CN106949822B - 微型器件的实时位移反馈***及其反馈方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型器件的实时位移反馈***，包括：磁体；多个霍尔传感器，用于检测并输出所述磁体在各所述霍尔传感器位置对应产生的多个电压值；控制芯片，用于接收所述电压值，并根据所述电压值与所述位置参数计算出所述磁体的实时位置信息。本发明还提供了一种应用于所述微型器件的实时位移反馈***的微型器件的实时位移反馈方法。本发明提供的微型器件的实时位移反馈***及其反馈方法，直接实现位移的精确控制，不但可以直接输出磁体的位移信息，而且位移的控制精度与磁体的装配位置无关，磁体退磁对位移信息也无影响，使用前也无需进行校准。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种微型器件的实时位移反馈***及其反馈方法。
【背景技术】
随着电子技术的发展，移动通信终端装置如手机等的内部通常具有多个微型器件，例如产生振动的内置微型马达、驱动摄像镜头的音圈马达等。这些微型部件内部具有可移动的部件，且移动部件在移动时用户无法知晓移动部件的实时位移，因此，无法对微型部件的移动部件的位移进行精确控制。
因此，有必要提供一种新的微型器件的实时位移反馈***及其反馈方法以解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种微型器件的实时位移反馈***及其反馈方法，其有效解决了现有的马达的移动部件的位移无法进行精确控制的技术问题。
本发明的技术方案如下：一种微型器件的实时位移反馈***，所述微型器件包括可往复移动的移动部件，所述反馈***包括：
设置于所述移动部件上的磁体；
多个按预设的位置参数设置的霍尔传感器，用于检测并输出所述磁体在各所述霍尔传感器位置对应产生的多个电压值；
与多个所述霍尔传感器电连接的控制芯片，用于接收所述电压值，并根据所述电压值与所述位置参数计算出所述磁体的实时位置信息。
优选的，所述微型器件还包括与所述移动部件间隔设置的外壳；多个所述霍尔传感器沿所述移动部件的移动方向间隔设置于所述外壳上。
优选的，所述磁体具有朝所述外壳的方向凸设的弧面。
优选的，所述控制芯片包括与各所述霍尔传感器均连接的多路复用器，以及与所述多路复用器依次串接的前置放大器、模数转换器、数字处理器和数模转换器。
优选的，所述霍尔传感器包括用于检测磁感应强度的敏感单元，且所述敏感单元由半导体薄片构成。
优选的，所述敏感单元与所述控制芯片集成设置。
本发明还提供了一种微型器件的实时位移反馈方法，所述反馈方法应用于如上所述的微型器件的实时位移反馈***的；所述反馈方法包括如下步骤：
S1、多个所述霍尔传感器检测并输出所述磁体在各所述霍尔传感器位置对应产生的多个电压值；
S2、所述控制芯片接收所述电压值，根据霍尔效应公式计算出每一所述电压值对应的磁感应强度值；
S3、采用数据拟合方式拟合得到所述磁感应强度值与所述霍尔传感器的位置参数的函数公式；
S4、根据所述函数公式运算得到所述磁感应强度值最大时所述磁体所处的实时位置信息；
S5、输出实时位置信息。
优选的，所述微型器件还包括与所述移动部件间隔设置的外壳；多个所述霍尔传感器沿所述移动部件的移动方向间隔设置于所述外壳上。
优选的，所述磁体具有朝所述外壳的方向凸设的弧面。
优选的，所述霍尔传感器包括用于检测磁感应强度的敏感单元，所述敏感单元由半导体薄片构成；
所述步骤S2中，所述霍尔效应公式为UH＝K*IB/d；其中，UH为所述步骤S1中所述霍尔传感器检测到的电压值；K为所述敏感单元的霍尔系数；I为流经所述敏感单元的电流密度；B为磁感应强度值；d为所述敏感单元的厚度。
与相关技术相比，本发明提供的微型器件的实时位移反馈***及其反馈方法，其通过霍尔传感器阵列和控制芯片，使得磁体的位移信息可以直接实时的反馈给应用端，从而直接实现位移的精确控制，不但可以直接输出磁体的位移信息，而且位移的控制精度与磁体的装配位置无关，磁体退磁对位移信息也无影响，使用前也无需进行校准。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明微型器件的实时位移反馈***的框架图；
图2为本发明磁体与霍尔传感器的位置关系示意图；
图3为本发明霍尔传感器在X轴上的位置示意图；
图4为本发明霍尔传感器所处位置与检测的磁感应强度的关系曲线图；
图5为本发明涉及的算法整体运算流程图；
图6为本发明微型器件的实时位移反馈方法的流程图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明微型器件的实时位移反馈***的框架图。本发明提供了一种微型器件的实时位移反馈***100，所述微型器件(未图示)包括可往复移动的移动部件。所述微型器件的实时位移反馈***100大体上包括磁体1、多个霍尔传感器2以及控制芯片3。
其中，所述磁体1设置于所述移动部件上，并随所述移动部件往复振动，该磁体1用于产生磁场。在本实施例中，所述磁体1可以为独立的部件固定到移动部件上；当然，在其他实施例中，所述磁体1也可以作为所述移动部件的一部分，例如利用音圈马达或振动马达自带的磁体。其中，该磁体为永磁体。
多个所述霍尔传感器2按预设的位置参数进行设置，也就是说，每一个所述霍尔传感器2具有自身确定的一个所述位置参数。该霍尔传感器2可用于检测并输出所述磁体1在各所述霍尔传感器2位置对应产生的多个电压值UH。在本发明优选的实施方式中，多个所述霍尔传感器2沿同一方向间隔阵列设置且相互之间位置固定。
请一并参阅图2，图2为本发明磁体与霍尔传感器的位置关系示意图。所述微型器件还包括与所述移动部件间隔设置的外壳4，所述霍尔传感器2可以沿所述移动部件的移动方向间隔设置于所述外壳4上，所述磁体1位于所述霍尔传感器2上方并随移动部件沿其移动方向往复运动。因此，每一个所述霍尔传感器2均可以感应到所述磁体1在其位置处所产生的磁感应强度对应的的电压值UH；随着所述霍尔传感器2与所述磁体1的距离的变化，该电压值相应地变化。在实施例中，所述磁体1具有朝所述外壳4的方向凸设的弧面10，以使所述弧面10朝向所述霍尔传感器2，从而提高该位移反馈***检测的精准度。当然，在其他实施例中，该磁体1也可以是长方体状，即其朝向外壳4的方向为一平行于外壳的平面。
所述霍尔传感器2包括用于检测磁感应强度的敏感单元20，且所述敏感单元20由半导体薄片构成。该霍尔传感器2可集成于该控制芯片3上。
所述控制芯片3可以为ASIC芯片，包括与各所述霍尔传感器2连接的多路复用器30，以及与所述多路复用器30依次串接的前置放大器31、模数转换器32、数字处理器33和数模转换器34。所述多路复用器30用于连接多个所述霍尔传感器2并接收每个所述霍尔传感器2输出的所述电压值UH。所述模数转换器32和所述数模转换器34分别用于将模拟信号转换成数字信号和将数字信号转换成模拟信号。所述数字处理器33用于对所述模数转换器32转成数字信号进行处理，所述数字处理器33内存放运算方法，该运算方法包括用于根据电压值UH计算磁感应强度B的霍尔效应公式，数据拟合多项式函数等。
所述控制芯片3与多个所述霍尔传感器2电连接，用于接收所述电压值UH，并根据所述电压值UH与所述位置参数计算出所述磁体1的实时位置信息。具体地，根据霍尔效应公式UH＝K*IB/d计算出多个所述电压值UH对应的所述磁感应强度值B，其中，K为所述敏感单元20的霍尔系数，d为所述敏感单元20的厚度，I为流经所述敏感单元20的电流密度。
将各所述霍尔传感器2的所述位置参数与借助霍尔效应公式计算得到的所述磁感应强度值B采用数据拟合的方式拟合得到所述磁感应强度值B与所述霍尔传感器2的位置关系式(在本实施例中为多项式函数)，根据该关系式运算得到所述磁感应强度值B最大时所述磁体1所处的位置信息，该位置信息即为所述磁体1的实时位置信息。
为了对本发明进行更详细的说明，现假设所述霍尔传感器2的数量为五个，五个所述霍尔传感器2沿X方向阵列。所述磁体1沿X方向往复振动，利用五个所述霍尔传感器2感知到五个位置的磁感应强度值B1、B2、B3、B4以及B5。由于五个所述霍尔传感器2的位置是相对不变的，因此，与所述磁体1中心点最近的所述霍尔传感器2所感知到的磁感应强度最大。
请一并参阅图3和图5，图3为本发明霍尔传感器在X轴上的位置示意图，图5为本发明涉及的算法整体运算流程图。以五个所述霍尔传感器2的排列方向建立一个X坐标轴，沿X方向，依次序为第一个霍尔传感器2、第二个霍尔传感器2、第三个霍尔传感器2、第四个霍尔传感器2以及第五个霍尔传感器2。规定第三个霍尔传感器2的位置为零坐标点，即X3＝0mm，第二个霍尔传感器2相对于第三个霍尔传感器2的距离为X2＝-0.5mm，依次类推，X1＝-1.0mm，X4＝0.5mm，X5＝1.0mm。
根据五个所述霍尔传感器2采集到的所述磁感应强度值B和各自的所述位置参数，可得到五个数据点数据点(Xi，Bi)，i＝1，2，3，4，5。利用多项式公式Y＝a+bX+cX2+dX3+eX4拟合出位移X与磁感应强度值B的关系式：B＝a+bX+cX2+dX3+eX4。
然后根据上述关系式B＝a+bX+cX2+dX3+eX4计算出磁感应强度值B最大处对应的位置。具体如图4所示，图4为本发明霍尔传感器所处位置与检测的磁感应强度的关系曲线图。图4中为五个(X，B)数据拟合得到的四次曲线，由此曲线可获得磁感应强度值B最大时及其所对应的位置S。
上述给出的是具有五个霍尔传感器检测的例子，然而，根据本发明的其他实施例，也可以设置2个、3个、4个或者更多数量的传感器；其拟合的多项式为n-1阶多项式(其中，n为霍尔传感器的数量)。可以理解，霍尔传感器的数量越多，其检测精度越高。
请一并参阅图6，图6为本发明微型器件的实时位移反馈方法的流程图。所述微型器件的实时位移反馈方法应用于所述微型器件的实时位移反馈***100，包括如下步骤：
S1、多个所述霍尔传感器2检测并输出所述磁体1在各所述霍尔传感器2位置对应产生的多个电压值UH；
S2、所述控制芯片3接收所述电压值UH，根据霍尔效应公式计算出每一所述电压值UH对应的磁感应强度值B；
S3、采用数据拟合方式根据所述位置参数和所述磁感应强度值B得到所述磁感应强度值B与所述霍尔传感器2的位置参数的函数公式；
S4、根据所述函数公式运算得到所述磁感应强度值B最大时所述磁体1所处的实时位置信息；
S5、输出实时位置信息。
其中，所述步骤S2中，所述霍尔效应公式为UH＝K*IB/d；其中，UH为所述步骤S1中所述霍尔传感器2检测到的电压值；K为所述敏感单元20的霍尔系数；I为流经所述敏感单元20的电流密度；B为磁感应强度值；d为所述敏感单元20的厚度。
与相关技术相比，本发明提供的微型器件的实时位移反馈***100及其反馈方法，其通过霍尔传感器阵列和控制芯片3，使得磁体1的位移信息可以直接实时的反馈给应用端，从而直接实现位移的精确控制；其不但可以直接输出磁体1的位移信息，而且位移的控制精度与磁体1的装配位置无关，磁体1退磁对位移信息也无影响，使用前也无需进行校准。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种微型器件的实时位移反馈***，所述微型器件包括可往复移动的移动部件，其特征在于，所述反馈***包括：
设置于所述移动部件上的磁体；
多个按预设的位置参数设置的霍尔传感器，用于检测并输出所述磁体在各所述霍尔传感器位置对应产生的多个电压值；
与多个所述霍尔传感器电连接的控制芯片，用于接收所述电压值，并根据所述电压值与所述位置参数计算出所述磁体的实时位置信息；
所述控制芯片包括与各所述霍尔传感器均连接的多路复用器，以及与所述多路复用器依次串接的前置放大器、模数转换器、数字处理器和数模转换器；
所述数字处理器内存放运算方法，所述运算方法包括用于根据电压值计算磁感应强度的霍尔效应公式，数据拟合多项式函数，
其中，建立所述数据拟合多项式函数的方式为：将各所述霍尔传感器的所述位置参数与借助霍尔效应公式计算得到的所述磁感应强度值采用数据拟合的方式拟合得到所述磁感应强度值与所述霍尔传感器的位置关系式。
2.根据权利要求1所述的微型器件的实时位移反馈***，其特征在于，所述微型器件还包括与所述移动部件间隔设置的外壳；多个所述霍尔传感器沿所述移动部件的移动方向间隔设置于所述外壳上。
3.根据权利要求2所述的微型器件的实时位移反馈***，其特征在于，所述磁体具有朝所述外壳的方向凸设的弧面。
4.根据权利要求1所述的微型器件的实时位移反馈***，其特征在于，所述霍尔传感器包括用于检测磁感应强度的敏感单元，且所述敏感单元由半导体薄片构成。
5.根据权利要求4所述的微型器件的实时位移反馈***，其特征在于，所述敏感单元与所述控制芯片集成设置。
6.一种微型器件的实时位移反馈方法，其特征在于，所述反馈方法应用于如权利要求1-5中任意一项所述的微型器件的实时位移反馈***；所述反馈方法包括如下步骤：
S1、多个所述霍尔传感器检测并输出所述磁体在各所述霍尔传感器位置对应产生的多个电压值；
S2、所述控制芯片接收所述电压值，根据霍尔效应公式计算出每一所述电压值对应的磁感应强度值；
S3、采用数据拟合方式拟合得到所述磁感应强度值与所述霍尔传感器的位置参数的函数公式；
S4、根据所述函数公式运算得到所述磁感应强度值最大时所述磁体所处的实时位置信息；
S5、输出实时位置信息。
7.根据权利要求6所述的微型器件的实时位移反馈方法，其特征在于，所述微型器件还包括与所述移动部件间隔设置的外壳；多个所述霍尔传感器沿所述移动部件的移动方向间隔设置于所述外壳上。
8.根据权利要求7所述的微型器件的实时位移反馈方法，其特征在于，所述磁体具有朝所述外壳的方向凸设的弧面。
9.根据权利要求6所述的微型器件的实时位移反馈方法，其特征在于，所述霍尔传感器包括用于检测磁感应强度的敏感单元，所述敏感单元由半导体薄片构成；
所述步骤S2中，所述霍尔效应公式为UH＝K*IB/d；其中，UH为所述步骤S1中所述霍尔传感器检测到的电压值；K为所述敏感单元的霍尔系数；I为流经所述敏感单元的电流密度；B为磁感应强度值；d为所述敏感单元的厚度。
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