專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速的傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁場(chǎng)傳感器領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種用于確定 對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速的傳感器系統(tǒng)、 一種確定單元、相應(yīng)的傳感器系統(tǒng) 的用途、以及一種用于確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速的方法。
背景技術(shù)：
磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)包括傳感器單元或傳感器元件和相應(yīng)的信號(hào)處 理單元。如圖1所示，展現(xiàn)磁阻效應(yīng)的傳感器元件包括以惠斯通結(jié)構(gòu) 而布置的電阻橋。
如圖2所示，電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度特性的關(guān)系曲線具有類(lèi)似S形的形 狀。如圖3所示，在磁化編碼器相對(duì)于傳感器發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的情況下， 該傳感器生成周期性的正弦曲線輸出信號(hào)，該信號(hào)具有在360。的范圍 內(nèi)的信號(hào)周期。然后將該輸出信號(hào)傳輸至比較器，該比較器在該傳感 器信號(hào)的每個(gè)過(guò)零處切換，從而在該傳感器系統(tǒng)的輸出處生成具有與 編碼的信號(hào)相同的信號(hào)頻率的數(shù)字化信號(hào)。因此，在傳感器系統(tǒng)的輸 出處的信號(hào)頻率(以及由此該系統(tǒng)的分辨率)等于在有源編碼器情況 下的磁極對(duì)的個(gè)數(shù)。
可能期望具有改進(jìn)的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供了一種用于確定對(duì)象的位置或 轉(zhuǎn)速的傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)包括第一傳感器單元和編碼器單元， 其中，該編碼器單元適用于生成編碼的磁場(chǎng)，該編碼的磁場(chǎng)具有第一 交變頻率，其中，該第一傳感器單元適用于測(cè)量編碼的磁場(chǎng)，并用于 基于所測(cè)量的編碼的磁場(chǎng)生成第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)具有高
于該第一頻率的第二頻率。
因此，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，該傳感器系統(tǒng)借助于傳感 器單元生成反映對(duì)象的轉(zhuǎn)速或位置(相對(duì)于該傳感器單元)的頻率輸 出。此外，該頻率輸出具有高于該編碼器單元(可以集成到該對(duì)象中) 的編碼頻率的頻率。
由于增大了輸出頻率，因此可以改進(jìn)位置判定或轉(zhuǎn)速判定的分辨率。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，第一傳感器單元包括巨磁電阻
器(GMR)。通過(guò)使用巨磁電阻傳感器(GMR傳感器)，可以提供響應(yīng)于 磁場(chǎng)的較大的電阻變化。這可以改進(jìn)傳感器系統(tǒng)的靈敏度。
然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，其它技術(shù)可以用于該傳感器單元，例如各 向異性磁電阻(AMR)或者固態(tài)磁場(chǎng)傳感器，諸如SQUID傳感器(超導(dǎo) 量子干擾檢測(cè)器)或自旋共振磁力儀。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，該傳感器系統(tǒng)還包括判定單 元，其中該判定單元適用于基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出信號(hào) 來(lái)生成判定輸出信號(hào)；并且其中該判定輸出信號(hào)表示對(duì)象的位置和轉(zhuǎn) 速中的至少一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，由該判定單元來(lái)進(jìn)一步處理來(lái)自 第一傳感器單元的輸出信號(hào)。例如，該判定單元可以適用于基于來(lái)自 傳感器單元的輸出信號(hào)而對(duì)判定輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。這可以提供可 以用于簡(jiǎn)單和安全的位置或轉(zhuǎn)速判定的輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，判定輸出信號(hào)具有等于或高于 第一傳感器單元輸出的第二頻率的第三頻率。
因此，該判定單元可以適用于改進(jìn)該傳感器單元輸出的分辨率。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，該傳感器系統(tǒng)還包括用于生成 第二輸出信號(hào)的第二傳感器單元，其中，該傳感器系統(tǒng)適用于基于第 一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)。該判定輸出信號(hào)具 有高于第二頻率的第四頻率，其中，該判定輸出信號(hào)表示對(duì)象的位置 和轉(zhuǎn)速中的至少一個(gè)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，可以提供多個(gè)傳感器單元，每個(gè)傳感器單元例如在不同的位置測(cè)量編碼的磁場(chǎng)。每個(gè)傳感器單元 生成各自的輸出信號(hào)。然后將所有的輸出信號(hào)傳輸至判定單元，該判 定單元基于傳感器單元所測(cè)量的信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)。這樣，該 判定輸出信號(hào)高精確性地反映了對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，第一傳感器單元具有v形傳感
器特性曲線和W形傳感器特性曲線之一。
這可以提供獨(dú)立于間距(pitch)的位置或轉(zhuǎn)速判定。因此，針對(duì)
具有不同的磁極寬度A的不同的磁化編碼器，可以僅使用一個(gè)磁場(chǎng)傳 感器。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，可以提供一種用于確定對(duì)象的 位置或轉(zhuǎn)速的傳感器，該傳感器包括判定單元和第一傳感器單元，其 中，該判定單元適用于基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出信號(hào)來(lái)生 成判定輸出信號(hào)，其中該判定信號(hào)表示對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一 個(gè)。第一傳感器單元適用于測(cè)量編碼的交變磁場(chǎng)以及基于所測(cè)量的編 碼的磁場(chǎng)來(lái)生成第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)具有高于編碼的磁場(chǎng) 的第一頻率的第二頻率。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，提供了一種用于確定對(duì)
象的位置或轉(zhuǎn)速的方法，該方法包括以下步驟由編碼器單元生成編 碼的磁場(chǎng)，該編碼的磁場(chǎng)具有第一頻率；由第一傳感器單元測(cè)量該編 碼的磁場(chǎng)；由第一傳感器單元基于所測(cè)量的編碼的磁場(chǎng)來(lái)生成第一輸
出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)具有高于該第一頻率的第二頻率。
因此，根據(jù)本發(fā)明的該示例性實(shí)施例，可以通過(guò)測(cè)量具有第一交 變頻率的編碼的磁場(chǎng)來(lái)確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速。檢測(cè)和處理編碼的磁 場(chǎng)中的變化，得到具有至少與該編碼的交變磁場(chǎng)的頻率相等的頻率的 輸出信號(hào)。
這可以在不增加磁場(chǎng)編碼的頻率的情況下提供分辨率的增強(qiáng)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，該方法還包括以下步驟 由判定單元基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出信號(hào)而生成判定輸出 信號(hào)，其中，該判定輸出信號(hào)表示對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一個(gè)， 并且其中該判定輸出信號(hào)具有等于或高于該第二頻率的第三頻率。
可以視為本發(fā)明的示例性實(shí)施例的要旨的是，提供了一種借助于 傳感器單元來(lái)生成反映對(duì)象的轉(zhuǎn)速或位置的頻率輸出的傳感器系統(tǒng)， 其中該頻率輸出具有高于對(duì)象的編碼頻率的頻率。因此，可以在不增 大編碼頻率的情況下，使位置或轉(zhuǎn)速判定的分辨率得到增強(qiáng)。
參照下文中所描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯 而易見(jiàn)和被闡明。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。


圖1示出了單個(gè)惠斯通電阻橋的示意性電路圖。
圖2示出了用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器元件的S形的磁場(chǎng)強(qiáng)度-橋輸出 特性曲線。
圖3示出了圖2的傳感器元件的輸出信號(hào)。
圖4示出了包括圖2的傳感器元件的傳感器系統(tǒng)的數(shù)字輸出信號(hào)。
圖5示出了磁場(chǎng)傳感器元件的V形特性曲線。
圖6示出了借助于根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的V形特性曲線的 信號(hào)頻率加倍。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有V形特性曲線的磁 場(chǎng)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理單元或判定單元的數(shù)字輸出信號(hào)。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的磁場(chǎng)傳感器元件的W 形特性曲線。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的W形特性曲線的信號(hào) 頻率倍增。
圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有W形特性曲線的 磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理單元的數(shù)字輸出信號(hào)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的基于比較器電路對(duì)線 性形狀的對(duì)象進(jìn)行位置判定的磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)編碼單元的旋轉(zhuǎn) 頻率的示例性測(cè)量建立。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于測(cè)量有源磁化的旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速的示例性應(yīng)用。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于測(cè)量無(wú)源編碼器的旋轉(zhuǎn)頻率的測(cè)量建立。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中的描述是示意性的。在不同的附圖中，為類(lèi)似的或相同的元件提供同樣的附圖標(biāo)記。
圖l示出了單個(gè)惠斯通電阻橋的示意性電路圖，包括四個(gè)電阻器 101、 102、 103、 104和相應(yīng)的電路105、 106。以惠斯通橋的形式布置電阻器元件可提供溫度補(bǔ)償和生成易于分析的差分信號(hào)。但是，即使 是單個(gè)電阻元件也可以用于測(cè)量磁場(chǎng)或磁場(chǎng)變化。
通過(guò)外部磁場(chǎng)H的影響可以改變電阻元件101-104的電阻率，并且所產(chǎn)生的全橋(VI)的輸出信號(hào)是該磁場(chǎng)H的函數(shù)。
圖2示出了圖1的這種傳感器元件的輸出信號(hào)特性曲線。R-H特性曲線示出了 S形的依賴(lài)性。橫軸201以單位kA/m描述磁場(chǎng)強(qiáng)度H， 縱軸202以單位mV/V描述橋輸出U。該橋布置的差分輸出電壓在負(fù) 磁場(chǎng)強(qiáng)度H的區(qū)域內(nèi)符號(hào)為負(fù)，而在正磁場(chǎng)強(qiáng)度H的區(qū)域內(nèi)符號(hào)為正。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，編碼器可以是有源編碼器或無(wú)源編碼器。有源(或磁化的)編碼器可以包括橫向交變磁化層，該橫向交 變磁化層包括北極和南極的交替序列，當(dāng)相對(duì)于磁場(chǎng)傳感器單元(在 傳感器單元的區(qū)域內(nèi))移動(dòng)時(shí)生成交變磁場(chǎng)。在磁化編碼器的情況下， 所述36(T的區(qū)域與磁化層的北-南-極對(duì)相對(duì)應(yīng)，從而與該極對(duì)的寬度 A (義=360°)相對(duì)應(yīng)。
例如，在圖11中描述了這種有源編碼器(附圖標(biāo)記1105)。
此外，可以使用如圖14所描述的無(wú)源編碼器(附圖標(biāo)記1401)。
這種無(wú)源或鐵磁編碼器可分別包括齒和間隙1402、 1403的交替 序列。在無(wú)源編碼器的情況下，必須使用工作磁體(working magnet) 1404，可以將其布置在傳感器單元1106、 1107的背面。
工作磁體所生成的磁場(chǎng)(在附圖中未描述)穿過(guò)磁場(chǎng)傳感器元件
1102的電阻器101-104。當(dāng)無(wú)源編碼器1401相對(duì)于磁傳感器1102移 動(dòng)時(shí)，齒1402或間隙1403的位置相對(duì)于傳感器元件1102而改變。因 此，磁場(chǎng)傳感器元件1106的電阻值1107相應(yīng)地改變并生成正弦曲線
輸出信號(hào)。
可以以用于測(cè)量線性移動(dòng)和線性距離的線性編碼器1105的形式、 或者以用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)頻率的編碼輪(encoded wheel) 1401的形式來(lái)實(shí) 現(xiàn)編碼器。但是，該測(cè)量的分辨率可能取決于敏感元件的特性和所使 用的電阻橋的數(shù)量。
為了測(cè)量旋轉(zhuǎn)頻率，磁北極和磁南極之間的分界面可以用于過(guò)零 檢測(cè)。例如，可以提供比較器電路用于信號(hào)處理，該比較器電路基于 模擬輸入信號(hào)生成數(shù)字信息，在系統(tǒng)輸出處提供該數(shù)字信息。然后電 子判定單元可以進(jìn)一步分析該數(shù)字信息。
這種轉(zhuǎn)速傳感器可以用于汽車(chē)應(yīng)用中具有ABS功能的制動(dòng)系統(tǒng)。
在己知數(shù)量的磁場(chǎng)北極和南極的幫助下，可以基于過(guò)零信號(hào)來(lái)確 定轉(zhuǎn)速。根據(jù)已知的方法，數(shù)字輸出信號(hào)的頻率等于編碼器的頻率。 換言之，在具有沿編碼輪的圓周布置的十個(gè)磁北極和十個(gè)磁南極的情 況下，編碼輪的完整旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了十個(gè)連續(xù)的正弦曲線。
圖3示出了圖2的傳感器元件的輸出信號(hào)。在磁化編碼器相對(duì)于 傳感器(具有S形的特性曲線)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的情況下，生成周期性 的正弦曲線輸出信號(hào)301，該信號(hào)具有在36(T的范圍上的信號(hào)周期。 可以將傳感器元件的輸出信號(hào)饋入比較器電路，該比較器電路可以在 傳感器輸出信號(hào)的過(guò)零期間切換，并且可以在系統(tǒng)輸出處生成與圖3 所描述的傳感器元件的正弦信號(hào)具有相同信號(hào)頻率的數(shù)字信號(hào)。在圖 4中描述了這種包括圖2的傳感器元件的傳感器系統(tǒng)的數(shù)字化信號(hào)(附 圖標(biāo)記401)。
因此，在有源編碼器的情況下，該信號(hào)頻率可以取決于磁極的數(shù)
在具有小尺寸的編碼器的情況下，由于該編碼器展現(xiàn)出有限的場(chǎng) 強(qiáng)，所以對(duì)位置或轉(zhuǎn)速的判定可能得到低質(zhì)量的結(jié)果。在離該編碼器相對(duì)較遠(yuǎn)的地方，這個(gè)有限的場(chǎng)強(qiáng)可能不足以用于準(zhǔn)確的測(cè)量。
因此，可能期望通過(guò)增強(qiáng)傳感器系統(tǒng)的頻率特性來(lái)提供改進(jìn)的分 辨率。
為了改進(jìn)對(duì)相對(duì)于傳感器移動(dòng)的編碼器的位置或轉(zhuǎn)速測(cè)量的分
辨率，可能需要增大信號(hào)頻率。對(duì)于具有s形的特性曲線的傳感器，
該信號(hào)頻率可能與編碼器的磁極個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)，即，信號(hào)周期與極對(duì)寬
度或36(T相對(duì)應(yīng)。
為了實(shí)現(xiàn)頻率倍增，需要改變磁場(chǎng)傳感器的傳感器特性曲線。例 如，這可以通過(guò)V形或W形的特性曲線來(lái)提供。由于不同磁場(chǎng)傳感 器的多種特性，可以在360。的范圍上生成兩個(gè)或更多的信號(hào)周期。
圖5示出了磁場(chǎng)傳感器元件(例如GMR傳感器元件)的V形特 性曲線。橫軸501以單位kA/m描述了磁場(chǎng)強(qiáng)度H，縱軸502以單位 mV/V表示了橋輸出U。ut。由圖5可見(jiàn)，GMR惠斯通橋輸出503是V 形的?？梢詫鞲衅鲉卧幕菟雇蜉敵鰝鬏斨劣糜谛盘?hào)分析或信號(hào) 處理的判定單元。由圖5可見(jiàn)，傳感器元件的差分信號(hào)基本上總具有 相同的絕對(duì)值，與磁場(chǎng)的方向無(wú)關(guān)。因此，關(guān)于輸出電壓的特性曲線 503是渴望的(ambitious)。
圖6示出了如果正弦曲線磁場(chǎng)激勵(lì)傳感器單元，如何通過(guò)傳感器 單元的V形特性曲線實(shí)現(xiàn)頻率加倍。圖6c示出了輸入信號(hào)，即正弦 曲線磁場(chǎng)。圖6c的橫軸表示磁場(chǎng)強(qiáng)度，圖6c的縱軸表示例如旋轉(zhuǎn)角 度、時(shí)間或位置。
圖6a示出了傳感器單元的V形特性曲線。同樣，橫軸表示磁場(chǎng) 強(qiáng)度，縱軸表示傳感器輸出。
圖6b示出了如果測(cè)量信號(hào)6c該傳感器單元的輸出信號(hào)。這里， 橫軸表示圖6c的縱軸(角度、時(shí)間或位置)，而縱軸表示傳感器輸出。 由圖6b可見(jiàn)，該傳感器輸出的頻率是圖6c中所示的輸入信號(hào)的頻率 的兩倍。
如圖7所示，磁場(chǎng)傳感器系統(tǒng)的判定單元可以進(jìn)一步將圖6b中 所示的輸出信號(hào)進(jìn)一步處理為數(shù)字化輸出信號(hào)。由圖7可見(jiàn)，現(xiàn)在數(shù) 字化輸出信號(hào)701的頻率是圖4的數(shù)字化輸出信號(hào)的頻率的兩倍。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的磁場(chǎng)傳感器元件的W 形特性曲線。該W形特性曲線可以用于頻率倍增(根據(jù)對(duì)圖5所描述 的V形特性曲線的用途)。由圖8可見(jiàn)，其中橫軸801以單位kA/m表 示磁場(chǎng)強(qiáng)度H，縱軸802以單位mV/V表示橋輸出U。ut (軸801范圍 是-8-8kA/m，軸802范圍是-2-12mV/V)。輸出信號(hào)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增 大而增大803，然后隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的進(jìn)一步增大而減小804。圖8所描 述的關(guān)于輸出電壓的特性的不定性(ambiguity)是下文的頻率倍增的 ^石出。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的基于W形特性曲線的 信號(hào)頻率倍增。圖9c示出了作為輸入信號(hào)的正弦曲線磁場(chǎng)的依賴(lài)性， 其中橫軸表示磁場(chǎng)強(qiáng)度H，縱軸表示(傳感器關(guān)于編碼器的)旋轉(zhuǎn)角 度、時(shí)間或位置之一。
圖9a示出了傳感器單元的W形特性曲線(如圖8所示)。
圖9b示出了測(cè)量圖9c的信號(hào)的傳感器單元的輸出信號(hào)。由圖9b 可見(jiàn)，其中橫軸表示角度、時(shí)間或位置，縱軸表示傳感器輸出信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)頻率的四倍增(關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)傳感器系統(tǒng))。如橫線901所示，可以通 過(guò)調(diào)整后續(xù)信號(hào)處理步驟的觸發(fā)點(diǎn)或切換點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)該頻率倍增。這意 味著，在一個(gè)磁極對(duì)的范圍(360°)上存在四個(gè)信號(hào)周期。
因此，在沒(méi)有額外的電子設(shè)備支出(electronic expenditure)的情 況下，可能通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的傳感器單元(例如 GMR傳感器單元)來(lái)提供輸出信號(hào)的倍增。
在圖10中通過(guò)信號(hào)1001描述了對(duì)圖9b的傳感器單元輸出信號(hào) 的信號(hào)處理所生成的數(shù)字輸出信號(hào)的頻率倍增。
此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可以將多個(gè)傳感器元件用于 所測(cè)量的信號(hào)的頻率增大或頻率倍增。例如，諸如圖11的傳感器單元 1106的第一傳感器單元可以位于GMR傳感器系統(tǒng)1101中的第一位 置，諸如圖11的傳感器單元1107的第二傳感器單元可以位于GMR 傳感器系統(tǒng)1101中的第二位置。
每個(gè)傳感器單元1106、 1107輸出反映在編碼器1105和傳感器 1102的相對(duì)移動(dòng)期間的磁場(chǎng)變化的相應(yīng)的輸出信號(hào)。然后這兩個(gè)輸出
信號(hào)由放大器1103進(jìn)行放大并由比較器1104進(jìn)行處理，向該比較器 1104提供參考電壓Vref。然后通過(guò)信號(hào)輸出1160提供判定輸出信號(hào) V。ut作為信號(hào)1108。該判定輸出信號(hào)1108表示對(duì)象或編碼器1105的 位置和轉(zhuǎn)速中的至少一個(gè)。在圖11的情況下，編碼器1105是線性形 狀的對(duì)象，其位置由傳感器系統(tǒng)1102來(lái)測(cè)量。
通過(guò)使用多個(gè)單個(gè)傳感器單元1106、 1107可以提供信號(hào)頻率的 進(jìn)一步增大。
此外，通過(guò)由比較器或另外的電子設(shè)備1104所實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理 技術(shù)，可以提供信號(hào)輸出頻率的進(jìn)一步增大。
應(yīng)當(dāng)指出的是，可以使用展現(xiàn)出與V形或W形的傳輸特性曲線 不同的傳輸特性曲線的其它傳感器單元。
圖12示出了用于測(cè)量包括編碼單元1105的旋轉(zhuǎn)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)頻率 的測(cè)量建立。例如，通過(guò)交變磁化區(qū)域1201、 1202對(duì)該編碼單元1105 進(jìn)行磁編碼。這可以通過(guò)磁場(chǎng)線1203來(lái)表征。在編碼單元1105的外 圓周上執(zhí)行由傳感器系統(tǒng)1101所執(zhí)行的測(cè)量。
圖13中示出了用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的另一個(gè)示例性測(cè)量建立。這里， 磁傳感器系統(tǒng)1101在編碼器1105的正面執(zhí)行磁場(chǎng)測(cè)量。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量無(wú)源鐵磁編碼器1401的外圓 周的旋轉(zhuǎn)頻率的測(cè)量建立的另一示例性實(shí)施例。如上文所述，編碼器 1401包括多個(gè)齒1402和間隙1403。 GMR傳感器系統(tǒng)1101包括布置 在傳感器單元1106、 1107背面的工作磁體1404。
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性方法的示例性實(shí)施例的流程圖。 該方法在步驟1通過(guò)生成具有第一頻率的編碼的磁場(chǎng)而開(kāi)始?？梢杂?耦合到待跟蹤的對(duì)象或形成待跟蹤的對(duì)象的一部分的編碼器單元來(lái)生 成這個(gè)編碼的磁場(chǎng)。在第二步驟中，當(dāng)該對(duì)象(以及該編碼器單元) 相對(duì)于該傳感器單元移動(dòng)時(shí)，例如旋轉(zhuǎn)移動(dòng)或直線移動(dòng)或任何其它移 動(dòng)，由第一傳感器單元來(lái)測(cè)量該編碼的磁場(chǎng)，并且可以由第二傳感器 單元來(lái)測(cè)量該編碼的磁場(chǎng)(然而，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第二 傳感器單元不是必需的)。
在傳感器單元測(cè)量了相應(yīng)的磁場(chǎng)變化之后，生成與該磁場(chǎng)變化相對(duì)應(yīng)的第一和第二輸出信號(hào)。(由于編碼器相對(duì)于傳感器的移動(dòng))這兩 個(gè)輸出信號(hào)的頻率均高于磁場(chǎng)變化的頻率。
在第四步驟中，由判定單元生成判定輸出信號(hào)，該判定單元可以 是比較器或某些其它的分析或處理單元，而且例如可以以集成電路或 其它電子元件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。所生成的判定輸出信號(hào)的頻率高于由于 編碼器的旋轉(zhuǎn)或其它移動(dòng)而引起的磁場(chǎng)變化的頻率。因此，位置或旋 轉(zhuǎn)頻率測(cè)量的分辨率得以改進(jìn)。
磁場(chǎng)傳感器的這種頻率增大特性提供了借助于較小的磁化編碼 器把磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用于轉(zhuǎn)速測(cè)量和位置判定。可以使用用于位置和轉(zhuǎn) 速判定的不同的編碼器實(shí)施例以及相應(yīng)的電子信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)圖 11-14中描述的示例性實(shí)施例。
在諸如針對(duì)輪軸軸承的汽車(chē)應(yīng)用的應(yīng)用中，可能需要減小編碼器 的尺寸。
在減少編碼器的尺寸時(shí)，可能相應(yīng)地減少了有效磁場(chǎng)強(qiáng)度H。因
此，例如必須減少傳感器與編碼器之間的距離，以提供恒定的分辨率。 如果這種減少是不可能的，則降低了測(cè)量的分辨率。為了改進(jìn)分辨率， 可以使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的頻率增大方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在傳感器單元中提供頻率增大，而不必 使用附加的電子組件或機(jī)械組件。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例來(lái)增大測(cè)量的信號(hào)的輸出頻率， 在使用插值法的情況下可以簡(jiǎn)化用于分析測(cè)量信號(hào)的電子分析電路。
例如，如果將正弦曲線傳感器輸出信號(hào)傳輸至使用256或8比特的因 子進(jìn)行插值的插值器，可以通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的頻率加倍將該因子減少 到128。插值因子的減少可以導(dǎo)致顯著的成本降低和電子組件所需空 間的減少。
此外，由于輸出頻率的增大可以導(dǎo)致電子組件的減少，從而導(dǎo)致 分析和處理電路的簡(jiǎn)化，因此可以增加傳感器系統(tǒng)的可靠性。這可能 是汽車(chē)業(yè)所特別關(guān)注的。
應(yīng)當(dāng)指出的是，術(shù)語(yǔ)"包括"并非排除其它元件或步驟，"一" 或"一個(gè)"并非排除多個(gè)，單個(gè)處理器或系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求所述
的數(shù)個(gè)裝置或單元的功能。也可以對(duì)參照不同的實(shí)施例所描述的元件 進(jìn)行組合。
還應(yīng)當(dāng)指出的是，權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制 了權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于判定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速的傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括第一傳感器單元；編碼器單元；其中，所述編碼器單元適用于生成編碼的磁場(chǎng)，所述編碼的磁場(chǎng)具有第一交變頻率；其中，所述第一傳感器單元適用于測(cè)量所述編碼的磁場(chǎng)以及基于所測(cè)量的編碼的磁場(chǎng)來(lái)生成第一輸出信號(hào)，所述第一輸出信號(hào)具有高于所述第一頻率的第二頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)， 其中，所述第一傳感器單元包括巨磁電阻器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)， 還包括判定單元；其中，所述判定單元適用于基于來(lái)自所述第一傳感器單元的所述 第一輸出信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)；以及其中，所述判定輸出信號(hào)表示所述對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一個(gè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器系統(tǒng)，其中，所述判定輸出信號(hào)具有等于或高于所述第二頻率的第三頻率。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器系統(tǒng)，還包括用于生成第二輸 出信號(hào)的第二傳感器單元；其中，所述傳感器系統(tǒng)適用于基于所述第一輸出信號(hào)和所述第二 輸出信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)；其中，所述判定輸出信號(hào)具有高于所述第二頻率的第四頻率； 其中，所述判定輸出信號(hào)表示所述對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)，其中，所述第一傳感器單元具有V形傳感器特性曲線和W形傳 感器特性曲線之一。
7、 一種用于確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速的傳感器；所述傳感器包括 判定單元和第一傳感器單元；其中，所述判定單元適用于基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出 信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)；以及其中，所述判定輸出信號(hào)表示所述對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一個(gè).其中，所述第一傳感器單元適用于測(cè)量編碼的交變磁場(chǎng)以及基于 所測(cè)量的編碼的磁場(chǎng)來(lái)生成第一輸出信號(hào)，所述第一輸出信號(hào)具有高 于所述編碼的磁場(chǎng)的第一頻率的第二頻率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中，所述判定輸出信號(hào)具有等于或高于所述第二頻率的第三頻率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器， 還包括用于生成第二輸出信號(hào)的第二傳感器單元；其中，所述判定單元適用于基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出 信號(hào)以及來(lái)自第二傳感器單元的第二輸出信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)； 其中，所述判定輸出信號(hào)具有高于所述第二頻率的第四頻率； 其中，所述判定輸出信號(hào)表示所述對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一個(gè)o
10、 權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)用于確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速 的用途。
11、 一種用于確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速的方法，所述方法包括以下步驟由編碼器單元生成編碼的磁場(chǎng)，所述編碼的磁場(chǎng)具有第一交變頻率；由第一傳感器單元測(cè)量所述編碼的磁場(chǎng)；由所述第一傳感器單元基于所測(cè)量的編碼的磁場(chǎng)來(lái)生成第一輸出信號(hào)，所述第一輸出信號(hào)具有高于所述第一頻率的第二頻率。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟 由判定單元基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)；其中，所述判定輸出信號(hào)表示所述對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一 個(gè)，以及其中，所述判定輸出信號(hào)具有等于或高于所述第二頻率的第三頻率。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟 由所述傳感器系統(tǒng)基于來(lái)自第一傳感器單元的第一輸出信號(hào)以及來(lái)自第二傳感器單元的第二輸出信號(hào)來(lái)生成判定輸出信號(hào)；其中，所述判定輸出信號(hào)具有高于所述第二頻率的第四頻率； 其中，所述判定輸出信號(hào)表示所述對(duì)象的位置和轉(zhuǎn)速中的至少一水
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁場(chǎng)傳感器，可以用于確定對(duì)象的位置或轉(zhuǎn)速。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種傳感器系統(tǒng)，包括生成反映對(duì)象的轉(zhuǎn)速或位置的頻率輸出的傳感器單元，其中所述頻率輸出具有比所述對(duì)象的編碼頻率更高的頻率。這可以提供改進(jìn)的分辨率。固有的傳感器特性導(dǎo)致了具有編碼的磁場(chǎng)的頻率的兩倍或四倍的頻率的信號(hào)。該傳感器可以是巨磁電阻(GMR)傳感器。
文檔編號(hào)G01P3/48GK101198873SQ200680021720
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者米夏埃爾·欣茨, 貢納爾·舒爾茨梅沃斯 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司