专利名称：霍尔位移测量装置及测量方法
霍尔位移测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种霍尔位移测量装置及测量方法，特别涉及一种通过霍尔传 感器进行位移测量的霍尔位移测量装置及测量方法背景4支术
煤炭、化工、石油、冶金、液压等领域采用的位移传感器或行程传感器一 般为干簧管传感器，干簧管易碎且加工成品率低，而且在使用的过程中，由于 振动和机械变形等原因，致使干簧传感器容易损坏即使用寿命短，不易发挥系 统的最优性能，且易引发事故。同时，煤炭、化工、石油、冶金、液压等领域 出于安全防爆等要求，对功耗要求极为严格，并且出于安全考虑一般设备的电 源容量较小，还需要密封罐胶，故要求对负载功耗要求较严格。位移传感器在 使用中一般要求快速的动态响应，出于成本、体积和尺寸的研制以及传统工艺 等考虑，在传感器的机械结构不易改进的前提下， 一般励磁机构在外，检测环 节在内，而工业界出现的新方法和原理不易应用，进而增加了设计的难度。
发明内容
为了解决现有技术干簧管易碎且加工成品率低，而且在使用的过程中，由 于振动和机械变形等原因，致使干簧传感器容易损坏即使用寿命短，不易发挥 系统的最优性能，且易引发事故的技术问题，本发明提供了一种霍尔位移测量 装置及测量方法。
本发明解决现有技术干簧管易碎且加工成品率低，而且在使用的过程中， 由于振动和机械变形等原因，致使干簧传感器容易损坏即使用寿命短，不易发
挥系统的最优性能，且易引发事故的技术问题所采用的技术方案是提供一种 霍尔位移测量装置，所述霍尔位移测量装置包括微控制单元，与所述微控制单 元相连的译码器，与所述孩i控制单元和译码器相连的至少一个位移测量单元， 该位移测量单元包括第一类总线串化器/并化器和第二类总线串化器/并化器， 以及连接于所述第一类总线串化器/并化器和第二类总线串化器/并化器之间的 位移传感器，所述位移传感器为霍尔传感器。
根据本发明霍尔位移测量装置的 一优选实施例，所述霍尔传感器分成至少
4一个组，每组分两个单元为电源预置单元和^企测单元。
根据本发明霍尔位移测量装置的 一优选实施例，所述4企测单元和预置单元 分别对应第一类总线串化器/并化器和第二类总线串化器/并化器。
根据本发明霍尔位移测量装置的 一优选实施例，所述第 一类总线串化器/ 并化器包括第一总线串化器/并化器和第二总线串化器/并化器，所述第二类总 线串化器/并化器包括第 一总线串化器/并化器和第二总线串化器/并化器。
根据本发明霍尔位移测量装置的 一优选实施例，所述第 一类总线串化器/ 并化器和第二类总线串化器/并化器的片选端交错连接，其中X为正整数。
根据本发明霍尔位移测量装置的 一优选实施例，所述第 一类总线串化器/ 并化器的第一总线串化器/并化器和第二总线串化器/并化器分别包括至少一个 信号输出端。
根据本发明霍尔位移测量装置的一优选实施例，所述第二类总线串化器/ 并化器的第一总线串化器/并化器和第二总线串化器/并化器分别包括至少一个 信号输出端。
根据本发明霍尔位移测量装置的一优选实施例，所述霍尔传感器连接于所 述第一类总线串化器/并化器的第一总线串化器/并化器和第二类总线串化器/ 并化器的第一总线串化器/并化器之间。
根据本发明霍尔位移测量装置的 一优选实施例，所述霍尔传感器连接于所 述第一类总线串化器/并化器的第二总线串化器/并化器和第二类总线串化器/ 并化器的第二总线串化器/并化器之间。
本发明还提供了 一种霍尔位移测量方法，所述霍尔位移测量方法包括以下
步骤第一步、将所述霍尔传感器分成至少一个组，每组分两个单元为电源预 置单元和;^测单元，所述^r测单元和预置单元分别对应第一类总线串化器/并 化器和第二类总线串化器/并化器，并使两个总线串化器/并化器的片选端交错 连接；第二步、首先设置片选信号，同时选中电源预置单元对应的第一类总线 串化器/并化器片选和片企测单元对应的第二类总线串化器/并化器片选，并发送 时钟和数据，使电源预置单元中的霍尔传感器对应的电源(或地)所对应的第 一类总线串化器/并化器控制其管脚置高(或置低)；同时可通过第二类总线串 化器/并化器读取所述检测单元对应的霍尔传感器的输出状态；第三步、将第 一步中划分的电源预置单元^L为^r测单元，4全测单元一见为电源预置单元，再设置片选信号，同时选中电源预置单元对应的第 一类总线串化器/并化器片选和 检测单元对应的第二类总线串化器/并化器片选，并发送时钟和数据，使电源 预置单元霍尔传感器对应的电源(或地)所对应的第一类总线串化器/并化器
控制其管脚置高(或置低)；同时可通过第二类总线串化器/并化器读取所述检 测单元所对应的霍尔传感器的输出状态；第四步、重复上述第二步和第三步直 至该组所有霍尔传感器全部预置检测完毕；第五步、将第一步中划分的所有组 重复第二步和第三步进行检测，直至所有组检测完毕。
釆用上述装置及方法时，由于使用了霍尔传感器并对其进行功耗控制， 避免了干簧管易破损等缺点，大大提高了产品成品率，延长了霍尔位移测量 装置的使用寿命，减小了功耗，且提高了霍尔位移测量装置使用的安全性。
图1是本发明霍尔位移测量装置第一实施例的结构示意图； 图2是本发明霍尔位移测量装置第二实施例的结构示意图； 图3是本发明霍尔位移测量装置第三实施例的结构示意图； 图4.是本发明霍尔传感器结构示意图； 图5是本发明霍尔位移测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1本发明霍尔位移测量装置第一实施例的结构示意图。如图1所 示，在本实施例中，霍尔位移测量装置包括孩i控制单元(MicroControllerUnit， 以下简称MCU)IO，与所述微控制单元10相连的译码器20,与所述微控制 单元10和所述译码器20相连的至少一个位移测量单元30,该位移测量单元 30包括第一类总线串化器/并化器301和第二类总线串化器/并化器302,以及 连接于所述第一类总线串化器/并化器301和第二类总线串化器/并化器302之 间的位移传感器，所述位移传感器为霍尔传感器303。其中，串化器/并化器即 SERializer,以下简称Serdes。
所述微控制单元10用于向所述译码器20和所述位移测量单元30输出信 号，并接收位移测量输出的信号。所述译码器20是一种具有"翻译"功能的逻 辑电路，用于将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输 出信号。所述第一类总线串化器/并化器301和第二类总线串化器/并化器302均为 一种信号转换设备，对计算机或其他逻辑单元的输出信号进行并串行即串 行化的转换,而对其输入信号进行串并行即解串的转换。
所述霍尔传感器303分成若干组，每组分两个单元为电源预置单元和^r测 单元。所述^f全测单元和预置单元分别对应第一类总线串化器/并化器301和第 二类总线串化器/并化器302。所述第一类总线串化器/并化器301和第二类总 线串化器/并化器302的片选CS(x)(其中，x为正整数)端交错连接，目的在于 设置一组传感器的同时可读取另一组传感器的状态，提高检测效率。
请参阅图2本发明霍尔位移测量装置第二实施例的结构示意图。如图2所 示在本实施例中，与第一实施例不同之处在于，所述第一类总线串化器/并化 器301包括第一总线串化器/并化器3011和第二总线串化器/并化器3012，所 述第二类总线串化器/并化器302包括第一总线串化器/并化器3021和第二总线 串化器/并化器3022。所述霍尔传感器3031连"l矣于所述第一类总线串联/解串 301器的第一总线串化器/并化器3011和第二类总线串化器/并化器302的第一 总线串化器/并化器3021之间。所述霍尔传感器3032连接于所述第一类总线 串化器/并化器301的第二总线串化器/并化器3012和第二类总线串化器/并化 器302的第二总线串化器/并化器3022之间。
请参阅图3和图4，图3是本发明霍尔位移测量装置第三实施例的结构示 意图，图4是本发明霍尔传感器结构示意图。在本实施例中，与第二实施例不 同之处在于，所述霍尔位移测量装置包括多个位移测量单元30。所述第一类总 线串化器/并化器的第一总线串化器/并化器3011包括m个信号输出端，G一ll、 G—12、 G—13...G—lm，所述第一类总线串化器/并化器的第二总线串化器/并化 器3012包括m个信号输出端，G—21、 G—22、 G—23...G—2m。所述第二类总线 串化器/并化器的第一总线串化器/并化器3021包括m个信号输出端，S_ll、 S_12、 S—13...S一lm,所述第二类总线串化器/并化器的第二总线串化器/并化器 3022包括m个信号输出端，S—11、 S_12、 S—13...S—lm。所述霍尔传感器的数 目小于或等于mxm个。所述mxm个霍尔传感器分别连接于G一ll和S一ll、 G—12和S—12、 G—13和S—13...G—lm和S—lm、 G—21和S—21、 G—22和S_22、 G—23和S—23.. .G—2m和S—2m之间。
请参阅图5，图5是本发明霍尔位移测量方法流程图。在本实施中，结合 图3及图4，所述霍尔位移测量方法包括以下步骤第一步、将所述霍尔传感器分成至少一个组，每组分两个单元为电源预置
单元和检测单元，所述#:测单元和预置单元分别对应第一类总线串化器/并化 器和第二类总线串化器/并化器，并使两个总线串化器/并化器的片选CS(x)端交 错连接。
第二步、首先设置片选CS(x)(x^,2，…,k，)信号，同时选中电源预置单元对 应的第一类总线串化器/并化器片选CS(x) (x二l，2，…,k，)和检测单元对应的第二 类总线串化器/并化器片选€8&)&=1,2,...,]0,并发送时钟clk和数据，使电源 预置单元中的霍尔传感器对应的电源(或地)所对应的第一类总线串化器/并 化器控制其管脚G—(x)j(x^,2,…，k，;j-l，2,…,m)置高(或置低);同时可通过第 二类总线串化器/并化器读取所述检测单元对应的霍尔传感器的输出状态 S一(x+l)j (x=l，2,.."k，；j=l,2,.."m)。
第三步、将第一步中划分的电源预置单元视为检测单元，检测单元视为电 源预置单元，再设置片选CS(x+l) (x-l，2，…,k，)信号，同时选中电源预置单元 对应的第一类总线串化器/并化器片选CS(x+l) (x二l,2,…，k，)和检测单元对应的 第二类总线串化器/并化器片选CS(x+l) (x=l,2,...,k，)，并发送时钟elk和数据， 使电源预置单元霍尔传感器对应的电源(或地)所对应的第一类总线串化器/ 并化器控制其管脚G—(x+l)j(x-l,2，…，k，;j^,2,…,m)置高(或置低)；同时可通 过第二类总线串化器/并化器读取所述^f企测单元所对应的霍尔传感器的输出状 态S一(x+l)j (x=l,2,...，k，； j=l,2,.."m)。
第四步、重复上述第二步和第三步直至该组所有霍尔传感器全部预置^r测 完毕。
第五步、将第一步中划分的所有组重复第二步和第三步进行;险测，直至所 有组检测完毕。
上述将所有霍尔传感器状态检测完毕后，根据霍尔传感器状态和其物理位 置可判定励》l^几构所处的物理位置。
对霍尔传感器的进行电源供电控制，可控制"地"、也可控制"电源"，可控 制单一霍尔，也可控制成组霍尔，其他待检霍尔均处于待机状态，即不施加工 作电压，原理如图3所示。^f又对需要^:测的霍尔施加工作电压后，再对其进行 工作状态测量，测量完毕后，4敎销其工作电压，再对需要^^测的元件进行上述 操作，直至遍历所有需要#企测的单元，根据得到的状态即可判定当前的位置从而达到了降低功耗的目的。上述操作可通过总线串化器/并化器进行分别设 定(图中仅给出对"地"设定的情况)，通过微控制单元的串行通讯方式(可是
异步也可是同步方式)对Serdes进行设置和状态读取，结合片选CS(x)和高阻 状态设置等方式的逻辑组合即可对霍尔器件的"电源"或"地"进行设置，仅在检 测点或其邻近范围内通过设置使霍尔器件工作，其他均不工作，绝大多数器件 处在低功耗状态。
由于一般的霍尔传感器自身功耗较大， 一般测量行程较长，为了满足精度 要求，需要霍尔器件的数量较多，如不做特殊设计，功耗较大或4艮大，甚至可 达几安培，这很难满足要求；如选用低功耗霍尔器件，则成本较高，且一般低 功耗霍尔器件的灵敏度较高，易受干扰。
采用功耗控制手段，既能满足功耗要求，又能完成全量程测试；采用相位 交错的方法，功耗控制与状态测量同时进行，可使功耗最低，也提高了检测速 度；整体功耗可控、响应速度亦可控；并可釆用算法进行误判处理，输出可兼 容电流型、电压型以及数字等接口方式。
采用相位交错的方法，功耗控制与状态测量同时进行，可使功耗最低，也 大大提高了测量速度，可采用串行通讯方式，提高检测速度，便于实现细长型 的传感器，也可使传感器进一步小型化。依实际需要，功耗可控、响应速度亦 可控；采用快速查询方法，提高响应速度；采用算法判别的方法，进行误判处 理，较传统传感器更有优势；可兼容电流型、电压型以及数字输出等接口方式。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替 换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种霍尔位移测量装置，其特征在于所述霍尔位移测量装置包括微控制单元(10)，与所述微控制单元(10)相连的译码器(20)，与所述微控制单元(10)和所述译码器(20)相连的至少一个位移测量单元(30)，所述位移测量单元(30)包括第一类总线串化器/并化器(301)和第二类总线串化器/并化器(302)，以及连接于所述第一类总线串化器/并化器(301)和第二类总线串化器/并化器(302)之间的霍尔传感器(303)。
2. 根据权利要求1所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述霍尔 传感器(303)分成至少一个组，每组分两个单元为电源预置单元和纟全测单元。
3. 根据权利要求2所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述检测 单元和预置单元分别对应第一类总线串化器/并化器(301)和第二类总线串 化器/并化器(302)。
4. 根据权利要求3所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述第一 类总线串化器/并化器(301)包括第一总线串化器/并化器(3011)和第二总线 串化器/并化器(3012),所述第二类总线串化器/并化器(302)包括第一总线串 化器/并化器(3021)和第二总线串化器/并化器(3022)。
5. 根据权利要求4所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述第一 类总线串化器/并化器(301)和第二类总线串化器/并化器(302)的片选CS(x) 端交错连接，其中x为正整数。
6. 根据权利要求5所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述第一 类总线串化器/并化器(301)的第一总线串化器/并化器(3011)和第二总线串 化器/并化器(3012)分别包括至少一个信号输出端。
7. 根据权利要求6所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述第二 类总线串化器/并化器(302)的第一总线串化器/并化器(3021)和第二总线串 化器/并化器(3022)分别包括至少一个信号输出端。
8. 根据权利要求7所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述霍尔 传感器(3031)连接于所述第一类总线串化器/并化器(301)的第一总线串化器 /并化器(3011)和第二类总线串化器/并化器(302)的第一总线串化器/并化器 (3021)之间。
9. 根据权利要求8所述的霍尔位移测量装置，其特征在于所述霍尔传感器(3032)连接于所述第一类总线串化器/并化器(301)的第二总线串化器 /并化器(3012)和第二类总线串化器/并化器(302)的第二总线串化器/并化器 (3022)之间。
10. —种霍尔位移测量方法，其特征在于所述霍尔位移测量方法包 括以下步骤a. 将所述霍尔传感器(303)分成至少一个组，每组分两个单元为电源预 置单元和检测单元，所述检测单元和所述预置单元分别对应第一类总线串 化器/并化器(301)和第二类总线串化器/并化器(302),并使两个总线串化器/ 并化器的片选端交错连接；b. 首先设置片选信号，同时选中所述电源预置单元对应的第一类总线 串化器/并化器(301)片选和所述检测单元对应的第二类总线串化器/并化器 (302)片选，发送时钟和数据，使所述电源预置单元中的霍尔传感器(303)对 应的电源(或地)所对应的第一类总线串化器/并化器(301)控制其管脚置高(或置低)；同时可通过第二类总线串化器/并化器(302)读取所述检测单元 对应的霍尔传感器(3 03)的输出状态；c. 将步骤a中划分的电源预置单元视为检测单元，检测单元视为电源 预置单元，再设置片选信号，同时选中电源预置单元对应的第一类总线串 化器/并化器(301)片选和检测单元对应的第二类总线串化器/并化器(302)片 选，并发送时钟和数据，使电源预置单元霍尔传感器(303)对应的电源(或 地)所对应的第一类总线串化器/并化器(301)控制其管脚置高(或置低)； 同时可通过第二类总线串化器/并化器(302)读取所述净企测单元所对应的霍 尔传感器(303)的输出状态；d. 重复上述步骤b和步骤c直至该组所有霍尔传感器(^03)全部预置检 测完毕；e. 将步骤a中划分的所有组重复上述步骤b和步骤c进行;险测，直至 所有组;险测完毕。
全文摘要
本发明涉及一种霍尔位移测量装置及测量方法。所述霍尔位移测量装置包括微控制单元，与所述微控制单元相连的译码器，与所述微控制单元和译码器相连的至少一个位移测量单元，该位移测量单元包括第一类总线串化器/并化器和第二类总线串化器/并化器，以及连接于所述第一类总线串化器/并化器和第二类总线串化器/并化器之间的霍尔传感器。本发明的霍尔位移测量装置由于使用了霍尔传感器并对其进行功耗控制，避免了干簧管易破损等缺点，大大提高了产品成品率，延长了霍尔位移测量装置的使用寿命，减小了功耗，且提高了霍尔位移测量装置使用的安全性。
文档编号G01B7/02GK101482387SQ20091010513
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者张东来 申请人:张东来