[发明专利]用于确定磁体和操纵杆的取向的设备和方法

说明书

一种确定磁体的取向(α，β)的方法，该磁体绕相对于半导体衬底具有预定义位置的参考位置(P参考)可枢转，该方法包括：a)确定以下磁场梯度中的至少两个磁场梯度：i)第一磁场梯度(dBx/dx)；ii)第二磁场梯度(dBy/dy)；iii)第三磁场梯度(dBz/dx)；iv)第四磁场梯度(dBz/dy)；b)基于所述磁场梯度中的至少一个磁场梯度确定第一角度(α)；c)基于所述磁场梯度中的至少一个磁场梯度确定第二角度(β)。被配置用于执行该方法的传感器设备。包括此类传感器设备和可选地连接到操纵杆的磁体的传感器系统。

技术领域

本发明总体上涉及磁位置传感器系统、装置和方法的领域，更具体地说，涉及用于测量绕固定参考点可枢转的磁体的取向的磁位置传感器系统。本发明还涉及其中所述磁体连接至操纵杆的位置传感器系统。

背景技术

磁位置传感器系统，特别是线性位置或角位置传感器系统在本领域中是已知的。存在位置传感器系统的许多变体，解决以下需求中的一个或多个：使用简单或便宜的磁结构、使用简单或便宜的传感器设备、能够在相对大范围上进行测量、能够以高准确度进行测量、仅需简单的算术、能够以高速进行测量、对定位误差是高度稳健的、对外部干扰场是高度稳健的、提供冗余、能够检测误差、能够检测并纠正误差、具有良好的信噪比(SNR)、只有一个自由度(平移或旋转)、具有两个自由度(例如，一个平移和一个旋转、或两个旋转)，等等。

在许多已知系统中，系统只有一个运动自由度，例如，绕单个轴旋转、或沿单个轴平移。

磁体具有至少两个自由度的磁位置传感器系统在本领域也是已知的，例如，来自2021年2月28日提交的公开可沿轴移动并可绕所述轴旋转的磁体的EP21159804.0；或者来自公开电路的US2021/0110239(A1)，该电路包括至少一个经训练的神经网络，用于确定关于磁体的位置、姿态或取向的信息。这些例子表明，磁体具有至少2个自由度的位置传感器系统比只有1个自由度的系统复杂得多。

总是存在改进或替代的余地。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供用于确定磁体的取向(α，β)的传感器设备、位置传感器系统、以及方法。

本发明的实施例的目的是提供用于确定绕固定参考点可枢转的圆柱形磁体的取向(α，β)的传感器设备、位置传感器系统、以及方法。固定参考点可位于半导体衬底上方或下方的预定义高度处(“上方”表示在衬底的与磁体相同的一侧，“下方”表示在衬底的与磁体相对的一侧)。

本发明的实施例的特定目的是提供用于确定轴向磁化的圆柱形磁体的轴的取向(α，β)的传感器设备、位置传感器系统和方法，该轴向磁化的圆柱形磁体绕位于半导体衬底上的参考位置可枢转。

在优选实施例中，以对外部干扰场(也称为“杂散场”)具有高度稳健性的方式来确定该取向。

本发明的实施例的特定目的是提供包括此类磁体的操纵杆，其中操纵杆的取向以提高的准确度确定，例如，以对外部干扰场基本不敏感的方式确定。

这些目标通过本发明的实施例实现。

根据第一方面，本发明提供用于确定具有轴的磁体(例如两极磁体)的取向的传感器设备，该传感器设备包括：半导体衬底，该半导体衬底包括多个磁传感器，各磁传感器被配置用于确定以下磁场梯度中的至少两个磁场梯度：i)在平行于半导体衬底的第一方向上定向的第一磁场分量沿所述第一方向的第一磁场梯度(例如dBx/dx)；ii)在平行于半导体衬底并垂直于第一方向的第二方向上定向的第二磁场分量沿所述第二方向的第二磁场梯度(例如dBy/dy)；iii)在垂直于半导体衬底的第三方向上定向的第三磁场分量沿所述第一方向的第三磁场梯度(例如dBz/dx)，该第三磁场分量；iv)在第三方向上定向的第三磁场分量沿所述第二方向的第四磁场梯度(例如dBz/dy)；传感器设备进一步包括处理电路，该处理电路被配置用于基于所述磁场梯度中的至少一些磁场梯度来确定第一角度(例如α)和第二角度(例如β)。