[發(fā)明專利]高分辨率非接觸多圈感應(yīng)系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210315312.2
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102889898A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: E·博格斯;P·威爾曼;C·扣奇
• 申請（專利權(quán)）人: 博恩斯公司
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12;G01B7/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

與相關(guān)申請的交叉引用

按照美國法典35§119(e)，本申請請求保護申請日為2011年7月17日的美國臨時申請No.61/508,672的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，并通過援引的方式全部納入說明書。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開的內(nèi)容通常涉及傳感器領(lǐng)域，更具體而言，涉及具有高分辨率的多圈非接觸感應(yīng)的系統(tǒng)以及方法。

背景技術(shù)

在許多機械和/或機電設(shè)備中，期望能夠準確確定旋轉(zhuǎn)物體的狀態(tài)。例如，如螺旋起重機這樣的旋轉(zhuǎn)物體通過自身旋轉(zhuǎn)給另一物體帶來線性運動。許多情況下，期望能夠準確確定線性運動物體的方位。該確定基于獲知旋轉(zhuǎn)物體的角度位置。

在某些應(yīng)用中，期望通過多圈旋轉(zhuǎn)準確確定旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)位置。這種設(shè)計通常會具有相對低的分辨率和/或依賴相對復雜的機構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

在一些實施方式中，本發(fā)明涉及位置感應(yīng)設(shè)備，其包括具有縱向軸線的可旋轉(zhuǎn)軸、第一傳感器組件以及第二傳感器組件。第一傳感器組件包括第一磁體和第一磁性傳感器。第一傳感器組件配置用于允許測量第一磁體相對于第一磁性傳感器的線性位置，從而允許確定軸的圈數(shù)/旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。第二傳感器組件包括第二磁體和第二磁性傳感器。第二傳感器組件配置用于允許測量第二磁體相對于第二磁性傳感器的角度位置，從而允許確定給定軸圈數(shù)內(nèi)軸的角度位置，從而軸多圈旋轉(zhuǎn)(a?pluralty?of?turns)的自始至終與軸的角度位置相關(guān)的角度分辨率基本上保持不變。

在某些實施例中，第一磁體的線性位置能夠沿著一個具有基本上與縱向軸線平行的分量的線性方向上。在某些實施例中，該設(shè)備進一步包括第一機構(gòu)，其被配置成將第一傳感器組件與軸相連，以致軸關(guān)于縱向軸線的旋轉(zhuǎn)會引起第一磁體沿著線性方向的線性運動。

在某些實施例中，該設(shè)備能夠進一步包括第二機構(gòu)，其被配置成將第二傳感器組件與軸相連，以致軸的旋轉(zhuǎn)會導致第二磁體相對于第二磁性傳感器的旋轉(zhuǎn)運動。第二機構(gòu)能夠包括磁體夾具，其被配置成夾持第二磁體并且將第二磁體互連到軸的一端。第二機構(gòu)能夠被配置成使得軸的一圈導致第二磁體的一圈。

在某些實施例中，第二磁體能夠被定位成使得與第二磁性傳感器不接觸。第二磁體能夠包括一個偶極子并且是直徑上磁化的磁體，從而向第二磁性傳感器提供可變的正交和平行的磁通量。

在某些實施例中，第二磁性傳感器能夠被配置成以正交模式運行。第二磁性傳感器包括多個霍爾效應(yīng)傳感器、多個磁阻(MR)傳感器或者多個大型磁阻(MR)傳感器。第二磁性傳感器包括四個傳感器，其被以正交方式定位且被配置成正-余弦傳感器。

在某些實施例中，設(shè)備能夠進一步包括一個模擬接口，其被配置成處理來自第二磁性傳感器的輸出信號并產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)。通過示例方式，數(shù)字數(shù)據(jù)能夠包括關(guān)于軸角度位置的信息，且對于給定軸轉(zhuǎn)向分辨率至少為10位。采用更具體示例的方式，軸的角度位置對于給定軸轉(zhuǎn)向能夠具有在10位-14位范圍內(nèi)的分辨率。高于或者低于前述示例中的其他分辨率也可以實現(xiàn)。

在某些實施例中，第二磁性傳感器和模擬接口能夠是專用集成電路(ASIC)的一部分或者放置在其上。

在某些實施例中，第一傳感器組件能夠被配置成提供M-位分辨率，其足夠用于計數(shù)圈數(shù)，并且第二傳感器組件被配置成提供N-位分辨率從而產(chǎn)生角度分辨率。兩者合并，該位置感應(yīng)設(shè)備能夠在該圈數(shù)的范圍上具有有效M+N位分辨率。

在某些實施方式中，本申請涉及一種用于感應(yīng)繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)的軸的位置的方法。該方法包括由與第一磁性傳感器以不接觸方式設(shè)置的第一磁體來確定軸的圈數(shù)，從而測量第一磁體相對于第一磁性傳感器的線性位置。線性位置代表軸的圈數(shù)，圈數(shù)采用M-位分辨率確定。該方法進一步包括由與第二磁性傳感器以不接觸方式被布置的第二磁體來確定給定圈的軸的角度位置，其中采用N-位分辨率確定給定旋轉(zhuǎn)內(nèi)的角度位置。該方法進一步包括將圈數(shù)與角度位置合并從而生成軸在給定多圈范圍內(nèi)的測量位置。

在某些實施例中，對于多圈范圍內(nèi)的測量位置，可以基本上保持每圈N-位角度位置。合并會在多圈范圍內(nèi)產(chǎn)生M+N位的有效分辨率。

在某些實施例中，多圈包括大于兩圈。例如，M值可以選擇為4，或者更少從而確定圈數(shù)最高達16。