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专利名称：角度传感器的检测信号校正方法
技术领域：
本发明涉及使用霍尔元件而适用于微小角度的测定的角度传感器的检测信号校正方法。
背景技术：
在一般的霍尔元件中，如图6所示，如果将相对金属的薄片即霍尔元件I的磁感应强度检测面即芯片面T正交的磁场的磁感应强度设成B，并在霍尔元件I中流过恒定电流I，则霍尔元件I通过磁感应强度B受到洛伦兹力而产生电动势。如果将霍尔系数设成K、将霍尔元件的厚度设成d，则霍尔元件I的电动势即输出V如下式(I)。V = (K/d) B · I. · · (I)为了将该霍尔元件I用作角度传感器，将芯片面T与磁通方向交叉的角度作为霍 尔元件I的输出而进行检测。在所检测的角度微小的情况下，使霍尔元件I的芯片面T与由磁铁产生的磁通的朝向平行而提高霍尔元件I的灵敏度的方法公开于例如专利文献I。在对微小的角度变位Θ进行检测的情况下，如图7所示，将霍尔元件I配置于磁感应强度B的磁场中，配置成在Θ = O下，霍尔元件I的芯片面T与磁通的方向平行、即相对芯片面T的磁通的方向成为0°。如果这样将霍尔元件I的芯片面T与磁通平行地配置，则能够得到相对角度变位θ的高灵敏度。对通过所配置的霍尔元件I如图8所示相对磁通倾斜而产生的霍尔元件I的输出V进行测量，可以通过下式(2)，检测具有例如1°的1000分之I左右的分辨率的角度变位Θ。V = (K/d) · B · I · sin Θ · · ·⑵另外，如果角度变位Θ成为0°附近的微小角度，则sin0M0,式(2)成为式⑵'。V = (K/d) · B · I · Θ …⑵,另一方面，为了校正磁感应强度B,如图8所不，为了得到与同一磁场或者其磁感应强度成比例的成分，配置与霍尔元件I相同种类的基准用霍尔元件2使其芯片面T与磁通的方向正交。如果对基准用霍尔元件2施加恒定电流I，则在将其霍尔系数设成Ks、将厚度设成ds时，基准用霍尔元件2的输出Vs如下式(3)。Vs = (Ks/ds) · B · I···⑶如果针对这些输出V、Vs，将霍尔元件I的输出V除以基准用霍尔元件2的输出Vs，则得到下式(4)。V/Vs = (K/d) · Θ /(Ks/ds). . . (4)此处，K、d、Ks、ds是常数，所以可以根据式(4)，检测没有受到检测磁感应强度B的经时变化等影响的稳定的微小的角度变位Θ。但是，霍尔元件1、2的霍尔系数K、Ks易于受到温度的影响且具有温度依赖性，所以从多个霍尔元件中挑选温度特性一致的一对霍尔元件，作为霍尔元件1、2来对应周围温度的变动。专利文献I日本特开2002-22485号公报已知即使这样挑选霍尔元件，也会通过对霍尔元件供给电流I而产生不依赖于角度的偏置电压。但是，在如图6所示进行配置而求出输出电压的情况下，由于洛伦兹カ引起的电动势大，且偏置电压值极�。砸话愫雎云玫缪怪�。但是，在使芯片面T与磁通的方向平行的微小角度的测定中，由于霍尔元件的内部电阻而产生无法忽略的第I偏置电压值。该第I偏置电压值根据周围温度而变化，并重叠到输出V、Vs而对角度測定造成误差，特别在周围温度宽范围地变化的情况下需要研究对策。另外，在使霍尔元件I的芯片面T与磁通的方向平行的情况下，在与芯片面T正交并与磁通对向的截断面C中，产生基于洛伦兹カ的电动势，根据温度变化而重叠到霍尔元件I的输出V，同样地对角度測定引起误差。

发明内容
本发明的第I目的在于提供ー种角度传感器的检测信号校正方法，该方法与周围温度对应地变动，通过运算去除由于基于霍尔元件具有的内部电阻的电流而引起的第I偏置电压值，从而良好地校正微小角度的信号值的误差。本发明的第2目的提供ー种角度传感器的检测信号校正方法，该方法包括上述第I偏置电压值，与周围温度对应地变动，通过运算去除起因于霍尔元件的截断面处的洛伦兹力的第2偏置电压值，从而更良好地校正微小角度的信号值的误差。用于达成上述目的的本发明提供ー种角度检测用传感器的检测信号校正方法，具备安装到能够针对均匀地产生磁通的磁场产生机构相对地旋转的轴上，对相对所述磁场产生机构的磁场方向的相对角度进行检测的由霍尔元件构成的角度检测用传感器，在測定角度是0°的零位角度下将所述角度检测用传感器的磁感应强度检测面即芯片面与来自所述磁场产生机构的磁通的方向平行地配置，所述检测信号校正方法包括第I步骤，在脱机时，在无磁场状态下，对所述角度检测用传感器供给恒定电流，分别测定所述角度检测用传感器的多个周围温度产生的起因于内部电阻的第I偏置电压值，求出所述第I偏置电压值的温度特性；以及第2步骤，在联机下的角度測定中，通过温度检测用传感器測定周围温度，进行从所述角度检测用传感器的输出去除与所述温度特性相应的所述第I偏置电压值的校正。另外，本发明提供ー种角度检测用传感器的检测信号校正方法，具备安装到能够针对均勻地产生磁通的磁场产生机构相对地旋转的轴上，对相对所述磁场产生机构的磁场方向的相对角度进行检测的由霍尔元件构成的角度检测用传感器，在測定角度是0°的零位角度下将所述角度检测用传感器的磁感应强度检测面即芯片面与来自所述磁场产生机构的磁通的方向平行地配置，所述检测信号校正方法包括 第I步骤，在脱机吋，将所述角度检测用传感器固定于所述零位角度以使磁场方向和所述角度检测用传感器的芯片面成为平行，在产生了规定的磁通的有磁场状态下，对所述角度检测用传感器供给恒定电流，分别测定在所述角度检测用传感器的多个周围温度产生的起因于内部电阻的第I偏置电压值上加上所述角度检测用传感器的截断面产生的起因于洛伦兹カ的电动势而得到的第2偏置电压值，求出所述第2偏置电压值的温度特性；以及第2步骤，在联机下的角度测定中，通过温度检测用传感器测定周围温度，进行从所述角度检测用传感器的输出去除与所述温度特性相应的所述第2偏置电压值的校正。根据本发明的角度传感器的检测信号校正方法，按照周围温度去除霍尔元件中产生的第I偏置电压值，提高微小角度的测定精度。另外，根据本发明的角度传感器的检测信号校正方法，包括第I偏置电压值，按照周围温度去除由针对霍尔元件的截断面的磁通而产生的第2偏置电压值，进一步提高微小角度的测定精度。


图I是实施例的纵剖面图。图2是实施例的横剖面图。 图3是轴旋转后的状态的说明图。图4是实施例I的相对温度的误差的曲线图。图5是实施例2的相对温度的误差的曲线图。图6是一般的霍尔元件的原理的说明图。图7是将霍尔元件的磁感应强度检测面与磁通平行地配置后的情况的说明图。图8是使霍尔元件倾斜后的情况的说明图。(符号说明)11 :壳体；12 :贯通孔；13 :轴；14 :轴承；15 :角度检测用传感器；16、16’ 磁铁；17 :基准用传感器；18 :温度检测用传感器；19 :信号处理部。
具体实施例方式根据图I 图5图示的实施例，详细说明本发明。实施例I在图I中，在由透磁性材料构成的壳体11中设置有贯通孔12，在该贯通孔12中，经由轴承14可旋转地保持有同样地由透磁性材料构成的轴13。在轴13中，由霍尔元件构成的角度检测用传感器15安装于切口部等处，在轴13上连结有例如液面计的浮子，浮子的液位变换为轴13的微小角度的旋转。如图2所示，在贯通孔12的两侧固定有磁场产生机构即一对磁铁16、16’以便夹入轴13，在贯通孔12内从N极朝向S极均匀地产生有磁感应强度B的磁通。由与角度检测用传感器15相同种类的霍尔元件构成的基准用传感器17固定于由壳体11的外侧或者内侧的磁铁16、16’产生的磁场内，芯片面T配置成与磁铁16、16’的磁通方向正交。另外，该基准用传感器17相当于在背景技术中说明的成为基准的霍尔元件2。另外，在壳体11内，配置有用于检测周围温度的例如由测温电阻体构成的温度检测用传感器18。另外，角度检测用传感器15、基准用传感器17、温度检测用传感器18经由引线与信号处理部19连接。另外，在实施例中，固定壳体11而使轴13旋转，但也可以使壳体11旋转而固定轴13,来测定相对磁场方向的相对角度即可。
如图3所示，将角度检测用传感器15配置在把霍尔元件的磁感应强度检测面即芯片面T与磁铁16、16’的磁通方向平行时作为Θ = 0的零位角度。另外，温度检测用传感器18对角度检测用传感器15、基准用传感器17的周围温度进行检測。信号处理部19对角度检测用传感器15、基准用传感器17供给恒定电流I，对角度检测用传感器15的输出V、基准用传感器17的输出Vs、温度检测用传感器18的温度信号进行检测，如后所述进行运算处理而计算微小的角度变位Θ。如果轴13旋转，则按照之前说明的式(4)，根据2个传感器15、17的输出V、Vs，在信号处理部19中运算角度变位Θ。但是，角度检测用传感器15通过供给恒定电流I，而产生下式(5)那样的与角度变位Θ无关地起因于内部电阻的第I偏置电压值01、即在微小的角度变位θ的測定中难以忽略的电压并重叠到输出V，所以需要进行校正。V = (K/d) · B · I · Θ +01. · · (5)
在该式(5)中，为了得到不受第I偏置电压值01的影响的输出V，必须进行从输出V减去第I偏置电压值01的处理。第I偏置电压值01与恒定电流I成比例地产生，并且产生该第I偏置电压值01的内部电阻R具有温度系数α，所以对于第I偏置电压值01，作为依赖于相对基准温度25°C的温度变化幅度即温度At的一次式而近似了的(6)式成立。01 = I · R · (1+ α · At)... (6)为了得到该第I偏置电压值01，在脱机状态下，在恒温槽等中，对角度检测用传感器15，在无磁场状态即B = O下，供给恒定电流I，同时使温度At变化，而求出输出V。根据所得到的温度特性的数据，计算产生第I偏置电压值01的内部电阻R、温度系数α。或者，也可以制作相对温度At的第I偏置电压值01的表。另外，在求出该数据的情况下，在无磁场状态下，因为与式(5)的第I项没有关系，所以角度变位Θ的大小没有限制。另外，在基准用传感器17中，也同样地在其输出Vs中如下式(7)那样重叠有第I偏置电压值01s。Vs = (Ks/ds) · B · I+01s. . . (7)如果将基准用传感器17的芯片面T的内部电阻设成Rr、将温度系数设成a S，则第I偏置电压值Ols表不为下式(8)。Ols = I · Rr · (1+ as· At)... (8)对于基准用传感器17的第I偏置电压值01s，也在无磁场状态下，针对基准用传感器17使温度At变化而求出数据，计算式(8)的内部电阻Rr、温度系数as，或者制作相对温度At的第I偏置电压值Ols的表即可。在联机下的角度測定中，通过温度检测用传感器18測定周围温度，计算第I偏置电压值01、01s，或者从所存储的表中求出，从而在信号处理部19中从式(5)、(7)减去它们，从而得到去除了第I偏置电压值01、Ols的输出V、Vs。在进行了这样的校正之后，如果通过与式⑷相同的式(9)运算输出V、Vs，则能够通过信号处理部19得到没有受到温度变动的影响的稳定的微小的角度变位Θ。V/Vs = (K/d) · Θ/(Ks/ds)··· (9)图4是实施例I的去除了第I偏置电压值01、01s的温度At的±50°C的范围中的实测的相对满刻度的误差:满刻度1° )的特性El的曲线图，特性EO示出以往例的实测的误差，特性El与特性EO相比，对由于第I偏置电压值01、Ols引起的误差进行了校正。另外，对于基准用传感器17，起因于洛伦兹力的式(7)的第I项的值比第I偏置电压值Ols足够大，微小的第I偏置电压值Ols可以忽略，所以也可以不求出第I偏置电压值Ols而在运算中不使用。实施例2通过角度检测用传感器15，如图3所示使芯片面T与磁通大致平行而测定微小的角度变位Θ时，对于与芯片面T正交的截断面C也受到由于磁感应强度B引起的影响，而产生少量的电动势而重叠到输出V。在本说明书中，在第I偏置电压值01上加上该电动势，将其定义为第2偏置电压值02。

由于电流I和磁通的方向平行，所以不产生截断面C中的严密的意义下的洛伦兹力，但推测在霍尔元件内三维地流过恒定电流，而在与磁通正交的方向上也流过部分电流，产生由于洛伦兹力弓丨起的微小的电动势，该电动势具有霍尔元件特有的温度依赖性。另外，将针对截断面C的角度变位Θ的影响表示为cos Θ，但在角度变位Θ极其小的范围中可以视为COS Θ = I。在图4中作为特性El而残留的误差主要由起因于该截断面C的电动势而产生的误差，该电动势根据图4可知相对温度At是直线的。因此，如果在一定的磁感应强度B内，将温度系数设成β，将一定值设成D，则可以将该电动势近似为关于温度At是一次式的β · At+D，可以将角度检测用传感器15的输出V设成在式(5)上加上了该电动势即β · Δ t+D 的下式(10) οV = (K/d) · B · I · θ +01+β · Δ t+D. · · (10)另外，如果将温度系数设成Y、将一定值设成F，则第2偏置电压值02成为接下来的一次式(11)。02 = 01+ β · Δ t+D = I · R · (1+ α · Δ t) + β · Δ t+D= γ · At+F. · · (11)在实施例I中，脱机地在无磁场状态下求出了第I偏置电压值01、01s，但在实施例2中，由于第2偏置电压值02根据磁通而变动，所以需要在有磁场状态下求出数据，进而为了去除式(10)的第I项而需要设成Θ =0，在该状态下求出第2偏置电压值02。即，在脱机状态下，对角度检测用传感器15，在恒温槽内，以Θ =0，在磁感应强度B的有磁场状态下，供给恒定电流I，使温度At变化而求出第2偏置电压值02的数据。根据该数据，计算相对温度Λ t的第2偏置电压值02的一次式的常数Y、F，或者制作相对温度Λ t的第2偏置电压值02的表。另外，在基准用传感器17的输出Vs中不产生截断面C的电动势，并且如实施例I的说明，第I偏置电压值OlS�。曰箍梢匀缡凳├齀那样求出，但在本实施例2中也可以忽略。在联机下的角度测定时，通过温度检测用传感器18测定周围温度At，使用所存储的一次式、表，根据周围温度Λ t求出第2偏置电压值02，通过信号处理部19进行去除角度检测用传感器15的输出V上重叠的误差要因即第2偏置电压值02的校正，从而根据式(9)得到高精度的角度变位Θ。图5是实施例2的相对温度At的角度变位Θ的实测的误差:满刻度1° )的特性E2的曲线图。该特性E2与在实施例I中得到的特性El相比 进行了更良好的校正。
权利要求
1.一种角度检测用传感器的检测信号校正方法，具备安装到能够针对均匀地产生磁通的磁场产生机构相对地旋转的轴上，对相对所述磁场产生机构的磁场方向的相对角度进行检测的由霍尔元件构成的角度检测用传感器，在测定角度是0°的零位角度下将所述角度检测用传感器的磁感应强度检测面即芯片面与来自所述磁场产生机构的磁通的方向平行地配置，所述检测信号校正方法包括 第I步骤，在脱机时，在无磁场状态下，对所述角度检测用传感器供给恒定电流，分别测定所述角度检测用传感器的多个周围温度产生的起因于内部电阻的第I偏置电压值，求出所述第I偏置电压值的温度特性；以及 第2步骤，在联机下的角度测定中，通过温度检测用传感器测定周围温度，进行从所述角度检测用传感器的输出去除与所述温度特性相应的所述第I偏置电压值的校正。
2.一种角度检测用传感器的检测信号校正方法，具备安装到能够针对均匀地产生磁通的磁场产生机构相对地旋转的轴上，对相对所述磁场产生机构的磁场方向的相对角度进行检测的由霍尔元件构成的角度检测用传感器，在测定角度是0°的零位角度下将所述角度检测用传感器的磁感应强度检测面即芯片面与来自所述磁场产生机构的磁通的方向平行地配置，所述检测信号校正方法包括 第I步骤，在脱机时，将所述角度检测用传感器固定于所述零位角度以使磁场方向和所述角度检测用传感器的芯片面成为平行，在产生了规定的磁通的有磁场状态下，对所述角度检测用传感器供给恒定电流，分别测定在所述角度检测用传感器的多个周围温度产生的起因于内部电阻的第I偏置电压值上加上所述角度检测用传感器的截断面产生的起因于洛伦兹力的电动势而得到的第2偏置电压值，求出所述第2偏置电压值的温度特性；以及 第2步骤，在联机下的角度测定中，通过温度检测用传感器测定周围温度，进行从所述角度检测用传感器的输出去除与所述温度特性相应的所述第2偏置电压值的校正。
3.根据权利要求I或者2所述的角度检测传感器的检测信号校正方法，其特征在于通过将校正后的所述角度检测用传感器的输出除以基准用传感器的输出，来计算所述相对角度，所述基准用传感器配置成使固定于所述磁场产生机构的磁感应强度检测面即芯片面与所述磁通的方向正交。
4.根据权利要求I 3中的任意一项所述的角度检测传感器的检测信号校正方法，其特征在于 在脱机时，在无磁场状态下，对所述基准用传感器供给恒定电流，分别测定所述基准用传感器的多个周围温度产生的起因于内部电阻的基准用传感器的偏置电压值，求出所述基准用传感器的偏置电压值的温度特性， 在联机下的角度测定中，通过所述温度检测用传感器测定周围温度，进行从所述基准用传感器的输出去除与所述温度特性相应的所述基准用传感器的偏置电压值的校正。
5.根据权利要求I 4中的任意一项所述的角度检测传感器的检测信号校正方法，其特征在于所述轴与液面计的浮子连结。
全文摘要
本发明提供角度传感器的检测信号校正方法。按照周围温度去除霍尔元件中产生的偏置电压值，提高微小角度的测定精度。将霍尔元件构成的角度检测用传感器配置成磁感应强度检测面即芯片面成为与磁通方向平行时成为θ＝0。通过对传感器的输出供给恒定电流，与角度变位无关地产生起因于内部电阻的偏置电压值，重叠到输出。为了得到偏置电压值，在脱机下对传感器在无磁场状态下供给恒定电流，同时使温度变化，而求出输出的数据。根据数据制作相对温度的偏置电压值的表。在角度测定中，测定周围温度，从存储了偏置电压值的表求出并从输出减去，从而去除偏置电压值。
文档编号G01B7/30GK102679862SQ20111017746
公开日2012年9月19日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年3月18日
发明者上月健次, 井上隆, 井滩弘幸, 嘉山长兴, 片冈昭雄, 荒井由太郎, 阿部贵史 申请人:东京计装株式会社