專利名稱：角度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用霍爾元件的角度檢測裝置。
背景技術(shù)：
在采用霍爾元件的角度傳感器中，基 本如圖5所示，在由磁鐵產(chǎn)生的均勻的磁通量密度B的磁場內(nèi)設(shè)置霍爾元件1，供給規(guī)定的電流I，求解輸出V，由此，計(jì)算磁通量方向和霍爾元件I所形成的角度0。在這種情況下，在霍爾元件I的霍爾系數(shù)為K、厚度為d、供給電流為I、磁通量密度為B的基礎(chǔ)上，霍爾元件I的輸出V通過下式獲得。V = (K/d) I B sin 0. . . (I)另外，在專利文獻(xiàn)I中公開有采用兩個霍爾元件，檢知旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角度檢測器?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開昭62-95402號文獻(xiàn)

發(fā)明內(nèi)容
一般來講，霍爾元件，存在因周圍的溫度變化等，霍爾系數(shù)K等會發(fā)生變化，輸出V會改變的危險。為此，為了求解下確的角度e，優(yōu)選采用設(shè)置溫度檢測傳感器等來進(jìn)行溫度修正運(yùn)算。但是，在專利文獻(xiàn)I的旋轉(zhuǎn)角度檢測器中，可采用兩個霍爾元件在某種程度上抵消霍爾系數(shù)的溫度的影響。該專利文獻(xiàn)I的旋轉(zhuǎn)角度檢測器的目的在于普通的寬范圍的角度檢測，針對微小角度的檢測，無法以良好的精度進(jìn)行測定。在該專利文獻(xiàn)I中，在應(yīng)測定的角度0為0附近，一個霍爾元件的角度檢測面的朝向?yàn)?°方向，另一霍爾元件的朝向?yàn)?0°方向。在這樣的角度傳感器中，測定角在0°或90°附近，兩個霍爾元件的條件大大不同，所以測定精度差。另外，在專利文獻(xiàn)I中，根據(jù)兩個霍爾元件的輸出之比進(jìn)行測定，但是，在兩個輸出有大大不同的情況下，這些輸出中包括的誤差的影響在測定值中較大地呈現(xiàn)出來。本發(fā)明的目的在于消除上述問題，提供一種角度檢測裝置，其采用兩個霍爾元件，在測定范圍中，使兩個霍爾元件的條件一致，進(jìn)而，根據(jù)輸出的差分進(jìn)行計(jì)算，由此，進(jìn)行微小角度的高精度的檢測。用于實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的角度檢測裝置，在磁通量密度均勻的磁場內(nèi)配置霍爾元件，通過該霍爾元件來檢測角度0，其特征在于，該角度檢測裝置具有 第I、第2傳感器，沿相對與上述磁通量方向平行的中線以角度+0傾斜的+0軸和-0軸而分別設(shè)置的由霍爾元件構(gòu)成；檢測電路，在相對上述磁通量方向上述中線相對傾斜角度9的情況下，求解上述第I、第2傳感器的輸出Va、Vb ;運(yùn)算電路，根據(jù)該檢測電路的輸出對tan 0 =tan 4) (Va-Vb) / (Va+Vb)進(jìn)行運(yùn)算,求解角度0。利用本發(fā)明的角度檢測裝置，能夠采用兩個霍爾元件，去除受到溫度變化造成的影響的因素，通過霍爾元件的輸出的差分來求解角度，特別是能夠較優(yōu)地實(shí)施微小的角度測定。


圖I為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。圖2為放大圖。
圖3為電路結(jié)構(gòu)圖。圖4為原理性的說明圖。圖5為采用霍爾元件的角度傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記說明11 :磁鐵保持體；12 :軸桿；13a、13b :磁鐵；14 :V形槽；15a :第I傳感器；15b 第2傳感器;16a、16b :檢測電路；17 :運(yùn)算電路；18 :顯不電路；19 :電流供給電路。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖I 圖4所示的實(shí)旋例，詳細(xì)說明本發(fā)明。在實(shí)施例的角度檢測裝置中，如圖I所示，相對周圍的固定的磁鐵保持體11，測定中心的軸桿12的旋轉(zhuǎn)角0，例如，軸桿12將液面計(jì)的浮子的上下運(yùn)動作為微小的旋轉(zhuǎn)角度的位移而進(jìn)行檢測。在由導(dǎo)磁性材料形成的磁鐵保持體11中，安裝一對磁鐵13a、13b，并在磁鐵13a、13b之間形成基于從N極朝向S極的平行磁通量的均勻磁場。在軸桿12上開設(shè)V形槽14，如圖2的放大圖所示，軸桿12的V形槽14的兩條斜邊，以中線N為中心，在其兩側(cè)，按照角度土小(小在90°以下，優(yōu)選為10° 15° )傾斜。在V形槽14的兩條斜邊上，分別經(jīng)由襯底或直接地安裝有由霍爾元件構(gòu)成的第I傳感器15a、第2傳感器15b。在第I、第2傳感器15a、15b中，將使作為磁通量檢測面的平面平行于V形槽14的斜邊，例如，與未圖示的傳感器電路襯底一起粘接。沿該+0軸、-0軸分別配置第I傳感器15a、第2傳感器15b的磁通量檢測面。另外，使中線N與磁通量平行的情況下軸桿12的角度9變?yōu)镺。另外，磁鐵保持體11和軸桿12的關(guān)系也可是相對的，磁鐵保持體11旋轉(zhuǎn)，軸桿12固定。圖3為電路結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)由搭載于第I傳感器15a、第2傳感器15b的襯底上的傳感器電路的輸出Va、Vb分別經(jīng)由檢測電路16a、16b，與運(yùn)算電路17連接，進(jìn)一步與顯示電路18連接。另外，從電流供給電路19向第I傳感器15a、第2傳感器15b的傳感器電路供給定電流I。圖4為原理性的說明圖，如果在磁通量密度B均勻的磁場內(nèi)，使軸桿12如圖4所示，按照小于角度$的角度9旋轉(zhuǎn)，則在Ka、Kb表示相應(yīng)的霍爾系數(shù)，da、db表示厚度，I表不供給電流，B表不磁通量密度時,則根據(jù)⑴式,對于第I、第2傳感器15a、15b的輸出Va、Vb，分別由下述的(2)、(3)式表示。Va = (Ka/da) I B sin ((J) + 0 ). . . (2)
Vb = (Kb/db) I B sin ( - 9 ). . . (3)如果在該⑵、⑶式中，代入sin ( a 土 @ ) = sin a cos ^ ±cos a sin ^的三角公式，則獲得下述的(2)’、(3)’。Va = (Ka/da) I B (sin cos 0 +cos sin 0 ) (2)，Vb = (Kb/db) I B (sin cos 0 —cos sin 0 )…(3)，在這里，如果求解輸出Va、Vb的差Va_Vb,則形成下面的(4)式，如果求解輸出Va、Vb的和Va+Vb，則形成下述的式(5)。Va-Vb = 2 (Ka/da) I B cos sin 0... (4)Va+Vb = 2 (Kb/db) I B sin cos 0. . . (5)如果霍爾元件為相同種類，則通常Ka = Kb, da = db。但是，霍爾系數(shù)Ka、Kb、厚度da、db嚴(yán)格地說稍有不同，即使在軸桿12的中線N與磁通量方向一致的0 = 0的情況下，也有Va古Vb。在這種情況下,在0 = 0的狀態(tài)，即，零點(diǎn)調(diào)整中，求解第I傳感器15a和第2傳感器15b的輸出Va、Vb，按照Va = Vb的方式對常數(shù)進(jìn)行修正，進(jìn)行正規(guī)化處理。如果這樣對輸出Va、Vb進(jìn)行正規(guī)化處理，求解(Va-Vb) / (Va+Vb)，則獲得下述的
(6)、(7)式。(Va-Vb) / (Va+Vb) = (cos sin 0)/ (sin cos 0 )= tan 0 /tan. . . (6)... tan 0 = tan (Va-Vb) / (Va+Vb)... (7)這樣，在(7)式中，第I、第2傳感器15a、15b的霍爾系數(shù)Ka、Kb、厚度da、db、供給電流I、磁通量密度B相抵消。但是，即使對輸出Va、Vb進(jìn)行正規(guī)化處理，也有時霍爾系數(shù)Ka、Kb由于溫度而改變，該影響還波及(7)式的測定值。由此，如果調(diào)查各自的霍爾元件的溫度特性，選擇并采用溫度系數(shù)近似的、成對的霍爾元件，則可進(jìn)一步減少第I、第2傳感器15a、15b的溫度變化造成的影響。此外，由于tanct為常數(shù)，故基于輸出Va、Vb的(7)式的運(yùn)算獲得tan 9，能夠根據(jù)三角函數(shù)表等求解角度0。另外，如果角度0為足夠微小的角，由于sin0N0、COS0N1，故有tan 0 = 0，根據(jù)(7)式而得到下述的(7)’。9 = tan (Va-Vb) / (Va+Vb)... (7)，另外，在第I、第2傳感器15a、15b的輸出Va、Vb中，有時與⑵”、(3)”式那樣的 磁通量密度無關(guān)、與供給電流I有關(guān)的偏置電壓0a、0b重疊。Va = (Ka/d) I B sin (￠+9) +Oa (2) ”Vb = (Kb/d) I B sin ( - 9 ) +Ob…(3) ”在這種情況下，在去除磁鐵13a、13b的磁通量密度為0的無磁場狀態(tài)下，通過將電流I供給到第I、第2傳感器15a、15b，能夠求解偏置電壓0a、0b。因此，預(yù)先從預(yù)輸出Na、Vb中扣除該偏置電壓0a、Ob即可。
權(quán)利要求
1.一種角度檢測裝置，在磁通量密度均勻的磁場內(nèi)配置霍爾元件，通過該霍爾元件來檢測角度e，其特征在于，該角度檢測裝置具有第I、第2傳感器，沿相對與上述磁通量方向平行的中線以角度±0傾斜的+0軸和-0軸而分別設(shè)置的由霍爾元件構(gòu)成；檢測電路，在相對上述磁通量方向上述中線相對傾斜角度e的情況下，求解上述第I、第2傳感器的輸出Va、Vb ;運(yùn)算電路,根據(jù)該檢測電路的輸出對tan 0 = tan (Va-Vb) / (Va+Vb)進(jìn)行運(yùn)算，求解角度9。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的角度檢測裝置，其特征在于，上述+0軸、-0軸為V形槽的兩條斜邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的角度檢測裝置，其特征在于，在上述角度0為微小角的情況下，設(shè)tan0_0。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任何一項(xiàng)所述的角度檢測裝置，其特征在于，在上述中線與上述磁通量方向一致的Q = O的狀態(tài),按照上述輸出Va、Vb為Va = Vb的方式進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)MiF. O
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任何一項(xiàng)所述的角度檢測裝置，其特征在于，在無磁場狀態(tài)，按照上述輸出Va、Vb為Va = Vb = O的方式對輸出Va、Vb中包含的偏置電壓進(jìn)行修正。
全文摘要
本發(fā)明的角度檢測裝置的目的在于通過運(yùn)算，去除受到溫度變化造成的影響的因素，實(shí)施正確的角度測定。軸桿(12)的V形槽(14)的兩條斜邊在以中線N為中心的兩側(cè)，按照角度±φ傾斜，在兩條斜邊上，安裝霍爾元件的傳感器(15a，15b)。在均勻的磁通量密度B的磁場內(nèi)，如果按照角度θ使軸桿(12)旋轉(zhuǎn)，則對于傳感器(15a，15b)的輸出Va、Vb，在Ka、Kb表示霍爾系數(shù)、da、db表示厚度、I表示供給電流時，Va＝(Ka/da)·I·B·sin(φ+θ)＝(Ka/da)·I·B·(sinφ·cosθ+cosφ·sinθ)，Vb＝(Kb/d)·I·B·sin(φ-θ)＝(Kb/db)·I·B·(sinφ·cosθ-cosφ·sinθ)。(Va-Vb)/(Va+Vb)＝(cosφ·sinθ)/(sinφ·cosθ)＝tanθ/tanφ，tanθ＝tanφ·(Va-Vb)/(Va+Vb)，可在與Ka、Kb、da、db、I、B無關(guān)的情況下求出tanθ。
文檔編號G01D3/036GK102735159SQ201110198670
公開日2012年10月17日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月4日
發(fā)明者上月健次, 嘉山長興, 荒井由太郎 申請人:東京計(jì)裝株式會社