CN118337196A - 霍尔式接近开关温度漂移补偿方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，包括：获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭；所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述位移装置对所述温度补偿磁轭的位置进行移动，并根据移动后的所述辅助磁路，对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。通过在温度发生变化的过程中，改变温度补偿磁轭的位置，进而改变辅助磁路的磁感应强度，补偿霍尔式接近开关中霍尔元件感应到的磁钢的磁感应强度，实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

Description

霍尔式接近开关温度漂移补偿方法

技术领域

本申请涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的电子设备投入到人们的生产生活，其中，关于位置感知的应用场景被愈发常见，霍尔式接近开关在这种背景下被广泛的应用。现有的霍尔式接近开关，霍尔元件置于永磁材料制成的磁钢的磁场中，当磁钢左右移动时，霍尔元件中的特定敏感点的磁感应强度会发生变化，霍尔元件捕获这个变化，并在特定的磁感应强度下使自已的电输出状态发生变化，从而标定出磁钢的位置。

然而，实际使用场景中，设备使用环境常见的温度变化区间为-55℃到125℃之间，霍尔元件在这个温度区间内，改变自身触发状态所需的磁感应强度甚至会相差25％，进一步导致霍尔元件在这个温度区间内，对磁钢的位置感知会相差数百微米，这个由温度引起的差异，对于部分使用场景，如航空航天领域中的中的霍尔式接近开关应用，是不可忽视，也是不可接受的。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，包括：

获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；

根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭；

所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；

当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述位移装置对所述温度补偿磁轭的位置进行移动，并根据移动后的所述辅助磁路，对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。

可选地，所述根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭包括：

确定所述温度补偿磁轭的温度特性数据；

根据所述霍尔元件的温度特性数据，以及所述温度补偿磁轭的温度特性数据，确定所述位移装置的温度位移数据；

根据所述温度位移数据，设置所述位移装置，并将所述温度补偿磁轭布置在设置后的所述位移装置上。

可选地，所述位移装置为温度膨胀系数不同的至少两种材料构成的感温片。

可选地，所述霍尔式接近开关中所述霍尔元件的侧面布置了凸形磁轭。

可选地，所述位移装置被布置在所述霍尔元件侧。

可选地，所述位移装置被布置在所述磁钢侧。

本申请提供的霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，通过获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭；所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述位移装置对所述温度补偿磁轭的位置进行移动，并根据移动后的所述辅助磁路，对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。通过在温度发生变化的过程中，改变温度补偿磁轭的位置，进而改变辅助磁路的磁感应强度，补偿霍尔式接近开关中霍尔元件感应到的磁钢的磁感应强度，实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的流程图；

图2是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔元件温度特性曲线图；

图3是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一平面模型示意图；

图4是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一位置感知图；

图5是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构磁场示意图；

图7是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型示意图；

图8是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型的磁场分布示意图；

图9是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第三平面模型示意图；

图10是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第三平面模型的磁场分布示意图；

图11是本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第二结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

在本申请一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请一个或多个实施例。在本申请一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本申请一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。

在本申请中，提供了一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，在下面的实施例中进行详细说明。

图1示出了根据本申请一实施例提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的流程图，具体包括以下步骤：

步骤S102：获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；

步骤S104：根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭；

步骤S106：所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；

步骤S108：当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述位移装置对所述温度补偿磁轭的位置进行移动，并根据移动后的所述辅助磁路，对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。

其中，在霍尔式接近开关中，霍尔元件置于永磁材料制成的磁钢的磁场中，霍尔元件具备对磁场强度的感知能力，但霍尔元件对磁场强度的感知能力受到环境温度的影响，如图2提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔元件温度特性曲线图所示，其中，上下两条曲线分别是霍尔元件在不同温度下的工作点和释放点的磁场强度，需要说明的是，当霍尔元件所处磁场的磁场强度在大于等于工作点时，霍尔元件所在的霍尔式接近开关导通，当霍尔元件所处磁场的磁场强度小于等于工作点时，霍尔元件所在的霍尔式接近开关释放。

以图2中的工作点曲线为例，其中横坐标为温度，纵坐标代表磁感应强度，那么霍尔元件在-55℃时，可以用12.6mT的磁感应强度触发状态变化，但到了125℃时，需要用15.4mT的磁感应强度。如图3提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一平面模型示意图所示，其中，左侧是一个断面为2mm*1mm的长方形磁钢，右边是左端点距磁钢0.5mm，长0.5mm的线段，该线段代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位。

如图4提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第一位置感知图所示，其代表图3中右侧线段所处区域的磁感应强度，选取图4中的两个点（163，15.4），（343，12.6），由于磁钢由永磁材料制成，可近似看做磁钢的磁力特性不随温度变化，那么在霍尔式接近开关中，若霍尔元件的温度特性如图2所示，那么在-55℃时，若磁钢为该霍尔元件提供12.6mT的磁场强度，在温度上升至125℃时，磁钢向右移动，使得该霍尔元件承受到15.4mT的磁场强度，那么该霍尔元件对于磁钢的位置感知，会得到磁钢位置没有发生变化的结果，然而实际上，通过图3可知，磁钢提供12.6mT磁场强度与提供15.4mT磁场强度，对应的位置差距为343-163=180（μm），在部分实际使用场景中，由温度变化引起的位置感知差异是不可接受的。

为了解决上述因温度变化引起的霍尔式接近开关位置感知差异的问题，通过获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据，获取方式可通过霍尔式接近开关中敏感元件的使用手册，确定其中记载的霍尔元件的温度特性数据，也可以通过对霍尔式接近开关中的霍尔元件进行实测，确定霍尔元件的温度特性数据，具体的方式由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

之后，根据霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭，通过温度补偿磁轭与霍尔式接近开关中磁钢构成辅助磁路，这就使得霍尔式接近开关中磁钢的输出磁通，一部分作用在霍尔式接近开关中的霍尔元件上，一部分通过辅助磁路作用在温度补偿磁轭上，实现了磁钢的输出磁通分流。当温度发生变化的场景下，位移装置会对温度补偿磁轭的位置进行移动，由于温度补偿磁轭的位置发生变化，会导致与温度补偿磁轭相关的辅助磁路的磁通量发生变化，那么又由于磁钢由永磁材料构成，其输出磁通不会随温度的变化而变化，这种情况下，作用在霍尔式接近开关中的霍尔元件上的磁通随之发生变化，实现了对霍尔元件状态转换对磁感应强度的额外需求的补足，从而提升霍尔元件的感知精度。

需要说明的是，可以通过一个预设的磁场强度检测模块，检测温度发生变化时，霍尔元件所处的磁场强度，之后将检测结果反馈至温度补偿模块进行数据处理，确定通过温度补偿磁轭的辅助磁路的磁通量变化量，通过磁通量变化量，确定温度补偿磁轭所需的位移数据，即温度补偿磁轭的位移方向与位移距离，之后位移装置通过位移数据，对温度补偿磁轭进行移动，移动方式可为通过电动机、滑轨、齿轮机构等装置实现，具体采用的方式由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。通过对温度补偿磁轭的位置移动，实现对辅助磁路的磁通量调整，进一步实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

然而，在部分实际使用场景中，如航空航天领域，磁场强度检测模块、温度补偿模块以及由电动机、滑轨、齿轮机构等装置组成的位移装置，其设备稳定性并不能满足实际使用需求；在这种情况下，应避免使用过多的电气部件，故此提出一种由物理器件组成的装置，以实现霍尔式接近开关温度漂移补偿。

进一步的，所述霍尔式接近开关中所述霍尔元件的侧面布置了凸形磁轭。该凸形磁轭由软磁材料制成，用以汇聚霍尔式接近开关中磁钢作用在霍尔元件上的磁场，以实现对磁钢的输出磁通的降低，使磁钢的选择更加灵活。

进一步的，确定所述温度补偿磁轭的温度特性数据；根据所述霍尔元件的温度特性数据，以及所述温度补偿磁轭的温度特性数据，确定所述位移装置的温度位移数据；根据所述温度位移数据，设置所述位移装置，并将所述温度补偿磁轭布置在设置后的所述位移装置上。

其中，所述位移装置为温度膨胀系数不同的至少两种材料构成的感温片；所述位移装置被布置在所述霍尔元件侧。需要说明的是，感温片的制成材料组成，并不限制材料种类、以及材料数量，具体的材料种类、数量选择由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

具体的，如图5提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构示意图所示，所述位移装置被布置在所述霍尔元件侧，其中，凸形磁轭被布置在霍尔元件的侧面，感温片采用双金属材料制成，温度补偿磁轭被布置在双金属感温片的一端，温度补偿磁轭由软磁材料制成，如电工纯铁等，具体的材料选择由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

基于此，如图6提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第一结构磁场示意图所示，磁钢的输出磁通，被分流成了辅助磁路和主磁路，辅助磁路通过温度补偿磁轭，主磁路通过霍尔元件。在低温状态下的，双金属感温片中金属保持原始姿态，而随着温度的上升，双金属感温片中金属发生热膨胀，由于热膨胀系数的不同，双金属感温片发生形变，在本实施例中，呈现的效果为向右移动，带动温度补偿磁轭一同向右移动，此时温度补偿磁轭与霍尔元件所处的凸形磁轭之间的工作气隙增大，使得辅助磁路的磁阻加大，进而使通过辅助磁路的磁通会减少，然而由于磁钢的输出磁通不会随温度变化产生太大变化，从而使主磁路上的磁通被迫提高，产生的效果是主磁路上磁感应强度升高。

需要说明的是，温度补偿磁轭的形状、数量、布置位置均不唯一，只要保障在不同的温度下，位移装置可以带动温度补偿磁轭发生位移，进一步的对通过辅助磁路的磁通进行调整，实现对主磁路，即作用在霍尔元件上的磁场强度进行调整，进而实现霍尔式接近开关的温度漂移补偿即可，具体的温度补偿磁轭的形状、数量、布置位置由实际使用场景决定，本实施例不进行限定。

具体的，如图7提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型示意图所示，其中，左侧是一个断面为2mm*1mm的长方形磁钢，右边是左端点距磁钢0.5mm，长0.5mm的线段，该线段代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位，此外该线段被凸形磁轭包围，此时环境温度为-55℃，温度补偿磁轭布置在线段上方未发生移动，凸形磁轭由电工纯铁制成，即软磁材料制成。图7中代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位的线段，其各个位置的磁感应强度如图8提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第二平面模型的磁场分布示意图所示。

而当温度到达125℃的情况下，此时的霍尔式接近开关可抽象的结构，如图9提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第三平面模型示意图所示，此时的温度补偿磁轭，相较于图7中的温度补偿磁轭，已经向右移动，那么此时图8中代表霍尔元件对磁场强度进行感应的各个点位的线段，其各个位置的磁感应强度如图10提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的第三平面模型的磁场分布示意图所示。

在图8所示曲线上可选取到点（343，12.6），而在图10所示曲线上可选取到点（343，15.4），也就是说，在-55℃时，霍尔元件在距离磁钢343μm的位置上，会承受12.6mT的磁感应强度，在125℃时，霍尔元件同样在距离磁钢343μm的位置上，会承受15.4mT的磁感应强度，这种情况下，根据图2中霍尔元件的温度特性曲线可知，此时霍尔元件对于位置的感知结果是相同的，那么此时霍尔元件与磁钢之间的相对位置，在实际上也是相同的就满足了霍尔式接近开关的温度漂移补偿。

综上，通过如上方式，即可判断位移装置对温度补偿磁轭的位移，是否满足实际的霍尔式接近开关的温度补偿需求，通过位移装置所需的位移量，以及备选的用于制作位移装置的材料的膨胀系数数据，确定位移装置的实际组成材料以及实际结构。

此外，还存在温度补偿磁轭是由硬磁材料制成，被固定在位移装置上，在温度升高的情况下，位移装置会带动温度补偿磁轭向霍尔元件方向靠近，使得通过霍尔元件的磁通增加，以实现对霍尔式接近开关的温度漂移补偿，然而硬磁材料的输出磁通随温度变化很小，且磁钢与温度补偿磁轭两个硬磁材料构成的磁场环境较为复杂，在实际使用场景中，通过移动硬磁材料制成的温度补偿磁轭，难以控制通过霍尔元件的磁通量，实际的可用性堪忧，故此其并非本实施例的最优实现方式。

进一步的，除了将温度补偿磁轭布置在霍尔元件侧外，还可以通过将所述位移装置被布置在所述磁钢侧。如图11提供的一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法的霍尔式接近开关第二结构示意图所示，在温度发生变化的场景下，双金属感温片会发生形变，进一步的带动温度补偿磁轭发生位置变化，工作气隙也会随之发生变化，在这种情况下，通过温度补偿磁轭的辅助磁路的磁通也会发生变化，由于磁钢由硬磁材料制成，其输出磁通随温度变化很小，那么作用在霍尔元件上的磁场强度也会随之变化，实现对霍尔式接近开关的温度漂移进行补偿。具体的位移装置的材料、形状等参数的确定过程，与上述的图5中的，位移装置被布置在霍尔元件侧的参数确定过程相同，本实施例不再赘述。

需要说明的是，构造的位移装置，在实际使用场景中，无需完全贴合霍尔元件的温度特性数据，只要保障位移装置带动温度补偿磁轭的位置发生变化，对霍尔元件因温度变化产生的位置感知偏差做到一定程度的降低，满足霍尔式接近开关实际的使用精度即可。

上述对本申请特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的 范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本申请的内容，可作很多的修改和变化。本申请选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种霍尔式接近开关温度漂移补偿方法，其特征在于，包括：

获取霍尔式接近开关中霍尔元件的温度特性数据；

根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭；

所述温度补偿磁轭与所述霍尔式接近开关中的磁钢之间生成辅助磁路；

当所述霍尔式接近开关所处环境温度发生变化的场景下，通过所述位移装置对所述温度补偿磁轭的位置进行移动，并根据移动后的所述辅助磁路，对所述霍尔元件进行温度漂移补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述霍尔元件的温度特性数据，在预设的位移装置上布置温度补偿磁轭，包括：

确定所述温度补偿磁轭的温度特性数据；

根据所述霍尔元件的温度特性数据，以及所述温度补偿磁轭的温度特性数据，确定所述位移装置的温度位移数据；

根据所述温度位移数据，设置所述位移装置，并将所述温度补偿磁轭布置在设置后的所述位移装置上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位移装置为温度膨胀系数不同的至少两种材料构成的感温片。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述霍尔式接近开关中所述霍尔元件的侧面布置了凸形磁轭。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述位移装置被布置在所述霍尔元件侧。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位移装置被布置在所述磁钢侧。