一种磁感应效应角度传感器的标定方法

摘要

本发明涉及一种磁感应效应角度传感器的标定，属于测试测量传感器技术领域。该方法包括低温段标定过程和高温段标定过程的若干子标定过程，每一个子标定过程包括：对第一个芯片的第一个标定测试点进行标定，标定系统控制器先控制电机向此标定测试点转动方向输入一个转动角度，标定系统发送转动到位指令，角度传感器检测到这个指令，进行相关的数据采集及处理，标定系统收到这个指令后，转动单位步长，依此循环，直到完成所有标定测试点的标定；该标定方法能够在角度传感器内部进行运算，通过标定能够大幅度提高磁感应效应角度传感器的角度测量精度，该算法适合于批量生产时磁感应效应角度传感器的快速准确标定。

主权项

1.一种磁感应效应角度传感器的标定方法，该方法是待标定的磁感应效应角度传感器在标定系统的配合下实现的，该标定系统由标定系统控制器、电机驱动器、电机组成，标定系统控制器负责控制角度传感器通电、角度传感器通讯以及控制电机转动；标定系统控制器通过控制电机给出确定的转角输入并通过总线给出转动到位指令，角度传感器的单片机中进行数据的读取和计算，从而计算得到标定值；其特征在于，该方法包括低温段标定过程和高温段标定过程，低温段和高温段标定过程各分为若干子标定过程，子标定过程的个数是磁感应效应角度传感器中所采用的磁感应芯片的个数的2倍；每个子标定过程含有n个标定测试点，n＝2^m，m的取值范围为4-7；标定系统控制角度传感器通电后等待t1时间，t1取值可取10-40s，等待t1时间的目的在于磁感应芯片通电后开始温度上升梯度大，过一定时间t1后温度变化减缓，然后在该温度下依次对各磁感应芯片进行低温段标定的子标定过程，每个磁感应芯片均进行磁感应芯片输入轴左转子标定过程和磁感应芯片输入轴右转子标定过程；低温段标定完成后，等待到从通电算起t2时刻，t2取值范围为90-180s，依次对各磁感应芯片进行高温段标定的子标定过程，每个磁感应芯片均进行磁感应芯片输入轴左转子标定过程和磁感应芯片输入轴右转子标定过程；在每一个子标定过程中，计算出该子标定过程对应的标定参数，每一个子标定过程包括：对第一个磁感应芯片的第一个标定测试点进行标定，标定系统控制器先控制电机向此标定测试点转动方向输入一个较大的转动角度，转动角度取30-100°，然后标定系统控制器通过总线通讯发送转动到位指令，角度传感器检测到这个指令，进行相关的数据采集及处理，并发送数据采集完毕指令；标定系统收到这个指令后，转动单位步长，到第二个标定点，然后发送转动到位指令，角度传感器进行数据采集及处理，并发送数据采集完毕指令，依此循环，直到完成所有标定测试点的标定；上述的子标定过程包括以下步骤：在每一个子标定过程，角度传感器等待标定系统的转动到位指令，如果接收到该转动到位指令，角度传感器中的单片机设置对应的磁感应芯片到温度测量模式，然后单片机读取温度值，之后单片机设置对应的磁感应芯片到磁场测量模式，然后读取磁场作用下磁感应芯片的输出的电压值，并进行相关量的累加和计算，之后通过总线发送数据采集完毕指令，再判断指令编号是否到了n，如果到n，则从累加和计算磁感应效应角度传感器最终标定参数，否则等待下一个转动到位指令；所述累加和计算的计算公式如下：sum_Ox＝X(1)+X(2)+…+X(i)+…+X(n)其中X(i)表示指令ID为i的标定测试点的余弦输出值，sum_Ox为计算过程的中间变量；sum_Oy＝Y(1)+Y(2)+…+Y(i)+…+Y(n)其中Y(i)表示指令ID为i的标定测试点的正弦输出值，sum_Oy为计算过程的中间变量；sum_X_r＝X(1)*cos(β1)+X(2)*cos(β2)+…+X(i)*cos(βi)+…+X(n)*cos(βn)sum_X_i＝X(1)*sin(β1)+X(2)*sin(β2)+…+X(i)*sin(βi)+…+X(n)*sin(βn)sum_Y_r＝Y(1)*cos(β1)+Y(2)*cos(β2)+…+Y(i)*cos(βi)+…+Y(n)*cos(βn)sum_Y_i＝Y(1)*sin(β1)+Y(2)*sin(β2)+…+Y(i)*sin(βi)+…+Y(n)*sin(βn)上四式中X(i)、Y(i)、β(i)表示指令ID为i的标定测试点的余弦值、正弦值、磁铁转动的角度，sum_X_r、sum_X_i、sum_Y_r、sum_Y_i为相关量的累加和；sum_T＝T(1)+T(2)+…+T(i)+…+T(n)上式中T(i)表示指令ID为i的标定测试点的温度值，sum_T为中间变量；磁感应芯片输出值中余弦的偏移量Ox由下式得到：Ox＝sum_Ox/n磁感应芯片输出值中正弦的偏移量Oy由下式得到：Oy＝sum_Oy/n余弦的幅值Ax由下式得到：DFT_X_r＝sum_X_r*2/nDFT_X_i＝sum_X_i*2/n$\mathrm{Ax}=\sqrt{{\mathrm{DFT}\_X\_r}^2+{\mathrm{DFT}\_X\_i}^2}$其中，DFT_X_r、DFT_X_i为计算过程的中间变量；正弦的幅值Ay由下式得到：DFT_Y_r＝sum_Y_r*2/nDFT_Y_i＝sum_Y_i*2/n$\mathrm{Ay}=\sqrt{{\mathrm{DFT}\_Y\_r}^2+{\mathrm{DFT}\_Y\_i}^2}$其中，DFT_Y_r、DFT_Y_i为计算过程的中间变量；正余弦值的相位差由下式得到：其中为输出值余弦和正弦与标准值的相位差；温度值T由下式得到：T＝sum_T/n从累加和计算磁感应效应角度传感器最终标定参数包括：根据所有子标定过程得到的标定参数Ox_LjL、Ox_LjR、Oy_LjL、Oy_LjR、T_LjL、T_LjR、Ox_HjL、Ox_HjR、Oy_HjL、Oy_HjR、T_HjL、T_HjR、Ax_LjL、Ax_LjR、Ay_LjL、Ay_LjR、首先进行同温度段左右转标定参数的融合，然后进行高低温标定参数的融合，从而得到最终的标定参数；同温度段左右转标定参数融合的公式如下：${\mathrm{Ox}}_{\mathrm{Lj}}\_\mathrm{final}={\mathrm{Ox}}_{\mathrm{Lj}}=\frac{{\mathrm{Ox}}_{\mathrm{LjL}}+{\mathrm{Ox}}_{\mathrm{LjR}}}{2}$式中Ox_LjL、Ox_LjR表示第j个磁感应芯片低温左转、右转的输出余弦值的偏移量，Ox_Lj_final表示第j个磁感应芯片标定时低温输出余弦值的偏移量；${\mathrm{Oy}}_{\mathrm{Lj}}\_\mathrm{final}={\mathrm{Oy}}_{\mathrm{Lj}}=\frac{{\mathrm{Oy}}_{\mathrm{LjL}}+{\mathrm{Oy}}_{\mathrm{LjR}}}{2}$式中Oy_LjL、Oy_LjR表示第j个磁感应芯片低温左转、右转的输出正弦值的偏移量，Oy_Lj_final表示第j个磁感应芯片标定时低温输出正弦值的偏移量；$T_{\mathrm{Lj}}\_\mathrm{final}=T_{\mathrm{Lj}}=\frac{T_{\mathrm{LjL}}+T_{\mathrm{LjR}}}{2}$式中T_LjL、T_LjR表示第j个磁感应芯片低温左转、右转的输出温度值，T_{Lj_final}表示第j个磁感应芯片低温标定时的温度值；$O{x}_{\mathrm{Hj}}=\frac{{\mathrm{Ox}}_{\mathrm{HjL}}+O{x}_{\mathrm{HjR}}}{2}$式中Ox_HjL、Ox_HjR表示第j个磁感应芯片高温左转、右转的输出余弦值的偏移量，Ox_Hj表示第j个磁感应芯片标定时高温输出余弦值的偏移量；${\mathrm{Oy}}_{\mathrm{Hj}}=\frac{{\mathrm{Oy}}_{\mathrm{HjL}}+{\mathrm{Oy}}_{\mathrm{HjR}}}{2}$式中Oy_HjL、Oy_HjR表示第j个磁感应芯片高温左转、右转的输出正弦值的偏移量，Oy_Hj表示第j个磁感应芯片标定时高温输出正弦值的偏移量；$T_{\mathrm{Hj}}=\frac{R_{\mathrm{HjL}}+T_{\mathrm{HjR}}}{2}$式中T_HjL、T_HjR表示第j个磁感应芯片高温左转、右转的输出温度值，T_Hj表示第j个磁感应芯片高温标定时的温度值；根据低温段数据得到余弦值峰值系数、正弦值峰值系数、正余弦相位差的最终标定参数Ax_j_final、Ay_j_final、采用的公式如下：式中Ax_LjL、Ax_LjR表示第j个磁感应芯片低温下左、右转时输出余弦的峰值，Ay_LjL、Ay_LjR表示第j个磁感应芯片低温下左、右转时输出正弦的峰值，表示第j个磁感应芯片低温下左、右转时输出正余弦的相位差；${\mathrm{Ax}}_j\_\mathrm{final}={\mathrm{Ax}}_{\mathrm{Lj}}=\frac{{\mathrm{Ax}}_{\mathrm{LjL}}+{\mathrm{Ax}}_{\mathrm{LjR}}}{2}$${\mathrm{Ay}}_j\_\mathrm{final}={\mathrm{Ay}}_{\mathrm{Lj}}=\frac{{\mathrm{Ay}}_{\mathrm{LjL}}+{\mathrm{Ay}}_{\mathrm{LjR}}}{2}$高低温标定参数融合的公式如下：式中T_Hj、Ox_Hj、Oy_Hj表示高温标定时的温度值、输出的余弦值的偏移量、输出的正弦值的偏移量，T_Lj、Ox_Lj、Oy_Lj表示低温标定时的温度值、输出的余弦值的偏移量、输出的正弦值的偏移量；$k\_{\mathrm{Ox}}_j\_\mathrm{final}=\frac{{\mathrm{Ox}}_{\mathrm{Hj}}-{\mathrm{Ox}}_{\mathrm{Lj}}}{T_{\mathrm{Hj}}-T_{\mathrm{Lj}}}$$k\_{\mathrm{Oy}}_j\_\mathrm{final}=\frac{{\mathrm{Oy}}_{\mathrm{Hj}}-{\mathrm{Oy}}_{\mathrm{Lj}}}{T_{\mathrm{Hj}}-T_{\mathrm{Lj}}}$根据得出的所有需要的最终的标定参数Ox_Lj_final、Oy_Lj_final、T_Lj_final、Ax_j_final、Ay_j_final、k_Ox_j_final、k_Oy_j_final对磁感应芯片输出的正余弦信号进行修正，即得到标准的正余弦，从而得到精确的转角信号。