位移测量装置和位移测量方法

技术领域

本发明涉及一种位移测量装置和位移测量方法。

背景技术

在现有技术中，线性磁阻位移测量系统通常包括一个线性磁阻传感器阵列和一个磁铁。磁铁能够相对于线性磁阻传感器阵列沿一个直线方向移动，线性磁阻传感器阵列中的多个磁阻传感器沿直线方向排成一列。

为了保证测量精度，通常相邻两个磁阻传感器之间的间距比较小，例如，15mm。如果磁铁在直线方向上的行程较大时，例如，990mm。此时，就需要设置66个磁阻传感器。因此，就需要采集66个磁阻传感器的检测信号、处理采集到的66个磁阻传感器的检测信号和根据采集到的66个磁阻传感器的检测信号计算磁铁的位置。这导致整个线性磁阻位移测量系统的功耗较高，测量结果的输出更新频率较低，测量效率非常低，不能满足高速测量的要求。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供一种位移测量装置，包括：线性磁感应阵列，包括沿直线方向排成一列的多个磁感应传感器；磁控开关阵列，与所述线性磁感应阵列并排设置，且包括沿所述直线方向排成一列的多个磁控开关；磁体，能够相对于所述线性磁感应阵列和所述磁控开关阵列沿所述直线方向移动；位置范围确定单元，适于根据所述多个磁控开关的开关状态确定所述磁体在所述直线方向上的位置范围；信号采集单元，适于采集位于所述位置范围内的磁感应传感器所检测到的磁场强度信号；和位置计算单元，适于根据采集到的磁场强度信号计算所述磁体在所述直线方向上的位置。

根据本发明的一个实例性的实施例，当所述磁控开关处的磁场强度上升到预定值以上时，所述磁控开关被从闭合状态切换到打开状态；并且当所述磁控开关处的磁场强度下降到小于所述预定值时，所述磁控开关被从所述打开状态切换到所述闭合状态。

根据本发明的另一个实例性的实施例，当所述磁控开关处的磁场强度上升到预定值以上时，所述磁控开关被从打开状态切换到闭合状态；并且当所述磁控开关处的磁场强度下降到小于所述预定值时，所述磁控开关被从所述闭合状态切换到所述打开状态。

根据本发明的另一个实例性的实施例，当所述磁体处于不同的位置范围时，所述多个磁控开关的开关状态所组成的组合开关状态不同，从而能够根据所述多个磁控开关的开关状态确定所述磁体所处的位置范围。

根据本发明的另一个实例性的实施例，每个所述磁控开关在所述直线方向上的位置是预先设定和已知的；并且每个所述磁感应传感器在所述直线方向上的位置是预先设定和已知的。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述磁控开关阵列中的磁控开关的数量小于或等于所述线性磁感应阵列中的磁感应传感器的数量。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述磁控开关阵列中相邻两个磁控开关之间的间距大于或等于所述线性磁感应阵列中相邻两个磁感应传感器之间的间距。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述磁控开关阵列中相邻两个磁控开关之间的间距为所述线性磁感应阵列中相邻两个磁感应传感器之间的间距的整数倍。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述磁控开关阵列中的每个磁控开关与所述线性磁感应阵列中对应的一个磁感应传感器对齐。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述位移测量装置还包括电路板，所述线性磁感应阵列和所述磁控开关阵列被设置在所述电路板上；所述位置范围确定单元、所述信号采集单元和所述位置计算单元分别经由所述电路板电连接至所述多个磁感应传感器和所述多个磁控开关。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述磁控开关阵列中相邻两个磁控开关之间的间距不小于所述磁感应传感器检测到的磁场强度信号曲线的波长的一半且小于所述磁感应传感器检测到的磁场强度信号曲线的波长。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述线性磁感应阵列中相邻两个磁感应传感器之间的间距小于所述磁感应传感器检测到的磁场强度信号曲线的波长的一半。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述线性磁感应阵列中相邻两个磁感应传感器之间的间距与所述磁感应传感器检测到的磁场强度信号曲线的波长的比值在0.01～0.4的范围以内。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述磁感应传感器为磁阻传感器或霍尔传感器。

根据本发明的另一个方面，提供一种位移测量方法，包括以下步骤：

S100：提供前述位移测量装置；

S200：沿直线方向移动磁体；

S300：根据多个磁控开关的开关状态确定所述磁体在所述直线方向上的位置范围；

S400：采集位于所述位置范围内的磁感应传感器所检测到的磁场强度信号；

S500：根据采集到的磁场强度信号计算所述磁体在所述直线方向上的位置。

在根据本发明的前述各个实例性的实施例中，先通过磁控开关阵列确定磁体的位置范围，然后仅采集位于确定的位置范围内的磁感应传感器的检测信号和根据采集到的检测信号计算磁体的位置。因此，在本发明中无需对所有磁感应传感器的检测信号进行采集、处理和计算，因此，能够极大地降低位移测量装置的功耗、极大地提高位移测量装置的数据更新频率和检测效率。

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

附图说明

图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的位移测量装置的示意图；

图2显示图1所示的位移测量装置的平面视图，其中磁体位于磁控开关B3处；

图3显示图1所示的位移测量装置的平面视图，其中标示了相邻磁感应传感器之间的间距和相邻磁控开关之间的间距；

图4显示图1所示的位移测量装置的平面视图，其中磁体位于磁控开关B1处；

图5显示图1所示的位移测量装置的磁感应传感器检测到的磁场强度信号曲线；

图6显示根据本发明的另一个实例性的实施例的位移测量装置的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明的一个总体技术构思，提供一种位移测量装置，包括：线性磁感应阵列，包括沿直线方向排成一列的多个磁感应传感器；磁控开关阵列，与所述线性磁感应阵列并排设置，且包括沿所述直线方向排成一列的多个磁控开关；磁体，能够相对于所述线性磁感应阵列和所述磁控开关阵列沿所述直线方向移动；位置范围确定单元，适于根据所述多个磁控开关的开关状态确定所述磁体在所述直线方向上的位置范围；信号采集单元，适于采集位于所述位置范围内的磁感应传感器所检测到的磁场强度信号；和位置计算单元，适于根据采集到的磁场强度信号计算所述磁体在所述直线方向上的位置。

图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的位移测量装置的示意图；图2显示图1所示的位移测量装置的平面视图，其中磁体20位于磁控开关B3处。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，该位移测量装置包括：线性磁感应阵列A、磁控开关阵列B、磁体20、位置范围确定单元(未图示)、信号采集单元(未图示)和位置计算单元(未图示)。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，线性磁感应阵列A包括沿直线方向X排成一列的多个磁感应传感器A1～A13。磁控开关阵列B与线性磁感应阵列A并排设置且与线性磁感应阵列A相邻。磁控开关阵列B包括沿直线方向X排成一列的多个磁控开关B1～B5。磁体20能够相对于线性磁感应阵列A和磁控开关阵列B沿直线方向X移动。在图示的实施例中，磁体20移动到了磁控开关B3处。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，位置范围确定单元适于根据多个磁控开关B1～B5的开关状态确定磁体20在直线方向X上的位置范围。信号采集单元适于采集位于位置范围内的磁感应传感器所检测到的磁场强度信号。位置计算单元适于根据采集到的磁场强度信号计算磁体20在直线方向X上的位置。在本发明的一个实例性的实施例中，前述位置范围确定单元、信号采集单元和位置计算单元可以为集成在计算机或单片机上的、由软件和/或硬件构成的功能模块。

下面将参照图1和图2详细说明位移测量装置的原理。在图示的实施例中，当磁体20位于磁控开关B3处时，磁控开关B2和B4处的磁场强度达到预定值，导致磁控开关B2和B4的开关状态发生切换。例如，从闭合状态切换到打开状态。而其他磁控开关B1、B3和B5处的磁场强度小于预定值，导致磁控开关B1、B3和B5仍然处于闭合状态。为了直观起见，在图2中，处于打开状态的磁控开关B2和B4用黑色块表示，处于闭合状态的磁控开关B1、B3和B5用白色块表示。此时，就可以根据磁控开关阵列B中的所有的磁控开关B1、B2、B3、B4和B5的开关状态判断出磁体20位于磁控开关B2和B4之间的位置范围内。然后，就只需要采集位于磁控开关B2和B4之间的磁感应传感器A4～A10所检测到的磁场强度信号，最后再根据采集到的磁感应传感器A4～A10的磁场强度信号计算出磁体20在直线方向X上的位置。因此，本发明无需对线性磁感应阵列A中的所有的磁感应传感器A1～A13的磁场强度信号进行采集、处理和计算，因此，极大地降低了位移测量装置的功耗、极大地提高了位移测量装置的数据更新频率和检测效率。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，磁控开关B1～B5的初始状态是闭合状态。当磁控开关B1～B5处的磁场强度上升到预定值以上时，磁控开关B1～B5被从闭合状态切换到打开状态；并且当磁控开关B1～B5处的磁场强度下降到小于预定值时，磁控开关B1～B5被从打开状态切换到闭合状态。

但是，本发明不局限于图示的实施例中，例如，在本发明的另一个实例性的实施例中，磁控开关B1～B5的初始状态是打开状态。当磁控开关B1～B5处的磁场强度上升到预定值以上时，磁控开关B1～B5被从打开状态切换到闭合状态；并且当磁控开关B1～B5处的磁场强度下降到小于预定值时，磁控开关B1～B5被从闭合状态切换到打开状态。

图4显示图1所示的位移测量装置的平面视图，其中磁体20位于磁控开关B1处。

如图4所示，在图示的实施例中，当磁体20位于磁控开关B1处，磁控开关B2处的磁场强度达到预定值，导致磁控开关B2的开关状态发生切换。例如，从闭合状态切换到打开状态。而其他磁控开关B1、B3、B4和B5处的磁场强度小于预定值，导致磁控开关B1、B3、B4和B5仍然处于闭合状态。为了直观起见，在图4中，处于打开状态的磁控开关B2用黑色块表示，处于闭合状态的磁控开关B1、B3、B4和B5用白色块表示。此时，就可以根据磁控开关阵列B中的所有的磁控开关B1、B2、B3、B4和B5的开关状态判断出磁体20位于磁控开关B1和B2之间的位置范围内。

根据图2和图4所示的实施例，可以知道，当磁体20处于不同的位置范围时，磁控开关阵列B中的多个磁控开关B1～B5的开关状态所组成的组合开关状态不同，从而能够根据多个磁控开关B1～B5的开关状态确定磁体20所处的位置范围。例如，在图2所示的实施例中，多个磁控开关B1～B5的开关状态所组成的组合开关状态为“B1打开、B2闭合、B3打开、B4闭合、B5打开”；而在图4所示的实施例中，多个磁控开关B1～B5的开关状态所组成的组合开关状态为“B1打开、B2闭合、B3打开、B4打开、B5打开”。

如图1-2和图4所示，在图示的实施例中，每个磁控开关B1～B5在直线方向X上的位置是预先设定和已知的；并且每个磁感应传感器A1～A13在直线方向X上的位置是预先设定和已知的。

如图1-2和图4所示，在图示的实施例中，磁控开关阵列B中的磁控开关B1～B5的数量小于或等于线性磁感应阵列A中的磁感应传感器A1～A13的数量。但是，请注意，磁控开关阵列B中的磁控开关B1～B5的数量主要是由磁体20的行程和磁体20自身的尺寸、形状和磁性参数决定。

图3显示图1所示的位移测量装置的平面视图，其中标示了相邻磁感应传感器A1～A13之间的间距D1和相邻磁控开关B1～B5之间的间距D2。

如图3所示，在图示的实施例中，磁控开关阵列B中相邻两个磁控开关B1～B5之间的间距D2大于或等于线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1。

如图3所示，在图示的实施例中，磁控开关阵列B中相邻两个磁控开关B1～B5之间的间距D2为线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1的整数倍，例如，图示的3倍。这样便于计算，但是，本发明不局限于图示的实施例，例如，相邻两个磁控开关B1～B5之间的间距D2与相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1的比值也可以不为整数，例如，可以为1.5、2.5或3.5等。

如图1至图4所示，在图示的实施例中，磁控开关阵列B中的每个磁控开关B1～B5与线性磁感应阵列A中对应的一个磁感应传感器A1～A13对齐。这样便于计算，但是，本发明不局限于图示的实施例，例如，磁控开关B1～B5与可以与磁感应传感器A1～A13错开，彼此不对齐。

如图1至图4所示，在图示的实施例中，位移测量装置还包括电路板10，线性磁感应阵列A和磁控开关阵列B被设置在电路板10上。位置范围确定单元、信号采集单元和位置计算单元分别经由电路板10电连接至多个磁感应传感器A1～A13和多个磁控开关B1～B5。

图5显示图1所示的位移测量装置的磁感应传感器检测到的磁场强度信号曲线。

如图1至图5所示，在图示的实施例中，磁控开关阵列B中相邻两个磁控开关B1～B5之间的间距D2不小于磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ的一半且小于磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ。

如图1至图5所示，在图示的实施例中，磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ主要是由磁体20自身的尺寸、形状、数量和磁性参数等因素决定。因此，可以通过改变磁体20自身的尺寸、形状、数量和磁性参数等因素来调节磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ。为了提高检测效率，希望减小磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ，这样，就可以减小磁控开关阵列B中的相邻两个磁控开关B1～B5之间的间距D2，也就是说，就可以减小确定出的磁体所在的位置范围。当确定出的磁体所在的位置范围较小时，需要采集的磁感应传感器的数量就更少，因此，能够进一步提高检测效率。

图6显示根据本发明的另一个实例性的实施例的位移测量装置的示意图。

与图1-2所示的实施例相比，图6所示的实施例的不同点在于改变了磁体20的尺寸，使得磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ变得更小。此时，如图6所示，磁控开关阵列B中的相邻两个磁控开关B1～B5之间的间距D2变为线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1的大约2倍。此时，需要采集信号的磁感应传感器A5～A9的数量只有5个，而在图1-2所示的实施例中，需要采集信号的磁感应传感器A4～A10的数量为7个。因此，与图1-2所示的实施例相比，图6所示的实施例的检测效率更高。

如图1至图6所示，在图示的实施例中，线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1小于磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ的一半。例如，线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1与磁感应传感器A1～A13检测到的磁场强度信号曲线的波长λ的比值可以在0.01～0.4的范围以内。请注意，，线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1越小，检测精度越高，但检测效率就会越低。所以，需要合理设置线性磁感应阵列A中相邻两个磁感应传感器A1～A13之间的间距D1。

在本发明的一个实例性的实施例中，前述磁感应传感器A1～A13为磁阻传感器。但是，本发明不局限于此，前述磁感应传感器A1～A13也可以为霍尔传感器或其他合适的传感器。

在本发明的另一个实例性的实施例中，还公开一种位移测量方法，包括以下步骤：

S100：提供前述位移测量装置；

S200：沿直线方向X移动磁体20；

S300：根据多个磁控开关B1～B5的开关状态确定磁体20在直线方向X上的位置范围；

S400：采集位于位置范围内的磁感应传感器所检测到的磁场强度信号；

S500：根据采集到的磁场强度信号计算磁体20在直线方向X上的位置。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，这些变化理应落入本发明的保护范围以内。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明的总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。