一种角度传感器及其校准方法与流程

本发明涉及传感器，具体涉及一种角度传感器及其校准方法

背景技术：

1、随着传感器技术的不断发展，角度传感器广泛应用于航空航天领域、叉车领域、电机制造领域等多个领域。角度传感器是伺服系统完成位置闭环，实现精准测量的关键部件，其可靠性及输出的角度精度对于系统位置跟踪控制功能的最终效果起着关键的作用。角度传感器的冗余功能设计和高准确度将会较大增加编码器的可靠性，提升产品的竞争力，实现满足欧盟车载与物流车辆相关法律法规安全要求的目的，为后期的产品开拓、产品运行稳定提供较大保障。所以实现角度传感器的冗余功能设计研究及其校准方法是非常有价值的。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能提升角度测量的准确度以及角度传感器的可靠性的角度传感器及其校准方法。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种角度传感器，角度传感器包含磁体和电路单元，磁体为中空环状结构，设有n对n/s磁极，n≥1；电路单元包括两个结构相同的第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元，所述第一/第二磁传感器信号采集与处理单元包括电源单元以及数据处理及分析单元，所述电源单元包括ldo模块以及基准电压模块，所述数据处理及分析单元包括磁信号采集模块、信号调理模块、ad采样模块、mcu信号处理模块、da转换模块、驱动模块；第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元实现完全冗余设计，在第一磁传感器信号采集与处理单元失效的情况下，第二磁传感器信号采集与处理单元可完全正常工作；

3、所述的每个磁信号采集模块包含两个磁传感器，四个磁传感器的测量面均贴近磁体的上表面，与磁体的上表面平行，四个磁传感器分别放置于磁体的0°，90°，180°，270°的位置。

4、进一步，所述第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元之间通过spi信号进行信号交互。

5、进一步，所述磁体的各对极n/s的弧长相等，磁体为永磁体材质。

6、一种利用权利要求1-3所述的角度传感器的校准方法，包括以下步骤，当n＝1时，在单对级磁体的条件下，将被测的360°角度等距的划分成1024份，则磁体的360°圆环表面被等距的划分成第1个点-0°、第2个点-0.3516°、第3个点-0.7032°……第1024个点-359.6484°，同时一路mcu信号处理模块通过采集两个磁传感器的信号，通过换算公式①获得角度信号，当磁体旋转360°时，采集的点为5万个点的磁传感器信号，通过换算公式①，可获得该5万个点所对应的角度值，最后将理论角度数据与实际角度的数据进行分析对比，利用角度数据多减少补的原则，得出校准数据，使得实际输出角度值与理论输出角度值基本一致。通过该校准方法，角度误差值由原来的1°至3°提升至0.1°以内；

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8、在n＞1、多对级的前提下，则将被测的360°/n角度等距的划分成1024份，每一份都会有一组理论角度数据，第1个点0°、第2个点0.3516°、第3个点0.7032°……第1024个点359.6484°，其次mcu信号处理模块通过采集两个磁传感器的信号，通过换算公式②获得角度信号，当磁体旋转360°/n时，采集的点为5万个点的磁传感器信号，通过公式换算，可获得该5万个点所对应的角度值，得出实际角度输出数据，最后将理论角度数据与实际角度的数据进行分析对比，利用角度数据多减少补的原则，得出校准数据，使得实际输出角度值与理论输出角度值一致。

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10、本发明具有以下积极效果：本发明通过第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元，分别同时测量磁场中四个当前的磁感应强度，然后通过信号调理模块和ad采样模块采集多个磁传感器器件的输出，通过mcu信号处理模块，根据多个磁传感器器件的输出信号的幅值及相位，并结合校准算法解算出当前定子和转子的相对角位移，通过da转换模块以及驱动模块，输出模拟电压信号，保持在较高的绝对角度测量精度前提下，完成整个旋转角度的测量。第一磁传感器信号采集与处理单元与第二磁传感器信号采集与处理单元均可独立的完成磁信号检测与处理，在数据分析的过程中，为了增加可靠性，两个mcu通过spi信号进行信号交互，交互的内容为测得的角度值,同步比对双方的计算技术，增强测量数据的准确性，当其中某一路磁传感器信号采集与处理单元失效时，另外一路磁传感器信号采集与处理单元也能完全的正常工作，二者之间互不约束，提升角度传感器的可靠性。

技术特征：

1.一种角度传感器，角度传感器包含磁体和电路单元，其特征在于：磁体为中空环状结构，设有n对n/s磁极，n≥1；电路单元包括两个结构相同的第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元，所述第一/第二磁传感器信号采集与处理单元包括电源单元以及数据处理及分析单元，所述电源单元包括ldo模块以及基准电压模块，所述数据处理及分析单元包括磁信号采集模块、信号调理模块、ad采样模块、mcu信号处理模块、da转换模块、驱动模块；第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元实现完全冗余设计，在第一磁传感器信号采集与处理单元失效的情况下，第二磁传感器信号采集与处理单元可完全正常工作；

2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于：所述第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元之间通过spi信号进行信号交互。

3.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于：所述磁体的各对极n/s的弧长相等，磁体为永磁体材质。

4.一种利用权利要求1-3所述的角度传感器的校准方法，其特征在于：包括以下步骤，

技术总结
一种角度传感器，角度传感器包含磁体和电路单元，磁体为中空环状结构，设有n对N/S磁极，n≥1；电路单元包括两个结构相同的第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元，所述第一/第二磁传感器信号采集与处理单元包括电源单元以及数据处理及分析单元；第一磁传感器信号采集与处理单元和第二磁传感器信号采集与处理单元实现完全冗余设计。本发明还包括一种角度传感器的校准方法。本发明增强了测量数据的准确性，当其中某一路磁传感器信号采集与处理单元失效时，另外一路磁传感器信号采集与处理单元也能完全的正常工作，二者之间互不约束，提升角度传感器的可靠性。

技术研发人员：余施美,邹强,熊朝阳,杜卯春,狄政章,邓政,唐欣
受保护的技术使用者：湖南航天磁电有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13