磁性位置传感装置及其定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁性位置传感装置及其定位方法，本发明专利技术主要解决现有技术所存在的采用选通方式限制主控电路控制的段静尺的数量、移位寄存器级联方式无法一步选定磁敏元件组降低扫描速度、开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度、位序列匹配方法运算速度慢等问题。为此，本发明专利技术保留并口传输数据维持数据高速传输，保留级联方式进行段静尺扩展，发展采用Ｉ２Ｃ方式增加了主控电路控制的段静尺的数量；采用单片机级联能够一步选定磁敏元件组提高了扫描速度；采用一种正交定位法对模拟型磁敏元件提高测试精度，对开关型磁敏元件提高运算速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种位置传感装置及其方法，尤其是涉及一种磁性位置传感装置及其定位方法。
技术介绍
在一个物体上安装具有永磁体阵列的动尺，在另一个物体上安装具有磁敏元件阵列及电路的静尺，静尺接收动尺的磁场从而测量两物体相对位移的技术应用十分广泛，并已制成专用的集成电路如HLA32，该电路以32路霍尔元件阵列作为静尺，并采用单片机对霍尔元件的输出信号进行扫描，判断作为动尺的永磁体的位置，在长距离情况下进行分段依次上电扫描判断永磁体的位置。技术专利“磁敏同步数字位移传感器”(CN2544246Y)采用磁敏元件阵列和并串转换电路，单片机对磁敏元件阵列进行扫描并判断永磁体的位置。专利技术专利“位置编码式磁性位移传感器”(CN1309282A)引入了编码，永磁体阵列中各单元宽度在±1/7～±1/9之间变化，磁敏元件阵列中各元件之间的间距在±1/11～±1/13之间变化，当永磁体阵列位于磁敏元件阵列不同位置时，磁敏感元件之间取出的差分信号序列不同，其数目由永磁体阵列单元与磁敏元件阵列单元的排列组合决定。技术专利“数字化接近传感器”(CN2615636Y)同样以永磁体及磁敏元件间隔的不同设计的编码为基本构思，为了进行长距离测量，该专利采用了分段依次上电扫描判断永磁体动尺的位置，并具有相应的位置编码器产品。专利技术专利“磁性位置传感装置及其定位方法”(申请号200810047448.3)不采用编码技术，而是引入位序列匹配方法提高了定位精度；构造了永磁体单元宽度、磁敏元件间距及定位分辨率之间的设计方-->法；使用多个双向移位寄存器74HC194进行级联扩展了每段静尺的长度；采用并行口提高了数据传输速度。但该专利采用的线选通方式限制了主控电路控制的段静尺的数量；采用多个双向移位寄存器74HC194级联无法一步选定磁敏元件组，降低了扫描速度；采用的开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度；该专利的位序列匹配方法需要求所有位参考序列的匹配值然后进行比较，运算速度慢。目前方案的优点是采用并口提高了数据传输速度；使用双向移位寄存器74HC194级联扩展了段静尺长度。缺点是线选通方式限制了主控电路控制的段静尺的数量；移位寄存器级联方式无法一步选定磁敏元件组降低了扫描速度；开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度；位序列匹配方法运算速度慢。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术所存在的采用选通方式限制主控电路控制的段静尺的数量、移位寄存器级联方式无法一步选定磁敏元件组降低扫描速度、开关型磁敏元件及其相应定位方法难以进一步提高定位精度、位序列匹配方法运算速度慢等问题。为此，本专利技术保留并口传输数据维持数据高速传输，保留级联方式进行段静尺扩展，发展采用I2C方式增加了主控电路控制的段静尺的数量；采用单片机级联能够一步选定磁敏元件组提高了扫描速度；采用一种正交定位法对模拟型磁敏元件提高测试精度，对开关型磁敏元件提高运算速度。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：磁性位置传感装置，用于感测两个物体相对位置，它包括一个内部具有永磁体阵列的动尺，一个能接收动尺磁场的静尺；静尺内部包括有磁敏元件阵列，主控电路以及至少一个段扫描电路、至少一个总线缓冲器以及-->至少一个总线收发器；主控电路包括数字信号处理器，段扫描电路包括段单片机，其特征在于：静尺内部电路板之间通过带插针电路板焊接，相邻静尺的输出端口和输入端口连接。数字信号处理器的串行口线通过总线缓冲器连接段单片机的串行口线，数字信号处理器的I/O口线通过总线缓冲器连接段单片机的I/O口线，段单片机的I/O口线通过总线收发器与数字信号处理器的I/O口线连接，相邻段单片机之间有I/O口线连接；在上述的磁性位置传感装置，所述的串行口线是I2C或者SPI或者USART。在上述的磁性位置传感装置，所述的磁敏元件是模拟型或者开关型。在上述的磁性位置传感装置，所述的段单片机连接第一个节单片机，至少可级联一节单片机，节单片机上连接有磁敏元件阵列。在上述的磁性位置传感装置，所述的段单片机与节单片机的连接采用串行口方式、并行口方式以及I/O口线方式中任意一种或多种方式的组合。一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于模拟型磁敏元件，其特征在于：a、数字信号处理器通过串行口线依次发送地址到段单片机；b、段单片机确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列进行采样；c、段单片机探测到永磁体阵列信号后，将数据输出到总线收发器上；d、数字信号处理器发出电平跳变，同时读总线收发器获得段单片机的数据；将数据依次拼接得到数据信号序列；e、数字信号处理器根据所述数据序列的个数来确定从数据序列中截取的个数据：Bz(1)、Bz(2)、……、选择互为正交的函数如正弦函数数据序列和余弦函数数据序列对应数据序列元素直接相乘，求和值：-->AS=Σn=1Dδ±1Bz(n)*sin[2πδD±δ(n-1)]]]>及AC=Σn=1Dδ±1Bz(n)*cos[2πδD±δ(n-1)]]]>D±δ为永磁体单元宽度，相邻磁敏元件的间隔为D，δ的物理意义是游标磁尺的分辨率；f、将上述AS、AC代入计算待求位置的小数值：D±δ2πtg-1ASAC]]>AS、AC表示数据信号序列与所述互为正交的两个函数的匹配程度，这一定位方法因此叫做正交法。该方法以数字信号处理及磁场相关理论为基础进行构思，在采用模拟磁敏元件的情况下，定位精度大幅度提高。在计算中，如果以D+δ为永磁体单元宽度，计算中都取正号进行计算；如果以D-δ为永磁体单元宽度，计算中都取负号进行计算。g、以数据Bz(1)对应的磁敏元件的序号为L，相邻磁敏元件的间隔为D，则，计算待求位置的整数值：L*Dh、所述待求位置的整数值加上所述待求位置的小数值得到待求位置值。一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于开关型磁敏元件，其特征在于：a、数字信号处理器通过串行口线依次发送地址到段单片机；b、段单片机确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列进行采样；-->c、段单片机探测到永磁体阵列信号后，将数据输出到总线收发器上；d、数字信号处理器发出电平跳变，同时读总线收发器获得段单片机的数据；将数据依次拼接得到位信号序列；e、数字信号处理器根据所述位信号序列的位数来确定从信号序列中截取的个位：bit(Bz(1))、bit(Bz(2))、……、与模拟型磁敏元件的定位方法相似，选择互为正交的位参考序列Bs和Bc，对应位进行逻辑异或，求和值：DS=Dδ±1-2Σn=1Dδ±1bit(Bz(n))oxBs]]>及DC=Dδ±1-2Σn=1Dδ±1bit(Bz(n))oxBc]]>DS、DC叫做匹配数，D±δ为永磁体单元宽度，相邻磁敏元件的间隔为D，δ的物理意义是游标磁尺的分辨率。Bs和Bc是位参考序列，其位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性位置传感装置，用于感测两个物体相对位置，它包括一个内部具有永磁体阵列（３）的动尺（１），一个能接收动尺（１）磁场的静尺（６）；静尺（６）内部包括有磁敏元件阵列（８），主控电路（１０）以及至少一个段扫描电路（１１）、至少一个总线缓冲器（１７）以及至少一个总线收发器（１８）；主控电路（１０）包括数字信号处理器（１５），段扫描电路（１１）包括段单片机（１９），其特征在于：静尺（６）内部电路板（９）之间通过带插针电路板（１２）焊接，相邻静尺（６）的输出端口（１３）和输入端口（１４）连接。数字信号处理器（１５）的串行口线通过总线缓冲器（１７）连接段单片机（１９）的串行口线，数字信号处理器（１５）的Ｉ／Ｏ口线通过总线缓冲器（１７）连接段单片机（１９）的Ｉ／Ｏ口线，段单片机（１９）的Ｉ／Ｏ口线通过总线收发器（１８）与数字信号处理器（１５）的Ｉ／Ｏ口线连接，相邻段单片机（１９）之间有Ｉ／Ｏ口线连接。

【技术特征摘要】
1.一种磁性位置传感装置，用于感测两个物体相对位置，它包括一个内部具有永磁体阵列(3)的动尺(1)，一个能接收动尺(1)磁场的静尺(6)；静尺(6)内部包括有磁敏元件阵列(8)，主控电路(10)以及至少一个段扫描电路(11)、至少一个总线缓冲器(17)以及至少一个总线收发器(18)；主控电路(10)包括数字信号处理器(15)，段扫描电路(11)包括段单片机(19)，其特征在于：静尺(6)内部电路板(9)之间通过带插针电路板(12)焊接，相邻静尺(6)的输出端口(13)和输入端口(14)连接。数字信号处理器(15)的串行口线通过总线缓冲器(17)连接段单片机(19)的串行口线，数字信号处理器(15)的I/O口线通过总线缓冲器(17)连接段单片机(19)的I/O口线，段单片机(19)的I/O口线通过总线收发器(18)与数字信号处理器(15)的I/O口线连接，相邻段单片机(19)之间有I/O口线连接。2.根据权利要求1所述的磁性位置传感装置，其特征在于：所述的串行口线是I2C或者SPI或者USART。3.根据权利要求1所述的磁性位置传感装置，其特征在于：所述的磁敏元件是模拟型或者开关型。4.根据权利要求1所述的段扫描电路(11)，其特征在于：所述的段单片机(19)连接第一个节单片机(20)，至少可级联一节单片机(20)，节单片机(20)上连接有磁敏元件阵列(8)。5.根据权利要求4所述的段扫描电路(11)，其特征在于：所述的段单片机(19)与节单片机(20)的连接采用串行口方式、并行口方式以及I/O口线方式中任意一种或多种方式的组合。6.一种用于上述磁性位置传感装置的定位方法，用于模拟型磁敏元件，其特征在于：a、数字信号处理器(15)通过串行口线依次发送地址到段单片机(19)；b、段单片机(19)确认如是本机地址，则对磁敏元件阵列(8)进行采样；c、段单片机(19)探测到永磁体阵列(3)信号后，将数据输出到总线收发器(18)上；d、数字信号处理器(15)发出电平跳变，同时读总线收发器(18)获得段单片机(19)的数据；将数据依次拼接得到数据信号序列；e、数字信号处理器(15)根据所述数据序列的个数来确定从数据序列中截取的个数据：Bz(1)、Bz(2)、……、并求和值：AS=Σn=1Dδ&Plu...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹大平，江漩，张俊杰，郑晗，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]