CN201569429U - 霍尔倾角传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种霍尔倾角传感器，用于测量运动物体的倾角变化情况，属于传感技术领域。霍尔倾角传感器包括由外壳、霍尔传感器、轴承、旋转轴、永久磁铁和单片机，其中外壳为矩形框结构，霍尔传感器安装在外壳内侧面的下方，轴承也固定在外壳内侧，永久磁铁为圆柱体形，永久磁铁通过沿直径方向的旋转轴安装在外壳内侧的轴承上，霍尔传感器的一个平面与外壳的一个面平行，旋转轴的位置略靠近永久磁铁向上的一面，以保持在静止状态下该面与水平面平行并位于上方，单片机固定安装在外壳上并与霍尔传感器连接。本实用新型可实现对地面及空间环境任意运动物体倾角的快速精确测量，并比同类型测量设备结构简单。

Description

霍尔倾角传感器

技术领域

本发明涉及一种霍尔倾角传感器，属于传感技术领域。

背景技术

在自动控制和工程设计中，常常需要对某一个平面或基准进行倾角测量，或进行自动水平调节，特别是在自动控制中，经常需要对某一物体进行动态水平控制，这就要求仪器能对水平倾角进行自动动态跟踪测量；在某些高精度的测量***中，还要求对***进行快速调平或对某些装置与水平面的倾斜角进行快速高精度的测量。这些都是传统倾角测量***和水平仪很难做到的。

旋转状态下的倾角测量属于有加速度干扰的动态倾斜角度测量的一种。在旋转参考系下，物体受到指向旋转中心的连接物的牵引力，但却相对于该参考系静止，没有加速度，不符合牛顿第一定律。所以，相对于惯性系作匀速转动的参考系也是非惯性系，要在这种参考系中保持牛顿第二定律形式不变，在质点静止于此参考系的情况下，应引入离心惯性力，该力与旋转轴垂直，该状态下影响被测对象倾斜角度正确输出的加速度正是该力造成的。

实用新型内容

本发明提供的霍尔倾角传感器可以抵消在旋转状态下由于离心惯性力引起的测量误差，并可以对水平面的倾斜角进行快速高精度的测量。

霍尔倾角传感器，包括由外壳、霍尔传感器、轴承、旋转轴、永久磁铁和单片机，其中外壳为矩形框结构，霍尔传感器安装在外壳内侧面的下方，轴承也固定在外壳内侧，永久磁铁为圆柱体形，永久磁铁通过沿直径方向的旋转轴安装在外壳内侧的轴承上，霍尔传感器的一个平面与外壳的一个面平行，旋转轴的位置略靠近永久磁铁向上的一面，以保持在静止状态下该面与水平面平行并位于上方，单片机固定安装在外壳上并与霍尔传感器连接。

工作方式：当霍尔倾角传感器的外壳偏离水平面时，霍耳传感器随之偏离水平面，永久磁铁也随之转动一定角度；霍耳传感器相对于永久磁铁的角度变化将导致穿过其内部的磁力线密度的变化，最终导致输出电压的变化。输出电压经功放之后通往单片机，后者通过预置的曲线逆合程序将电压换算为水平倾角数据；

假定永久磁铁的重心与其旋转轴之间的距离为r，则倾角计算公式为

$\mathrm{\ψ}={\mathrm{\θ}}_n-\frac{r}{g}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_n$

其中θ_n为永久磁铁相对于霍耳传感器的倾斜角度，g为重力加速度，

为θ的二阶导数，通过磁铁相对于霍耳器件的倾斜角度的最近三个采样值得到，即

${\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_n=\frac{{\mathrm{\θ}}_n-2{\mathrm{\θ}}_{n-1}+{\mathrm{\θ}}_{n-2}}{T^2}$

其中T为霍耳倾角传感器的采样周期。

有益效果：本发明可实现对地面及空间环境任意运动物体倾角的快速精确测量，并比同类型测量设备结构简单。

附图说明

图1为本发明霍尔倾角传感器的结构示意图

其中：1-外壳、2-永久磁铁、3-霍尔传感器、4-轴承、5-旋转轴

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明

如图1所示，霍尔倾角传感器，包括由外壳1、霍尔传感器3、轴承4、旋转轴5、永久磁铁2和单片机，其中外壳1为矩形框结构，霍尔传感器3安装在外壳1内侧面的下方，轴承4也固定在外壳1内侧，永久磁铁2为圆柱体形，永久磁铁2通过沿直径方向的旋转轴5安装在外壳内侧的轴承4上，霍尔传感器3的一个平面与外壳1的一个面平行，旋转轴5的位置略靠近永久磁铁2向上的一面，以保持在静止状态下该面与水平面平行并位于上方，单片机固定安装在外壳1上并与霍尔传感器3连接。

工作方式：当霍尔倾角传感器的外壳1偏离水平面时，霍耳传感器3随之偏离水平面，永久磁铁2也随之转动一定角度；霍耳传感器3相对于永久磁铁2的角度变化将导致穿过其内部的磁力线密度的变化，最终导致输出电压的变化。输出电压经功放之后通往单片机，后者通过预置的曲线逆合程序将电压换算为水平倾角数据；

假定永久磁铁2的重心与其旋转轴之间的距离为r，则倾角计算公式为

$\mathrm{\ψ}={\mathrm{\θ}}_n-\frac{r}{g}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_n$

其中θ_n为永久磁铁相对于霍耳传感器的倾斜角度，g为重力加速度，

为θ的二阶导数，通过磁铁相对于霍耳器件的倾斜角度的最近三个采样值得到，即

${\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_n=\frac{{\mathrm{\θ}}_n-2{\mathrm{\θ}}_{n-1}+{\mathrm{\θ}}_{n-2}}{T^2}$

其中T为霍耳倾角传感器的采样周期。

Claims (1)

1.霍尔倾角传感器，包括由外壳(1)、霍尔传感器(3)、轴承(4)、旋转轴(5)、永久磁铁(2)和单片机，其特征在于：外壳(1)为矩形框结构，霍尔传感器(3)安装在外壳(1)内侧面的下方，轴承(4)也固定在外壳(1)内侧，永久磁铁(2)为圆柱体形，永久磁铁(2)通过沿直径方向的旋转轴(5)安装在外壳(1)内侧的轴承(4)上，霍尔传感器(3)的一个平面与外壳(1)的一个面平行，旋转轴(5)的位置靠近永久磁铁(2)向上的一面，以保持在静止状态下该面与水平面平行并位于上方，单片机固定安装在外壳(1)上并与霍尔传感器(3)连接。