專利名稱：一種磁陣列位置傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感裝置，尤其是涉及一種磁陣列位置傳感裝置。
背景技術(shù)：
在一個物體上安裝具有永磁體陣列，在另一個物體上安裝具有磁敏元件陣列及電 路，磁敏元件陣列接收永磁體陣列的周期磁場并進行信號處理從而測量兩物體相對位移的 技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。這類裝置具有無磨損、抗惡劣環(huán)境、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，且測量精度高， 并已制成專用的集成電路如HLA32，電路具有32路霍爾元件陣列，并采用單片機對霍爾元 件的輸出信號進行掃描，具有判斷一列8塊永磁體的位置的實例，在長距離情況下進行分 段依次上電掃描判斷永磁體的位置。發(fā)明專利"位置編碼式磁性位移傳感器"CN1309282A 引入了編碼，永磁體陣列中各單元寬度在± 1/7 ± 1/9之間變化，磁敏元件陣列中各元件 之間的間距在±1/11 ±1/13之間變化，當(dāng)永磁體陣列位于磁敏元件陣列不同位置時，磁 敏感元件之間取出的差分信號序列不同，其數(shù)目由永磁體陣列單元與磁敏元件陣列單元的 排列組合決定。實用新型專利"數(shù)字化接近傳感器"CN2615636Y中，也采用永磁體陣列和 磁敏元件陣列，為了進行長距離測量，該專利也采用了分段依次上電掃描，判斷永磁體的位 置，并具有相應(yīng)的位置編碼器產(chǎn)品。 發(fā)明專利"磁性位置傳感裝置及其定位方法"申請?zhí)?00810047448. 3采用了并口 傳輸數(shù)據(jù)維持?jǐn)?shù)據(jù)高速傳輸，以級聯(lián)方式進行磁敏元件陣列擴展，發(fā)展采用12C方式增加 了主控電路控制的磁敏元件數(shù)量；采用單片機級聯(lián)能夠一步選定磁敏元件組提高了掃描速 度；采用一種正交定位法對模擬型磁敏元件提高測試精度，對開關(guān)型磁敏元件提高運算速 度。但此裝置中磁鐵的磁場均勻性比較差；磁敏元件定位存在誤差；在定位方法中，當(dāng)磁敏 元件間隔增大時，會導(dǎo)致測量精度下降；另一方面，磁敏元件之間間距小，導(dǎo)致磁敏元件使 用量多，成本增大；最后，由于存在小數(shù)確定的中間過程，導(dǎo)致定位速度過慢。

實用新型內(nèi)容本實用新型主要解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的磁鐵的磁場均勻性比較差，磁敏元件定位 存在誤差；在定位方法中，當(dāng)磁敏元件間隔增大時，會導(dǎo)致測量精度下降等的技術(shù)問題，提 供一種磁場均勻性好，磁敏元件定位基本不存在誤差，當(dāng)磁敏元件間隔增大時，不會導(dǎo)致測 量精度下降的磁陣列位置傳感裝置及其定位方法。 本實用新型再有一 目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的磁敏元件之間間距小，導(dǎo)致磁敏 元件使用量多，成本增大等的技術(shù)問題，提供一種磁敏元件之間間距大，磁敏元件使用量 小，成本小的磁陣列位置傳感裝置及其定位方法。 本實用新型還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的由于存在小數(shù)確定的中間過程， 導(dǎo)致定位速度過慢等的技術(shù)問題，提供一種不存在小數(shù)確定的中間過程，定位速度較高的 磁陣列位置傳感裝置及其定位方法。 本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的[0008] 磁陣列位置傳感裝置，包括包含有永磁體陣列的永磁體裝置，以及與永磁體裝置 相配合且包含有磁敏元件陣列的磁敏元件裝置，該磁敏元件裝置固定在包含有距離測試裝 置的主電路板上，其特征在于，所述的磁敏元件陣列通過固定裝置固定在該磁敏元件裝置 上所述磁敏元件陣列通過固定裝置固定在主電路板上。 在上述的磁陣列位置傳感裝置，所述的永磁體陣列由若干平行排列的永磁體單元 構(gòu)成，所述的磁敏元件陣列由若干平行排列的磁敏元件構(gòu)成。 在上述的磁陣列位置傳感裝置，所述的固定裝置包括固定板，上述若干磁敏元件 的插針穿過固定板與上述主電路板相連。 在上述的磁陣列位置傳感裝置，所述的固定板內(nèi)還設(shè)有若干貫通孔，上述磁敏元 件的插針穿過貫通孔與上述主電路板相連。 在上述的磁陣列位置傳感裝置，所述的永磁體單元寬度為-所述永磁體陣列
所含的永磁體單元數(shù)大于y磁敏元件陣列中磁敏元件個數(shù)大于或者等于"^"在永磁體
陣列兩端，在磁敏元件陣列的磁場接收線及接收方向上，大于磁敏元件動作閾值的磁場分 量的延伸范圍大于磁敏元件之間的間距D，其中，D為磁敏元件之間的間距，S為傳感分辨 率，n為磁敏元件間距放大倍數(shù)。 在上述的磁陣列位置傳感裝置，所述的永磁體單元由N極永磁塊和填充材料組成 或者由極性交錯排列的永磁塊和填充材料組成，所述的磁敏元件是模擬型或者開關(guān)型。 在上述的磁陣列位置傳感裝置，所述的距離測試裝置包括與DSP數(shù)字信號處理器 連接的緩沖器，DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)部具有距離計算器距離計算器，緩沖器連接單片機， 單片機連接上述磁敏元件陣列，該磁敏元件陣列還與DSP數(shù)字信號處理器連接。 因此，本實用新型具有如下優(yōu)點1.磁采用獨立的定位板，將磁敏元件焊接在定 位板上，減小磁敏元件位置誤差；2.采用凹凸式的永磁體陣列、磁敏元件陣列安裝結(jié)構(gòu)，兩 排磁鐵相對排列的方式增強了磁場強度和均勻性，提高系統(tǒng)定位精度；3.重新設(shè)計磁體陣 列單元寬度與磁敏元件間隔之間的關(guān)系，在保持系統(tǒng)精度不變的條件下，擴大了磁敏元件 之間的間距，減少磁敏元件使用量，降低裝置成本。

圖1是本實用新型的一種立體圖； 圖2是圖1中的永磁體分布圖及電路原理圖； 圖3是圖1中的固定板的貫通孔示意圖； 圖4是圖1中的固定板連接及磁敏元件陣列結(jié)構(gòu)圖； 圖5是圖1中的主電路板之間連接示意具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。圖 中，永磁體裝置1、永磁體陣列101、永磁體單元102、凹形槽103、永磁體裝置本體104、磁敏 元件裝置2、磁敏元件陣列201、磁敏元件202、距離測試裝置3、DSP數(shù)字信號處理器301 、緩沖器302、距離計算器303、單片機304、輸出端口 305、固定裝置4、固定板5、貫通孔6、主電 路板7、電阻701、PNP三極管702、插針電路板8。 實施例 磁陣列位置傳感裝置，包括包含有永磁體陣列101的永磁體裝置1 ，以及與永磁體 裝置1相配合且包含有磁敏元件陣列201的磁敏元件裝置2，該磁敏元件裝置2固定在包含 有距離測試裝置3的主電路板7上，磁敏元件陣列201通過固定裝置4固定在該磁敏元件 裝置2上。磁敏元件陣列201通過固定裝置4固定在主電路板7上。固定裝置4包括固定 板5，上述若干磁敏元件202的插針穿過固定板5與上述主電路板7相連。固定板5內(nèi)還設(shè) 有若干貫通孔6，上述磁敏元件202的插針穿過貫通孔6與上述主電路板7相連。在本實 施例中，固定板5由錯位排列的兩列PCB板組成。但也可以由一列PCB板組成。當(dāng)固定板 5由一列PCB板組成時，固定板5與主電路板7錯位安裝，由主電路板7充當(dāng)另一列PCB板 的作用。增加獨立的定位板是為了提高磁敏元件安裝位置的精度，如需進一步提高磁敏元 件安裝位置的精度，還可以采用集成電路工藝和MEMS工藝將磁敏元件以高精度直接制作 在基片上，這種做法視為與本實用新型的思路一致。 當(dāng)永磁體陣列、磁敏元件陣列呈弧形結(jié)構(gòu)時，本實用新型同樣適用于角度測量。永 磁體陣列101由若干平行排列的永磁體單元102構(gòu)成。磁敏元件陣列201由若干平行排列 的磁敏元件202構(gòu)成。距離測試裝置3包括與DSP數(shù)字信號處理器301連接的緩沖器302， DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)部具有距離計算器303距離計算器303，緩沖器302連接單片機304， 單片機304連接上述磁敏元件陣列201，該磁敏元件陣列201還與DSP數(shù)字信號處理器301 連接。永磁體單元102由N極永磁塊和填充材料組成或者由極性交錯排列的永磁塊和填充 材料組成，磁敏元件202是模擬型或者開關(guān)型。填充材料可以是鐵磁材料，也可以是非鐵磁 材料，也可以是空隙。
一 "±3 在本實施例中，永磁體單元102寬度為-所述永磁體陣列101所含的永磁體
w 賃
單元102數(shù)大于"^"磁敏元件陣列201中磁敏元件202個數(shù)大于或者等于在永磁體
陣列101兩端，在磁敏元件陣列201的磁場接收線及接收方向上，大于磁敏元件202動作閾 值的磁場分量的延伸范圍大于磁敏元件202之間的間距D，其中，D為磁敏元件202之間的 間距，S為傳感分辨率，n為磁敏元件間距放大倍數(shù)。 在本實施例中，永磁體裝置1采用現(xiàn)有技術(shù)所采用的具有凹形槽103的永磁體裝 置本體104，永磁體陣列設(shè)置在永磁體裝置本體104的凹形槽103內(nèi)并且上下平行設(shè)置，磁 敏元件裝置2上的磁敏元件陣列201與主電路板7垂直設(shè)置，形成長條狀，磁敏元件陣列 201在凹形槽103內(nèi)感應(yīng)磁場，長條狀的磁敏元件陣列201與凹形槽103進行有間隙配合， 并可在凹形槽103內(nèi)橫向往復(fù)移動，磁敏元件陣列201將接收到的永磁體陣列101磁場轉(zhuǎn) 換為電壓信號，這一電壓信號被主電路板7的DSP數(shù)字信號處理器301采樣，然后，進行信 號處理得出永磁體陣列101與磁敏元件陣列201相對位置的信息。 采用開關(guān)型磁敏元件時，DSP數(shù)字信號處理器301采樣得到的是位序列信號，該信 號與永磁體陣列101的磁場相對應(yīng)，位序列信號的兩端對應(yīng)于永磁體陣列IOI兩端的部分， 用于確定永磁體陣列101與磁敏元件陣列201相對位置的整數(shù)部分，去掉兩端后所得到的
5位序列信號用于確定永磁體陣列101與磁敏元件陣列201相對位置的小數(shù)部分，永磁體陣列101與磁敏元件陣列201相對位置的任一個小數(shù)均對應(yīng)于唯一的一個位序列，通過位序列的判斷即可求出永磁體陣列101與磁敏元件陣列201相對位置的小數(shù)值；采用模擬型磁敏元件時，采用正交函數(shù)法求永磁體陣列101與磁敏元件陣列201相對位置的的小數(shù)部分。[0028] 當(dāng)對磁敏元件陣列201進行擴展后，可進行絕對位置測量，這時，磁敏元件陣列201稱為靜尺，永磁體陣列101稱為動尺；對永磁體陣列101進行擴展后，可進行增量位置測量，這時，磁敏元件陣列201稱為動尺，永磁體陣列101稱為靜尺，當(dāng)所要求的磁敏元件
202數(shù)~^較少時更無需緩沖器302與單片機304。w》 本實用新型與發(fā)明專利"位置編碼式磁性位移傳感器"CN1309282A不同的是后者磁體陣列中各磁體的間距±1/7 ±1/9之間變化，磁敏元件陣列中各元件之間的間距在±1/11 ±1/13之間變化，各間距均不相等，以Cm2m為磁敏元件數(shù)目排列組合的方式生成編碼，本實用新型專利中磁敏元件陣列中各元件之間的間距相等，除去兩端外，磁體陣
列的寬度與間距均為"^~這導(dǎo)致本實用新型專利采用的是完全不同的定位方法和思路。
本實用新型與實用新型專利"數(shù)字化接近傳感器"CN2615636Y不同的是在機械結(jié)構(gòu)方面，本實用新型采用兩排永磁體單元102構(gòu)成永磁體陣列101并采用固定板5，提高了定位精度；在電路方面采用串行口及移位方式，并采用帶插針固定板5，使得在長度擴展時可直接級聯(lián)，避免了采用多個永磁體陣列101及控制箱體產(chǎn)生的問題；在永磁體單元102間距和磁敏元件202間距及定位方法方面因后者未說明而無法比較。本實用新型與發(fā)明專利"磁性位置傳感裝置及其定位方法"申請?zhí)?00810196879. 6不同的是本實用新型采用兩排永磁體構(gòu)成永磁體陣列，并采用固定板5提高了定位精度；引入磁敏元件202間距放大倍數(shù)n，使定位方法完全納入離散傅立葉分析和陣列信號處理的理論體系，雷達因使用天線基陣聲納因使用聲換能器基陣而獲得高精度，類似的陣列構(gòu)造及信號處理技術(shù)也使本實用新型的位置測試精度獲得極大提高，也可在精度不變的條件下大幅度減少磁敏元件的數(shù)目，降低成本。 安裝時，如圖1所示。永磁體陣列101分別安裝在永磁體裝置本體104的凹型槽103內(nèi)的上下平面，永磁體陣列101的兩端磁體由寬度較小且極性相同的兩塊或以上磁體組成，在磁敏元件202處，在磁敏元件陣列201的磁場接收線及接收方向上，大于磁敏元件動作閾值的磁場分量的延伸范圍大于磁敏元件之間的間距D，以確保在起始端至少有一個磁敏元件202接收到的磁場值為正且大于磁敏元件202閾值。相鄰的永磁體單元102極性相反排列，以此增加磁場強度提高磁場的橫向均勻性。 如圖4，距離測試裝置3焊接在主電路板7上，磁敏元件202的引腳穿過貫通孔6，其穿出的引腳焊接在主電路板7上。圖5中固定板5能保證霍爾元件定位一致。圖5中固定板5能保證相鄰的主電路板7上磁敏元件202定位的準(zhǔn)確度。圖5中主電路板7之間通過帶有插針的插針電路板8焊接。 DSP數(shù)字信號處理器301的SCK、 SDI、 RC. 1、 RC. 2連接第一個緩沖器302，第M個緩沖器302依次與第M-l個緩沖器302連接，第M個緩沖器302連接第M個單片機304的RX、CK、RA. 0、RA. 1。每個單片機均連接四組磁敏元件202，對應(yīng)位置的各組磁敏元件202的輸出引腳相連接再與DSP數(shù)字信號處理器301的相應(yīng)輸入引腳連接。[0033] 本實用新型的具體定位方法闡述如下 如圖5，多個主電路板7通過帶插針電路板焊接，第一個主電路板上焊接DSP數(shù)字信號處理器301，后續(xù)的主電路板上焊接有單片機304，每個單片機304具有四根輸出線，每根輸出線通過電阻701及PNP三極管702驅(qū)動一組共十六個磁敏元件202上電，多組磁敏元件202組成磁敏元件陣列201，在使用模擬型的磁敏元件202時，各組相對應(yīng)的磁敏元件202的輸出端連接并分別與單片機304的十六個模擬通道。在使用開關(guān)型磁敏元件202時，這十六個模擬通道由十六個數(shù)字輸入引腳替代。DSP數(shù)字信號處理器301通過同步串行口SPI發(fā)送需要上電的磁敏元件202組的地址到單片機304，通過地址比較確認(rèn)后，單片機304使指定的該組磁敏元件上電，DSP數(shù)字信號處理器301采樣當(dāng)前組磁敏元件的輸出信號；隨后，DSP數(shù)字信號處理器301改變RC. 1的電平使單片機304的輸出電平發(fā)生級聯(lián)移位，從而使下一組磁敏元件上電，電平級聯(lián)移位的方向由DSP數(shù)字信號處理器301的RC. 2確定；如此，使磁敏元件組依次上電。當(dāng)感應(yīng)到永磁體陣列101磁場時，DSP數(shù)字信號處理器301從單片機304讀取當(dāng)前掃描的磁敏元件組的輸出和地址，完成對磁敏元件陣列201的掃描。當(dāng)級聯(lián)多個單片機304時，應(yīng)用緩沖器減小長線傳輸干擾，提高可靠性。[0035] DSP數(shù)字信號處理器301通過緩沖器302及單片機304使各組磁敏元件202依次上電，同時，采集當(dāng)前上電的磁敏元件202的輸出信號并進行信號處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有效的永磁體陣列101信號時，通過距離計算器303輸出上述兩物體的相對位置信息[0036] 在本實施例中，當(dāng)使用開關(guān)型磁敏元件時，每一個位信號序列均對應(yīng)于唯一的一個待測位置的小數(shù)值，通過理論運算可以建立"位信號序列——待測位置小數(shù)值對照表"，實用新型專利"磁性位置傳感裝置及其定位方法"申請?zhí)?00810196879. 6以及計算出相應(yīng)"位信號序列——待測位置小數(shù)值對照表"，本實用新型的距離計算器303存儲有相應(yīng)的"位信號序列——待測位置小數(shù)值對照表"，其主要功能是運行查表程序，當(dāng)距離計算器303將上述步驟c中的位信號序列確定后，即運行查表程序調(diào)出與該位信號序列相對應(yīng)的小數(shù)值，省去了計算小數(shù)值的中間過程，提高了定位速度。 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。[0038] 盡管本文較多地使用了永磁體裝置1、永磁體陣列101、永磁體單元102、凹形槽103、永磁體裝置本體104、磁敏元件裝置2、磁敏元件陣列201、磁敏元件202、距離測試裝置3、DSP數(shù)字信號處理器301、緩沖器302、距離計算器303、單片機304、輸出端口 305、固定裝置4、固定板5、貫通孔6、主電路板7、電阻701、PNP三極管702、插針電路板8等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權(quán)利要求一種磁陣列位置傳感裝置，包括包含有永磁體陣列(101)的永磁體裝置(1)，以及與永磁體裝置(1)相配合且包含有磁敏元件陣列(201)的磁敏元件裝置(2)，該磁敏元件裝置(2)固定在包含有距離測試裝置(3)的主電路板(7)上，其特征在于，所述的磁敏元件陣列(201)通過固定裝置(4)固定在該磁敏元件裝置(2)上，所述的磁敏元件陣列(201)通過固定裝置(4)固定在主電路板(7)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磁陣列位置傳感裝置，其特征在于，所述的永磁體陣列(101)由若干平行排列的永磁體單元(102)構(gòu)成，所述的磁敏元件陣列(201)由若干平行排列的磁敏元件(202)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁陣列位置傳感裝置，其特征在于，所述的固定裝置(4)包括固定板(5)，上述若干磁敏元件(202)的插針穿過固定板(5)與上述主電路板(7)相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的磁陣列位置傳感裝置，其特征在于，所述的固定板(5)內(nèi)還設(shè)有若干貫通孔(6)，上述磁敏元件(202)的插針穿過貫通孔(6)與上述主電路板(7)相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁陣列位置傳感裝置，其特征在于，所述的永磁體單元(102)<formula>formula see original document page 2</formula>寬度為-所述永磁體陣列(101)所含的永磁體單元(102)個數(shù)大于7磁敏元件陣列<formula>formula see original document page 2</formula>(201)中磁敏元件(202)個數(shù)大于或者等于"^"在永磁體陣列(101)兩端，在磁敏元件陣列(201)的磁場接收線及接收方向上，大于磁敏元件(202)動作閾值的磁場分量的延伸范圍大于磁敏元件之間的間距D，其中，D為磁敏元件(202)之間的間距，S為傳感分辨率，n為磁敏元件間距放大倍數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁陣列位置傳感裝置，其特征在于，所述的永磁體單元(102)由N極永磁塊和填充材料組成或者由極性交錯排列的永磁塊和填充材料組成，所述的磁敏元件(202)是模擬型或者開關(guān)型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁陣列位置傳感裝置，其特征在于，所述的距離測試裝置(3)包括與DSP數(shù)字信號處理器(301)連接的緩沖器(302)，所述的DSP數(shù)字信號處理器內(nèi)部具有距離計算器(303)，緩沖器(302)連接單片機(304)，單片機(304)連接上述磁敏元件陣列(201)，該磁敏元件陣列(201)還與DSP數(shù)字信號處理器(301)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種傳感裝置，尤其是涉及一種磁陣列位置傳感裝置。磁陣列位置傳感裝置，包括包含有永磁體陣列101的永磁體裝置1，以及與永磁體裝置1相配合且包含有磁敏元件陣列201的磁敏元件裝置2，該磁敏元件裝置2固定在包含有距離測試裝置3的主電路板7上，所述的磁敏元件陣列201通過固定裝置4固定在該磁敏元件裝置2上。本實用新型具有如下優(yōu)點1.磁采用獨立的定位板，將磁敏元件焊接在定位板上，減小磁敏元件位置誤差；2.重新設(shè)計磁體陣列單元寬度與磁敏元件間隔之間的關(guān)系，在保持系統(tǒng)精度不變的條件下，擴大了磁敏元件之間的間距，減少磁敏元件使用量，降低裝置成本。
文檔編號G01B7/02GK201463826SQ20092008442
公開日2010年5月12日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者曹宜 申請人:曹宜