一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置

1.本发明涉及位移测量传感器领域，具体涉及了一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置。


背景技术：

2.实践中，测量位移的传感器，精度较高，对环境要求严苛，成本也相对较高。但在很多场合的位移测量，工作环境恶劣，但测量精度要求并不高(mm级的精度即可)。比如泊车时车辆位置的测定；再如清扫车辆清扫机构位置的测量。本发明就是根据这种要求提出一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置，适合于在测量精度要求不高，成本低廉，在恶劣的环境条件下持久工作。参见图1，当一组磁铁块排成一行，相邻两块磁铁磁极反向，由于磁场的反对称性，在两块磁铁交界处磁感应强度垂直于磁铁块排列方向的分量为零，该交界两侧该分量方向相反。可以近似认为，霍尔开关中点经过该交界处时，其开关量要进行一次改变。这就启发我们，可以利用这种特性做成位移传感器，它既可以工作在恶劣的环境下，精度尚可达到一定的要求，成本很低。


技术实现要素：

3.本发明就是根据实际测量位移的需求，提出一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置，包括磁块栅尺、霍尔开关组、微处理器，其特征是，所述的磁块栅尺如图1所示，是将若干个矩形磁铁块依次接触沿直线(磁块栅尺轴线)排成一列，其中每相邻两个磁铁块中心磁力线方向相反且相互平行，这就构成了磁块栅尺；磁块栅尺所有磁铁块中心磁力线穿过的两个面称为磁极面；m(＞1)个霍尔开关分布在磁块栅尺其中一个磁极面的一侧空间，称为霍尔开关组，霍尔开关组中的霍尔开关和该磁极面留有一定的间隙，以使反向磁栅和霍尔开关既能相对运动，霍尔开关又能被触发和关闭。每个霍尔开关都以同极性触发面朝向该磁极面。设每个磁铁块沿磁块栅尺轴线方向长度为r，相邻两个霍尔开关在磁铁块中心连线方向上间隔为r/m。所有的霍尔开关都和微处理器的输入端链接。
4.工作原理：以下分析本发明专利的工作原理，如图2所示，假定现在霍尔开关所处位置，每个感应面都朝n极，而霍尔开关触发需要感应面朝向s极。未触发的霍尔开关以0表示，反之以1表示。假设磁铁块长度为1mm，霍尔开关组由三个霍尔开关组成，其中相邻两个霍尔开关间隔(1/3)mm。现在三个霍尔开关连续读数是000。当磁块栅尺向左移动(1/3)mm时，最右侧的霍尔开关移至s，被触发，三个霍尔连续读数是001。再当磁块栅尺向左移动(1/3)mm时，中间和最右侧的霍尔开关被触发，三个霍尔开关连续读数是011。再当磁块栅尺向左移动(1/3)mm时，三个霍尔开关都被触发，三个霍尔开关连续读数是111。这样，可以得到磁块栅尺每次向左移动(1/3)mm时，三个霍尔开关连续读数列：000，001，011，111，110，100，000。当磁块栅尺每次向右移动(1/3)mm时，三个霍尔开关连续读数列方向相反。这样从实际读数中，不仅可以判别磁块栅尺移动的距离，还可以知道移动的方向。由此还可以看出，磁
块栅尺每移动r/m距离，霍尔开关组的读数变化一次。这就是最大测量误差值。
附图说明
5.图1是所述的一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置的磁块栅尺磁场分布示意图。
6.图2是所述的一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置的霍尔开关组位置示意图。其中：1、磁块栅尺，1.1、磁极n，1.2、磁极s，2、霍尔开关组，2.1、霍尔开关元件。
具体实施方式
7.具体实施例参照图2，予以说明：这是一个工作于泥泞环境的电磁铁动铁芯移动距离测量装置，磁块栅尺固定于和铁芯固连的铁基板上，采用环氧树脂浇注；霍尔开关组与电磁铁外壳固连，也采用环氧树脂浇注，每个霍尔开关的电源输入管脚连至微处理器的电源端；每个霍尔开关的输出端分别连至微处理器的一个输入端；磁块栅尺采用20个长度为2mm的磁铁块组装而成，磁块栅尺总长度40mm；采用3个霍尔开关构成霍尔开关组，相邻两个霍尔开关中心距离为(2/3)mm；霍尔开关组和反向磁栅尺之间留有0.5mm间隙，两者之间可以相对移动；这样就构成了一个可以测量40mm位移，精度在0.3mm左右的位移传感器。该传感器有效抵御了潮湿空气的侵袭，并能在剧烈震动环境下稳定工作。
8.本发明具有的优点和积极效果是：能应用于精度要求在0.5mm左右位移测量，其结构简单，成本低廉，并能在恶劣的环境条件下持久工作。


技术特征：
1.一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移的装置，包括磁块栅尺、霍尔开关组、微处理器，其特征是，所述的磁块栅尺如图1所示，是将若干个矩形磁铁块依次接触沿直线(磁块栅尺轴线)排成一列，其中每相邻两个磁铁块中心磁力线方向相反且相互平行，这就构成了磁块栅尺；磁块栅尺所有磁铁块中心磁力线穿过的两个面称为磁极面；m(＞1)个霍尔开关分布在磁块栅尺其中一个磁极面的一侧空间，称为霍尔开关组，霍尔开关组中的霍尔开关和该磁极面留有一定的间隙，以使反向磁栅和霍尔开关既能相对运动，霍尔开关又能被触发和关闭。每个霍尔开关都以同极性触发面朝向该磁极面。设每个磁铁块沿磁块栅尺轴线方向长度为r，相邻两个霍尔开关在磁铁块中心连线方向上间隔为r/m。所有的霍尔开关都和微处理器的输入端链接。

技术总结
本发明涉及位移测量传感器领域，具体涉及了一种在极端环境下利用磁块栅尺和霍尔开关组测量位移装置。本发明涉及位移测量传感器适合于测量精度要求不高的很多工程场合，其最大特点结构极其简单，可以在恶劣的环境条件下连续工作，寿命长，价格低廉，免维护。免维护。免维护。


技术研发人员：温佳鑫 朱能
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2020.12.08
技术公布日：2022/6/10