专利名称：一种磁阵列位置传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感装置，尤其是涉及一种磁阵列位置传感装置。
背景技术：
在一个物体上安装具有永磁体阵列，在另一个物体上安装具有磁敏元件阵列及电 路，磁敏元件阵列接收永磁体阵列的周期磁场并进行信号处理从而测量两物体相对位移的 技术应用十分广泛。这类装置具有无磨损、抗恶劣环境、响应速度快等优点，且测量精度高， 并已制成专用的集成电路如HLA32，电路具有32路霍尔元件阵列，并采用单片机对霍尔元 件的输出信号进行扫描，具有判断一列8块永磁体的位置的实例，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。发明专利"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。实用新型专利"数字化接近传感器"CN2615636Y中，也采用永磁体阵列和 磁敏元件阵列，为了进行长距离测量，该专利也采用了分段依次上电扫描，判断永磁体的位 置，并具有相应的位置编码器产品。 发明专利"磁性位置传感装置及其定位方法"申请号200810047448. 3采用了并口 传输数据维持数据高速传输，以级联方式进行磁敏元件阵列扩展，发展采用12C方式增加 了主控电路控制的磁敏元件数量；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。但此装置中磁铁的磁场均匀性比较差；磁敏元件定位存在误差；在定位方法中，当磁敏 元件间隔增大时，会导致测量精度下降；另一方面，磁敏元件之间间距小，导致磁敏元件使 用量多，成本增大；最后，由于存在小数确定的中间过程，导致定位速度过慢。

实用新型内容本实用新型主要解决现有技术所存在的磁铁的磁场均匀性比较差，磁敏元件定位 存在误差；在定位方法中，当磁敏元件间隔增大时，会导致测量精度下降等的技术问题，提 供一种磁场均匀性好，磁敏元件定位基本不存在误差，当磁敏元件间隔增大时，不会导致测 量精度下降的磁阵列位置传感装置及其定位方法。 本实用新型再有一 目的是解决现有技术所存在的磁敏元件之间间距小，导致磁敏 元件使用量多，成本增大等的技术问题，提供一种磁敏元件之间间距大，磁敏元件使用量 小，成本小的磁阵列位置传感装置及其定位方法。 本实用新型还有一目的是解决现有技术所存在的由于存在小数确定的中间过程， 导致定位速度过慢等的技术问题，提供一种不存在小数确定的中间过程，定位速度较高的 磁阵列位置传感装置及其定位方法。 本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的[0008] 磁阵列位置传感装置，包括包含有永磁体阵列的永磁体装置，以及与永磁体装置 相配合且包含有磁敏元件阵列的磁敏元件装置，该磁敏元件装置固定在包含有距离测试装 置的主电路板上，其特征在于，所述的磁敏元件阵列通过固定装置固定在该磁敏元件装置 上所述磁敏元件阵列通过固定装置固定在主电路板上。 在上述的磁阵列位置传感装置，所述的永磁体阵列由若干平行排列的永磁体单元 构成，所述的磁敏元件阵列由若干平行排列的磁敏元件构成。 在上述的磁阵列位置传感装置，所述的固定装置包括固定板，上述若干磁敏元件 的插针穿过固定板与上述主电路板相连。 在上述的磁阵列位置传感装置，所述的固定板内还设有若干贯通孔，上述磁敏元 件的插针穿过贯通孔与上述主电路板相连。 在上述的磁阵列位置传感装置，所述的永磁体单元宽度为-所述永磁体阵列
所含的永磁体单元数大于y磁敏元件阵列中磁敏元件个数大于或者等于"^"在永磁体
阵列两端，在磁敏元件阵列的磁场接收线及接收方向上，大于磁敏元件动作阈值的磁场分 量的延伸范围大于磁敏元件之间的间距D，其中，D为磁敏元件之间的间距，S为传感分辨 率，n为磁敏元件间距放大倍数。 在上述的磁阵列位置传感装置，所述的永磁体单元由N极永磁块和填充材料组成 或者由极性交错排列的永磁块和填充材料组成，所述的磁敏元件是模拟型或者开关型。 在上述的磁阵列位置传感装置，所述的距离测试装置包括与DSP数字信号处理器 连接的缓冲器，DSP数字信号处理器内部具有距离计算器距离计算器，缓冲器连接单片机， 单片机连接上述磁敏元件阵列，该磁敏元件阵列还与DSP数字信号处理器连接。 因此，本实用新型具有如下优点1.磁采用独立的定位板，将磁敏元件焊接在定 位板上，减小磁敏元件位置误差；2.采用凹凸式的永磁体阵列、磁敏元件阵列安装结构，两 排磁铁相对排列的方式增强了磁场强度和均匀性，提高系统定位精度；3.重新设计磁体阵 列单元宽度与磁敏元件间隔之间的关系，在保持系统精度不变的条件下，扩大了磁敏元件 之间的间距，减少磁敏元件使用量，降低装置成本。

图1是本实用新型的一种立体图； 图2是图1中的永磁体分布图及电路原理图； 图3是图1中的固定板的贯通孔示意图； 图4是图1中的固定板连接及磁敏元件阵列结构图； 图5是图1中的主电路板之间连接示意具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。图 中，永磁体装置1、永磁体阵列101、永磁体单元102、凹形槽103、永磁体装置本体104、磁敏 元件装置2、磁敏元件阵列201、磁敏元件202、距离测试装置3、DSP数字信号处理器301 、缓冲器302、距离计算器303、单片机304、输出端口 305、固定装置4、固定板5、贯通孔6、主电 路板7、电阻701、PNP三极管702、插针电路板8。 实施例 磁阵列位置传感装置，包括包含有永磁体阵列101的永磁体装置1 ，以及与永磁体 装置1相配合且包含有磁敏元件阵列201的磁敏元件装置2，该磁敏元件装置2固定在包含 有距离测试装置3的主电路板7上，磁敏元件阵列201通过固定装置4固定在该磁敏元件 装置2上。磁敏元件阵列201通过固定装置4固定在主电路板7上。固定装置4包括固定 板5，上述若干磁敏元件202的插针穿过固定板5与上述主电路板7相连。固定板5内还设 有若干贯通孔6，上述磁敏元件202的插针穿过贯通孔6与上述主电路板7相连。在本实 施例中，固定板5由错位排列的两列PCB板组成。但也可以由一列PCB板组成。当固定板 5由一列PCB板组成时，固定板5与主电路板7错位安装，由主电路板7充当另一列PCB板 的作用。增加独立的定位板是为了提高磁敏元件安装位置的精度，如需进一步提高磁敏元 件安装位置的精度，还可以采用集成电路工艺和MEMS工艺将磁敏元件以高精度直接制作 在基片上，这种做法视为与本实用新型的思路一致。 当永磁体阵列、磁敏元件阵列呈弧形结构时，本实用新型同样适用于角度测量。永 磁体阵列101由若干平行排列的永磁体单元102构成。磁敏元件阵列201由若干平行排列 的磁敏元件202构成。距离测试装置3包括与DSP数字信号处理器301连接的缓冲器302， DSP数字信号处理器内部具有距离计算器303距离计算器303，缓冲器302连接单片机304， 单片机304连接上述磁敏元件阵列201，该磁敏元件阵列201还与DSP数字信号处理器301 连接。永磁体单元102由N极永磁块和填充材料组成或者由极性交错排列的永磁块和填充 材料组成，磁敏元件202是模拟型或者开关型。填充材料可以是铁磁材料，也可以是非铁磁 材料，也可以是空隙。
一 "±3 在本实施例中，永磁体单元102宽度为-所述永磁体阵列101所含的永磁体
w 赁
单元102数大于"^"磁敏元件阵列201中磁敏元件202个数大于或者等于在永磁体
阵列101两端，在磁敏元件阵列201的磁场接收线及接收方向上，大于磁敏元件202动作阈 值的磁场分量的延伸范围大于磁敏元件202之间的间距D，其中，D为磁敏元件202之间的 间距，S为传感分辨率，n为磁敏元件间距放大倍数。 在本实施例中，永磁体装置1采用现有技术所采用的具有凹形槽103的永磁体装 置本体104，永磁体阵列设置在永磁体装置本体104的凹形槽103内并且上下平行设置，磁 敏元件装置2上的磁敏元件阵列201与主电路板7垂直设置，形成长条状，磁敏元件阵列 201在凹形槽103内感应磁场，长条状的磁敏元件阵列201与凹形槽103进行有间隙配合， 并可在凹形槽103内横向往复移动，磁敏元件阵列201将接收到的永磁体阵列101磁场转 换为电压信号，这一电压信号被主电路板7的DSP数字信号处理器301采样，然后，进行信 号处理得出永磁体阵列101与磁敏元件阵列201相对位置的信息。 采用开关型磁敏元件时，DSP数字信号处理器301采样得到的是位序列信号，该信 号与永磁体阵列101的磁场相对应，位序列信号的两端对应于永磁体阵列IOI两端的部分， 用于确定永磁体阵列101与磁敏元件阵列201相对位置的整数部分，去掉两端后所得到的
5位序列信号用于确定永磁体阵列101与磁敏元件阵列201相对位置的小数部分，永磁体阵列101与磁敏元件阵列201相对位置的任一个小数均对应于唯一的一个位序列，通过位序列的判断即可求出永磁体阵列101与磁敏元件阵列201相对位置的小数值；采用模拟型磁敏元件时，采用正交函数法求永磁体阵列101与磁敏元件阵列201相对位置的的小数部分。[0028] 当对磁敏元件阵列201进行扩展后，可进行绝对位置测量，这时，磁敏元件阵列201称为静尺，永磁体阵列101称为动尺；对永磁体阵列101进行扩展后，可进行增量位置测量，这时，磁敏元件阵列201称为动尺，永磁体阵列101称为静尺，当所要求的磁敏元件
202数~^较少时更无需缓冲器302与单片机304。w》 本实用新型与发明专利"位置编码式磁性位移传感器"CN1309282A不同的是后者磁体阵列中各磁体的间距±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，各间距均不相等，以Cm2m为磁敏元件数目排列组合的方式生成编码，本实用新型专利中磁敏元件阵列中各元件之间的间距相等，除去两端外，磁体阵
列的宽度与间距均为"^~这导致本实用新型专利采用的是完全不同的定位方法和思路。
本实用新型与实用新型专利"数字化接近传感器"CN2615636Y不同的是在机械结构方面，本实用新型采用两排永磁体单元102构成永磁体阵列101并采用固定板5，提高了定位精度；在电路方面采用串行口及移位方式，并采用带插针固定板5，使得在长度扩展时可直接级联，避免了采用多个永磁体阵列101及控制箱体产生的问题；在永磁体单元102间距和磁敏元件202间距及定位方法方面因后者未说明而无法比较。本实用新型与发明专利"磁性位置传感装置及其定位方法"申请号200810196879. 6不同的是本实用新型采用两排永磁体构成永磁体阵列，并采用固定板5提高了定位精度；引入磁敏元件202间距放大倍数n，使定位方法完全纳入离散傅立叶分析和阵列信号处理的理论体系，雷达因使用天线基阵声纳因使用声换能器基阵而获得高精度，类似的阵列构造及信号处理技术也使本实用新型的位置测试精度获得极大提高，也可在精度不变的条件下大幅度减少磁敏元件的数目，降低成本。 安装时，如图1所示。永磁体阵列101分别安装在永磁体装置本体104的凹型槽103内的上下平面，永磁体阵列101的两端磁体由宽度较小且极性相同的两块或以上磁体组成，在磁敏元件202处，在磁敏元件阵列201的磁场接收线及接收方向上，大于磁敏元件动作阈值的磁场分量的延伸范围大于磁敏元件之间的间距D，以确保在起始端至少有一个磁敏元件202接收到的磁场值为正且大于磁敏元件202阈值。相邻的永磁体单元102极性相反排列，以此增加磁场强度提高磁场的横向均匀性。 如图4，距离测试装置3焊接在主电路板7上，磁敏元件202的引脚穿过贯通孔6，其穿出的引脚焊接在主电路板7上。图5中固定板5能保证霍尔元件定位一致。图5中固定板5能保证相邻的主电路板7上磁敏元件202定位的准确度。图5中主电路板7之间通过带有插针的插针电路板8焊接。 DSP数字信号处理器301的SCK、 SDI、 RC. 1、 RC. 2连接第一个缓冲器302，第M个缓冲器302依次与第M-l个缓冲器302连接，第M个缓冲器302连接第M个单片机304的RX、CK、RA. 0、RA. 1。每个单片机均连接四组磁敏元件202，对应位置的各组磁敏元件202的输出引脚相连接再与DSP数字信号处理器301的相应输入引脚连接。[0033] 本实用新型的具体定位方法阐述如下 如图5，多个主电路板7通过带插针电路板焊接，第一个主电路板上焊接DSP数字信号处理器301，后续的主电路板上焊接有单片机304，每个单片机304具有四根输出线，每根输出线通过电阻701及PNP三极管702驱动一组共十六个磁敏元件202上电，多组磁敏元件202组成磁敏元件阵列201，在使用模拟型的磁敏元件202时，各组相对应的磁敏元件202的输出端连接并分别与单片机304的十六个模拟通道。在使用开关型磁敏元件202时，这十六个模拟通道由十六个数字输入引脚替代。DSP数字信号处理器301通过同步串行口SPI发送需要上电的磁敏元件202组的地址到单片机304，通过地址比较确认后，单片机304使指定的该组磁敏元件上电，DSP数字信号处理器301采样当前组磁敏元件的输出信号；随后，DSP数字信号处理器301改变RC. 1的电平使单片机304的输出电平发生级联移位，从而使下一组磁敏元件上电，电平级联移位的方向由DSP数字信号处理器301的RC. 2确定；如此，使磁敏元件组依次上电。当感应到永磁体阵列101磁场时，DSP数字信号处理器301从单片机304读取当前扫描的磁敏元件组的输出和地址，完成对磁敏元件阵列201的扫描。当级联多个单片机304时，应用缓冲器减小长线传输干扰，提高可靠性。[0035] DSP数字信号处理器301通过缓冲器302及单片机304使各组磁敏元件202依次上电，同时，采集当前上电的磁敏元件202的输出信号并进行信号处理，当发现有效的永磁体阵列101信号时，通过距离计算器303输出上述两物体的相对位置信息[0036] 在本实施例中，当使用开关型磁敏元件时，每一个位信号序列均对应于唯一的一个待测位置的小数值，通过理论运算可以建立"位信号序列——待测位置小数值对照表"，实用新型专利"磁性位置传感装置及其定位方法"申请号200810196879. 6以及计算出相应"位信号序列——待测位置小数值对照表"，本实用新型的距离计算器303存储有相应的"位信号序列——待测位置小数值对照表"，其主要功能是运行查表程序，当距离计算器303将上述步骤c中的位信号序列确定后，即运行查表程序调出与该位信号序列相对应的小数值，省去了计算小数值的中间过程，提高了定位速度。 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。[0038] 尽管本文较多地使用了永磁体装置1、永磁体阵列101、永磁体单元102、凹形槽103、永磁体装置本体104、磁敏元件装置2、磁敏元件阵列201、磁敏元件202、距离测试装置3、DSP数字信号处理器301、缓冲器302、距离计算器303、单片机304、输出端口 305、固定装置4、固定板5、贯通孔6、主电路板7、电阻701、PNP三极管702、插针电路板8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
权利要求一种磁阵列位置传感装置，包括包含有永磁体阵列(101)的永磁体装置(1)，以及与永磁体装置(1)相配合且包含有磁敏元件阵列(201)的磁敏元件装置(2)，该磁敏元件装置(2)固定在包含有距离测试装置(3)的主电路板(7)上，其特征在于，所述的磁敏元件阵列(201)通过固定装置(4)固定在该磁敏元件装置(2)上，所述的磁敏元件阵列(201)通过固定装置(4)固定在主电路板(7)上。
2. 根据权利要求l所述的磁阵列位置传感装置，其特征在于，所述的永磁体阵列(101)由若干平行排列的永磁体单元(102)构成，所述的磁敏元件阵列(201)由若干平行排列的磁敏元件(202)构成。
3. 根据权利要求2所述的磁阵列位置传感装置，其特征在于，所述的固定装置(4)包括固定板(5)，上述若干磁敏元件(202)的插针穿过固定板(5)与上述主电路板(7)相连。
4. 根据权利要求2或3所述的磁阵列位置传感装置，其特征在于，所述的固定板(5)内还设有若干贯通孔(6)，上述磁敏元件(202)的插针穿过贯通孔(6)与上述主电路板(7)相连。
5. 根据权利要求4所述的磁阵列位置传感装置，其特征在于，所述的永磁体单元(102)<formula>formula see original document page 2</formula>宽度为-所述永磁体阵列(101)所含的永磁体单元(102)个数大于7磁敏元件阵列<formula>formula see original document page 2</formula>(201)中磁敏元件(202)个数大于或者等于"^"在永磁体阵列(101)两端，在磁敏元件阵列(201)的磁场接收线及接收方向上，大于磁敏元件(202)动作阈值的磁场分量的延伸范围大于磁敏元件之间的间距D，其中，D为磁敏元件(202)之间的间距，S为传感分辨率，n为磁敏元件间距放大倍数。
6. 根据权利要求5所述的磁阵列位置传感装置，其特征在于，所述的永磁体单元(102)由N极永磁块和填充材料组成或者由极性交错排列的永磁块和填充材料组成，所述的磁敏元件(202)是模拟型或者开关型。
7. 根据权利要求5所述的磁阵列位置传感装置，其特征在于，所述的距离测试装置(3)包括与DSP数字信号处理器(301)连接的缓冲器(302)，所述的DSP数字信号处理器内部具有距离计算器(303)，缓冲器(302)连接单片机(304)，单片机(304)连接上述磁敏元件阵列(201)，该磁敏元件阵列(201)还与DSP数字信号处理器(301)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种传感装置，尤其是涉及一种磁阵列位置传感装置。磁阵列位置传感装置，包括包含有永磁体阵列101的永磁体装置1，以及与永磁体装置1相配合且包含有磁敏元件阵列201的磁敏元件装置2，该磁敏元件装置2固定在包含有距离测试装置3的主电路板7上，所述的磁敏元件阵列201通过固定装置4固定在该磁敏元件装置2上。本实用新型具有如下优点1.磁采用独立的定位板，将磁敏元件焊接在定位板上，减小磁敏元件位置误差；2.重新设计磁体阵列单元宽度与磁敏元件间隔之间的关系，在保持系统精度不变的条件下，扩大了磁敏元件之间的间距，减少磁敏元件使用量，降低装置成本。
文档编号G01B7/02GK201463826SQ20092008442
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者曹宜 申请人:曹宜