一种多霍尔通道角度传感器及低滞后数据融合方法

本发明涉及霍尔角度传感器，尤其涉及一种多霍尔通道角度传感器及低滞后数据融合方法。

背景技术：

1、霍尔角度传感器，也称磁编码器，是一种用于测量旋转角度或线性位移。霍尔角度传感器使用磁场来测量位置，并将其转换为相应的电信号。霍尔角度传感器在机器人、医疗器械、自动化等领域具有广泛的应用背景。信号抖动是影响霍尔角度传感器测量精度的关键因素之一。目前，主要通过移动递推平均滤波算法实现信号滤波。由于移动递推平均滤波算法的存在，导致测量信号存在较大滞后，难以慢速高速动态测试场景。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在测量信号存在较大滞后，难以慢速高速动态测试场景的缺点，而提出的一种多霍尔通道角度传感器及低滞后数据融合方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种多霍尔通道角度传感器，包括转动轴系、外壳、信号采集模块，所述转动轴系和信号采集模块安装于外壳内，转动轴系包括转轴、卡簧、轴承a、轴承b和径向磁柱，所述轴承a、轴承b安装于外壳内，转轴安装于轴承a、轴承b的内圈，径向磁柱安装于转轴的底端，卡簧设于外壳上，且卡簧与转轴配合。

4、优选的，所述信号采集模块包括pcb板、霍尔传感器组、信号快插端子，霍尔传感器组包括多个霍尔传感器元件，多个霍尔传感器元件随转轴轴线径向均匀分布于pcb板之上。

5、优选的，所述转轴一端设有盲孔，径向磁柱通过过盈方式嵌入于盲孔内。

6、优选的，所述径向磁柱随同转轴回转过程中，将同步磁化霍尔传感器组内各霍尔传感器元件，并产生n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}。

7、优选的，所述n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}存在可定量辨识的相位差

8、本发明还提出了一种多霍尔通道角度传感器的低滞后数据融合方法，包括以下步骤：

9、s1：传感器初始化；

10、s2：同步磁化霍尔传感器组内各霍尔传感器元件相位辨识计算；

11、s3：霍尔传感器元件相位修正；

12、s4：多通道数据融合。

13、优选的，所述s1中，针对n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}连续采集j次，并通过计算得出各通道角位移响应初始值

14、优选的，所述s2中，各通道角位移响应相位偏差通过计算得出。

15、优选的，所述s3中，通过对通道角位移响应θ1进行修正，形成相位修正后的角位移响应向量

16、优选的，所述s4中，通过实现抖动消除，并融合得出最终角位移θo。

17、本发明中，所述一种多霍尔通道角度传感器及低滞后数据融合方法的有益效果：

18、在径向磁柱磁场范围内，圆周对称设置n个霍尔传感器，构成一霍尔传感器组，并使其相对位置固定。径向磁柱旋转过程中，同步磁化霍尔传感器组内各元件，并获得n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}，通过相位辨识与修正，基于角位移响应信号向量直接融合得出最终角位移θo，实现信号消抖，由于n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}均为当前信号量，不存在滞后，因此测量数据融合结果实时性将大大提高；

19、角度测量实时性高，通过硬件方式，扩张被测量当前观测数，数据不存在滞后，因此测量数据融合结果实时性将大大提高。多通道数据融合算法均为代数方法，解算速度快，基于8-bit、16mhz单片机实时解算速度仅需约0.5ms。

20、本发明测量信号有效消抖，测量精度高，测量实时性高，适用于高速动态测试场景。

技术特征：

1.一种多霍尔通道角度传感器，包括转动轴系(1)、外壳(2)、信号采集模块(3)，其特征在于，所述转动轴系(1)和信号采集模块(3)安装于外壳(2)内，转动轴系(1)包括转轴(11)、卡簧(12)、轴承a(13)、轴承b(14)和径向磁柱(15)，所述轴承a(13)、轴承b(14)安装于外壳(2)内，转轴(11)安装于轴承a(13)、轴承b(14)的内圈，径向磁柱(15)安装于转轴(11)的底端，卡簧(12)设于外壳(2)上，且卡簧(12)与转轴(11)配合。

2.根据权利要求1所述的一种多霍尔通道角度传感器，其特征在于，所述信号采集模块(3)包括pcb板(31)、霍尔传感器组(32)、信号快插端子(33)，霍尔传感器组(32)包括多个霍尔传感器元件，多个霍尔传感器元件随转轴(11)轴线径向均匀分布于pcb板(31)之上。

3.根据权利要求2所述的一种多霍尔通道角度传感器，其特征在于，所述转轴(11)一端设有盲孔，径向磁柱(15)通过过盈方式嵌入于盲孔内。

4.根据权利要求3所述的一种多霍尔通道角度传感器，其特征在于，所述径向磁柱(15)随同转轴(11)回转过程中，将同步磁化霍尔传感器组(32)内各霍尔传感器元件，并产生n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}。

5.根据权利要求4所述的一种多霍尔通道角度传感器，其特征在于，所述n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}存在可定量辨识的相位差

6.一种多霍尔通道角度传感器的低滞后数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种多霍尔通道角度传感器的低滞后数据融合方法，其特征在于，所述s1中，针对n组角位移响应信号θ＝{θ1,θ2,...θn}连续采集j次，并通过计算得出各通道角位移响应初始值

8.根据权利要求7所述的一种多霍尔通道角度传感器的低滞后数据融合方法，其特征在于，所述s2中，各通道角位移响应相位偏差通过计算得出。

9.根据权利要求8所述的一种多霍尔通道角度传感器的低滞后数据融合方法，其特征在于，所述s3中，通过对通道角位移响应θ1进行修正，形成相位修正后的角位移响应向量

10.根据权利要求9所述的一种多霍尔通道角度传感器的低滞后数据融合方法，其特征在于，所述s4中，通过实现抖动消除，并融合得出最终角位移θo。

技术总结
本发明属于霍尔角度传感器领域，尤其是一种多霍尔通道角度传感器及低滞后数据融合方法，针对现有的测量信号存在较大滞后，难以慢速高速动态测试场景问题，现提出如下方案，其包括转动轴系、外壳、信号采集模块，所述转动轴系和信号采集模块安装于外壳内，转动轴系包括转轴、卡簧、轴承A、轴承B和径向磁柱，所述轴承A、轴承B安装于外壳内，转轴安装于轴承A、轴承B的内圈，径向磁柱安装于转轴的底端，卡簧设于外壳上，且卡簧与转轴配合，本发明测量信号有效消抖，测量精度高，测量实时性高，适用于高速动态测试场景。

技术研发人员：华洪良,吴小锋,史乃煜,杨阳,张姻,雷德福,郑隽一
受保护的技术使用者：常州工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19