感测系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具技术方案

本公开涉及感测系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具。提供了一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括的噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。

Sensing systems, measuring methods and detection systems including sensing systems and vehicles

The present disclosure relates to a sensing system, a measurement method, a detection system including a sensing system and a vehicle. A sensing system is provided, including: a magnetoresistive MR sensor unit (101) for sensing magnetic fields associated with the object to be measured, the MR sensor unit including a magnetoresistive MR element; a first path (111) for receiving a first electrical signal of the included noise voltage from the MR sensor unit, and generating a first digital signal corresponding to the noise voltage; and a processing unit.\uff08 109) is configured to determine the noise power spectral density based on the first digital signal, and to determine the temperature of the object to be measured according to the determined noise power spectral density and the resistance value of the MR sensor unit, in which the first electrical signal is a voltage at both ends of the MR sensor unit.

【技术实现步骤摘要】
感测系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具
本公开涉及感测(sensing)系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具，更具体的，涉及一种可以实现一种或多种功能的感测系统，测量对象的温度、电流和旋转速度等的方法，以及包括所述感测系统的检测系统和交通工具。
技术介绍
就可靠性和安全性而言，能量存储系统和牵引系统是诸如电动汽车等电动交通工具(EV)的关键部件。对于包括混合电动交通工具(HEV)、插入式混合电动交通工具(PHEV)、以及全电动交通工具的各种电动交通工具，电池组件(Batterypack)是最常用的能量存储系统。对于HEV，基于飞轮(Flywheel-based)的能量存储系统(FESS)也受到广泛关注。另一方面，电机是牵引系统的关键部件。现今，在EV中通常使用永磁同步电机(PMSM)。需要合适准确地监测EV的能量存储系统和牵引系统，以确保其操作的可靠性和安全性。尤其是，需要测量下列中的一个或多个参数：EV电池组的充放电流，EV电机的驱动电流，EV电池组的温度，EV电机的温度，EV电机的旋转速度，以及HEV中飞轮的高速转速。在现有技术中，为了测量上述电流、温度、转速等，至少通过三种传感器来单独测量电流、温度、转速。另外，现有的测量技术还在成本、安全性和可靠性方面存在下述的缺点以待改进。在现有的EV应用技术中，通常采用热电偶和电阻温度计来测量温度。然而，两者都需要繁重且高成本的预先校正或再校正来建立准确的温度-电压或者温度-电阻转移函数，以维持热电偶和电阻温度计的测量精度。这导致较高的维护成本。因此，这样的技术不适于EV中长期可靠的温度测量。此外，在EV中，常使用分流器(Shunt)来测量电流。然而，这是一种侵入式的方法。由于分流器承载高电流，因此其需要被稳固地安装并确保其被电隔离，以保护乘客安全。另一方面，常常使用电流互感器(currenttransformer)来以非侵入的方式测量AC电流。然而，电流互感器尺寸大，功耗高。而且，其频率带宽被限制于低于几kHz。另外，可使用传统的电流钳(currentclamp)来以非接触的方式测量流过线缆的电流。然而，这要求在导体周围有接入电流钳的空间。这在很多情况下是不可行的，尤其是在线缆被表面安装的情况下。因此，对于EV的电流测量，有必要发展出一种可替代上述现有电流测量方法的、非侵入的、可测量交直流的电流测试技术。传统上，使用光学旋转编码器(Opticalrotatoryencoders)来准确测量转速并具备很高的分辨率。然而，光学旋转编码器易受灰尘等影响，并也受限于其过大尺寸和高功耗。另外，还存在使用霍尔器件的旋转传感器，其检测磁场变化，并产生电信号。然而，霍尔效应传感器由于其较高的抖动噪声和低信噪比而不能适应于高转速的工作情况。总之，在现有技术中，存在对能够减轻或者消除上述缺点的新的感测技术的需求。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例的目的之一在于，提供一种多功能的感测系统和测量方法，其能够利用单个传感器测量例如(但不限于)EV中的上述的温度、电流和转速中的一个或多个。其能够有效地监测EV的能量存储系统和牵引系统。根据本公开一些实施例的感测系统可以实现低成本制造，并可以有效地实现长期可靠的测量。根据本公开一些实施例的感测系统可以应用于多种交通工具或检测系统中，以检测感兴趣的前述温度、电流、转速等中的一个或多个。根据本公开一些实施例的感测系统可以方便灵活地配置在交通工具中，或者可以方便灵活地配置在检测系统中。可以方便地在空间不足的应用环境中进行参数的检测。根据本公开的一个方面，提供了一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。根据本公开一个方面，提供了一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；电流源(101)，用于向所述MR传感器单元施加偏置电流；第三路径(115)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及处理单元，被配置用于根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。根据本公开一个方面，提供了一种测量对象的温度的方法，所述方法包括：通过磁阻MR传感器单元感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；通过第一路径从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度；以及根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为在所述MR传感器单元两端生成的电压。根据本公开另一方面，提供了一种测量对象的旋转速度的方法，包括：向所述MR传感器单元施加偏置电流，所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；通过磁阻MR传感器单元(101)感测与待测量对象相关联的磁场；通过第三路径(115)从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。根据本公开的一个方面，还提供了一种交通工具，其包括根据任意实施例所述的感测系统。根据本公开的一个方面，还提供了一种检测系统，其包括根据任意实施例所述的感测系统。附图说明附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理，在附图中：图1示出了根据本公开一些实施例的感测系统的示意图；图2示出了根据本公开一些实施例的感测系统的操作方法的示例的流程图；图3示出了根据本公开一些实施例的超低噪声AC耦合差分前置放大器的示意图；图4示出了根据本公开一些实施例的用于通过恒流法测量MR传感器单元的电阻值的电路配置的示意图；图5A示出了根据本公开一些实施例的处理单元的示例性框图；图5B示出了根据本公开一些实施例的用于温度测量的处理逻辑的示意图；图6示出了根据本公开一些实施例的用于电流测量的MR感测单元的布置；图7示出了根据本公开一些实施例的用于EV电池组或电机驱动的电流测量的电路配置的示意图；图8A示出了根据本公开一些实施例的HEV中的飞轮模型的基本布局；图8B示出了根据本公开一些实施例的用于HEV中飞轮的转速测量的MR感测单元的布置的示意图；图9示出了根据本公开一些实施例的用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感测系统，其特征在于，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。

【技术特征摘要】
1.一种感测系统，其特征在于，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。2.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件。3.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，其中所述第一电信号是在无偏置电流施加于所述MR传感器单元的情况下在所述MR传感器单元的两端生成的电压。4.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，所述感测系统还包括：电流源(102)，用于向所述MR传感器单元施加偏置电流；以及第二路径(113)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第二电信号，以及产生所述第二电信号对应的第二数字信号，其中，所述第二电信号为在所述偏置电流流过所述磁阻MR传感器单元的情况下所述磁阻MR传感器单元两端处的电压，并且其中，所述处理单元还被配置用于根据第二数字信号确定所述MR传感器单元的电阻值。5.如权利要求4所述的感测系统，其特征在于，所述感测系统还包括开关单元，所述开关单元包括：第三和第四开关(S3，S4)，用于将所述第一电信号提供到第一路径，以及第五开关(S5)和第八开关(S8)，用于将第二电信号提供到第二路径。6.如权利要求5所述的感测系统，其特征在于，其中所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞永达，刘春华，刘许洋，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81