[发明专利]使用通量调制和角度感测的位置测量

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及使用磁传感器确定可移动元件的位置。

背景技术

与其它类型的感测相比，磁感测具有许多优点。例如，磁传感器通常不受脏环境（即肮脏的、大部分是液体的环境或有多种电磁干扰源的环境）的影响且相对简单（尤其是当使用市场上可买到的传感集成电路时，例如霍尔传感器和磁阻式传感器）。尽管有某些优点，然而在一些应用中，噪音（通常来自外部磁场、不是源自位置测量系统内部）对传感器感测到的磁场产生影响。当这种情况发生时，传感器测量是不准确的。预防或降低噪音的影响通常包括在传感器中使用强磁体、提供磁屏蔽和将聚磁器（magnetic concentrator）置于传感器附近。

磁传感器不准确的另一个来源是由传感器绝对磁场强度的改变引起的。此改变的一个原因是磁路中的通量变化，这可以由温度的变化引起。此改变的另一个原因是在相关磁路中与位置测量不相关联的改变（即，磁路器件之间的间隙被改变）。

发明内容

在一些实施例中，本发明提供用于使用磁传感器确定可移动元件位置的系统和方法，旨在减少或克服许多已注意到的问题。本发明的实施例使用通量调制和同步解调的结合，以减少或消除外部磁场噪音源对传感器的影响。此外，本发明的实施例使用多维（即X和Y分量）通量测量来确定位置。本发明的实施例还实现了相对高的信噪比，这提高了低强度磁场测量的准确性。

不采用磁场强度作为主要的衡量标准，本发明的实施例使用一个或多个磁场角度来确定位置。由于测量在很大程度上不受传感器处的绝对场强改变的影响，所以，使用磁场角度来确定位置产生了更准确的测量。特别地，磁场的角度不取决于传感器处的绝对场强。

在一个特别的实施例中，本发明采用用于确定可移动元件的位置的系统的形式。所述系统包括变化的磁通量的可控源。变化的磁通量具有频率。所述系统还包括磁路和被配置成输出传感器信号的磁传感器。磁传感器被置于磁路中，使得改变的磁通量穿过磁传感器。当可移动元件的位置发生变化时，通量穿过磁传感器的角度发生变化。处理器被配置成处理传感器信号，使得传感器信号的频率分量被选择性地滤波。处理器可以包括同步解调电路或数字滤波器。磁传感器被配置成测量通量穿过磁传感器的角度，且通量角度是可移动元件位置的指示器。

所述系统还可以包括引导磁通量的第一磁通量集中器和相对于第一磁通量集中器可移动的第二磁通量集中器。变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间耦合。

本发明另一个特别的实施例提供用于确定可移动元件的位置的方法。所述方法包括如下步骤：对变化的磁通量的源进行控制，用被置于磁路中的至少一个磁传感器测量磁通量的至少一个方向的分量，使得变化的磁通量穿过磁传感器。当可移动元件的位置改变时，通量穿过磁传感器的角度改变。所述方法还包括处理来自磁传感器的传感器信号，使得传感器信号的频率分量被选择性地滤波。

所述方法还可以包括：引导磁通量穿过第一通量集中器，将第一磁通量集中器磁性耦合到第二磁通量集中器，将磁传感器置于第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之间，以及用磁传感器测量磁通量至少一个方向的分量。

本发明又一个实施例提供用于确定可移动元件的位置的系统。所述系统包括磁路和电路。磁路包括已调制磁通量的可控源、第一磁通量集中器、第二磁通量集中器和至少一个磁传感器。第一磁通量集中器接收磁通量。第二磁通量集中器相对于第一磁通量集中器是可移动的，并接收来自第一磁通量集中器的磁通量。磁传感器被置于第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之间并被配置成测量磁通量的至少一个方向的分量。电路包括混合器、滤波器和控制器。混合器将磁通量的至少一个方向的分量和一混合信号进行混合，并输出已混合信号。滤波器对已混合信号进行滤波并产生解调信号。控制器基于解调信号确定第二磁通量集中器的位置。

通过考虑详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得明白易懂。

附图说明

图1A示意性地示出了用于确定可移动元件位置的系统，其中可移动元件处于第一位置。

图1B示意性地示出了图1A的系统，其中可移动元件处于第二位置。

图2A是图1A的可移动元件处于第三位置的截面图。

图2B示意性地示出了从X-Y平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图2A的第三位置。

图2C示意性地示出了从Y-Z平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图2A的第三位置。

图3A是图1A的可移动元件处于第四位置的截面图。