[发明专利]用于借助于串联布置的多个磁场传感器非接触式测量位置的位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于基于串联布置的多个磁场传感器非接触式测量磁体的位置的位移传感器，具体地涉及具有与个体磁场传感器相比大若干倍的位移范围的位移传感器。

在根据本发明的位移传感器中，由位移传感器输出的且指示磁体相对于参考点的位置的位置信号的精度旨在在整个位移范围上低于最大容许误差。

磁场传感器的典型实例是霍耳传感器。作为磁场传感器的例示，本发明参考霍耳传感器进行说明，但不局限于此。

背景技术

霍耳传感器在很多情形里用于控制机床、用在自动化技术中、机器人以及用在自动部分中。与依据光学法工作的位移传感器相比较，霍耳传感器不易于受到污物和损伤的影响，因为它们能够用非磁性外壳密闭地(hermetically)密封。

在使用霍耳传感器检测可动构件的运动的位移传感器中，磁体被配合到可动构件并且在构件运动期间通过霍耳传感器检测由磁体产生的磁场。由于磁体的运动，霍耳传感器检测随时间改变的磁场并且输出取决于磁体位置的输出信号。输出信号的精度随霍耳传感器检测的磁场的磁通密度的降低而降低。由此，磁体的位置确定随磁体距霍耳传感器的间隔的增大而变得较不精确。

位置确定的精度，特别是在磁体和霍耳传感器之间的间隔较大时，通过使得具有3D霍尔技术的传感器(以下称为3D霍耳传感器)来提高。在该类型的霍耳传感器中，在一部位处测量两个互相垂直的磁场分量，在所测量的磁场分量之间形成所述关系，并且磁体相对于该部位的位置参考该关系来指示。

图1示出了3D霍耳传感器100。其具有在传感器中心之上的零点0。如果磁体沿着或者平行于延伸通过3D霍耳传感器的零点0的运动轴线101移动，则传感器输出指示磁体相对于传感器的零点的位置的输出信号102。输出信号指示磁体相对于零点的位置的精度随着磁体距所述零点的间隔的增大而减小。这限制了3D霍耳传感器的位移测量范围。在已知的3D霍耳传感器中，其最大为40mm(关于所述零点±20mm)。

图2示出了根据磁体相对于零点的位置的、图1中所示的3D霍耳传感器的输出信号102。在关于零点的范围中，在传感器的输出信号102和磁体相对于零点的位置之间存在线性关系。在位移测量范围的两个端部103和104处，测量信号且因此测量误差的变化变得更大；传感器的输出信号102和磁体的位置之间的线性关系消失，因为输出信号102指示磁体位置的精度变得太低。从磁体距零点的给定间隔开始，输出信号102指示磁体位置的精度太低，从而在3D霍耳传感器的输出信号102和磁体相对于零点的位置之间不再存在关系。

公布US 6097183公开了一种位移传感器，该位移传感器具有串联布置的的传感器和可沿着运动轴线移动过所述传感器的磁体。所述传感器是在一个方向上灵敏的磁阻传感器或者霍耳传感器。指示磁体位置的位置信号在本示例中基于接近磁体布置的两个相邻的传感器输出的两个输出信号来建立。在以此方式建立的位置信号和磁体位置之间不存在线性关系。根据磁体位置的位置信号相反具有可归因于传感器的非线性的波状路径。为对此进行补偿，取决于磁体位置的校正因子被添加到位置信号。

40mm的位移测量范围，如常规市售的3D霍耳传感器目前所具有的，对于旨在检测可动构件的运动的许多应用而言过小。

发明内容

因此，本发明目的在于提供一种位移传感器，该位移传感器利用霍耳效应的原理，但与常规市售的3D霍耳传感器相比具有明显更大的位移测量范围，同时又满足由该位移传感器输出的位置信号的最大容许总误差。

该目的通过专利权利要求1的主题来实现。从属专利权利要求涉及根据本发明的位移传感器的其它有利发展。

本发明基于如下想法，即多个霍耳传感器被串联布置并且平行于磁体的运动轴线，相邻的霍耳传感器的位移测量范围在其端部处重叠，在重叠范围中基于由位移测量范围在重叠范围中重叠的霍耳传感器所输出的输出信号形成位置信号，且该位置信号基于磁体布置在其位移测量范围中的霍耳传感器输出的输出信号在位移测量范围的非重叠部分中形成。具体地，相邻的霍耳传感器的位移测量范围的重叠选择为使得，在重叠范围中形成的位置信号的总误差小于最大容许误差。

如果在霍耳传感器的输出信号和磁体相对于霍耳传感器的零点的位置之间存在线性关系，则在位移传感器输出的位置信号和磁体相对于参考点的位置之间的线性关系可特别容易地实现。

位移传感器的位移测量范围的延长当在重叠范围中在霍耳传感器的输出信号和磁体相对于霍耳传感器零点的位置之间不存在线性关系时是最佳的。