霍尔传感器测量位移的方法及装置

摘要

本发明实施例提供一种霍尔传感器测量位移的方法及装置，所述方法包括：测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息；根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，得到所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果。采用上述方法可以提高霍尔传感器测量位移的精度。

权利要求

1.一种霍尔传感器测量位移的方法，其特征在于，包括：测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息；

根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果；

还包括：

根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的第二信息；

所述修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移包括：根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场第二信息与所述被测对象在当前位置的预设的磁场第二信息的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

所述磁场第一信息包括：被测对象在当前位置的磁场角度；

所述磁场第二信息包括：被测对象在当前位置的磁场强度；

基准间隙位置进行标定时，根据S1=f(α)和|B预|=g(S1)两个函数存储磁场强度和角度信息；

所述基准间隙位置为所述霍尔传感器与感应磁铁之间的最大间隙位置和最小间隙位置的中间位置；

α为磁场角度，B预为预设磁场强度，S1为被测对象相对于预设位置的位移，被测对象与所述感应磁铁集成为一体。

2.根据权利要求1所述的霍尔传感器测量位移的方法，其特征在于，所述修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，包括：通过补偿函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

3.根据权利要求2所述的霍尔传感器测量位移的方法，其特征在于，所述补偿函数包括以下其中一种：多项式函数、指数函数、对数函数。

4.根据权利要求3所述的霍尔传感器测量位移的方法，其特征在于，所述修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，包括：通过一次函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

5.一种霍尔传感器测量位移的装置，基于权利要求1-4任一项所述的霍尔传感器测量位移的方法，其特征在于，包括：测量单元，适于测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息；

第一计算单元，适于根据所述测量单元的测量的所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

修正单元，适于修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移并得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，作为测量结果；

还包括：第二计算单元，适于根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的第一位移获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的第二信息；

所述修正单元，适于根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场第二信息与所述被测对象在当前位置的预设的磁场第二信息的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

所述磁场第一信息包括：被测对象在当前位置的磁场角度；

所述磁场第二信息包括：被测对象在当前位置的磁场强度。

6.根据权利要求5所述的霍尔传感器测量位移的装置，其特征在于，所述修正单元，适于通过补偿函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

说明书

霍尔传感器测量位移的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及霍尔式位置测量技术领域，尤其涉及一种霍尔传感器测量位移的方法及装置。

背景技术

[0002] 当存在垂直于电流的磁场时则发生霍尔效应，霍尔效应是根据美国物理学家Edwin Herbert Hall(1855-1938)的名字命名的。在这种情况下，磁场在既垂直于磁场方向又垂直于电流方向的方向上产生被称为霍尔电压的电势差。通过测量霍尔电压，可以确定磁场分量的大小。

[0003] 现有技术中，可以利用霍尔传感器测量磁场角度，进而测量被测对象位移。因为所述霍尔传感器与所述被测对象之间有间隙，所以这是一种非接触的位移测量方式，所述间隙的大小由被测对象系统的装配精度决定，存在一个较大的公差带。

[0004] 但是，这样就可能导致降低霍尔传感器测量位移的精度。

发明内容

[0005] 本发明解决的问题是提高霍尔传感器测量位移的精度。

[0006] 为解决上述问题，本发明实施例提供一种霍尔传感器测量位移的方法，所述方法包括：

[0007] 测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息；

[0008] 根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

[0009] 修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，得到所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果。

[0010] 可选地，霍尔传感器测量位移的方法，还包括：

[0011] 根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的第二信息；

[0012] 所述修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移包括：根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场第二信息与所述被测对象在当前位置的预设的磁场第二信息的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0013] 可选地，所述磁场第一信息包括：被测对象在当前位置的磁场角度。

[0014] 可选地，所述磁场第二信息包括：被测对象在当前位置的磁场强度。

[0015] 可选地，所述修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，包括：通过补偿函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0016] 可选地，所述补偿函数包括以下其中一种：多项式函数、指数函数、对数函数。

[0017] 可选地，所述修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，包括：通过一次函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0018] 本发明实施例还提供了一种霍尔传感器测量位移的装置，所述装置包括：

[0019] 测量单元，适于测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息；

[0020] 第一计算单元，适于根据所述测量单元的测量的所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

[0021] 修正单元，适于修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移并得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，作为测量结果。

[0022] 可选地，霍尔传感器测量位移的装置，还包括：第二计算单元，适于根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的第一位移获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的第二信息；

[0023] 所述修正单元，适于根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场第二信息与所述被测对象在当前位置的预设的磁场第二信息的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0024] 可选地，所述磁场第一信息包括：被测对象在当前位置的磁场角度。

[0025] 可选地，所述磁场第二信息包括：被测对象在当前位置的磁场强度。

[0026] 可选地，所述修正单元，适于通过补偿函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0027] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

[0028] 根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移之后，通过对所述位移进行修正，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移作为测量结果，可以避免所述位移的测量结果受到霍尔传感器与所述被测对象之间的间隙的影响，从而可以提高霍尔传感器测量位移的精度，且无须对所述霍尔传感器及所述被测对象增加额外的硬件，从而使得所述霍尔传感器及所述被测对象的结构更加简便，同时也降低了成本。而且还可以减小感应磁铁的尺寸，从而可以减小被测对象的结构尺寸。

附图说明

[0029] 图1是现有技术中的一种根据磁场角度测量位移的场景示意图；

[0030] 图2是现有技术中的另一种根据磁场角度测量位移的场景示意图；

[0031] 图3是本发明实施例中的一种霍尔传感器测量位移的方法的流程图；

[0032] 图4是本发明实施例中的一种补偿函数示意图；

[0033] 图5是本发明实施例中的一种霍尔传感器测量位移的装置的结构示意图；

[0034] 图6是本发明实施例中的另一种霍尔传感器测量位移的装置的结构示意图。

具体实施方式

[0035] 现有技术中，采用霍尔传感器测量位移的方法，包括根据磁场强度来测量位移和根据磁场角度来测量位移这两种方法。其中，根据磁场强度来测量位移的方法，包括采用一个霍尔感应元件，判断一个方向上的磁场强度。根据磁场角度测量位移，包括采用两个霍尔元件，测量两个方向上的磁场强度来计算磁场角度。根据磁场角度测量位移的方法相比根据磁场强度测量位移的方法而言有更好的精度。

[0036] 然而，在批量生产的场合，霍尔传感器和被测物体之间的间隙有很大的波动范围，所述波动范围会影响霍尔传感器测量位移的精度。

[0037] 参考图1示出的现有技术中的一种根据磁场角度测量位移的场景示意图进行说明。如图1所示，所述场景包括的部件为：霍尔传感器100及感应磁铁102。在具体实施中，被测对象与所述感应磁铁102集成为一体。101为所述霍尔传感器100与所述感应磁铁102之间的间隙，也即为霍尔传感器100与所述被测对象之间的间隙。103为感应磁铁的运动行程，也就为所述被测对象的运动行程。

[0038] 其中，所述霍尔传感器100内部集成了两个霍尔元件，可以感知BX和By两个方向上的磁场，从而可以得到合成磁场强度的大小为|B|，所述合成磁场强度与By所成夹角为α。所述感应磁铁102，用来产生感应磁场。在大批量生产过程中，所述间隙101不是一个定值，而是会有一个公差带。

[0039] 以下参考图2示出的另一种根据磁场角度测量位移的场景示意图详细说明所述空隙101的公差带对位移测量的测量结果的影响。

[0040] 如图2所示，假如定义两个方向，分别为X轴和Y轴。其中X轴的位移为需要测量的所述被测对象相对于预设位置的位移，Y轴的位移为所述霍尔传感器与所述感应磁铁102，也即为所述被测对象之间的间隙。201为所述霍尔传感器100与所述感应磁铁102之间的基准间隙位置，如前所述，所述间隙位置会有个浮动范围，202为所述霍尔传感器100与所述感应磁铁102之间的最小间隙位置，200为所述霍尔传感器100与所述感应磁铁102之间的最大间隙位置，即所述间隙位置在所述最小间隙位置202和所述最大间隙位置200之间浮动。203为所述被测对象相对于预设位置的位移。a、b、c三点有相同的所述被测对象相对于预设位置的位移203，αa、αb、αc分别为合成磁场为磁力线方向与By所成的夹角，相应地，|Ba|、|Bb|、|Bc|为a、b、c三点处的合成磁场强度的大小。

[0041] 采用磁场角度α测量所述被测对象相对于预设位置的位移S，可以利用如下关系式：S＝f(α)。在所述霍尔传感器100与所述感应磁铁102之间的基准间隙位置201，可以通过采集多个点标定f(α)的系数，然后就可以根据磁场角度α的值，计算f(α)的值，从而得出所述被测对象相对于预设位置的位移S的值。

[0042] 理想情况下，所述霍尔传感器与所述感应磁铁102的固定间隙应为所述霍尔传感器100与所述感应磁铁102之间的基准间隙位置201。所述霍尔传感器就是按照所述基准间隙位置201进行标定的，故在实际装配中，所述霍尔传感器若落在所述基准间隙位置201，则利用所述霍尔传感器测量位移的测量精度很高。但是若因为实际装配的偏差导致所述霍尔传感器与所述感应磁铁102之间的间隙位置偏离了所述基准间隙位置201，比如造成所述霍尔传感器与所述感应磁铁102之间的间隙位置为所述最小间隙位置202，则测量的位移就会产生精度偏差。而在不同的间隙位置时，因为磁场角度α的值会有所不同，所以所述测量位移的方法必然会产生精度偏差。

[0043] 比如，图2中的所示的a、b、c三点有相同的所述被测对象相对于预设位置的位移203，但是因为Y方向的所述霍尔传感器与所述感应磁铁102之间的间隙不同，导致所在位置的磁场角度αa、αb、αc并不相同，如前所述，若按照S＝f(α)的关系式得出所述被测对象相对于预设位置的位移S的值，所述位移S与所述被测对象相对于预设位置的实际位移是有精度偏差的。但是因

[0044] 可以通过分析得到，a、b、c三点所在位置的磁场角度αa、αb、αc的大小关系为αa<αb<αc，相应地，所述a、b、c三点处的合成磁场强度大小关系为|Ba|<|Bb|<|Bc|。由此可见，可以采用磁场强度大小来补偿所述霍尔传感器与所述感应磁铁102之间的间隙公差带来的磁场角度偏差。

[0045] 针对现有技术中，霍尔传感器测量位移的精度受到霍尔传感器和被测对象之间的间隙公差的影响而降低的问题。本发明实施例中提供了一种霍尔传感器测量位移的方法，即根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移之后，通过对所述位移进行修正，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移作为测量结果，可以避免所述位移的测量结果受到霍尔传感器与所述被测对象之间的间隙的影响，从而可以提高霍尔传感器测量位移的精度，且无须对所述霍尔传感器及所述被测对象增加额外的硬件，从而使得所述霍尔传感器及所述被测对象的结构更加简便，同时也降低了成本。而且还可以减小感应磁铁的尺寸，从而可以减小被测对象的结构尺寸。

[0046] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

[0047] 图3示出了本发明实施例中的一种霍尔传感器测量位移的方法，从图1可以看出，所述方法可以包括以下3个步骤：

[0048] S301：测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息。

[0049] 在具体实施中，如果采用霍尔传感器测量当前位置相对于预设位置的位移的方法，可以测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息。

[0050] 在本发明一实施例中，所述磁场第一信息包括：被测对象在当前位置的磁场角度。

[0051] 在本发明一实施例中，所述磁场第二信息包括：被测对象在当前位置的磁场强度。

[0052] S302：根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0053] 在具体实施中，可以根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0054] 在本发明一实施例中，可以根据所述磁场的磁场角度获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0055] 例如，如果在步骤S301中，霍尔传感器的两个霍尔元件，分别测得被测对象在两个方向X及Y上的磁场强度为|Bx|＝3T和|By|＝4T，则所述被测对象在当前位置的合成磁场强度大小为|B测|＝5T，磁场角度α＝53°。则在步骤S302中可以根据所述合成磁场的磁场角度α＝53°，获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S1＝f(α)。

[0056] S303：修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，得到所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果。

[0057] 在具体实施中，可以修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，得到所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果。

[0058] 在本发明一实施例中，可以根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的第二信息，并根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场第二信息与所述被测对象在当前位置的预设的磁场第二信息的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，得到所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果。

[0059] 例如，可以根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S1＝f(α)获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的磁场强度大小为|B预|＝4T，并根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场强度大小|B测|＝5T与所述被测对象在当前位置的预设的磁场强度大小|B预|＝4T之间的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S1＝f(α)，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S，并把S作为所述被测对象的位移测量结果。

[0060] 在具体实施中，可以通过补偿函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0061] 在具体实施中，所述补偿函数包括以下其中一种：多项式函数、指数函数、对数函数。

[0062] 在本发明一实施例中，可以通过一次函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0063] 例如，可以通过补偿函数COMP(B，S1)修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S1＝f(α)，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S＝S1+COMP(B，S1)，并把S作为所述被测对象的位移测量结果。其中，所述补偿函数COMP(B，S1)可以为多项式函数、指数函数、对数函数中的其中一个。

[0064] 在本发明一实施例中，所述补偿函数COMP(B，S1)＝K*(|B测|-|B预|)。可以通过补偿函数COMP(B，S1)＝K*(|B测|-|B预|)修正所述位移S1＝f(α)，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移：S＝S1+K*(|B测|-|B预|)，并把S作为位移测量结果。通过调整系数K的大小来调节补偿的程度，所述系数K具体值的大小可以通过理论计算或者做实验确定，所述系数K为常数。

[0065] 图4示出了本发明实施例中的一种补偿函数图。以下结合图4及图2，详细介绍在本发明一实施例中通过补偿函数补偿位移的过程。如图4所示，在所述霍尔传感器的间隙位置为基准间隙位置201时，以所述被测对象相对于预设位置的位移S为横坐标X，所述位移S的单位为毫米(mm)；分别以所述磁场角度α和预设磁场强度|B|为纵坐标Y，所述磁场角度α和预设磁场强度|B|的单位分别为度(°)及毫特斯拉(mT)。

[0066] 假设所述磁场角度α和预设磁场强度|B|与所述被测对象相对于预设位置的位移S存在如图4所示的关系曲线300和302所表示的关系。首先将磁场角度α曲线300和磁场强度|B|曲线302分别线性化为曲线301和曲线303。分别定义曲线301为函数S1＝f(α)，曲线303为函数|B预|＝g(S1)。

[0067] 在基准间隙位置201进行标定的时候，采用线性化的方法存储磁场强度、角度信息，即存在S1＝f(α)和|B预|＝g(S1)两个函数。在实际检测位移的过程中，首先测量所述被测对象在所在的当前位置的磁场角度α，然后根据所述磁场角度α并利用函数S1＝f(α)计算所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S1。之后对所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移S1进行如下关系式补偿，S＝S1+COMP(B，S1)。

[0068] 其中COMP(B，S1)＝K*(|B测|-|g(S1)|)，|B测|为当前合成磁场强度的大小，g(S1)即为曲线303，表示标定位置的合成磁场强度大小。系数K的大小可以调节补偿的程度，具体值的大小可以理论计算或者做实验确定。K也可以不为常数，比如可以为位移的一次函数，此时相当于补偿函数COMP(|B|，S1)从S1的一阶函数进化为多阶函数。

[0069] 通过根据所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移之后，又对所述位移进行修正，得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，并作为测量结果。可以避免所述位移的测量结果受到霍尔传感器与所述被测对象之间的间隙的影响，从而可以提高霍尔传感器测量位移的精度。

[0070] 为了使得本领域技术人员更好地理解和实现本发明，本发明实施例中还提供了相应的信息处理装置。以下参照附图，通过具体的实施例进行详细的说明。

[0071] 图5示出了本发明实施例中的一种霍尔传感器测量位移的装置500，所述装置500包括：测量单元501、第一计算单元502及修正单元503，其中：

[0072] 所述测量单元501，适于测量被测对象在当前位置的磁场信息，所述磁场信息包括磁场第一信息和磁场第二信息；

[0073] 所述第一计算单元502，适于根据所述测量单元测量的所述磁场第一信息获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移；

[0074] 所述修正单元503，适于修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移并得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，作为测量结果。

[0075] 在具体实施中，所述磁场第一信息包括：被测对象在当前位置的磁场角度。

[0076] 在具体实施中，所述磁场第二信息包括：被测对象在当前位置的磁场强度。

[0077] 在本发明一实施例中，所述修正单元503，适于通过补偿函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，所述补偿函数包括以下其中一种：多项式函数、指数函数、对数函数。例如，所述修正单元可以通过一次函数修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0078] 图6示出了本发明实施例中的另一种霍尔传感器测量位移的装置600，与图5中示出的装置500相比，除了所述测量单元501、第一计算单元502及修正单元503外，所述霍尔传感器测量位移的装置600还可以包括：第二计算单元601。

[0079] 所述第二计算单601适于根据所述被测对象的当前位置相对于预设位置的第一位移获得所述被测对象在所述当前位置的磁场预设的第二信息。

[0080] 所述修正单元503，适于根据测量得到的所述被测对象在当前位置的磁场第二信息与所述被测对象在当前位置的预设的磁场第二信息的关系，修正所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移。

[0081] 通过所述第一计算单元502根据所述测量单元501测量的磁场第一信息计算获得所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移之后，所述修正单元503又对所述位移进行修正并得到修正后的所述被测对象的当前位置相对于预设位置的位移，作为测量结果。可以避免所述位移的测量结果受到霍尔传感器与所述被测对象之间的间隙的影响，从而可以提高霍尔传感器测量位移的精度。

[0082] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

[0083] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。