磁性位置传感器、系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种磁性位置传感器、系统和方法。在一个实施方式中，位置感测系统包括在沿z轴的方向具有偶极矩的磁场源；以及传感器模块，其沿y轴与偶极矩的中心间隔距离y0，并沿z轴与偶极矩的中心间隔距离z0，磁场源或传感器模块中的至少一个被配置为沿y=y0平面中的路径相对另一个移动，传感器模块被配置为根据梯度dBz/dx与梯度dBz/dy的比率来确定磁场源与传感器模块关于路径的相对位置，其中Bz是与永久磁体相关的磁场分量，且其中x轴、y轴和z轴成直角。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及传感器，特别涉及磁性位置传感器。
技术介绍
磁性传感器可用于线性位置感测(即感测在一维度中的目标的位置)以及多维定位感测。永久磁体附接至目标，由磁性传感器测量磁体的磁场。但是使用磁性传感器进行位置感测的常规方案存在一些缺点。一些方案没有多维度中感测位置的能力。其它解决方案不准确和/或需要复杂的数学计算，而用有限的硅面积难以进行这样的计算。 因此，需要改进的磁性位置传感器、感测系统和方法。
技术实现思路
本专利技术公开了。在一个实施方式中，位置感测系统包括磁场源，其在沿z轴的方向具有偶极矩；以及传感器模块，其沿y轴与偶极矩的中心分隔距离y0，并沿z轴与偶极矩的中心分隔距离z0，磁场源或传感器模块中的至少一个被配置为沿y=y0平面中的路径相对另一个移动，传感器模块被配置为根据梯度dBz/dx与梯度dBz/dy的比率来确定磁场源与传感器模块关于路径的相对位置，其中Bz是与永久磁体相关的磁场分量，且其中X轴、y轴和z轴成直角。在一个实施方式中，位置感测系统包括磁场源；以及传感器模块，其与所述磁场源分隔，磁场源或传感器模块中的至少一个被配置为沿路径相对另一个移动，传感器模块被配置为根据磁场源的磁场的第一分量与磁场源的磁场的第二分量的比率的非线性函数来确定磁场源相对于传感器模块的位置。在一个实施方式中，一种感测物体的线性位置的方法包括将永久磁体或传感器的中的一个耦合至所述物体，永久磁体在z方向被磁化；将传感器或所述永久磁体中的另一个布置为在y方向与永久磁体或传感器中的一个邻近但分隔；由传感器的第一传感器元件感测永久磁体的磁场分量Bz的X方向的变化；由传感器的第二传感器元件感测永久磁体的磁场分量Bz的y方向的变化；确定dBz/dx与dBz/dy的比率；以及根据比率确定物体在路径上的位置。在一个实施方式中，一种感测物体的线性位置的方法包括将永久磁体或传感器的中的一个耦合至物体，永久磁体在y方向被磁化；将传感器或永久磁体中的另一个布置为在Z方向与永久磁体或传感器中的一个邻近但分隔；由传感器的第一传感器兀件感测永久磁体的磁场分量Bx ;由传感器的第二传感器兀件感测永久磁体的磁场分量Bz ;确定Bx与Bz的非线性函数；以及根据非线性函数确定物体在路径上的位置。在一个实施方式中，一种位置感测系统包括偶极磁体(dipole magnet),其在z方向均勻磁化,且具有消失性八极矩(vanishing octupole moment);传感器模块,其定位为与偶极磁体邻近但分隔，并包括多个传感器元件以感测偶极磁体的磁场的x、y和z分量，传感器模块被配置为根据磁场的X、y和Z分量确定磁体与传感器模块的相对位置。附图说明由以下的对本专利技术不同实施方式的结合附图的详细说明，可更全面地理解本专利技术，其中图I是根据一个实施方式的磁体和传感器的框图。图2是根据一个实施方式的磁体路径的图。图3A是根据一个实施方式的磁场分量对距离的图。图3B是根据一个实施方式的磁场分量对距离的比率图。 图3C是根据一个实施方式的距离误差对距离的图。图4A是根据一个实施方式的传感器系统的图。图4B是根据一个实施方式的传感器系统的图。图5A是根据一个实施方式的磁场梯度对距离的图。图5B是根据一个实施方式的距离误差对距离的图。图6A是根据一个实施方式的传感器系统的框图。图6B是根据一个实施方式的传感器系统的框图。图7A是根据一个实施方式的传感器系统的图。图7B是根据一个实施方式的传感器系统的图。图7C是根据一个实施方式的传感器系统的图。虽然本专利技术可经过各种修改和其它形式，但是其具体说明已通过举例的方式在附图中示出，并将详细介绍。然而应理解其目的不是将本专利技术限于所描述的特定实施方式。相反，将涵盖落入如所附权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围内的所有的修改、等同方案和替代方案。具体实施例方式实施方式涉及磁性位置传感器。图I描绘了磁体100和被配置为感测磁体位置的传感器系统102。磁体100最普遍的是磁场源并在实施方式中可包括永磁体、电磁体、线圈绕组或一些其它配置。如图I中的定向，磁体在垂直(Z)方向被磁化，且传感器系统102感测磁体100在X轴的线性位置，但在其它实施方式中，这些方向和轴可以不同。整个本文中所使用的特定的轴、坐标系统和方向仅用于示例和方便说明，而不是固定在空间中。相反，x、y和z轴用于描述轴系统的三个垂直轴，其可以定向在任何空间方向，且可以相对于地球的坐标系固定、移动和/或旋转。传感器系统102检测By和Bz分量，其中y是沿磁体路径的坐标，而z是垂直方向。传统的系统根据以下方程来估计y位置Xpos=m*arctan(By/Bz) 这些计算很复杂，而且该系统仅在传感器系统102位于路径正下方(没有任何y偏移)并且在精确的垂直距离时工作。即使这样，该方程只是近似值。此外，结果只在X的特定范围内为线性。因此，获得的结果不准确且计算复杂。实施方式利用类似的磁性传感器配置，但作出某些提高系统的精度并降低其复杂性的假设。参照图2，传感器系统102放置在(0，0，0)，且在一个实施方式中，磁体100沿所示的磁体路径移动，且在y方向具有偶极矩。因此在一个实施方式中，传感器系统102相对磁体路径在y方向偏移(shift)yO,且在z方向偏移z0。在其它实施方式中,磁体100固定在(0，0，0)，而传感器系统102沿路径移动。在一个实施方式中，传感器系统102包括至少两个的多个传感器元件。第一传感器元件检测Bx分量，而第二传感器元件检测Bz分量。传感器系统102计算Bx/Bz的比率，其与偶极的X位置成比例。如果磁体100是理想的偶极(dipole,偶极子),则X=Ztl* (Bx/Bz)。如果磁体100不是理想的(球形)偶极，则x=f (Bx/Bz)，其中f是非线性函数，其可以在传感器系统102中由二阶或更高阶的多项式或由查找表表示。在实践中，球·形磁体可用于获取纯偶极，但也可使用其它磁体形状，包括圆柱(cylinder)、块(block)和其它合适的配置。在实施方式中，可以选择具有小或消失性八极矩形状，其非常近似偶极。对于均匀磁化，八极矩对磁体的特定纵横比(例如圆柱形磁体的长度与直径)消失(vanish)。较高的磁多极在 Ausserlechner 等人“Pick-Up Systems for VibratingSample Magnetometers:A Theoretical Discussion Based on Magnetic MultipoleExpansions, ” Meas. Sci. Techno I. 5, 213-225,1994中讨论，其全部内容通过引用的方式并入本文。在用于X的上述方程中，可以看出参数y0不是一个因素。因此，系统在y方向相对装配公差是稳定的。此外，这意味着路径并不一定必须是如在图2中所示的与X轴平行的直线路径；在实施方式中，其在平面z=z0中可以是任意曲线。在这样的实施方式中，传感器102输出在X轴上的位置投影，即磁体位置的X坐标。此外，实施方式可以单独检测Bx和Bz，然后计算比率。例如，这在传感器102包括霍尔效应器件的实施方式中可以成为有用的方法。此外，系统还可以检测与Bx/sqrt(Bx2+Bz2)成比例的余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位置感测系统，包括：磁场源，在沿z轴的方向具有偶极矩；以及传感器模块，沿y轴与所述偶极矩的中心分隔距离y0，并沿z轴与所述偶极矩的中心分隔距离z0，所述磁场源或所述传感器模块中的至少一个被配置为沿y=y0平面中的路径相对另一个移动，所述传感器模块被配置为根据梯度dBz/dx与梯度dBz/dy的比率来确定所述磁场源与所述传感器模块关于所述路径的相对位置，其中Bz是与永久磁体相关的磁场分量，且其中x轴、所述y轴和所述z轴成直角。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乌多·奥塞尔勒基纳，费迪南德·卡斯汀格尔，阿明·萨茨，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：