本發(fā)明涉及傳感器故障檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法、裝置及轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、磁懸浮泵是一種通過(guò)磁懸浮技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無(wú)接觸懸浮的泵裝置，具有高效率、低噪音和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域。其核心部件為無(wú)軸承電機(jī)，通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置和角度的精確控制。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定控制，準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)子角度至關(guān)重要。傳統(tǒng)角度測(cè)量方法包括光電編碼器、磁電感應(yīng)器等，但這些方法存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝調(diào)試難度大等問(wèn)題。

2、考慮采用線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法可以有效解決上述問(wèn)題。然而實(shí)際使用中，當(dāng)遇到線性霍爾傳感器損壞時(shí)，可能導(dǎo)致角度測(cè)量錯(cuò)誤，從而影響磁懸浮泵的穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明人針對(duì)上述問(wèn)題及技術(shù)需求，提出了一種線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法、裝置及轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法，能夠簡(jiǎn)化角度測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本，并在線性霍爾傳感器發(fā)生故障時(shí)及時(shí)識(shí)別。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法，至少有四個(gè)線性霍爾傳感器分別布置在轉(zhuǎn)子周?chē)扛?0°電角度位置，用于測(cè)量磁懸浮泵腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子角度；

3、對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，其故障檢測(cè)方法包括如下步驟：

4、在磁懸浮泵工作過(guò)程中，獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，一段周期是指轉(zhuǎn)子至少轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)長(zhǎng)；

5、若差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值均超出設(shè)定正常范圍，則該對(duì)線性霍爾傳感器發(fā)生故障。

6、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，其故障檢測(cè)方法還包括：

7、在磁懸浮泵投入工作前，通過(guò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行來(lái)獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，一段周期是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)長(zhǎng)；

8、若差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值均超出設(shè)定正常范圍，則該對(duì)線性霍爾傳感器發(fā)生故障。

9、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，包括：

10、確定兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的最大值vmax和最小值vmin；

11、根據(jù)差分電壓信號(hào)的最大值vmax和最小值vmin計(jì)算得到一段周期內(nèi)差分電壓信號(hào)的電壓中值m和電壓變化幅值a，分別表示為：

12、m＝(vmax+vmin)/2，a＝(vmax-vmin)/2。

13、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，通過(guò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行來(lái)獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，包括：

14、對(duì)磁懸浮泵電機(jī)給定一個(gè)固定的d軸電流，并將轉(zhuǎn)子拉到0°電角度位置，然后每隔固定時(shí)間間隔將電角度加1直至加到360°，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈；

15、確定兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在這一圈內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的最大值vmax和最小值vmin；

16、根據(jù)差分電壓信號(hào)的最大值vmax和最小值vmin計(jì)算得到一段周期內(nèi)差分電壓信號(hào)的電壓中值m和電壓變化幅值a，分別表示為：

17、m＝(vmax+vmin)/2，a＝(vmax-vmin)/2。

18、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，其故障檢測(cè)方法還包括：

19、若兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)始終為固定值，則該對(duì)線性霍爾傳感器均發(fā)生故障。

20、第二方面，本申請(qǐng)還提供了一種線性霍爾傳感器故障檢測(cè)裝置，至少有四個(gè)線性霍爾傳感器分別布置在轉(zhuǎn)子周?chē)扛?0°電角度位置，用于測(cè)量磁懸浮泵腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子角度；該裝置包括：

21、第一計(jì)算模塊，用于在磁懸浮泵工作過(guò)程中，分別獲取兩對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，一段周期是指轉(zhuǎn)子至少轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)長(zhǎng)；

22、故障判定模塊，對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，用于在其輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值均超出設(shè)定正常范圍時(shí)，判定該對(duì)線性霍爾傳感器發(fā)生故障。

23、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，該裝置還包括：

24、第二計(jì)算模塊，用于在磁懸浮泵投入工作前，通過(guò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行來(lái)分別獲取兩對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，一段周期是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)長(zhǎng)。

25、第三方面，本申請(qǐng)還提供了一種基于線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法，包括如下步驟：

26、至少有四個(gè)線性霍爾傳感器分別布置在磁懸浮泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子周?chē)扛?0°電角度位置，線性霍爾傳感器用于輸出隨轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的模擬量電壓信號(hào)；

27、mcu采樣每一對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器輸出的差分電壓信號(hào)，并將兩路差分電壓信號(hào)采樣值進(jìn)行反正切運(yùn)算得到轉(zhuǎn)子的角度信息；

28、在磁懸浮泵工作過(guò)程中或投入工作前，監(jiān)測(cè)每一對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器是否發(fā)生故障，以確保計(jì)算得到的轉(zhuǎn)子角度信息的準(zhǔn)確性。

29、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，mcu采樣每一對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器輸出的差分電壓信號(hào)，包括：

30、每一對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器輸出的模擬量電壓信號(hào)進(jìn)入相應(yīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行差分和放大處理后，得到該對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器輸出的差分電壓信號(hào)，再輸出到mcu的ad采樣端口進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。

31、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，在信號(hào)處理電路中：

32、在運(yùn)算放大器的同相輸入端處增加中點(diǎn)電位信號(hào)，中點(diǎn)電位信號(hào)為線性霍爾傳感器供電電壓vcc的一半，則該對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器輸出的差分電壓計(jì)算公式為：

33、vout＝0.5*(vh1-vh3)+vcc/2；

34、式中，vh1、vh3為兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器分別輸出的模擬量電壓信號(hào)。

35、本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

36、本申請(qǐng)?zhí)岢龅霓D(zhuǎn)子角度測(cè)量方法通過(guò)對(duì)線性霍爾傳感器輸出信號(hào)的差分處理，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉且精度高的角度測(cè)量方案。所提出的故障檢測(cè)方法能夠在線性霍爾傳感器發(fā)生故障時(shí)及時(shí)識(shí)別并報(bào)警停機(jī)，防止磁懸浮泵一直碰壁運(yùn)行。對(duì)于檢測(cè)霍爾故障的情況又分為磁懸浮泵運(yùn)行中損壞和運(yùn)行前損壞，運(yùn)行中損壞可以用上述故障檢測(cè)方法來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)；對(duì)于運(yùn)行前損壞，提出了在磁懸浮泵投入工作前通過(guò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式來(lái)檢測(cè)線性霍爾傳感器是否出現(xiàn)故障，增強(qiáng)了磁懸浮泵的可靠性和魯棒性。

技術(shù)特征：

1.一種線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法，其特征在于，至少有四個(gè)線性霍爾傳感器分別布置在轉(zhuǎn)子周?chē)扛?0°電角度位置，用于測(cè)量磁懸浮泵腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子角度；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，其故障檢測(cè)方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法，其特征在于，所述獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法，其特征在于，所述通過(guò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行來(lái)獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，其故障檢測(cè)方法還包括：

6.一種線性霍爾傳感器故障檢測(cè)裝置，其特征在于，至少有四個(gè)線性霍爾傳感器分別布置在轉(zhuǎn)子周?chē)扛?0°電角度位置，用于測(cè)量磁懸浮泵腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子角度；所述裝置包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的線性霍爾傳感器故障檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置還包括：

8.一種基于線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法，其特征在于，所述mcu采樣每一對(duì)相對(duì)線性霍爾傳感器輸出的差分電壓信號(hào)，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于線性霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法，其特征在于，在所述信號(hào)處理電路中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種線性霍爾傳感器故障檢測(cè)方法、裝置及轉(zhuǎn)子角度測(cè)量方法，涉及傳感器故障檢測(cè)領(lǐng)域，至少有四個(gè)線性霍爾傳感器分別布置在轉(zhuǎn)子周?chē)扛?0°電角度位置，用于測(cè)量磁懸浮泵腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子角度；對(duì)于每一對(duì)相對(duì)的線性霍爾傳感器，其故障檢測(cè)方法包括：在磁懸浮泵工作過(guò)程中，獲取兩個(gè)相對(duì)線性霍爾傳感器在一段周期內(nèi)輸出的差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值，一段周期是指轉(zhuǎn)子至少轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)長(zhǎng)；若差分電壓信號(hào)的電壓中值和電壓變化幅值均超出設(shè)定正常范圍，則該對(duì)線性霍爾傳感器發(fā)生故障。該方法能夠在線性霍爾傳感器發(fā)生故障時(shí)及時(shí)識(shí)別并報(bào)警停機(jī)，防止磁懸浮泵一直碰壁運(yùn)行。

技術(shù)研發(fā)人員：林盈杰,陸鵬曉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：盛奕半導(dǎo)體科技（無(wú)錫）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2