CN110567363A - 一种角度检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及角度检测技术领域，特别涉及一种角度检测装置及其检测方法，通过在电路板上固定设置四个霍尔元件，四个霍尔元件环绕磁环周围设置，四个霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上且虚拟圆的圆心位于磁环的中心线上，能够避免信号发生部分存在机械装配误差以及传感器因磁环和霍尔元件外圆不同心引起的信号误差；通过本方案设计的角度检测装置，可研制出高分辨率、高精度荷适用于恶劣工况的新型磁性角度传感器。

Description

一种角度检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及角度检测技术领域，特别涉及一种角度检测装置及其检测方法。

背景技术

角度测量检测技术是现代测量的基础技术，随着科学技术、工业自动化和国防技术的不断发展，航空航天等大型科技探索活动对角度传感器的要求越来越高，如导弹、卫星发射过程中强冲击、强振动以及空间温度交变环境下如何实现角度的可靠性测量。角度传感器的开发紧紧围绕着高准确度、高分辨率、高可靠性、多功能、超小型和低成本而展开。研制出具有高精度、高分辨率和小型化的角度传感器解决恶劣环境和特殊要求条件下旋转运动的检测有着重大的意义。目前工控领域中应用的角度传感器主要为光电式角度传感器，其技术较为成熟，精度和分辨率均较高，但价格昂贵(尤其是绝对式输出类型)，并且传感器抗冲击、振动性能不强；光器件的使用寿命有限；光电传感器结构和加工组装复杂；并且容易受油污、尘埃和结露环境的影响；光栅盘刻线宽度有极限，小型且高分辨率实现起来非常困难。

光电式角度传感器测量分辨率和精度高，响应速度快，但是光电式角度传感器也存在许多缺点：

1)光栅制造工艺复杂，码盘和圆光栅的制造需要进行毛坯清洗、镀铬、涂胶、前烘、曝光、显影、后烘、腐蚀和去胶等工序，加工周期特别长，对工作环境的洁净度要求非常高，任何一个工艺过程处理不当，都会影响光栅的均匀性。由于光栅刻线间距有极限，要提高分辨率(位数)，就必须增大码盘直径，实现小型结构且高分辨率比较困难。

2)传感器装配复杂，要保证准确的测量，必须要有很高的装配精度来保证各部件之间的准确位置关系。传感器精度越高越难保证，生产效率很难提高，导致传感器价格尤其是绝对式输出类型极为昂贵。

3)传感器抗冲击和振动能力不强；容易受尘埃、油污和结露等环境影响；工作温度范围不宽一般为-10oC—+60oC，经特殊处理能达-20oC—+85oC，难以满足恶劣工作环境下角位移的高精度测量。光源的使用寿命有限，在安全性要求较高场合中，每隔一段时间需进行更换。

磁电式角度传感器是随着光电式的不足而发展起来的传感器。其不易受尘埃和结露环境影响，且抗振动和冲击能力极强，并且磁电式角度传感器和控制器的一体化有利于简化控制***结构，减少元件数和***物理占用空间，近年来在测量和控制领域中的应用不断增加，已成为其必不可少的组成部分，且市场需求量也逐步增长。在高速、高可靠性、小型化和长寿命的要求下，磁电式角度传感器以其突出特点而独具优势，成为发展高技术产品的关键之一。日本共有50余家企业参与多极角度传感器开发，面向交、直流伺服电动机、工业机器人、机床、钢铁、木材、橡胶和半导体等工业市场。美国有多家公司在研制生产多极磁电式角度传感器，主要服务目标为军事领域。

对于传统多对极角度传感器，制造工艺较复杂且成本高，只能实现增量式输出。现有信号细分方法由于工艺、物理空间、漏磁分布以及磁场信号中含有高次谐波等原因，提高分辨率有一定限制并且产品价格比较高，体积大，使得一般应用场合很难装备。

随着国民经济的飞速发展和各领域现代化建设的不断深入，传统应用行业对传感器需求量稳定增长，冶金、风电和轨道交通等新兴行业的不断出现成为角度检测传感器市场新的增长点。国外技术一直垄断着中高端市场，并且在高端技术上对我国实行封锁。我国光电式角度传感器虽然生产时间比较早，但产品性能和技术实力无法和国外高端技术抗衡，以满足中低端为主；在磁电式角度传感器上起点更低，只有少数几家进行低端增量式产品生产。目前世界各大角度传感器制造商，如海德汉、丹纳赫等纷纷在我国开设生产基地，加快步伐对我国国民经济各领域进行渗透。加快具有自主知识产权的高分辨率、高精度角度传感器研制已是刻不容缓，迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够提高角度检测精度的角度检测装置及其检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：

一种角度检测装置，包括壳体和电路板，所述电路板固定设置在所述壳体一侧的外表面上，所述壳体内设有转轴，所述转轴的一端上固定套设有磁环，所述转轴的一端相对的另一端依次贯穿电路板和壳体且所述转轴与所述壳体转动连接，所述电路板上固定设有四个霍尔元件，四个所述霍尔元件环绕所述磁环周围设置，四个所述霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上，且所述虚拟圆的圆心位于所述磁环的中心线上。

本发明采用的第二种技术方案为：

一种角度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1、将磁环绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间；

步骤S2、当磁环位于初始位置时，采集四个霍尔元件的第一电压值；

步骤S3、将采集到的四个霍尔元件中相位相差180°的两个霍尔元件中的相位在前的霍尔元件的第一电压值减去相位滞后的霍尔元件的第一电压值，得到两个电压差值；

步骤S4、根据所述两个电压差值的正负情况，分析出磁环当前所在的角度区间；

步骤S5、对两个电压差值中的一个电压差值取绝对值，得到电压绝对值；

步骤S6、根据所述电压绝对值以及分析出的磁环当前所在的角度区间，计算得到磁环的第一角度；

步骤S7、将磁环旋转至预设位置时，采集四个霍尔元件的第二电压值，将所述第二电压值作为第一电压值，返回步骤S3并执行步骤S3-S6，计算得到磁环的第二角度；

步骤S8、将计算得到的所述第二角度减去所述第一角度，得到磁环从初始位置旋转至预设位置的旋转角度。

本发明的有益效果在于：

通过在电路板上固定设置四个霍尔元件，四个霍尔元件环绕磁环周围设置，四个霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上且虚拟圆的圆心位于磁环的中心线上，能够避免信号发生部分存在机械装配误差以及传感器因磁环和霍尔元件外圆不同心引起的信号误差；通过本方案设计的角度检测装置，可研制出高分辨率、高精度和适用于恶劣工况的新型磁性角度传感器。

附图说明

图1为根据本发明的一种角度检测装置的结构示意图；

图2为根据本发明的一种角度检测装置的结构示意图；

图3为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的步骤流程图；

图4为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的电压模拟信号变化波形图；

图5为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的电压数值变化波形图；

图6为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的电压数值变化波形图；

图7为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的电压数值变化波形图；

图8为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的电压数值变化波形图；

图9为根据本发明的一种角度检测装置的检测方法的电压数值变化波形图；

标号说明：

1、壳体；101、转轴；102、磁环；

2、电路板；201、霍尔元件；

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明提供的一种技术方案：

一种角度检测装置，包括壳体和电路板，所述电路板固定设置在所述壳体一侧的外表面上，所述壳体内设有转轴，所述转轴的一端上固定套设有磁环，所述转轴的一端相对的另一端依次贯穿电路板和壳体且所述转轴与所述壳体转动连接，所述电路板上固定设有四个霍尔元件，四个所述霍尔元件环绕所述磁环周围设置，四个所述霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上，且所述虚拟圆的圆心位于所述磁环的中心线上。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

通过在电路板上固定设置四个霍尔元件，四个霍尔元件环绕磁环周围设置，四个霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上且虚拟圆的圆心位于磁环的中心线上，能够避免信号发生部分存在机械装配误差以及传感器因磁环和霍尔元件外圆不同心引起的信号误差；通过本方案设计的角度检测装置，可研制出高分辨率、高精度和适用于恶劣工况的新型磁性角度传感器。

进一步的，所述壳体内还固定设有轴承，所述转轴的一端相对的另一端插接在所述轴承内且所述转轴与所述轴承转动连接。

由上述描述可知，在壳体内设置轴承，转轴的一端相对的另一端插接在轴承内且转轴与轴承转动连接，能够保证转轴的稳定转动，从而使得磁环稳定转动，这样霍尔元件上产生的电压信号也更加稳定，进一步提高角度检测精度。

进一步的，所述磁环为多极磁环，所述磁环由两个以上且等间隔分布的南北极构成。

请参照图3，本发明提供的另一种技术方案：

一种角度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1、将磁环绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间；

步骤S2、当磁环位于初始位置时，采集四个霍尔元件的第一电压值；

步骤S3、将采集到的四个霍尔元件中相位相差180°的两个霍尔元件中的相位在前的霍尔元件的第一电压值减去相位滞后的霍尔元件的第一电压值，得到两个电压差值；

步骤S4、根据所述两个电压差值的正负情况，分析出磁环当前所在的角度区间；

步骤S5、对两个电压差值中的一个电压差值取绝对值，得到电压绝对值；

步骤S6、根据所述电压绝对值以及分析出的磁环当前所在的角度区间，计算得到磁环的第一角度；

步骤S7、将磁环旋转至预设位置时，采集四个霍尔元件的第二电压值，将所述第二电压值作为第一电压值，返回步骤S3并执行步骤S3-S6，计算得到磁环的第二角度；

步骤S8、将计算得到的所述第二角度减去所述第一角度，得到磁环从初始位置旋转至预设位置的旋转角度。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

通过在电路板上固定设置四个霍尔元件，四个霍尔元件环绕磁环周围设置，四个霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上且虚拟圆的圆心位于磁环的中心线上，运行过程中，磁环绕其旋转中心自转一周，四个霍尔元件输出一组相位各异的电压信号，电压信号经过信号转化和模数转换后，进行数字处理，最后得到磁环从初始位置旋转至预设位置的角度，能够避免信号发生部分存在机械装配误差以及传感器因磁环和霍尔元件外圆不同心引起的信号误差；通过本方案设计的角度检测装置，可研制出高分辨率、高精度和适用于恶劣工况的新型磁性角度传感器，实现26位分辨率以上的绝对角度输出。

进一步的，还包括以下步骤：

获取修正值；

将步骤S8得到的所述旋转角度与所述修正值相加，得到修正后的旋转角度。

从上述描述可知，通过获取修正值，将得到磁环从初始位置旋转至预设位置的角度与修正值相加，能够得到高精度的旋转角度。

进一步的，四个依次连续的等角度区间包括第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间，所述第一角度区间的角度范围为0°-90°，所述第二角度区间的角度范围为90°-180°，所述第三角度区间的角度范围为180°-270°，所述第四角度区间的角度范围为270°-360°；

步骤S5具体为：

将所述电压绝对值带入预设取反函数中，计算得到所述磁环当前所在的角度区间的角度；

在所述磁环位于第一角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度；

在所述磁环位于第二角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度加上90°；

在所述磁环位于第三角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度加上180°；

在所述磁环位于第四角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度加上270°。

从上述描述可知，将电压绝对值带入预设取反函数中，能够实现统一的递增或者递减变化，避免各个角度区间出现跳跃的现象，进而得到精准的旋转角度。

进一步，步骤S1具体为：

在磁环绕其旋转中心自转一周过程中，实时采集四个霍尔元件的电压值，得到四个霍尔元件的电压值集合；

将采集到的四个霍尔元件中相位相差180°的两个霍尔元件的电压值集合中的相位在前的霍尔元件的电压值集合减去相位滞后的霍尔元件的电压值集合，得到第一电压差值集合和第二电压差值集合；

根据所述第一电压差值集合和第二电压差值集合中磁环转至相同位置时的电压值，将磁环绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间。

进一步的，四个依次连续的等角度区间包括第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间；

在所述第一角度区间的第一电压差值集合中的电压值和第二电压差值集合中的电压差值均为大于零；

在所述第二角度区间的第一电压差值集合中的电压差值大于零，第二电压差值集合中的电压差值小于零；

在所述第三角度区间的第一电压差值集合中的电压值和第二电压差值集合中的电压差值均为小于零；

在所述第四角度区间的第一电压差值集合中的电压差值小于零，第二电压差值集合中的电压差值大于零。

请参照图1和图2，本发明的实施例一为：

一种角度检测装置，包括壳体1和电路板2，所述电路板2固定设置在所述壳体1一侧的外表面上，所述壳体1内设有转轴101，所述转轴101的一端上固定套设有磁环102，所述转轴101的一端相对的另一端依次贯穿电路板2和壳体1且所述转轴101与所述壳体1转动连接，所述电路板2上固定设有四个霍尔元件201，四个所述霍尔元件201环绕所述磁环102周围设置，四个所述霍尔元件201分别位于同一个虚拟圆的四等分点上，且所述虚拟圆的圆心位于所述磁环102的中心线上。

所述壳体1内还固定设有轴承，所述转轴101的一端相对的另一端插接在所述轴承内且所述转轴101与所述轴承转动连接。

所述磁环102为多极磁环102，所述磁环102由两个以上且等间隔分布的南北极构成。

请参照图3至图9，本发明的实施例二为：

请参照图3，一种角度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1、将磁环102绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间；

步骤S2、当磁环102位于初始位置时，采集四个霍尔元件201的第一电压值；

步骤S3、将采集到的四个霍尔元件201中相位相差180°的两个霍尔元件201中的相位在前的霍尔元件201的第一电压值减去相位滞后的霍尔元件201的第一电压值，得到两个电压差值；

步骤S4、根据所述两个电压差值的正负情况，分析出磁环102当前所在的角度区间；

步骤S5、对两个电压差值中的一个电压差值取绝对值，得到电压绝对值；

步骤S6、根据所述电压绝对值以及分析出的磁环102当前所在的角度区间，计算得到磁环102的第一角度；

步骤S7、将磁环102旋转至预设位置时，采集四个霍尔元件201的第二电压值，将所述第二电压值作为第一电压值，返回步骤S3并执行步骤S3-S6，计算得到磁环102的第二角度；

步骤S8、将计算得到的所述第二角度减去所述第一角度，得到磁环102从初始位置旋转至预设位置的旋转角度。

还包括以下步骤：

获取修正值；

将步骤S8得到的所述旋转角度与所述修正值相加，得到修正后的旋转角度。

四个依次连续的等角度区间包括第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间，所述第一角度区间的角度范围为0°-90°，所述第二角度区间的角度范围为90°-180°，所述第三角度区间的角度范围为180°-270°，所述第四角度区间的角度范围为270°-360°；

步骤S5具体为：

将所述电压绝对值带入预设取反函数中，计算得到所述磁环102当前所在的角度区间的角度；

在所述磁环102位于第一角度区间时，所述磁环102的第一角度等于所述磁环102当前所在的角度区间的角度；

在所述磁环102位于第二角度区间时，所述磁环102的第一角度等于所述磁环102当前所在的角度区间的角度加上90°；

在所述磁环102位于第三角度区间时，所述磁环102的第一角度等于所述磁环102当前所在的角度区间的角度加上180°；

在所述磁环102位于第四角度区间时，所述磁环102的第一角度等于所述磁环102当前所在的角度区间的角度加上270°。

步骤S1具体为：

在磁环102绕其旋转中心自转一周过程中，实时采集四个霍尔元件201的电压值，得到四个霍尔元件201的电压值集合；

将采集到的四个霍尔元件201中相位相差180°的两个霍尔元件201的电压值集合中的相位在前的霍尔元件201的电压值集合减去相位滞后的霍尔元件201的电压值集合，得到第一电压差值集合和第二电压差值集合；

根据所述第一电压差值集合和第二电压差值集合中磁环102转至相同位置时的电压值，将磁环102绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间。

四个依次连续的等角度区间包括第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间；

在所述第一角度区间的第一电压差值集合中的电压值和第二电压差值集合中的电压差值均为大于零；

在所述第二角度区间的第一电压差值集合中的电压差值大于零，第二电压差值集合中的电压差值小于零；

在所述第三角度区间的第一电压差值集合中的电压值和第二电压差值集合中的电压差值均为小于零；

在所述第四角度区间的第一电压差值集合中的电压差值小于零，第二电压差值集合中的电压差值大于零。

上述的角度检测装置的检测方法具体实施例为：

角度检测装置运行时，磁环随着转轴旋转，四个霍尔元件分别输出相位相差90°的四路正弦电压信号；电路板上分别设计四路独立的正弦波-方波-三角波转换电路，将正弦电压信号成功转换成三角波电压信号，以霍尔元件A和B的电压信号为例，其转换后的三角波电压模拟信号如图4所示。磁环旋转一周，可得到一个周期的霍尔元件A和B的三角波电压模拟信号，其相位相差180°。

相位差180°的三角波电压经模数转换后，处理芯片对其进行数字差分处理(霍尔元件A的电压信号的模数转换结果与霍尔元件B的电压信号的模数转换结果相减，霍尔元件A的电压信号的模数转换结果和霍尔元件B的电压信号的模数转换结果如图5所示)，获得有正负的三角波数值(a-b，a表示霍尔元件A的电压值，b表示霍尔元件B的电压值，其中霍尔元件B的相位滞后霍尔元件A的相位180°，同样的，若此时霍尔元件A的相位滞后霍尔元件B的相位180°，则霍尔元件A与霍尔元件B之间的电压差值为b-a)；同样的，经过处理后亦可获得有正负的三角波数值(c-d，c表示霍尔元件C的电压值，d表示霍尔元件D的电压值，其中霍尔元件C的相位滞后霍尔元件D的相位180°，同样的，若此时霍尔元件D的相位滞后霍尔元件C的相位180°，则霍尔元件C与霍尔元件D之间的电压差值为d-c)。本方案采用了分辨率为n的模数转换芯片。转轴旋转一周，(a-b)和(c-d)一个周期的数值变化如图6所示。

磁环旋转一周，处理芯片(设置在电路板上)经过数字差分后得到原始数值(a-b)和(c-d)，(a-b)和(c-d)数值波形相位差90°，均有正负值；(a-b)和(c-d)联合提供正负信息，可用于角度区间的编码，根据(a-b)和(c-d)的正负组合，将(0～360°)分为四个等角度区间，并进行编码，角度区间范围(0°-90°)编码为“11”的子区间(即a-b>0，c-d>0)，角度区间范围(90°-180°)编码为“10”的子区间(即a-b>0，c-d<0)，角度区间范围(180°-270°)编码为“00”的子区间(即a-b<0，c-d<0)，角度区间范围(270°-360°)编码为“01”的子区间(即a-b<0，c-d>0)。

实现了子区间的编码后，对图7中的三角波数值(a-b)取绝对值处理，因此，磁环旋转一周，一个周期内的|(a-b)|数值变化如图8所示。

从图7可以看出，模数转换芯片的有效位数为n，因此|(a-b)|的数值变化范围为(0-2ⁿ)。将一周的(0°-360°)分成四个等角度区间，每个角度区间又可以细分成2ⁿ个小分区。因此，(0°-360°)可细分为4×2ⁿ个小分区。每个小分区代表一个角度值大小。当磁环旋转到某一个位置时，通过当前电压采集和信号处理后，只要计算出对应的小分区序号，就能准确计算出当前的旋转角度。

在上文中，尽管成功地将(0°-360°)细分成4×2ⁿ个小分区，但是当磁环转至某一位置时，还是无法利用采集到当前电压信号及后续数字处理结果计算出小分区的序号，磁环在同一方向旋转过程中，处理芯片获得的|(a-b)|数值在四个等角度区间内并非统一的递增或者递减变化，这会导致各个小分区的序号存在跳跃的现象，各个小分区序号很难与|(a-b)|数值建立一一对应关系。因此，通过对(0°-360°)范围内的|(a-b)|数值进行了处理。将编号为“10”和“01”的角度区间的|(a-b)|数值进行取反处理。当原始数值(a-b)和(c-d)处于编号为“10”和“01”的角度区间时，F(|(a-b)|)＝2ⁿ-|(a-b)|(F为预设的取反函数)，当原始数值(a-b)和(c-d)处于编号为“11”和“10”的角度区间时，F(|(a-b)|)＝|(a-b)|。处理完的F(|(a-b)|)数值变化如图9所示，磁环在同一方向旋转过程中，处理完的数值F(|(a-b)|)在4个角度区间实现了统一的递增或者递减变化。

处理芯片每间隔60微秒会完成一次当前电压信号的采集和数据处理，并实时计算当前对应的角度，在磁环位于初始位置时，处理芯片首先根据原始数值(a-b)和(c-d)判断当前所在角度区间，然后采集F(|(a-b)|)值，计算小分区的序号值，进而计算出磁环的第一角度，同样的，在磁环旋转至预设位置时，通过上述同样的方法，计算得到磁环的第二角度，将计算得到的第二角度减去第一角度，得到磁环从初始位置旋转至预设位置的旋转角度，通过与修正值的叠加计算，可获得高精度的旋转角度。

如果磁环的初始位置位于第一角度区间的某个位置，预设位置在第三角度区间的某个位置，则处理芯片采集和处理得到(a-b)和(c-d)的正负值应该分别“+”和“+”，(a’-b’)和(c’-d’)的正负值应该分别“-”和“-”，那么对应的编码区间应该分别为“11”和“00”，获取F(|(a-b)|)和F(|(a’-b’)|)的值，即可判断当前对应的小分区序号应该分别为是F(|(a-b)|)和F(|(a’-b’)|)，将F(|(a-b)|)和F(|(a’-b’)|)分别带入角度计算函数(即取反函数)中，得到两个在角度区间中的角度(假设一个为30°，另一个为25°)，最后可计算出第一旋转角度为30°(即磁环的初始位置位于30°位置)，第二旋转角度为25°+180°＝205°(因为通过判断位于第三角度区间的某个位置，应加上180°)，由此可计算出最终的磁环从初始位置旋转至预设位置的旋转角度：205°-30°＝175°。

本方案设计的角度检测装置可适用于恶劣工况的新型磁性角度传感器，通过将转轴的一端相对的另一端安装在电机的输出轴以及需要检测角度的设备的转动端等即可检测到高精度的角度。

综上所述，本发明提供的一种角度检测装置及其检测方法，通过在电路板上固定设置四个霍尔元件，四个霍尔元件环绕磁环周围设置，四个霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上且虚拟圆的圆心位于磁环的中心线上，运行过程中，磁环绕其旋转中心自转一周，四个霍尔元件输出一组相位各异的电压信号，电压信号经过信号转化和模数转换后，进行数字处理，最后得到磁环从初始位置旋转至预设位置的角度，能够避免信号发生部分存在机械装配误差以及传感器因磁环和霍尔元件外圆不同心引起的信号误差；通过本方案设计的角度检测装置，可研制出高分辨率、高精度和适用于恶劣工况的新型磁性角度传感器，实现26位分辨率以上的绝对角度输出。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种角度检测装置，其特征在于，包括壳体和电路板，所述电路板固定设置在所述壳体一侧的外表面上，所述壳体内设有转轴，所述转轴的一端上固定套设有磁环，所述转轴的一端相对的另一端依次贯穿电路板和壳体且所述转轴与所述壳体转动连接，所述电路板上固定设有四个霍尔元件，四个所述霍尔元件环绕所述磁环周围设置，四个所述霍尔元件分别位于同一个虚拟圆的四等分点上，且所述虚拟圆的圆心位于所述磁环的中心线上。

2.根据权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于，所述壳体内还固定设有轴承，所述转轴的一端相对的另一端插接在所述轴承内且所述转轴与所述轴承转动连接。

3.根据权利要求1所述的角度检测装置，其特征在于，所述磁环为多极磁环，所述磁环由两个以上且等间隔分布的南北极构成。

4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的角度检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将磁环绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间；

步骤S2、当磁环位于初始位置时，采集四个霍尔元件的第一电压值；

步骤S3、将采集到的四个霍尔元件中相位相差180°的两个霍尔元件中的相位在前的霍尔元件的第一电压值减去相位滞后的霍尔元件的第一电压值，得到两个电压差值；

步骤S4、根据所述两个电压差值的正负情况，分析出磁环当前所在的角度区间；

步骤S5、对两个电压差值中的一个电压差值取绝对值，得到电压绝对值；

步骤S6、根据所述电压绝对值以及分析出的磁环当前所在的角度区间，计算得到磁环的第一角度；

步骤S7、将磁环旋转至预设位置时，采集四个霍尔元件的第二电压值，将所述第二电压值作为第一电压值，返回步骤S3并执行步骤S3-S6，计算得到磁环的第二角度；

步骤S8、将计算得到的所述第二角度减去所述第一角度，得到磁环从初始位置旋转至预设位置的旋转角度。

5.根据权利要求4所述的角度检测装置的检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取修正值；

将步骤S8得到的所述旋转角度与所述修正值相加，得到修正后的旋转角度。

6.根据权利要求4所述的角度检测装置的检测方法，其特征在于，四个依次连续的等角度区间包括第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间，所述第一角度区间的角度范围为0°-90°，所述第二角度区间的角度范围为90°-180°，所述第三角度区间的角度范围为180°-270°，所述第四角度区间的角度范围为270°-360°；

步骤S5具体为：

将所述电压绝对值带入预设取反函数中，计算得到所述磁环当前所在的角度区间的角度；

在所述磁环位于第一角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度；

在所述磁环位于第二角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度加上90°；

在所述磁环位于第三角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度加上180°；

在所述磁环位于第四角度区间时，所述磁环的第一角度等于所述磁环当前所在的角度区间的角度加上270°。

7.根据权利要求4所述的角度检测装置的检测方法，其特征在于，步骤S1具体为：

在磁环绕其旋转中心自转一周过程中，实时采集四个霍尔元件的电压值，得到四个霍尔元件的电压值集合；

将采集到的四个霍尔元件中相位相差180°的两个霍尔元件的电压值集合中的相位在前的霍尔元件的电压值集合减去相位滞后的霍尔元件的电压值集合，得到第一电压差值集合和第二电压差值集合；

根据所述第一电压差值集合和第二电压差值集合中磁环转至相同位置时的电压值，将磁环绕其旋转中心自转一周的角度划分成四个依次连续的等角度区间。

8.根据权利要求7所述的角度检测装置的检测方法，其特征在于，四个依次连续的等角度区间包括第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间；

在所述第一角度区间的第一电压差值集合中的电压值和第二电压差值集合中的电压差值均为大于零；

在所述第二角度区间的第一电压差值集合中的电压差值大于零，第二电压差值集合中的电压差值小于零；

在所述第三角度区间的第一电压差值集合中的电压值和第二电压差值集合中的电压差值均为小于零；

在所述第四角度区间的第一电压差值集合中的电压差值小于零，第二电压差值集合中的电压差值大于零。