图2所示的磁角度传感器测试装置除了电机203和磁场源204外，其余部件均采用无磁材料，包括装载待测磁角度传感器207的测试座或pcb板(printedcircuitboard，印制电路板)及连接线(未图示)。所述待测磁角度传感器207不能直接固定于电机转轴203b上，原因是电机转轴203b由钢铁制成且磁导率较高，电机转轴203b为便于固定其他零部件，其轴上一般都有缺口，若203b靠近磁场源，将使得磁场源(或磁体)204的磁场分布不均，因此，待测磁角度传感器207与电机转轴203b需保持一定距离并通过连接部件205固定，所述连接部件205可由铝或其他无磁的材料组成。在图2所示的具体实施例中，所述连接部件205为连接板，连接板205的一端固定于所述电机转轴203b上，其另一端与所述待测磁角度传感器207固定连接。在图2所示的实施例中，所述待测磁角度传感器207为磁角度传感器芯片，所述待测磁角度传感器207的感测平面为磁角度传感器芯片的表面；所述磁场源204在所述待测磁角度传感器207处产生的外磁场平行于所述待测磁角度传感器207的感测平面。

第一升降台202a和第二升降台202b放置于第一基板(或第一水平台)201；电机203放置于第一升降台202a上，待测磁角度传感器207固定于所述电机转轴203b上；磁场源204放置于第二升降台202b上且与待测磁角度传感器207相对。通过调节所述第一升降台202a和第二升降台202b，可以使电机转轴203b的中心(或轴线、轴心)、所述磁场源204的中心(或轴线、轴心)及待测磁角度传感器207的中心(或轴线、轴心)保持共轴，如图2所示的共轴线206。在另一个实施例中，所述升降台202a、202b也可以是固定高度的平台，只要能使得电机转轴203b的中心、所述磁场源204的中心及待测磁角度传感器207的中心共轴即可。

磁场源204在待测磁角度传感器207产生的外磁场的大小通过所述磁场源204的尺寸、材料选型及所述磁场源204与待测磁角度传感器207的距离来调节。例如，可以通过调节所述第一升降台202a和第二升降台202b的左右距离，以改变所述磁场源204在所述待测磁角度传感器207处产生的外磁场的大小。

请参考图3所示，其为本发明在另一个实施例中的高精度的简易磁角度传感器测试装置的结构示意图。图3所示的磁角度传感器测试装置包括第一基板(或第一水平台)301、第一升降台302a、第二升降台302b、电机303、连接管305、待测磁角度传感器307、第二基板(或第二水平台)308和磁场源(或磁体)304。

所述电机303设置于所述第一基板301上，其包括电机主体303a和电机转轴303b。在一个实施例中，所述电机303由伺服控制器(未图示)控制，以使电机转轴303b产生精确的旋转角度，所述电机转轴303b的旋转角度作为参考角度。在图3所示的具体实施例中，所述电机303竖向放置于所述第一基板301上。

所述磁场源304用于产生外加磁场(或工作磁场)h，其设置于所述第一基板301上且与所述电机转轴303b的端部相对，在测试时所述磁场源304保持不动。在图3所示的实施例中，所述磁场源304为永磁体，永磁体304可以由钕铁硼、钐钴或铁氧体等其他材料制成。在图3所示的实施例中，所述磁场源304位于所述电机转轴303b的端部的上方。

所述待测磁角度传感器307基于感测平面内的磁场产生表示磁角度的角度信号。所述待测磁角度传感器307固定于所述电机303的电机转轴303b的端部上，随电机转轴303b旋转。且所述待测磁角度传感器307的中心(或轴线、轴心)与所述磁场源304的中心(或轴线、轴心)和电机转轴303b的中心(或轴线、轴心)保持共轴，如图3中的共轴线306，以保证所述待测磁角度传感器307在旋转过程中感受到所述磁场源304产生的外加磁场(或工作磁场)h的均匀性，从而减小由离轴距离引起的角度误差。其中，所述磁场源304的磁化方向垂直共轴轴线306。

需要注意的是，图3所示的磁角度传感器测试装置除了电机303和磁场源304外，其余部件均采用无磁材料，包括装载待测磁角度传感器307的测试座或pcb板(printedcircuitboard，印制电路板)及连接线(未图示)。所述待测磁角度传感器307不能直接固定于电机转轴303b上，原因是电机转轴303b由钢铁制成且磁导率较高，电机转轴303b为便于固定其他零部件，其轴上一般都有缺口，303b离磁场源太近将使得磁场源(或磁体)304的磁场分布不均，因此，待测磁角度传感器307与电机转轴303b需保持一定距离并通过连接部件305固定，所述连接部件305可由铝或其他无磁的材料组成。在图3所示的具体实施例中，所述连接部件305为连接管，连接管305的一端套设于所述电机转轴303b的端部，其另一端与所述待测磁角度传感器307固定连接。在图3所示的实施例中，所述待测磁角度传感器307为磁角度传感器芯片，所述待测磁角度传感器307的感测平面为磁角度传感器芯片的表面；所述磁场源304在所述待测磁角度传感器307处产生的外磁场平行于所述待测磁角度传感器307的感测平面。

第一升降台302a和第二升降台302b放置于第一基板(或第一水平台)301上，且位于电机303的两侧；第二基板(或第二水平台)308放置于第一升降台302a和第二升降台302b上，且位于所述电机303上方；待测磁角度传感器307固定于所述电机转轴303b的端部上；磁场源304放置于第二基板(或第二水平台)308上且与待测磁角度传感器307相对。在测试过程中，所述待测磁角度传感器307和所述磁场源304保持一定的距离，且电机转轴303b的中心(或轴线、轴心)、所述磁场源304的中心(或轴线、轴心)及待测磁角度传感器307的中心(或轴线、轴心)保持共轴，如图3所示的共轴线306。

磁场源304在待测磁角度传感器307产生的外磁场的大小通过所述磁场源304的尺寸、材料选型及所述磁场源304与待测磁角度传感器307的距离来调节。例如，可以通过调节所述第一升降台302a和第二升降台302b的高度，改变所述磁场源304在所述待测磁角度传感器307处产生的外磁场的大小。

本发明中的磁角度传感器测试装置还包括伺服控制器(未图示)和信号采集电路(或信号处理电路)(未图示)。具体测试方式为，伺服控制器控制所述电机203、303的电机转轴203b、303b旋转至预定旋转角度；当电机转轴203b、303b旋转至预定旋转角度后，信号采集电路采集待测磁角度传感器输出的角度信号，并以电机转轴旋转的预定旋转角度(其等于待测磁角度传感器的旋转角度)作为参考角度，结合所述待测磁角度传感器输出的角度信号来检测所述待测磁角度传感器的性能参数。这样，参考角度以待测磁角度传感器旋转角度为准，将不再存在参考角度与实际磁场方向旋转角度不一致的情况，从而不仅可以规避或降低剔除由地磁场带来的系统误差，而且还可以将其他恒定弱磁场干扰源可能带来的角度误差一起消除，进而提高对磁角度传感器的转角测试的测量精度。

请参考图4所示，本发明中的永磁体204、304的形状可以是圆柱体或长方体。其中，圆柱体永磁体如图4中的400a所示，长方体永磁体如图4中的400b所示。为了便于描述，在图4中定义直角坐标系，其中，x轴从左向右延伸，y轴从底向上延伸。在400a中，圆柱体永磁体的磁化方向沿其直径方向，且垂直于磁体轴线402a(并垂直于系统共轴线206和306)；在距离圆柱体永磁体表面一定距离处，磁感线分布如虚线401a所示；所需工作磁场方向为n极指向s极的中心线沿x方向，若偏离圆柱体永磁体的中心，将会产生y方向的分量磁场，引入离轴误差，因此，在测量过程中磁场源204、304的中心与待测磁角度传感器207、307中心的共轴对于测量精度也十分重要。在400b中，长方体永磁体的磁化方向沿其任意边方向，且垂直于磁体轴线402b(并垂直于系统共轴线206和306)；在距离长方体永磁体表面一定距离处，磁感线分布如虚线401b所示；所需工作磁场方向为n极指向s极的中心线沿x方向，若偏离长方体永磁体的中心，也将会产生y方向的分量磁场，引入离轴误差。

本发明中的永磁体204、304也可以为类亥姆霍兹线圈型双磁体，该类亥姆霍兹线圈型双磁体等效于电流固定不变的亥姆霍兹线圈。请参考图5所示，其为本发明在一个实施例中的类亥姆霍兹线圈型双磁体的结构示意图。图5所示的类亥姆霍兹线圈型双磁体包括相对且间隔设置的第一永磁体单元510和第二永磁体单元520；第一永磁体单元510和第二永磁体单元520平行于轴线530(且530平行于共轴线206和306，其中，共轴线206和306穿过500b的中心，垂直于纸面)方向放置；所述第一永磁单元510和第二永磁体单元520邻近面的磁极为分别为n极和s极，空间磁场指向为n极指向s极且与轴线530垂直，其中心区域的磁场均匀性很高，具体请参见图5中的500b所示。在图5所示的具体实施例中，第一永磁体单元510和第二永磁体单元520均为图5中的500a所示的圆盘形永磁体单元，其半径为r，其磁化方向为轴向磁化(或其磁化方向沿圆盘形永磁体单元的轴向方向即厚度方向)；所述第一永磁单元510和第二永磁体单元520的中心距离d等于圆盘形永磁体单元的半径r，具体请参见图5中的500b所示。

本发明中的类亥姆霍兹线圈型双磁体也可以由两个正方形或长方形沿厚度方向磁化的永磁体单元组成。也就是说，所述第一永磁单元510和第二永磁体单元520可以均为正方形永磁体单元或长方形永磁体单元，且正方形永磁体单元和长方形永磁体单元的磁化方向沿其厚度方向。相对于单个圆柱体或长方体磁体，类亥姆霍兹线圈磁体能提供更均匀的磁场，可以减小离轴误差，使得装置的测试精度进一步得到提升。

综上所述，本发明中的磁角度传感器测试装置包括：第一基板201、301；电机203、303，其设置于所述第一基板201、301上，所述电机203、303包括电机主体203a、303a和电机转轴203b、303b；磁场源204、304，其用于产生外磁场，所述磁场源204、304设置于所述第一基板201、301上，在测试时所述磁场源204、304保持不动；其中，待测磁角度传感器207、307固定于所述电机转轴203b、303b上，且与磁场源204、304相对。这样，参考角度以待测磁角度传感器旋转角度为准，将不再存在参考角度与实际磁场方向旋转角度不一致的情况，从而不仅可以规避或降低剔除由地磁场带来的系统误差，而且还可以将其他恒定弱磁场干扰源可能带来的角度误差一起消除，进而提高对磁角度传感器的转角测试的测量精度。

在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。