各種類型的器械需要相對于參考平面被維持在具體位置。一些設(shè)備(諸如智能手機和平板計算機)基于設(shè)備外殼的傾斜角提供某些特征或功能，當設(shè)備本身由使用者旋轉(zhuǎn)或傾斜時，其顯示器執(zhí)行橫向視圖和縱向視圖之間的自動旋轉(zhuǎn)。智能手機、游戲控制器和許多無線電控制的車輛具有傾斜傳感器，其用于測量主體相對于豎直平面或水平平面的取向。這些器械的正確操作往往取決于識別期望位置或相對于參考平面維持期望位置的能力。此外，傾斜角傳感器往往用于電子設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究工作。這些傳感器可用于測量系統(tǒng)相對于參考平面的傾斜度。為了檢測期望對象的傾斜角，加速度傳感器(諸如加速度計)檢測對象的加速度。例如，加速度傳感器檢測傾斜角，并且在使用時提供識別相機、手機、平板計算機或其他電子設(shè)備是水平放置還是豎直放置的信號。另外，傾斜角傳感器已經(jīng)用于檢測車輛或電子設(shè)備的傾斜，并且用于確定是否正在發(fā)生車輛或電子設(shè)備的移位、下降或傾斜。傾斜角傳感器包括加速度計、磁性設(shè)備、鐘擺系統(tǒng)和/或彈簧元件。然而，這些傳感器具有高成本、低精度和/或大尺寸并且可能不適合于某些最終用途。這些傳感器可能是昂貴的并且消耗主機系統(tǒng)的電路板上的有價值的空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在所述示例中，為了感測或估計傾斜角，感測在偏心質(zhì)量電機中流動的電流，并且檢測器電路評估電機電流的同步分量的振幅，并且至少部分根據(jù)電機電流的同步分量的振幅提供指示相對于重力軸線的傾斜角的輸出信號或值。

附圖說明

圖1為用于至少部分基于電機電流的同步分量來感測具有由轉(zhuǎn)子支撐的偏心質(zhì)量的相關(guān)聯(lián)的電機相對于重力軸線的傾斜角的傾斜傳感器裝置的系統(tǒng)圖。

圖2為當相關(guān)聯(lián)的電機相對于重力軸線傾斜時，作為時間的函數(shù)的電機電流和傾斜傳感器輸出信號的同步分量的曲線圖。

圖3為傾斜傳感器裝置實施例的示意圖，其包括用于提供表示電機電流的同步分量的振幅的輸出的同步解調(diào)器，以及用于提供至少部分基于解調(diào)器輸出信號的傾斜角輸出信號的第二電路。

圖4為圖3的同步解調(diào)器和用于提供傾斜角輸出信號的處理器實施的第二電路的進一步細節(jié)的示意圖。

圖5為包括可復(fù)位積分器電路的另一傾斜傳感器裝置實施例的示意圖，該可復(fù)位積分器電路用于提供至少部分根據(jù)電機電流的同步分量的傾斜角輸出信號。

圖6為包括高通濾波器和整流器的另一傾斜傳感器裝置實施例的示意圖。

圖7為另一傾斜傳感器裝置實施例的示意圖，其包括用于提供傾斜角輸出信號的可復(fù)位峰值檢測器電路和提供指示電機電流角的輸出的相位檢測器電路。

圖8為圖7的檢測器電路中的各種信號波形的曲線圖。

圖9為包括用于檢測偏心質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)的霍爾傳感器的另一傾斜傳感器裝置實施例的系統(tǒng)圖。

圖10為示出圖9中的偏心質(zhì)量與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)以及用于檢測偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)的霍爾傳感器的方位的俯視平面圖。

圖11為系統(tǒng)的簡化側(cè)正視圖，該系統(tǒng)具有多個偏心質(zhì)量電機和傾斜傳感器裝置，其中偏心質(zhì)量電機的轉(zhuǎn)子軸線相對于基座的平面以不同的角定位，傾斜傳感器裝置用于至少部分根據(jù)電機電流的同步分量感測基座相對于重力軸線的傾斜角。

圖12為具有多個偏心質(zhì)量振動電機的另一系統(tǒng)實施例的簡化俯視平面圖，其中轉(zhuǎn)子軸線相對于彼此以與基座的平面平行的不同角定位。

圖13為另一多電機系統(tǒng)的簡化俯視圖，該系統(tǒng)具有偏心質(zhì)量振動電機以及傾斜傳感器裝置實施例，其中偏心質(zhì)量振動電機的轉(zhuǎn)子軸線相對于基座的平面以不同的角定位并且如圖11所示相對于彼此具有非零角，傾斜傳感器裝置實施例用于至少部分根據(jù)電機電流的同步分量提供表示基座的傾斜角的輸出信號。

圖14為用于圖13的系統(tǒng)中的各個偏心質(zhì)量振動電機的同步電機電流分量曲線和對應(yīng)的傾斜角信號以及示出傾斜傳感器輸出信號的曲線的曲線圖。

圖15為另一傾斜傳感器裝置實施例的示意圖，其中相位檢測器電路提供至少部分基于電機電流的同步分量和霍爾傳感器信號的傾斜方向輸出。

圖16為傳感器裝置相對于重力軸線的一個可能取向的系統(tǒng)圖，其中傾斜方向相對于霍爾傳感器面向轉(zhuǎn)子軸線的軸線處于0°傾斜方向。

圖17為如圖16所示取向的裝置的簡化俯視平面圖。

圖18為示出圖15的傾斜傳感器裝置中的信號波形的曲線圖，該信號波形用于確定傾斜方向信號或值，其中裝置如圖16和圖17所示被取向。

圖19為傳感器裝置的另一可能取向的系統(tǒng)圖，其中傾斜方向相對于霍爾傳感器面向轉(zhuǎn)子軸線的軸線處于70°傾斜方向。

圖20為如圖19所示取向的裝置的簡化俯視平面圖。

圖21為示出如圖19和圖20所示取向的圖15的傾斜傳感器裝置中的信號波形的曲線圖。

具體實施方式

附圖不一定按比例繪制。根據(jù)一個或多個示例實施例，傾斜傳感器或估計裝置包括用于感測具有支撐旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量的轉(zhuǎn)子的電機或其他致動器的電流的傳感器。傳感器向檢測器電路提供表示電機電流的傳感器輸出信號，該檢測器電路至少部分基于電機電流的同步分量的振幅提供表示轉(zhuǎn)子軸線相對于重力(例如，豎直)軸線的傾斜角的傾斜角輸出信號或值。

在某些實施例中，檢測器電路包括用于解調(diào)傳感器輸出信號以提供表示電流的速度同步分量的振幅的輸出信號的同步解調(diào)器，以及提供傾斜角輸出信號或值的第二電路。在某些實施方式中，處理器接收正交解調(diào)器輸出信號，并且計算表示同步分量的絕對值的振幅值，并且基于所計算的振幅提供傾斜角輸出信號或值。此外，在一些實施例中，處理器可根據(jù)解調(diào)器輸出計算電機電流角值，并且可以提供至少部分基于所計算的電機電流角值和所計算的振幅值的傾斜角輸出信號或值。在某些實施例中，包括第二傳感器，其用于向檢測器電路提供表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的信號。在各種實施方式中，鎖相環(huán)(PLL)或其他合適的電路可以確定同步分量的頻率。在某些實施例中，可以采用濾波器電路(諸如帶通濾波器或高通濾波器)，用于去除傳感器輸出信號的低頻分量。

在其他實施例中，檢測器電路包括具有提供傾斜角輸出信號或值的放大器的積分器電路，并且某些實施方式包括用于去除傳感器輸出信號的低頻分量以向積分器電路提供輸入的濾波器電路。

在某些實施例中，檢測器電路包括用于去除傳感器輸出信號的低頻分量的濾波器電路以及用于整流濾波信號以提供傾斜角輸出信號或值的整流器電路。

在某些實施例中，檢測器電路包括峰值檢測器電路，該峰值檢測器電路用于根據(jù)所檢測到的傳感器輸出信號的峰值提供傾斜角輸出信號或值。在某些實施方式中，可以提供濾波器電路，該濾波器電路用于去除傳感器輸出信號的低頻分量以向峰值檢測器電路的輸入端提供濾波信號。在某些實施方式中，相位檢測器電路檢測電機電流角，該相位檢測器電路提供表示電機電流角的相位信號，并且處理器用于至少部分基于來自峰值檢測器電路的傾斜角輸出信號和來自相位檢測器電路的相位信號來計算數(shù)字傾斜角輸出值。

在某些實施例中，第二傳感器提供表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的信號，并且相位檢測器電路檢測轉(zhuǎn)子軸線相對于固定方向的旋轉(zhuǎn)角并至少部分基于來自第二傳感器的位置信號和電機電流的同步分量提供表示轉(zhuǎn)子軸線相對于固定方向傾斜的方向的傾斜方向信號或值。

根據(jù)進一步的方面，一種系統(tǒng)包括相對于基座安裝在固定位置中的至少一個電機，并且包括限定相對于基座的平面以預(yù)定角延伸的轉(zhuǎn)子軸線的轉(zhuǎn)子，其中偏心質(zhì)量由轉(zhuǎn)子支撐。該系統(tǒng)進一步包括用于提供電機電流以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電源，以及具有傳感器和檢測器電路的傾斜傳感器裝置。傳感器可操作以提供表示電機電流的傳感器輸出信號，并且檢測器電路至少部分基于電機電流的同步分量的振幅提供表示轉(zhuǎn)子軸線相對于重力軸線的角的傾斜角輸出信號或值。某些實施例包括兩個或更多個偏心質(zhì)量電機和相關(guān)的檢測器電路，其中電機殼體相對于基座的平面安裝在固定位置，其中第一轉(zhuǎn)子軸線和第二轉(zhuǎn)子軸線相對于彼此以預(yù)定的非零角延伸。電路從檢測器電路接收第一傾斜角輸出信號或值和第二傾斜角輸出信號或值，并且至少部分基于來自檢測器電路的第一傾斜角輸出信號或值和第二傾斜角輸出信號或值提供表示基座的平面相對于重力軸線的基座傾斜角的傾斜角輸出。

根據(jù)示例實施例的進一步方面，一種方法估計結(jié)構(gòu)相對于重力軸線的傾斜角。該方法包括提供具有適于圍繞在結(jié)構(gòu)上的固定位置中的轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)的偏心質(zhì)量的致動器(例如，偏心質(zhì)量電機)、使偏心質(zhì)量圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)、感測致動器電流并且至少部分根據(jù)所感測的電流的同步分量估計結(jié)構(gòu)傾斜角。在某些實施例中，通過對電流感測信號進行濾波以去除低頻分量并提供表示致動器電流在與偏心質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)的頻率下的振蕩的同步分量信號，以及確定同步分量信號的振幅并使同步分量信號的振幅與所估計的傾斜角值相關(guān)來估計傾斜角。

圖1示出包括用于感測相關(guān)聯(lián)的偏心質(zhì)量致動器(例如，電機)110相對于重力(例如，豎直)軸線G的傾斜角θy的傾斜傳感器裝置100的系統(tǒng)。在一個實施例中，電機110為DC(直流)電刷電機，其包括當供電時圍繞轉(zhuǎn)子軸線140旋轉(zhuǎn)并支撐偏心質(zhì)量130的轉(zhuǎn)子120。如圖1所示，在示例實施例中，轉(zhuǎn)子120和偏心質(zhì)量130在圖1中的箭頭所示的方向上旋轉(zhuǎn)，其中偏心質(zhì)量130以旋轉(zhuǎn)角θe被定位。在操作中，電機110經(jīng)由電機引線111和112由來自電源150的DC電流驅(qū)動，在示例實施例中，電源150提供大致固定的DC電流Im，以便以大致固定的旋轉(zhuǎn)速度操作電機110。

偏心質(zhì)量電機110包括使用任何合適的裝置相對于基座結(jié)構(gòu)101安裝在大致固定的位置或方位的殼體，其中轉(zhuǎn)子軸線140相對于基座101的平面以預(yù)定角(例如，在該示例中為180°)延伸。在該示例中，電機110以大體正交或垂直于基座101的平面的轉(zhuǎn)子角140安裝，并且在該示例中，基座101提供限定平面的大體平坦的頂表面101t，盡管該示例中可以采用與安裝在基座結(jié)構(gòu)101的任何輪廓表面上的偏心質(zhì)量電機110相關(guān)聯(lián)的傾斜傳感器裝置100。在一個實施例中，基座101為印刷電路板，盡管其他實施例是可能的。在另一示例中，偏心質(zhì)量電機110被安裝在基座101上或其中，基座101形成移動手機、膝上型計算機、平板計算機、機器人結(jié)構(gòu)或可移動機器部件的外殼或殼體的一部分。

偏心質(zhì)量電機110用于檢測或估計傾斜角θy，并且可以在主機系統(tǒng)中提供進一步的功能，諸如用于在消費者電子設(shè)備中提供觸覺反饋或其他有用的功能。在示例實施例中，電源150被控制以大致連續(xù)的方式提供電機電流Im以允許進行傾斜角估計或檢測，并且電源150可以(但不需要)始終操作。例如，主機系統(tǒng)處理器(未示出)可以與傾斜傳感器裝置100可操作地耦合(例如，直接或間接連接)，以啟動電源150的觸覺反饋操作，并且因此啟動偏心質(zhì)量電機110的操作以實現(xiàn)某些主機系統(tǒng)功能(諸如來電通知)，并且另外可以不時地(或連續(xù)地)以預(yù)定的電機電流Im并且因此以預(yù)定的旋轉(zhuǎn)電機速度啟動傾斜角感測操作。在示例實施例中，電源150為提供DC電機電流Im的DC源，盡管不是所有可能實施例的嚴格要求。此外，偏心質(zhì)量電機110在相對于重力軸線G的非零角θy下的操作在電機電流Im上引入AC同步分量，其中該同步電流分量的振幅相對于角θy變化。

使用傳感器160(例如，耦合在第二電機引線112和負電源連接線之間的串聯(lián)感測電阻器RS)感測電機電流Im，以提供表示至檢測器電路180的輸入端182的電機電流Im的傳感器輸出信號170(例如，如圖所示的差分電壓信號或在其他實施例中的單端信號)。其他實施例是可能的，諸如使用磁性電流傳感器(未示出)或用于提供表示電機電流Im的傳感器輸出信號170的任何合適裝置。檢測器電路180具有輸出端184，該輸出184端至少部分基于電機電流Im的同步分量的振幅提供表示轉(zhuǎn)子軸線140相對于重力軸線G的角θy的傾斜角輸出信號或值190。各種應(yīng)用可以使用輸出信號或值190，包括(例如)智能手機和平板計算機的顯示屏的選擇性調(diào)整，和/或包括航空航天、期望知道包括基座101的結(jié)構(gòu)相對于重力軸線G的傾斜角θy的機器人或制造系統(tǒng)的任何應(yīng)用。傾斜傳感器裝置100可以用于通過提供電機電流Im以圍繞轉(zhuǎn)子軸線140旋轉(zhuǎn)偏心質(zhì)量130來估計結(jié)構(gòu)相對于重力軸線G的傾斜角、感測電流Im并至少部分根據(jù)感測電流Im的同步分量來估計結(jié)構(gòu)的傾斜角。如圖1進一步所示，軸線140在三維空間中的方向可以通過表征傾斜角θy以及旋轉(zhuǎn)角或傾斜方向角θyd兩者來估計，其中傾斜角θy表示轉(zhuǎn)子軸線140和重力軸線G之間的角，旋轉(zhuǎn)角或傾斜方向角θyd指示在傾斜的轉(zhuǎn)子軸線140和水平參考(諸如圖1所示的真北N)之間的角。下面結(jié)合圖11-14進一步描述，在某些實施例中，可以使用多個偏心質(zhì)量電機系統(tǒng)和相應(yīng)的檢測器電路180來確定θy和θyd。

圖2提供曲線圖200和210，其分別示出在偏心質(zhì)量電機110及其相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子軸線140相對于轉(zhuǎn)子軸線140逐漸傾斜時，作為時間“t”的函數(shù)的電機電流Im的同步分量202和傾斜傳感器輸出信號212。如圖2的示例所示，電機電流Im的同步分量202為具有大致與傾斜角成比例變化的包絡(luò)或振幅(例如，峰值到峰值振幅)的大致正弦波形，其中質(zhì)量130的偏心率在0°傾斜角θy下未在電機110上引入任何附加扭矩負載，而角θy的非零值引起電機負載在轉(zhuǎn)子120的每個旋轉(zhuǎn)循環(huán)中經(jīng)歷正弦增加和減小。此外，電機在非零角θy下的偏心負載引起電機電流Im的正弦增加和減小，如曲線圖200所示，其與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同步并因此與電機速度ω同步。此外，增加傾斜角θy導(dǎo)致電機電流Im的同步分量的峰值到峰值振幅的對應(yīng)增加。

檢測器電路180(例如，圖1)評估電機電流的正弦或同步分量202，以根據(jù)同步分量振幅提供作為信號和/或數(shù)字值190的傾斜角輸出。檢測器電路180的不同實施方式是可能的，在下面示出和描述幾個示例。以此方式，檢測器電路180可以采用模擬電路以根據(jù)傳感器輸出信號170來至少部分基于電機電流Im的同步分量的振幅提供表示傾斜角θy的模擬電壓或電流信號190。在其他實施例中，模擬電路可以與包括一個或多個處理器(例如，微處理器、微控制器、DSP、可編程邏輯器件)的數(shù)字電路組合，和/或處理器電路可以與合適的模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路一起使用，以直接接收傳感器輸出信號170并根據(jù)編程指令執(zhí)行分析以生成表示傾斜角θy的傾斜角值190，并且可以采用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路來生成表示傾斜角θy的所得模擬傾斜角輸出信號190。如上所述，輸出信號或值190可以由任何合適的系統(tǒng)使用，諸如安裝有傾斜傳感器裝置100和相關(guān)聯(lián)的電機110的電子設(shè)備的主處理器。

圖3示出傾斜傳感器裝置實施例100，包括：(a)同步解調(diào)器電路300，其用于提供表示電機電流Im的同步分量的振幅的一個或多個解調(diào)器輸出310，諸如正交輸出310a和310b；和(b)第二電路320，其用于在檢測器電路輸出端184處提供至少部分基于一個或多個解調(diào)器輸出信號310的傾斜角輸出信號190。在該示例中，同步解調(diào)器300選擇性地解調(diào)傳感器輸出信號170，以提供表示電機電流Im的同步分量的振幅和相位的輸出310a和310b。在圖3的實施例中，鎖相環(huán)PLL 330的輸入端可操作地與檢測器電路輸入端182耦合以接收傳感器輸出信號170，并且PLL 330操作以確定電機電流Im的同步分量的頻率ω。在該示例中，PLL 330具有提供表示電機電流Im的同步分量的頻率的信號或值ω的輸出端以作為至同步解調(diào)器300的輸入端。其他實施例是可能的，其中同步解調(diào)器使用諸如對應(yīng)于偏心電機110的已知操作電機速度的固定解調(diào)頻率執(zhí)行解調(diào)以生成一個或多個輸出310。此外，進一步的實施例可以采用不同的頻率感測電路來主動提供頻率信號或值ω以作為至同步解調(diào)器300的輸入。

圖4示出圖3的同步解調(diào)器300的實施例的進一步細節(jié)，其中第二電路320包括用于提供表示傾斜角θy的傾斜角輸出信號或值190的處理器412。在一個可能的實施方式中，同步解調(diào)器電路300直接接收傳感器輸出信號170，諸如利用連接至返回電機引線112的輸入端。在另一實施例中，檢測器電路180包括濾波器電路420，諸如用于去除傳感器輸出信號170的低頻分量的高通濾波器(HPF)或帶通濾波器(BPF)。在圖4的示例中，濾波器電路420包括與檢測器電路輸入端182耦合的用于接收傳感器輸出信號170的輸入端，以及被耦合以向同步解調(diào)器300的輸入端提供基于傳感器輸出信號170的濾波輸出信號的輸出端。同步解調(diào)器300可操作以選擇性地解調(diào)來自濾波器電路420的濾波輸出信號，以提供表示電機電流Im的同步分量的振幅和相位的采用正交形式的解調(diào)器輸出信號310a(Iq)和310b(Id)。

圖4中的解調(diào)器電路300包括第一乘法器400a和第二乘法器400b，每個乘法器接收傳感器輸出信號170(例如，直接地或通過任何提供的濾波器電路420)，第一乘法器400a將所接收的輸入信號乘以正弦函數(shù)信號SINωt，其中頻率ω可以為預(yù)定頻率(例如，基于假設(shè)的來自電源150的恒定DC輸出的恒定電機速度操作)，或者頻率信號ω可以從外部電路(諸如如圖3所示的PLL或其他電路330)接收。第二乘法器400b將輸入信號乘以余弦函數(shù)COSωt。乘法器的輸出均被提供給放大器電路，該放大器電路包括從對應(yīng)的乘法器輸出端連接至對應(yīng)的運算放大器402(例如，第一通道中的放大器402a以及第二通道中的放大器402b)的反相(-)輸入端的輸入電阻器R1。每個通道中的反饋電路包括與反相輸入端和放大器輸出端之間的第二電阻器R2和放大器輸出端并聯(lián)連接的電容器C，并且放大器輸出端分別提供正交Iq和直接Id解調(diào)電流信號310a和310b以作為第一電路和第二電路320的輸入。

如圖4進一步所示，第二電路320包括具有集成或單獨的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的處理器電路410。在一個可能的實施方式中，A/D轉(zhuǎn)換器接收模擬正交信號310a和310b，并且轉(zhuǎn)換這些信號以提供對應(yīng)的數(shù)字值以作為供處理器使用的一系列樣本。在該示例中，第二電路320進一步包括用于存儲數(shù)據(jù)和程序指令414以及用于存儲用于確定反正弦(ARCSIN)函數(shù)的查找表(LUT)416的電子存儲器412。在該示例中，處理器410根據(jù)程序414的指令通過任何合適的處理技術(shù)在檢測器電路輸出端184處提供表示傾斜角θy的傾斜角輸出值190。在一個可能的實施例中，處理器程序414使處理器410基于解調(diào)器輸出310求解以下等式：

|Im|＝SQRT(Id²+Iq²) 等式(1)

angle(Im)＝ATAN(Iq/Id)＝θim 等式(2)

angle(|Im|/|Im ax|)＝θy 等式(3)

如以上的圖2的曲線圖200所示，同步分量信號包括具有隨著傾斜角θy變化的振幅的大致正弦波形。上面的等式(1)提供用于正交信號310的給定樣本組的絕對值振幅(|Im|)，并且等式(2)中的角計算提供指示關(guān)于同步解調(diào)器的正向過零點的電機電流角的對應(yīng)轉(zhuǎn)子角或相位角值θim。通過該信息，編程處理器410訪問查找表416，查找表416包括對應(yīng)于給定絕對值振幅|Im|和電機電流角θim的傾斜角θy或基于絕對值振幅|Im|和絕對最大電流值|Imax|的值，或在某些實施例中，可以使用上面的等式(3)來計算該值。因此，在任何時間點的傾斜角θy可以基于正交信號310的兩個樣本組來確定。在其他實施例中，處理器被編程為針對多個樣本確定平均或峰值振幅值，該多個樣本優(yōu)選地在同步分量的多個周期上延伸(例如，在轉(zhuǎn)子120的多次旋轉(zhuǎn)上)，并且使用對應(yīng)的參數(shù)等式(3)或LUT 416使所得的振幅值與對應(yīng)的傾斜角θy相關(guān)，而無需計算電機電流角θim。以此方式，對于不同的傾斜角θy，上面圖2所示的同步分量202中的總振幅改變，并且可以通過在同步(例如，電機)頻率的一個或多個周期上進行峰值檢測或其他合適的技術(shù)來評估振幅變化與傾斜角變化的相關(guān)性(曲線圖210)，而無需使用任何相位角信息來估計傾斜角θy。

此外，通過從電源150輸出的恒定DC電壓以大致恒定速度ω操作DC電機通常將導(dǎo)致電機中流動的某一非零DC電流，其中同步分量被添加到此DC偏移量。在某些實施例中，以比同步頻率高得多的采樣率獲得多個樣本的處理器410被編程以有效地去除DC分量并分析剩余的同步(AC)分量振幅。此外，在各種實施例中，高通濾波器或帶通濾波器(HPF/BPF)420可以用如圖4所示的低于硬件中(和/或在處理器執(zhí)行的固件或軟件中)的同步頻率的截止(cut-in)頻率實施以在同步分量的解調(diào)或其他評估之前去除低頻分量(例如，包括電機電流Im中的任何大致恒定的DC偏移)。例如，在其他可能的實施方式中，查找表416(例如，和/或上述曲線圖210中的相關(guān)曲線)可以被修改以并入任何DC偏移分量，從而允許評估電機電流Im的同步分量振幅。

圖5示出另一傾斜傳感器裝置實施例，其中檢測器電路180包括可復(fù)位的積分器電路500，其用于至少部分根據(jù)電機電流Im的同步分量提供傾斜角輸出信號190。在該實施方式中，角信息對于估計傾斜角θy是不必要的，其中電路500在一個或多個電機旋轉(zhuǎn)上提供的積分提供基于同步分量的振幅的信號。在一種實施方式中，積分器電路500包括接收傳感器輸出信號170并向基于運算放大器的積分器電路提供濾波信號503的高通濾波器或帶通濾波器502。在另一實施例中，濾波器電路502被省略，其中積分器電路直接接收傳感器輸出信號170。如圖5所示，高通濾波器或帶通濾波器502操作以去除傳感器輸出信號170的低頻分量，并且在帶通濾波器的情況下，還去除高于電機速度或頻率(高于電機電流Im的同步分量的頻率)的高頻分量。濾波器電路502具有被耦合以向積分器電路(其另外包括具有與R1耦合的反相輸入端的放大器)的電阻器R1提供濾波信號的輸出端和耦合在運算放大器504的反相輸入端和輸出端之間的反饋電容器C，運算放大器504向包括開關(guān)514和運算放大器516以及由電阻器518和電容器520形成的RC低通濾波器(LPF)的采樣保持(S/H)電路512提供放大器輸出，其中運算放大器516提供傾斜角輸出190。積分器實施例500是可復(fù)位的，并且包括根據(jù)來自控制電路510的控制信號508操作的第一開關(guān)506，諸如過零檢測器(ZCD)電路，其可操作以提供信號508以選擇性地閉合開關(guān)506以響應(yīng)于傳感器輸出信號170的過零點而使積分器電容器C放電。在一個可能的實施方式中，過零檢測器控制電路510選擇性地提供信號508以在濾波器電路502的輸出端的電壓的正半周期期間閉合開關(guān)506，以對濾波傳感器輸出信號170的半個周期進行積分。其他可能的實施方式在負半周期或半個周期的預(yù)定部分期間提供閉合開關(guān)506，并且其他變化是可能的。此外，在某些實施例中，控制電路510操作采樣保持開關(guān)514以在開關(guān)506閉合之前至少部分基于積分器電路輸入端170(例如，直接地或在濾波器電路502之后)的電壓的過零點選擇性采樣放大器504的輸出。以此方式，單個控制信號508可以用于操作開關(guān)506和514，其中一個開關(guān)常開而另一開關(guān)常閉。在其他示例中，控制電路510可以提供單獨的開關(guān)控制信號以操作各個開關(guān)506和514。在操作中，接收的信號的積分(不管是否被濾波)提供表示同步分量的振幅，并因此通過電路500中的積分和使用采樣保持電路512的后續(xù)采樣來表示傾斜角θy的電壓信號輸出190。

圖6示出另一傾斜傳感器裝置實施例，其中檢測器電路180包括用于去除傳感器輸出信號170的低頻分量的高通濾波器電路600，以及用于整流濾波信號的整流器電路612?？梢允褂脦V波器(未示出)的其他實施例是可能的。濾波器電路600包括DC阻斷電容602、放大器606以及非反相輸入端，阻斷電容602具有與檢測器電路輸入端182耦合以接收傳感器輸出信號170的第一端，放大器606具有通過電阻器604與電容602耦合的反相(-)輸入端，非反相輸入端連接到接地節(jié)點。反饋電阻器608被耦合在放大器606的反相輸入端和輸出端610之間，放大器606向整流器電路612提供濾波信號。在示例實施例中，整流器包括整流器二極管的全橋配置，并且提供整流的傾斜角輸出信號190，諸如表示傾斜角θy的電壓。其他實施例使用無源濾波器電路600，其包括單個阻斷電容，之后是有源或無源整流器，諸如單個整流二極管。在某些實施例中，輸出濾波器電路614(例如，包括如圖6所示的電阻器616和電容器618)穩(wěn)定整流器輸出，濾波器電路614的輸出端提供傾斜角輸出信號190，其為表示傾斜角θy的電壓信號。

圖7示出另一傾斜傳感器裝置實施例，該傾斜傳感器裝置實施例包括有源峰值檢測器電路，其用于根據(jù)傳感器輸出信號170的檢測峰值提供表示轉(zhuǎn)子軸線140和重力軸線G之間的傾斜角θy的傾斜角輸出信號190。此外，圖7的示例包括相位檢測器電路720，其提供指示電機電流角θim的輸出信號736。在某些實施例中，省略了相位檢測器電路720，并且主機系統(tǒng)采用傾斜角信號190來表示傾斜角θy。該示例也包括用于去除傳感器輸出信號170的低頻分量的輸入濾波器電路702，諸如高通濾波器或帶通濾波器。此外，在某些實施方式中，處理器電路740接收由相關(guān)聯(lián)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的信號190，其中處理器740索引相關(guān)聯(lián)的電子存儲器742中的查找表744，以確定可以作為數(shù)字輸出190提供的表示θy的傾斜角值。此外，在各種實施方式中，處理器740獲得并轉(zhuǎn)換來自相位檢測器電路720的表示電機電流角θim的模擬電壓信號736，并使用所轉(zhuǎn)換的θy和θim值來索引查找表744以獲得傾斜角輸出值190，傾斜角輸出值190作為數(shù)字值由處理器740提供給主機系統(tǒng)(未示出)。在其他實施例中，A/D轉(zhuǎn)換器電路740將所轉(zhuǎn)換的θy數(shù)字值190和θim數(shù)字值736提供給主機系統(tǒng)以進行類似的處理。

如圖7所示，濾波器電路702包括與檢測器電路輸入端182耦合以接收傳感器輸出信號170的濾波器輸入端，以及被耦合以向峰值檢測器700的輸入端704并向還任何包括的相位檢測器電路720提供濾波信號Ibp(t)的濾波器輸出端。

峰值檢測器輸入端704與被配置為跟隨器的運算放大器706的非反相輸入端耦合(例如，連接)，其中輸出二極管708具有連接至第一放大器輸出端的陽極和向第二跟隨器放大器716的非反相輸入端提供輸出信號的陰極，第二跟隨器放大器716的輸出端提供傾斜角輸出信號190。電容714被耦合在放大器716的非反相輸入端和電路接地之間，并且開關(guān)710與電容714并聯(lián)連接?？刂齐娐?20操作以通過閉合開關(guān)710來選擇性地復(fù)位峰值檢測器電路700，以響應(yīng)于傳感器輸出信號170的過零點而使電容714放電。在此實施方式中，控制電路712可以使用過零檢測電路來實施，過零檢測電路可操作以閉合開關(guān)710以復(fù)位電容器714上的電壓且僅在峰值檢測器輸入節(jié)點704的電壓的正半周期期間保持閉合。如圖7進一步所示，相位檢測器電路示例720包括過零檢測電路722，其具有被耦合以向觸發(fā)器726的置位(set)(S)輸入端提供具有滯后的過零檢測信號Izc(t)的輸出端724。觸發(fā)器726的復(fù)位(R)輸入端與來自索引電路728的輸出端730耦合，并且觸發(fā)器輸出端732(Q)被提供給可選的低通濾波器734，以用于提供表示電機電流角θim的轉(zhuǎn)子角(相位角)輸出信號736。

在圖8中，曲線圖800、810、820、830和840示出圖7的相位檢測器電路720中的各種信號波形。曲線圖800示出帶通濾波信號波形802(Ibp(t))的示例，該信號波形示出具有通過濾波器電路702的操作去除的任何DC偏移的電機電流Im的同步分量。曲線圖810示出過零檢測器輸出波形812(Izc(t))，其中交替的高行(high-going)脈沖前沿和低行(low-going)脈沖前沿響應(yīng)于檢測到的濾波信號波形802的過零點而發(fā)生。

索引電路輸出波形822在曲線圖820中示出，在某些實施例中，索引電路輸出波形822與電機電流Im的同步分量同步以提供脈沖，如當轉(zhuǎn)子120經(jīng)過參考位置時(例如，如圖9和圖10所示，當與偏心質(zhì)量130相關(guān)聯(lián)的永磁體1000經(jīng)過傳感器900時)在每個同步周期期間所示。曲線圖830中的觸發(fā)器輸出波形832具有大體對應(yīng)于在過零檢測器輸出波形812的高行脈沖前沿和對應(yīng)的索引脈沖波形822的前沿之間的時間的脈沖寬度834。低通濾波觸發(fā)器電路726的Q輸出端提供具有大致對應(yīng)于觸發(fā)器輸出脈沖832的寬度834的振幅的相位角信號波形842。相位檢測器電路720提供與關(guān)于索引信號822的濾波信號的相位成比例的模擬電壓。在其他可能的實施例中，處理器電路740可以直接接收觸發(fā)器輸出732以測量觸發(fā)器輸出波形脈沖832的占空比或脈沖寬度834，以計算相位角值θim并將其提供為數(shù)字輸出736。

圖9示出具有傾斜傳感器裝置實施例100的另一示例系統(tǒng)，傾斜傳感器裝置實施例100包括用于檢測偏心質(zhì)量130的旋轉(zhuǎn)的霍爾傳感器900。圖10示出具有圖9中的轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量130的旋轉(zhuǎn)以及用于檢測偏心質(zhì)量130的永磁體100的通過的霍爾傳感器900。如圖9和圖10所示，霍爾傳感器900經(jīng)由一個或多個導(dǎo)線或電路板跡線902耦合，以基于對永磁體1000的近側(cè)的檢測向傾斜傳感器裝置100的檢測器電路180提供傳感器信號。替代實施方式是可能的，諸如利用拾波線圈感測或以其他方式檢測磁體1000的存在或不存在。此外，在其他實施例中，感應(yīng)傳感器可以用于檢測偏心質(zhì)量130的旋轉(zhuǎn)。

圖11示出另一傾斜傳感器系統(tǒng)，其包括如上所述的傾斜傳感器裝置100，其中三個偏心質(zhì)量電機110a、110b和110c設(shè)置有對應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸線140a、140b和140c，轉(zhuǎn)子軸線140a、140b和140c相對于具有頂側(cè)或頂表面101t和底側(cè)或底表面101b的基座101的頂表面或上表面101t的平面處于預(yù)定角或固定角。在該示例中，每個電機110包括對應(yīng)的轉(zhuǎn)子和偏心質(zhì)量130a、130b和130c，并且電機引線被連接至傾斜傳感器裝置100中的對應(yīng)傳感器，以提供表示對應(yīng)的電機電流Im1、Im2和Im3的對應(yīng)傳感器輸出信號170a、170b和170c。轉(zhuǎn)子軸線140a、140b和140c相對于彼此設(shè)置成非零角。在該示例中，轉(zhuǎn)子軸線140彼此逐漸偏移45°，其中第三轉(zhuǎn)子軸線140c基本上平行于基座101的平面，轉(zhuǎn)子軸線140b偏移45°，并且第一轉(zhuǎn)子軸線140a大致垂直于基座101的頂表面l01t的平面。

圖12示出具有多個偏心質(zhì)量電機110的另一系統(tǒng)實施例，其中轉(zhuǎn)子軸線140相對于彼此以與基座101的平面平行的不同角定位。預(yù)期其他系統(tǒng)實施例，諸如組合圖11和圖12的配置的實施例，系統(tǒng)提供多個電機110以用于在相對于重力軸線的三維空間中檢測基座101的明確角位置。以此方式，該系統(tǒng)對于機器人或其他機器控制或運動控制應(yīng)用以及對于游戲控制器應(yīng)用、無線電控制的車輛應(yīng)用、航空航天應(yīng)用和導(dǎo)航系統(tǒng)是特別有利的。

圖13示出在包括三個偏心質(zhì)量電機110a、110b和110c的系統(tǒng)中的另一可能的配置，其中轉(zhuǎn)子軸線相對于基座101的平面以不同的角定位并且還如圖11所示以45°增量彼此逐漸成角地隔開。

在圖14中，曲線圖1400、1410、1420、1430、1440、1450和1460分別示出用于各個偏心質(zhì)量振動電機110a、110b和110c的同步電機電流分量曲線1402、1422和1442以及相應(yīng)的傾斜角信號波形1410、1430和1450。此外，圖14中的曲線圖1460示出表示裝置相對于重力角G的傾斜角θy(圖1)的輸出信號波形1462。如圖1所示，在重力軸線G和垂直于基座101的平面的轉(zhuǎn)子軸線140之間的角偏移θy與表示基座101的平面和水平面之間的角偏差的基座傾斜角θb相關(guān)，并且傾斜傳感器裝置100可以用于評估基座結(jié)構(gòu)101相對于重力軸線G或垂直于重力軸線的水平面的傾斜角θb。

如圖13和圖14所示，可以采用使用上述技術(shù)和電路的多個偏心質(zhì)量電機110，以在大的角范圍內(nèi)為給定的結(jié)構(gòu)基座101提供估計的傾斜角。以此方式，圖13中的電機110偏移45°允許使用消歧電路1300(圖13)來消歧，以將角檢測或估計范圍擴展超過90°。如曲線圖1400、1420和1440所示，電機電流的同步分量提供包絡(luò)正弦波形，其每90°重復(fù)一次角旋轉(zhuǎn)以便傾斜，圖11-13的技術(shù)提供小于90°(例如，45°)的多個偏心質(zhì)量電機110的交錯偏移值。圖14示出具有基座101的設(shè)備的示例，基座101通常在基座平面嚴格為水平的情況下使用，使得圖13中所示的“Y”軸線在默認情況下垂直于重力軸線G，重力軸線G由圖14中的水平刻度上在0°處的虛豎直線表示。

在一個示例中，基座101相對于重力軸線處于+30°的有效角θy的定位在圖14中被示為虛線1470(例如，圖13中的基座通過繞圖13中的“Y”軸線順時針旋轉(zhuǎn)30°)，并且用于第一偏心質(zhì)量電機110a的傾斜角輸出信號波形1412處于對應(yīng)于+30°或-30°的水平或振幅。因此，提供(如圖13所示定位的)單個偏心質(zhì)量電機110a提供關(guān)于基座101是否已圍繞Y軸線順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)該量的模糊信息。然而，如圖14的曲線圖1430所示，用于第二偏心質(zhì)量電機110b的傾斜角輸出信號波形1432對于+30°和-30°具有兩個不同的振幅或水平。圖13中的傾斜傳感器裝置100包括消歧電路1300，其用于提供表示基座101的平面相對于重力軸線G或相對于水平面的角θb的單個傾斜角輸出信號或值。此外，在兩個或更多個非平行平面中使用多個角偏移傳感器(例如，偏心質(zhì)量電機或致動器)以及消歧電路1300允許識別相對于圖1中的重力軸線G的傾斜角值θy(和/或結(jié)構(gòu)基座101相對于重力軸線G的角θb)以及表示電機軸線140相對于水平參考(諸如圖1所示的真北N)的角的旋轉(zhuǎn)角或傾斜方向角θyd。

圖13中的電路1300可操作與檢測器電路180a、180b和180c耦合以接收傾斜角輸出信號或值190a、190b和190c，并且可操作以提供至少部分基于傾斜角輸出信號或值190a、190b和190c的表示基座101的平面相對于重力軸線(例如，G)的基座傾斜角θb的傾斜角輸出信號或值190。繼續(xù)上述示例，在一個實施例中，電路1300包括用于比較各種傾斜角輸出信號波形1412、1432和1452以識別關(guān)于真實基座傾斜角θb的匹配信息的比較電路(模擬和/或數(shù)字)。例如，在上述情況中，消歧電路1300可操作以識別對應(yīng)于來自第一檢測器電路180a的信號波形1412的兩個可能的角值+30°和-30°，并且還識別對應(yīng)于來自第二檢測器電路180b的信號波形1432的兩個可能的角值+30°和+75°。在該示例中，消歧電路1300提供表示與由第一波形1412和第二波形1432指示的匹配值(例如，+30°)相對應(yīng)的基座傾斜角θb的輸出信號或值190。如圖14所示，提供甚至進一步延伸明確的角范圍的第三偏心質(zhì)量電機110c，并且構(gòu)想提供多個角偏移的偏心質(zhì)量電機110以用于相對于重力軸線的傾斜角θb的明確角測量的各種實施例，其中偏移偏心質(zhì)量電機110的此類分組可以設(shè)置在兩個大致正交的平面中(例如，平行于基座101的平面以及垂直于基座101的平面)，以提供在三維空間中的明確傾斜角檢測或估計。

圖15示出另一傾斜傳感器裝置實施例100，該傾斜傳感器裝置實施例100包括檢測器電路180中的相位檢測器電路1500，其除了用于提供相對于重力軸線G的傾斜角信號或值190(θy)之外，還用于提供相對于從針對轉(zhuǎn)子軸線的中心的霍爾傳感器900的感測面延伸的軸線1600的傾斜方向角信號或值1508(θyd)。在此示例中，檢測器電路180包括高通濾波器電路/帶通濾波器電路502、過零檢測器電路510、可復(fù)位積分器電路500和提供傾斜角信號或值190的采樣和保持電路512，大體上如上文結(jié)合圖5所述。此外，相位檢測器電路1500包括接收來自過零檢測器電路510的輸出508并向RS觸發(fā)器1504提供復(fù)位(“R”)輸入信號1503的正過零檢測電路1502。至觸發(fā)器1504的“置位”(“S”)輸入端設(shè)置有來自霍爾傳感器900的輸出信號902，其中觸發(fā)器1504“Q”輸出端1505向低通濾波器電路1506提供輸入。因此，低通濾波器的輸出表示當偏心質(zhì)量130圍繞轉(zhuǎn)子軸線140旋轉(zhuǎn)時，電機電流Im的同步分量的正過零點和磁體1000經(jīng)過霍爾傳感器900的感測面之間的相位差。

當偏心質(zhì)量磁體1000變得接近傳感器900時，霍爾傳感器信號900提供高行脈沖前沿，并且由傳感器900提供的脈沖將具有表示磁體1000在傳感器900的感測范圍內(nèi)期間的時間的寬度。因此，霍爾傳感器輸出信號脈沖的前沿(在一個示例中為高行)指示偏心質(zhì)量130與從霍爾傳感器900的感測面朝向轉(zhuǎn)子120延伸的軸線1600對準。相對于該參考方向1600，裝置100可以識別傾斜方向信號或值θyd 1508。以此方式，如果轉(zhuǎn)子軸線140與重力軸線G平行，則傾斜角θy如上所述為0°，因為電機電流Im基本上為零同步分量。

然而，還參考圖16-18，在一個示例取向中的電機110在基本上平行于軸線1600的方向上朝著傳感器沿方向1602傾斜，如圖16和17所示(重力軸線G沿軸線1600)，其中圖17示出相對于從霍爾傳感器面到轉(zhuǎn)子120的軸線140的軸線1600以0°傾斜方向θyd 1508取向的如圖16所示的裝置的俯視圖。圖18的曲線圖1800、1802、1804、1806和1808分別示出在圖15中用于確定如圖16和圖17所示取向的裝置的傾斜方向信號或值的傾斜傳感器裝置中的信號波形503、902、1503、1505和1508。在圖16和圖17的取向中，當生成霍爾傳感器信號902的上升沿時(圖18的曲線圖1802中的波形902)，電機電流Im的同步分量(圖18的曲線圖1800中的波形503)通過零點增加。在這一點上，偏心質(zhì)量130處于其最低豎直位置并且正在增加。此外，正過零檢測電路1510(圖15)提供與霍爾傳感器輸出信號902的上升沿(曲線圖1802)對準的觸發(fā)器復(fù)位信號的上升沿(圖18的曲線圖1804中的波形1503)，并且因此觸發(fā)器輸出(曲線圖1806中的波形1505)保持為低，并且低通濾波信號輸出波形1508(曲線圖1808中的θyd)為零，因此指示相對于傳感器-轉(zhuǎn)子軸線1600處于0°的傾斜方向。以此方式，圖15的傾斜傳感器100識別相對于重力軸線G的傾斜角信號或值190(θy)和相對于傳感器面-轉(zhuǎn)子軸線或方向1600的傾斜方向角信號或值1508(θyd)。因此，裝置100可以用于提供從重力軸線G傾斜的量的極坐標指示(例如，表示矢量振幅的θy)和相對于固定方向的角傾斜方向的極坐標指示(例如，當從上面觀看時，表示矢量角的θyd)。

圖19的系統(tǒng)圖和圖20的俯視圖示出在相對于從霍爾傳感器面到轉(zhuǎn)子軸線140的軸線1600的70°傾斜方向θyd處于另一可能取向1602中的裝置。此外，曲線圖1800-1808示出裝置在該位置的對應(yīng)的信號波形503、902、1503、1505和1508。在該示例中，電機扭矩通過標稱值增加并且觸發(fā)上升沿的點(圖21中的電機電流同步分量曲線503中的上升過零點)在脈沖波形1503中為70°的相對相位角(曲線圖1804)，從而遵循曲線圖1802中的傳感器輸出信號波形902的上升沿。因此，提供給觸發(fā)器1504(圖15)的置位和復(fù)位信號在時間上偏移，并且曲線圖1806中的Q輸出信號波形1505提供具有如圖21所示的非零持續(xù)時間的脈沖。經(jīng)由低通濾波器電路1506(圖15)對脈沖信號1505的低通濾波在曲線圖1808中提供非零輸出信號波形1508，該非零輸出信號波形1508表示70°傾斜方向θyd、關(guān)于在霍爾傳感器900的感測相位和轉(zhuǎn)子120的軸線140之間的軸向方向1600對應(yīng)于裝置的傾斜方向。因此，傳感器裝置有利地提供傾斜量θy以及傾斜方向θyd的指示。

在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，所述實施例的更改是可能的，并且其他實施例是可能的。