使用通量調(diào)制和角度感測(cè)的位置測(cè)量的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了用于確定可移動(dòng)元件的位置的系統(tǒng)和方法。一個(gè)系統(tǒng)包括變化的磁通量的可控源。在特別的實(shí)施例中，使用第一通量集中器和第二通量集中器引導(dǎo)磁通量穿過磁傳感器。傳感器產(chǎn)生傳感器信號(hào)，傳感器信號(hào)被提供給被設(shè)計(jì)成對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的電路。解調(diào)信號(hào)被提供給控制器?？刂破鲗?duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并計(jì)算第二通量集中器相對(duì)于第一通量集中器的位置?？刂破骺梢曰谒?jì)算的第二通量集中器的位置來采取預(yù)定的行動(dòng)。
【專利說明】使用通量調(diào)制和角度感測(cè)的位置測(cè)量
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用磁傳感器確定可移動(dòng)元件的位置。
【背景技術(shù)】
[0002]與其它類型的感測(cè)相比，磁感測(cè)具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，磁傳感器通常不受臟環(huán)境(即骯臟的、大部分是液體的環(huán)境或有多種電磁干擾源的環(huán)境)的影響且相對(duì)簡(jiǎn)單(尤其是當(dāng)使用市場(chǎng)上可買到的傳感集成電路時(shí)，例如霍爾傳感器和磁阻式傳感器)。盡管有某些優(yōu)點(diǎn)，然而在一些應(yīng)用中，噪音(通常來自外部磁場(chǎng)、不是源自位置測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部)對(duì)傳感器感測(cè)到的磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，傳感器測(cè)量是不準(zhǔn)確的。預(yù)防或降低噪音的影響通常包括在傳感器中使用強(qiáng)磁體、提供磁屏蔽和將聚磁器(magnetic concentrator)置于傳感器附近。
[0003]磁傳感器不準(zhǔn)確的另一個(gè)來源是由傳感器絕對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變引起的。此改變的一個(gè)原因是磁路中的通量變化，這可以由溫度的變化引起。此改變的另一個(gè)原因是在相關(guān)磁路中與位置測(cè)量不相關(guān)聯(lián)的改變(即，磁路器件之間的間隙被改變)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于使用磁傳感器確定可移動(dòng)元件位置的系統(tǒng)和方法，旨在減少或克服許多已注意到的問題。本發(fā)明的實(shí)施例使用通量調(diào)制和同步解調(diào)的結(jié)合，以減少或消除外部磁場(chǎng)噪音源對(duì)傳感器的影響。此外，本發(fā)明的實(shí)施例使用多維(即X和Y分量)通量測(cè)量來確定位置。本發(fā)明的實(shí)施例還實(shí)現(xiàn)了相對(duì)高的信噪比，這提高了低強(qiáng)度磁場(chǎng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0005]不采用磁場(chǎng)強(qiáng)度作為主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明的實(shí)施例使用一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)角度來確定位置。由于測(cè)量在很大程度上不受傳感器處的絕對(duì)場(chǎng)強(qiáng)改變的影響，所以，使用磁場(chǎng)角度來確定位置產(chǎn)生了更準(zhǔn)確的測(cè)量。特別地，磁場(chǎng)的角度不取決于傳感器處的絕對(duì)場(chǎng)強(qiáng)。
[0006]在一個(gè)特別的實(shí)施例中，本發(fā)明采用用于確定可移動(dòng)元件的位置的系統(tǒng)的形式。所述系統(tǒng)包括變化的磁通量的可控源。變化的磁通量具有頻率。所述系統(tǒng)還包括磁路和被配置成輸出傳感器信號(hào)的磁傳感器。磁傳感器被置于磁路中，使得改變的磁通量穿過磁傳感器。當(dāng)可移動(dòng)元件的位置發(fā)生變化時(shí)，通量穿過磁傳感器的角度發(fā)生變化。處理器被配置成處理傳感器信號(hào)，使得傳感器信號(hào)的頻率分量被選擇性地濾波。處理器可以包括同步解調(diào)電路或數(shù)字濾波器。磁傳感器被配置成測(cè)量通量穿過磁傳感器的角度，且通量角度是可移動(dòng)元件位置的指示器。
[0007]所述系統(tǒng)還可以包括引導(dǎo)磁通量的第一磁通量集中器和相對(duì)于第一磁通量集中器可移動(dòng)的第二磁通量集中器。變化的磁通量的一些在第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之間耦合。
[0008]本發(fā)明另一個(gè)特別的實(shí)施例提供用于確定可移動(dòng)元件的位置的方法。所述方法包括如下步驟:對(duì)變化的磁通量的源進(jìn)行控制，用被置于磁路中的至少一個(gè)磁傳感器測(cè)量磁通量的至少一個(gè)方向的分量，使得變化的磁通量穿過磁傳感器。當(dāng)可移動(dòng)元件的位置改變時(shí)，通量穿過磁傳感器的角度改變。所述方法還包括處理來自磁傳感器的傳感器信號(hào)，使得傳感器信號(hào)的頻率分量被選擇性地濾波。
[0009]所述方法還可以包括:引導(dǎo)磁通量穿過第一通量集中器，將第一磁通量集中器磁性耦合到第二磁通量集中器，將磁傳感器置于第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之間，以及用磁傳感器測(cè)量磁通量至少一個(gè)方向的分量。
[0010]本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例提供用于確定可移動(dòng)元件的位置的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括磁路和電路。磁路包括已調(diào)制磁通量的可控源、第一磁通量集中器、第二磁通量集中器和至少一個(gè)磁傳感器。第一磁通量集中器接收磁通量。第二磁通量集中器相對(duì)于第一磁通量集中器是可移動(dòng)的，并接收來自第一磁通量集中器的磁通量。磁傳感器被置于第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之間并被配置成測(cè)量磁通量的至少一個(gè)方向的分量。電路包括混合器、濾波器和控制器?；旌掀鲗⒋磐康闹辽僖粋€(gè)方向的分量和一混合信號(hào)進(jìn)行混合，并輸出已混合信號(hào)。濾波器對(duì)已混合信號(hào)進(jìn)行濾波并產(chǎn)生解調(diào)信號(hào)?？刂破骰诮庹{(diào)信號(hào)確定第二磁通量集中器的位置。
[0011]通過考慮詳細(xì)的描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得明白易懂。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1A示意性地示出了用于確定可移動(dòng)元件位置的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于第
一位置。
[0013]圖1B示意性地示出了圖1A的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于第二位置。
[0014]圖2A是圖1A的可移動(dòng)元件處于第三位置的截面圖。
[0015]圖2B示意性地示出了從X-Y平面視角觀察的圖1A的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于圖2A的第三位置。
[0016]圖2C示意性地示出了從Y-Z平面視角觀察的圖1A的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于圖2A的第三位置。
[0017]圖3A是圖1A的可移動(dòng)元件處于第四位置的截面圖。
[0018]圖3B示意性地示出了從X-Y平面視角觀察的圖1A的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于圖3A的第四位置。
[0019]圖3C示意性地示出了從Y-Z平面視角觀察的圖1A的系統(tǒng)，其中第二磁通量集中器(magnetic flux concentrator)處于圖 3A 的第四位置。
[0020]圖4A是圖1A的可移動(dòng)元件處于第五位置的側(cè)視圖。
[0021]圖4B示意性地示出了從X-Y平面視角觀察的圖1A的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于圖4A的第五位置。
[0022]圖4C示意性地示出了從Y-Z平面視角觀察的圖1A的系統(tǒng)，其中可移動(dòng)元件處于圖4A的第五位置。
[0023]圖5示意性地示出了圖1A的系統(tǒng)的可選擇實(shí)施例，包括附加的電路元件。
[0024]圖6示意性地示出了圖1A的系統(tǒng)的可選擇實(shí)施例，其中附加的電路元件位于傳感器內(nèi)部。
[0025]圖7示意性地示出了圖1A的系統(tǒng)的可選擇實(shí)施例，使用線圈作為磁通發(fā)生器。【具體實(shí)施方式】
[0026]在對(duì)本發(fā)明的任何實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于下文的描述中陳述的或附圖中示出的元件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能涵蓋其它實(shí)施例，且可以以不同的方式被實(shí)施或被執(zhí)行。
[0027]圖1A示意性地示出了用于確定可移動(dòng)元件位置的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括磁路101,磁路101具有變化的磁通量(varying magnetic flux)的可控源102。在一些實(shí)施例中，源102包括磁體105和通量調(diào)制器(flux modulator)110o磁體105和通量調(diào)制器110向磁路101提供受控制的變化的磁通量。通量調(diào)制器110允許磁路101的磁阻被改變。通量調(diào)制器110由控制器112控制，并且為了表示調(diào)制器可以被看成是以類似于開關(guān)如何操作的方式進(jìn)行操作，通量調(diào)制器110在圖中被示為開關(guān)。例如，至少在一些實(shí)施例中，通量調(diào)制器110可以按照類似于開關(guān)如何被斷開和被閉合的方式被斷開和閉合。磁路101還包括第一通量集中器115a、第二通量集中器115b和磁傳感器120。第一通量集中器115a和第二通量集中器115b通過由磁體105和通量調(diào)制器110產(chǎn)生的磁通量的至少一些而被耦合。磁傳感器120可以是霍爾傳感器、磁阻式傳感器，或者能用來測(cè)量通量密度或磁場(chǎng)角度的多個(gè)分量的另一種類型的傳感器。
[0028]控制器112產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)111 (例如周期性數(shù)字信號(hào)或其它信號(hào))，以使通量調(diào)制器110改變其狀態(tài)。狀態(tài)的改變可以周期性地或反復(fù)地發(fā)生，使得穿過通量集中器115a和115b以及穿過傳感器120的磁通量以已知的頻率變化。由磁體105和通量調(diào)制器110提供的受控制的磁通量由第一通量集中器115a和第二通量集中器115b引導(dǎo)穿過傳感器120。第二通量集中器115b相對(duì)于第一通量集中器115a是可移動(dòng)的,如圖1A和圖1B所不的。第二通量集中器115b的運(yùn)動(dòng)改變磁通量穿過傳感器120的方向。
[0029]傳感器120測(cè)量磁通量的至少一個(gè)方向的分量(例如，X分量、Y分量或它們二者)，并通過一輸出信號(hào)126向電路127輸出或傳輸測(cè)量的分量值,如圖1A和圖1B所不的。輸出信號(hào)126在混合器(mixer)132中與來自控制器112的混合信號(hào)130混合?；旌闲盘?hào)130具有和被引導(dǎo)穿過傳感器120的磁通量基本相同的頻率。優(yōu)選地，輸出信號(hào)126和混合信號(hào)130的相位是對(duì)齊的。熟悉同步解調(diào)器的人員已知針對(duì)于已調(diào)制的傳感器輸出126和混合器信號(hào)130之間相移的對(duì)策，稍后在本文的詳細(xì)說明中將簡(jiǎn)要討論該對(duì)策?；旌掀?32向低通濾波器140輸出或傳輸信號(hào)135。對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波產(chǎn)生了代表一個(gè)或多個(gè)磁通量分量的解調(diào)信號(hào)145。解調(diào)信號(hào)145沒有被外部磁場(chǎng)(即噪音)明顯影響，除了以相同頻率調(diào)制的外部磁場(chǎng)以外。換句話說，在系統(tǒng)100中執(zhí)行的調(diào)制和解調(diào)過程減小了傳感器120的輸出信號(hào)126中的噪音。
[0030]解調(diào)信號(hào)145被傳輸?shù)娇刂破?12?？刂破?12對(duì)信號(hào)145執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,并使用數(shù)字信號(hào)來確定磁通量穿過傳感器120的角度。確定磁通量的角度可以使用已知技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0031]在確定磁通量的角度之后，控制器112 (或在系統(tǒng)100外部的單獨(dú)的控制器)根據(jù)磁通量穿過傳感器120的角度計(jì)算第二通量集中器115b的位置。在一些實(shí)施例中，磁通量穿過傳感器120的角度不隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)水平而改變。因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變不會(huì)引起對(duì)第二通量集中器115b的位置的位置測(cè)量不準(zhǔn)確。[0032]在計(jì)算第二通量集中器115b的位置之后，控制器112 (或在系統(tǒng)100外部的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的控制器)可以向第二系統(tǒng)提供位置信息。例如，如果第二通量集中器被安裝在車輛傳動(dòng)裝置的元件上，第二通量集中器115b的位置可以表明傳動(dòng)裝置的狀態(tài)(例如，前進(jìn)中、倒車中或空檔中)。位置信息(例如與傳動(dòng)裝置處于倒車狀態(tài)相關(guān)的位置)可以被提供給控制系統(tǒng)，以打開車輛上的倒車燈。這僅僅是能被采取的行動(dòng)的一個(gè)例子。在計(jì)算第二通量集中器115b的位置之后，控制器112或者接收位置信息的控制器或其它系統(tǒng)可以采取一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的行動(dòng)(例如，保持當(dāng)前設(shè)置、調(diào)整當(dāng)前設(shè)置、向其它控制器傳輸數(shù)據(jù)、等
-Tf- ) o
[0033]雖然詳細(xì)的描述和框圖暗示了模擬同步解調(diào)系統(tǒng)，但是，該系統(tǒng)還可以使用數(shù)字技術(shù)來濾波、調(diào)整增益和偏置以及混合相關(guān)信號(hào)，以取得相似的結(jié)果。這些技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的，并且可以與測(cè)量概念一起使用而不改變本發(fā)明的范圍。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，第二通量集中器115b在Z方向移動(dòng)，而不是圖1A中示出的Y方向。圖2A-圖4C示出了在Z方向移動(dòng)的第二通量集中器115b。第二通量集中器115b包括兩個(gè)片150和152。這兩個(gè)片150和152位于各自的平面中，且這兩個(gè)平面彼此垂直。通過在Z方向而非Y方向移動(dòng)第二通量集中器115b，可以增加傳感器120可測(cè)量的線性范圍。如圖2A-圖4C示出的，當(dāng)?shù)诙考衅?15b在Z方向移動(dòng)時(shí)，由于第二通量集中器115b的形狀和定向，第二通量集中器115b距第一通量集中器115a的頂端205最近的點(diǎn)在Y方向上有所改變。當(dāng)?shù)诙衅?15b在Z方向可移動(dòng)時(shí)，第一集中器115a的頂端205保持靜止。
[0035]第二集中器115b被成形為，使得第二集中器115b在Z方向的移動(dòng)改變了第二集中器115b上的最近的點(diǎn)到X-Y平面中的第一集中器115a的頂端205之間的通量角度。與集中器在Z方向的移動(dòng)相比，集中器115B的頂端在X-Y平面相對(duì)慢的移動(dòng)使得在Z方向上大的平移且頂端之間相對(duì)小的通量角度變化成為可能。因此，集中器115B在Z方向上相對(duì)大的平移可以用磁傳感器以通量角度的小變化進(jìn)行測(cè)量。應(yīng)當(dāng)理解的是，第一通量集中器115a和第二通量集中器115b的其它形狀和定向也是可行的。
[0036]圖5示出了系統(tǒng)100的可選擇實(shí)施例，其中，傳感器120被配置成輸出多個(gè)信號(hào)分量，即X和Y分量。圖5所示的系統(tǒng)100的實(shí)施例還包括附加的電路，以處理附加的信號(hào)分量(與圖1所不的實(shí)施例相比)。在圖5的實(shí)施例中,測(cè)量的分量值(例如,X分量值和Y分量值)由一個(gè)或不同的傳感器兀件分別測(cè)量，并作為不同的分量信號(hào)502和503被傳輸?shù)诫娐?27。然而,每個(gè)分量信號(hào)502和503通過相似的電路被處理。來自傳感器120的分量信號(hào)502和503首先通過高通濾波器和信號(hào)增益電路505和506被傳輸。隨后，這兩個(gè)分量信號(hào)在混合器537和538中與混合信號(hào)130混合?；旌掀?37和538向低通濾波器542和543輸出信號(hào)540和541。從低通濾波器542和543產(chǎn)生的同步解調(diào)信號(hào)545和546可以具有低信號(hào)電平。在此情況下，信號(hào)545和546在增益和偏置調(diào)整電路550和551中被調(diào)節(jié)，以獲得對(duì)于低信號(hào)電平的所期望的補(bǔ)償。電路550和551放大或調(diào)整信號(hào)的增益。每個(gè)信號(hào)的偏置也在電路550和551中被調(diào)整。在任意的所期望的調(diào)節(jié)被執(zhí)行后，從電路550和551產(chǎn)生的信號(hào)被提供給或傳輸?shù)娇刂破?12。
[0037]為了準(zhǔn)確測(cè)量穿過傳感器120的磁通量，在使用用于位置測(cè)量的系統(tǒng)100之前確定一個(gè)零電平偏置。通過關(guān)閉通量調(diào)制器110并測(cè)量穿過傳感器120的磁通量確定零電平偏置。基于零電平偏置修改偏置調(diào)整，以優(yōu)化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。電路550和551的增益和偏置被反復(fù)調(diào)整，使得所有信號(hào)電平在控制器112的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的范圍內(nèi)。做出這些調(diào)整有助于確保系統(tǒng)100的最大(或更一般地，寬的)分辨率。在通過增益和偏置調(diào)整電路550和551之后,產(chǎn)生的信號(hào)被傳輸?shù)娇刂破?12。
[0038]如上文描述的，控制器112對(duì)從電路550和551產(chǎn)生的信號(hào)執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。控制器112使用分量信號(hào)502和503 二者來計(jì)算磁通量穿過傳感器120的角度，且隨后計(jì)算第二通量集中器115b的位置。如上文所述，控制器112也可以被配置成向另一個(gè)控制器或系統(tǒng)提供位置信息，或者基于所計(jì)算的第二通量集中器115b的位置采取預(yù)定的行動(dòng)。
[0039]為了做出準(zhǔn)確的角度計(jì)算，單獨(dú)的分量信號(hào)502和503的振幅應(yīng)當(dāng)是相對(duì)于彼此的真振幅。換句話說，測(cè)量單位應(yīng)當(dāng)相同或相似。為此，用于每個(gè)信號(hào)502和503的增益和偏置電路應(yīng)當(dāng)基本一樣或被配置成執(zhí)行基本一樣的調(diào)節(jié)。
[0040]為了準(zhǔn)確確定分量信號(hào)502和503的振幅，由相移引起的誤差應(yīng)被考慮。為了做出準(zhǔn)確的測(cè)定，傳感器120的輸出(信號(hào)502和503)和混合信號(hào)130之間的相移應(yīng)被處理。在一個(gè)實(shí)施例中，通過逐漸改變混合信號(hào)130的相位，直到來自低通濾波器(542和543)的解調(diào)信號(hào)(信號(hào)545和546)達(dá)到遠(yuǎn)離零信號(hào)偏置的最大絕對(duì)振幅，阻止了輸出信號(hào)(信號(hào)502和503)和混合信號(hào)130之間的相移。
[0041]在可選擇的實(shí)施例中(未示出)，通過使用兩個(gè)混合器(第一混合器和第二混合器)來混合輸出信號(hào)和調(diào)制信號(hào)130，阻止了(或至少減小了)傳感器120的輸出信號(hào)和混合信號(hào)130之間的相移。第一混合器接收傳感器120的輸出信號(hào)和與調(diào)制信號(hào)111同相的信號(hào)。第二混合器接收輸出信號(hào)和正交信號(hào)(例如，與調(diào)制信號(hào)異相大約90度的信號(hào))。兩個(gè)信號(hào)都被低通濾波并通過增益和偏置調(diào)整，如前文描述的。然后，使用從同相和正交解調(diào)電路產(chǎn)生的分量來計(jì)算傳感器120的輸出信號(hào)的大小。在計(jì)算通量角度之前計(jì)算通量的X和Y分量的情況下，對(duì)于X和Y都有同相和正交測(cè)量。
[0042]在目前描述的實(shí)施例中，在位于傳感器120外面的電路中執(zhí)行信號(hào)處理。在可選擇的實(shí)施例中，信號(hào)處理電路可以位于傳感器120內(nèi)部(被標(biāo)為傳感器120A),例如，如圖6中示出的。出于應(yīng)用的目的，“在傳感器內(nèi)部”涵蓋電路在同一外殼內(nèi)部或位于傳感器特定位置的配置。
[0043]在圖6示出的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)通量調(diào)制器110的電子器件位于傳感器120a的內(nèi)部或被集成進(jìn)通量調(diào)制器110。在該實(shí)施例中，角度信息輸出605可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)(例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的脈寬調(diào)制信號(hào)或其它數(shù)字通信信號(hào))。
[0044]在本發(fā)明的實(shí)施例中有用的通量調(diào)制器可以采用多種形式中的一種。在一個(gè)實(shí)施例中，通量調(diào)制器110是發(fā)生振蕩的機(jī)械系統(tǒng)，使得穿過通量調(diào)制器110的磁阻在一振蕩頻率下發(fā)生改變。在可選擇的實(shí)施例中，通過改變(或控制)磁路101內(nèi)部一串聯(lián)器件的磁導(dǎo)率，可以制作通量調(diào)制器110。在這個(gè)實(shí)施例中，通過在該串聯(lián)器件處產(chǎn)生磁場(chǎng)，該串聯(lián)器件被周期性地驅(qū)使進(jìn)入磁性飽和狀態(tài)。位于該串聯(lián)器件不遠(yuǎn)處的電流被用來產(chǎn)生用于驅(qū)使該串聯(lián)器件進(jìn)入磁性飽和狀態(tài)的磁場(chǎng)。在其他可選擇的實(shí)施例中，使用磁性可以被外部源修改的材料(例如，磁致伸縮材料或壓磁材料)制作通量調(diào)制器110。
[0045]在又一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，線圈705被用作磁路101內(nèi)部受控制的磁通量(圖7)的源102。線圈705可以是繞線的線圈、從印刷電路板上的跡線形成的線圈、或另一種類型的線圈。控制器(位于圖7中的傳感器120b的內(nèi)部)與線圈驅(qū)動(dòng)器710通信，以控制流向線圈705的電流。流向線圈705的電流被周期地增加和減少，以產(chǎn)生具有已知振蕩頻率的時(shí)變的磁通量。通量被提供給第一通量集中器115a。在這個(gè)實(shí)施例中，雖然驅(qū)動(dòng)電路位于傳感器外部，但是，感測(cè)、調(diào)制和解調(diào)電路以及計(jì)算電路(例如，控制器112)位于傳感器120內(nèi)部(被標(biāo)為120B)，如上文描述的。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，通量調(diào)制器110與穿過第一通量集中器115a的磁路101路徑并聯(lián)，而非如圖1所示地與磁路101路徑串聯(lián)。因此，并聯(lián)路徑的磁阻被調(diào)制。并聯(lián)路徑的減小的磁阻減少了穿過傳感器120的磁通量的量。類似地，并聯(lián)路徑的增大的磁阻增加了穿過傳感器120的磁通量的量。在這個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)、電路和磁通量角度的計(jì)算均在傳感器120處執(zhí)行，如上文描述的。
[0047]在磁感測(cè)應(yīng)用中，噪音(例如，不是由感測(cè)系統(tǒng)100產(chǎn)生的外部磁場(chǎng))可以使感測(cè)值變得不準(zhǔn)確。本發(fā)明測(cè)量磁通量穿過傳感器120的角度。因此，由于系統(tǒng)100的磁通量的角度沒有被和系統(tǒng)100所產(chǎn)生的磁通量方向相同的外部磁場(chǎng)改變，所以，在和系統(tǒng)100所產(chǎn)生的磁通量相同的方向上穿過傳感器120的外部磁場(chǎng)不影響系統(tǒng)100的可靠性。
[0048]此外，由于通量調(diào)制和信號(hào)解調(diào)發(fā)生在系統(tǒng)100內(nèi)部，穿過傳感器120的外部磁場(chǎng)(其角度與以通量集中器115a和115b之間的角度穿過傳感器時(shí)不同)沒有明顯影響對(duì)磁通量穿過傳感器120的角度的測(cè)量，除非外部磁場(chǎng)以已知的調(diào)制頻率或以近似于已知的調(diào)制頻率發(fā)生改變(即“帶內(nèi)”噪音)。如果這樣的外部磁場(chǎng)出現(xiàn)，系統(tǒng)可以檢測(cè)它。例如，使用正常的解調(diào)電路127 (圖5中)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的通量的調(diào)制會(huì)被停止(通量調(diào)制器110被保持在一種狀態(tài))且由傳感器120測(cè)量外部磁場(chǎng)。如果外部磁場(chǎng)被發(fā)現(xiàn)是一致的，由外部磁場(chǎng)引起的測(cè)量中的誤差變成系統(tǒng)的測(cè)量的每個(gè)分量的零信號(hào)偏置的一部分。如果外部磁場(chǎng)被發(fā)現(xiàn)是不一致的或變化的，控制器112可以嘗試對(duì)不需要的噪音進(jìn)行數(shù)字濾波或進(jìn)入診斷模式(即以測(cè)量存在問題的方式進(jìn)行通信)。
[0049]因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供(除了別的之外還有)用于使用基于磁的傳感器確定可移動(dòng)元件位置的系統(tǒng)和方法。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生改變而且存在不是由系統(tǒng)產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)時(shí)，所述系統(tǒng)和方法能做出準(zhǔn)確的位置測(cè)量。
[0050]本發(fā)明的不同的特征在權(quán)利要求中進(jìn)行陳述。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定可移動(dòng)元件的位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 使磁通量變化的可控源； 磁路； 可移動(dòng)元件； 磁傳感器，所述磁傳感器被配置成輸出傳感器信號(hào)，并且被置于所述磁路中使得變化的磁通量穿過所述磁傳感器，其中當(dāng)所述可移動(dòng)元件的位置改變時(shí)，所述通量穿過所述磁傳感器的角度改變；以及 處理器，所述處理器被配置成處理所述傳感器信號(hào)，使得所述傳感器信號(hào)的頻率分量被選擇性地濾波。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器包括同步解調(diào)電路。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器包括數(shù)字濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述磁傳感器被配置成測(cè)量所述通量穿過所述磁傳感器的角度，且通量角度是所述可移動(dòng)元件的位置的指示器。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 引導(dǎo)所述磁通量的第一磁通量集中器； 相對(duì)于所述第一磁通量集中器可移動(dòng)的第二磁通量集中器，其中，所述變化的磁通量中的一些在所述第一磁通量集中器和所述第二磁通量集中器之間耦合。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變化的磁通量的可控源包括磁體和通量調(diào)制器。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述變化的磁通量的可控源包括線圈和線圈驅(qū)動(dòng)器。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)傳感器被配置成測(cè)量所述磁通量的X分量和Y分量。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電路，所述電路被配置成，將由所述傳感器測(cè)量的所述磁通量的至少一個(gè)方向的分量與混合信號(hào)進(jìn)行混合以產(chǎn)生一信號(hào)，所述混合信號(hào)具有與所述磁通量的頻率基本相同的頻率。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電路被配置成向至少一個(gè)低通濾波器傳輸所述信號(hào)。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述電路位于所述至少一個(gè)傳感器內(nèi)部。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)低通濾波器輸出解調(diào)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制器，所述控制器被配置成接收來自所述電路的所述解調(diào)信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被進(jìn)一步配置成在計(jì)算中使用所述解調(diào)信號(hào)。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被進(jìn)一步配置成，基于所述解調(diào)信號(hào)來確定所述磁通量穿過所述至少一個(gè)傳感器的角度。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被進(jìn)一步配置成，基于已調(diào)制的磁通量穿過所述至少一個(gè)傳感器的角度來確定所述第二磁通量集中器的位置。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)， 其中所述控制器被進(jìn)一步配置成基于第二磁通量集中器的位置采取預(yù)定的行動(dòng)。
18.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器位于所述至少一個(gè)傳感器內(nèi)部。
19.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被進(jìn)一步配置成，輸出用于控制已調(diào)制的磁通量的可控源的控制信號(hào)。
20.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第二通量集中器被成形為并被放置為，使得所述第二通量集中器在第一方向是可移動(dòng)的，使得所述第二通量集中器在垂直于所述第一方向的第二方向從所述第一通量集中器的相對(duì)移動(dòng)被確定，且所述第二通量集中器在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向從所述第一通量集中器的相對(duì)移動(dòng)被確定。
21.一種用于確定可移動(dòng)元件的位置的方法，所述方法包括步驟: 對(duì)磁路中變化的磁通量的源進(jìn)行控制； 使用被置于所述磁路中的至少一個(gè)磁傳感器來測(cè)量所述磁通量的至少一個(gè)方向的分量，使得所述變化的磁通量穿過所述磁傳感器，其中，當(dāng)所述可移動(dòng)元件的位置改變時(shí)，所述通量穿過所述磁傳感器的角度改變；以及 處理來自所述磁傳感器的傳感器信號(hào)，使得所述傳感器信號(hào)的頻率分量被選擇性地濾波。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括: 引導(dǎo)所述磁通量穿過第一通量集中器；以及 將來自所述第一磁通量集中器的磁通量耦合到第二磁通量集中器，其中，所述第二磁通量集中器相對(duì)于所述第一磁通量集中器是可移動(dòng)的。`
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中對(duì)變化的磁通量的源進(jìn)行控制包括使機(jī)械系統(tǒng)振蕩，使得磁路的磁阻在振蕩頻率下發(fā)生改變。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中對(duì)變化的磁通量的源進(jìn)行控制包括控制線圈驅(qū)動(dòng)器，所述線圈驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步控制流向線圈的電流。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中對(duì)變化的磁通量的源進(jìn)行控制包括控制所述磁路的一個(gè)元件的磁導(dǎo)率。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述磁導(dǎo)率通過控制穿過線圈的電流而被控制。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其中測(cè)量所述磁通量的至少一個(gè)方向的分量進(jìn)一步包括測(cè)量所述磁通量的X分量和Y分量。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括步驟:將所述磁通量的至少一個(gè)方向的分量與混合信號(hào)混合以產(chǎn)生一信號(hào)，所述混合信號(hào)具有與所述磁通量的頻率基本相同的頻率。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括步驟:對(duì)已混合的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以產(chǎn)生解調(diào)信號(hào)。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中混合和低通濾波發(fā)生在所述至少一個(gè)傳感器內(nèi)部。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，進(jìn)一步包括步驟:基于所述解調(diào)信號(hào)來確定所述磁通量穿過所述至少一個(gè)傳感器的角度。
【文檔編號(hào)】G01S5/16GK103675756SQ201310414888
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】J·G·斯坦利 申請(qǐng)人:伯恩斯公司