[发明专利]一种基于线性霍尔传感器的角度测量系统和测量方法

摘要

本发明公开了一种基于线性霍尔传感器的角度测量系统和测量方法，角度测量系统包括4个线性霍尔传感器、4个电位器、AD采样器、微处理器和显示器。4个线性霍尔传感器沿一圆周依次设置，且相邻的两个线性霍尔传感器正交放置，相对的两个线性霍尔传感器正对放置，径向充磁磁铁的中心轴线经过4个线性霍尔传感器所沿圆周的圆心，并与该圆周垂直。每个线性霍尔传感器的信号输出端分别与对应电位器的第一固定端连接，4个电位器的第二固定端接地，4个电位器的滑动端接入AD采样器的4个采集通道，微处理器根据ADC数据计算旋转角度并输出给显示器。本发明克服了传统角度测量方法测量范围狭窄的缺陷，实现0‑360°范围内的角度测量。

主权项

1.基于一种角度测量系统的角度测量方法，其特征在于，所述角度测量系统包括4个线性霍尔传感器、4个电位器、AD采样器、微处理器和显示器，所述4个线性霍尔传感器沿一圆周依次设置，且相邻的两个线性霍尔传感器正交放置，相对的两个线性霍尔传感器正对放置，径向充磁磁铁的中心轴线经过4个线性霍尔传感器所沿圆周的圆心，并与该圆周垂直，所述4个电位器与4个线性霍尔传感器一一对应，每个线性霍尔传感器的信号输出端分别与对应电位器的第一固定端连接，4个电位器的第二固定端均接地，4个电位器的滑动端分别接入AD采样器的4个采集通道，微处理器分别连接AD采样器的输出端和显示器；所述径向充磁磁铁水平旋转一定角度，4个线性霍尔传感器输出4组电压信号，并经电位器分压和AD采样后输入微处理器，微处理器根据输入信号计算出径向充磁磁铁的旋转角度，并显示在显示器上；所述角度测量方法包括如下步骤：(1)当径向充磁磁铁水平旋转θ角度，4个线性霍尔传感器输出4路正弦信号V1、V2、V3、V4，相邻的线性霍尔传感器输出的正弦信号的相位相差90度，相对的线性霍尔传感器输出的正弦信号相互正交，即V1与V3正交，V2与V4正交；(2)调节4个电位器，将4路正弦信号分别进行对地分压，得到4路分压信号U1、U2、U3、U4；(3)将4路分压信号U1、U2、U3、U4进行AD采样后输入微处理器，微处理器对U1、U2、U3、U4进行归一化处理：上式中，U1_max～U4_max为预设的U1～U4上界值，U1_min～U4_min为预设的U1～U4下界值；(4)对归一化的信号u₁、u₂、u₃、u₄进行差分处理，得到四象限差分信号：上式中，At₁～At₄依次为第一～第四象限的差分信号；(5)根据四象限差分信号构建四象限旋转角公式：θ₁＝arctan(At₁)+45°，θ₁∈(0，90°]θ₂＝arctan(At₂)+135°，θ₂∈(90，180°]θ₃＝arctan(At₃)+225°，θ₃∈(180，270°]θ₄＝arctan(At₄)+315°，θ₄∈(270，360°]上式中，θ₁～θ₄分别对应旋转角度θ在四个象限的旋转角；(6)判断旋转角度θ位于哪个象限，利用步骤(5)对应的公式，计算出旋转角度：U1>0且U2>0，则0°<θ≤90°，即θ＝θ₁；U1>0且U2<0，则90°<θ≤180°，即θ＝θ₂；U1<0且U2<0，即180°<θ≤270°，则θ＝θ₃；U1<0且U2>0，即270°<θ≤360°，则θ＝θ₄。