[發(fā)明專利]使用通量調(diào)制和角度感測的位置測量

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310414888.9
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103675756B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·G·斯坦利
• 申請（專利權(quán)）人: 伯恩斯公司
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司11012
• 代理人: 梁棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例涉及使用磁傳感器確定可移動元件的位置。

背景技術(shù)

與其它類型的感測相比，磁感測具有許多優(yōu)點。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）的影響且相對簡單（尤其是當(dāng)使用市場上可買到的傳感集成電路時，例如霍爾傳感器和磁阻式傳感器）。盡管有某些優(yōu)點，然而在一些應(yīng)用中，噪音（通常來自外部磁場、不是源自位置測量系統(tǒng)內(nèi)部）對傳感器感測到的磁場產(chǎn)生影響。當(dāng)這種情況發(fā)生時，傳感器測量是不準(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磁體、提供磁屏蔽和將聚磁器（magnetic?concentrator）置于傳感器附近。

磁傳感器不準(zhǔn)確的另一個來源是由傳感器絕對磁場強度的改變引起的。此改變的一個原因是磁路中的通量變化，這可以由溫度的變化引起。此改變的另一個原因是在相關(guān)磁路中與位置測量不相關(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

在一些實施例中，本發(fā)明提供用于使用磁傳感器確定可移動元件位置的系統(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噪音源對傳感器的影響。此外，本發(fā)明的實施例使用多維（即X和Y分量）通量測量來確定位置。本發(fā)明的實施例還實現(xiàn)了相對高的信噪比，這提高了低強度磁場測量的準(zhǔn)確性。

不采用磁場強度作為主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明的實施例使用一個或多個磁場角度來確定位置。由于測量在很大程度上不受傳感器處的絕對場強改變的影響，所以，使用磁場角度來確定位置產(chǎn)生了更準(zhǔn)確的測量。特別地，磁場的角度不取決于傳感器處的絕對場強。

在一個特別的實施例中，本發(fā)明采用用于確定可移動元件的位置的系統(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)可移動元件的位置發(fā)生變化時，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，使得傳感器信號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量通量穿過磁傳感器的角度，且通量角度是可移動元件位置的指示器。

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于第一磁通量集中器可移動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。

本發(fā)明另一個特別的實施例提供用于確定可移動元件的位置的方法。所述方法包括如下步驟：對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磁傳感器測量磁通量的至少一個方向的分量，使得變化的磁通量穿過磁傳感器。當(dāng)可移動元件的位置改變時，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，使得傳感器信號的頻率分量被選擇性地濾波。

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，以及用磁傳感器測量磁通量至少一個方向的分量。

本發(fā)明又一個實施例提供用于確定可移動元件的位置的系統(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于第一磁通量集中器是可移動的，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量磁通量的至少一個方向的分量。電路包括混合器、濾波器和控制器。混合器將磁通量的至少一個方向的分量和一混合信號進(jìn)行混合，并輸出已混合信號。濾波器對已混合信號進(jìn)行濾波并產(chǎn)生解調(diào)信號。控制器基于解調(diào)信號確定第二磁通量集中器的位置。

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。

附圖說明

圖1A示意性地示出了用于確定可移動元件位置的系統(tǒng)，其中可移動元件處于第一位置。

圖1B示意性地示出了圖1A的系統(tǒng)，其中可移動元件處于第二位置。

圖2A是圖1A的可移動元件處于第三位置的截面圖。

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)，其中可移動元件處于圖2A的第三位置。

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)，其中可移動元件處于圖2A的第三位置。

圖3A是圖1A的可移動元件處于第四位置的截面圖。