基于AMR效应的磁阻角度传感器的设计

摘要

传感器技术是信息产业三大支柱之一，同时也是所有信息的源泉，角度传感器是传感器中非常重要的一种。新材料、新原理角度传感器的开发与研究或现有角度传感器的性能改善和应用扩展是角度传感器继续发展的重要途径，也是该领域的研究热点。 本文通过分析角度传感器研究现状，根据磁阻角度传感器具备非接触式测量、可克服接触误差、同时属于绝对式测量、加电后可立即获取当前角度绝对位置的特点，在看好其应用前景的同时，也发现了其测量范围不足的缺陷，并试图扩大其测量范围，拓展其应用领域。 从磁阻传感元件自身考虑，一方面磁阻角度传感器的灵敏度与测量范围成反比，自身测量范围的扩大必然会导致灵敏度的降低，影响传感信号的信噪比，从而降低角度测量精确度：另一方面，其材料和原理等基础研究方面已趋于成熟，因此很难从这一方面解决该问题。比较有效可行的方法是对现有传感器的性能改善和应用扩展，即角度传感器的集成化和智能化。 本文在把握角度传感器集成化、智能化的发展趋势，了解智能传感器功能特点的基础上，基于Honeywell公司磁阻传感芯片HMC1512和双极性线性输出霍尔元件，设计出一种组合传感器。同时设计了传感信号调节电路，结合ADI公司高性能、高速度的集成数据采集处理芯片ADμC842，完成了磁阻角度传感器的集成化：利用ADμtC842的事件判断和信息处理功能，编写了磁阻角度传感器角度解算及测量范围扩展算法，实现了磁阻角度传感器的智能化，在不影响磁阻角度传感器灵敏度的前提下，研制出了一种全角测量范围的磁阻角度传感器。 实验结果表明该磁阻角度传感器测量范围可达0°～359．95°，精确度为0．8°。经误差分析及研究表明，其性能还可再度改善。与光栅和电容等现有非接触式角度传感器相比，该角度传感器具备低成本、小体积，耐污染，抗振动等特点，应用前景广阔。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1选题背景和意义

1.2角度传感器研究现状和发展动向

1.3课题研究内容

第二章磁阻角度传感器测量原理分析及结构设计

2.1霍尔效应

2.2饱和态磁阻效应

2.3系统磁阻角度测量原理概述和结构设计

2.3.1系统角度测量原理概述

2.3.2角度测量结构设计与实现

2.4小结

第三章磁阻角度传感器系统硬件设计与实现

3.1系统概述

3.2传感器输出信号

3.3传感器信号的调理

3.3.1电平调节

3.3.2滤波及阻抗匹配

3.4数据采集系统ADμC842

3.4.1模拟/数字转换

3.4.2 数字/模拟转换

3.4.3ADμC842与计算机串行接口电路设计

3.4.4ADμC842与液晶显示器件电路设计

3.4.5ADμC842未用管脚的处理

3.5系统电源方案

3.5.1稳压电源

3.5.2电源基准与传感器电源

3.5.3电源噪声的抑制和滤波

3.6硬件设计的其它问题

3.6.1系统中的电阻与热偶误差

3.6.2印刷电路板制版注意事项

3.7 小结

第四章磁阻角度传感器的软件编程与实现

4.1 ADMC842的片上编程资源和软件开发环境简介

4.2模块化程序设计分析简介

4.2.1系统主程序及其流程图

4.2.2系统初始化子程序

4.2.3看门狗子程序

4.2.4传感信号采集子程序

4.2.5采集信号的滤波预处理

4.2.6 Flash存储器读写子程序

4.2.7角度解算程序

4.2.8角度测量结果的液晶显示程序

4.2.9角度测量结果的模拟输出程序

4.3程序下载方法

4.4 小结

第五章磁阻角度传感器系统的软硬件联合调试

5.1系统硬件调试

5.2系统软硬件联合调试

5.2.1 RS232串口通讯电路及程序调试

5.2.2ADC和DAC电路及程序调试

5.3 小结

第六章磁阻角度传感器的实验结果与误差分析

6.1实验目的

6.2实验结果

6.3磁阻角度传感器误差分析

6.3.1磁阻芯片的磁场强度欠饱和误差分析

6.3.2传感器结构误差分析

6.3.3减小欠饱和误差和结构误差的措施

6.3.4角度反正切解算误差分析与改善措施

6.4 小结

第七章总结与展望

7.1本文总结

7.2展望

参考文献

在学期间发表的学术论文

致谢