具有动态可调偏置设置的磁力计和包括其的电子车辆罗盘制造技术

本发明专利技术披露了一种磁力计，其包括用于检测磁场的至少一个传感器（１０），偏置电路（６）和处理器（１）。所述传感器（１０）产生具有一种信号特征的输出信号，所述信号特征响应检测的磁场并响应施加的偏置而改变。所述偏置电路（６）响应偏置设置信号动态地偏置所述传感器（１０）。处理器（１）被连接用于接收来自所述传感器（１０）的输出信号，并和所述偏置电路（６）相连。所述处理器（１）可操作用于产生偏置设置信号（３），由此控制偏置电路（６）以动态地偏置所述传感器（１０），从而所述输出信号的所述信号特征被保持在相对小的目标范围内。所述处理器（１）按照施加到传感器上的偏置电流设置的函数确定由传感器（１０）检测的磁场分量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种磁力计，尤其涉及用于车辆中的电子罗盘。
技术介绍
磁力计被用于许多不同的应用中。其中的一种应用是用于车辆的电子罗盘。在这种电子罗盘中，利用磁力计判断车辆相对于地球的磁北极的行驶方向。一种典型的电子罗盘包括两个磁场传感器，该两个磁场传感器被设置使得它们的轴线处于一个水平面内，使第一传感器的轴线和车辆的纵轴平行，并且使第二传感器的轴线和第一传感器的轴线垂直。然后利用这些传感器检测地球的磁场矢量的垂直的、水平的轴向对准分量的幅值，以使得处理电路可以计算车辆相对于地球磁场矢量的行驶方向。车辆电子罗盘中一直利用几种不同形式的磁力计。这些类型的磁力计的一些例子包括利用磁通门传感器、磁阻传感器和磁感应传感器的磁力计。磁感应传感器可以按包括L/R传感器和LC传感器的不同的形式构成。在所述两种形式的磁感应传感器中，都具有围绕磁心材料缠绕的线圈。这种传感器具有这样一种特性，即其电感响应磁场呈线性地改变，但是只是在外部磁场的值的两个预定的范围内如此。通过观察传感器电感对磁场强度的曲线(例如见图5)，可以看到，所得的曲线基本上围绕磁场强度为零的点对称。因而，通常对传感器线圈施加一个偏置电流，使得在磁心材料周围产生一个人为的磁场。由所述偏置电流产生的人为的磁场和外部磁场相加。方向与由偏置电流产生的人为磁场相同的外部磁场彼此相加，而方向与人为磁场相反的外部磁场则从人为磁场中被减去。因而，借助于测量传感器的电感的改变，可以确定轴向取向的磁场分量的强度。为了测量传感器的电感的改变，提出了一种响应频率随传感器的电感的改变而发生改变的电路结构。利用这种电路，传感器的电感的改变产生与传感器的输出信号的频率近似成比例的改变。因而可以测量频率的改变，以便确定外部磁场的强度。在这种磁力计中遇到的一个问题是，磁心材料的特性随温度和使用年限而变。对这个问题的一种解决方案在欧洲专利No.0045509 B1中披露了。该欧洲专利披露了传感器线圈上的偏置电流的极性可以被反向，使得可以利用两种极性的偏置电流进行测量，从而两个测量之间的差值相应于外部磁场。这样进行的测量和由温度改变或使用年限引起的磁心材料的任何变化无关。美国专利No.5239264披露了一种类似的技术。本申请的图1和图2相应于264专利的图3和图4。如图1和图2所示，磁心材料的导磁率函数u(H)在一个特定的磁场强度范围内作为磁场强度H的函数而改变。由这些曲线可以看出，所示的曲线一般具有两个区域，其中导磁率相对于磁场强度的改变而改变。一个区域具有正的斜率，而另一个区域具有负的斜率。在264专利中，交替地反向直流偏置电流的极性，从而提供具有两个极性的读数。然后使两个读数彼此相减，从而获得由那个特定的传感器线圈检测到的地球磁场的一个分量的磁场强度。在上述的美国专利5239264和欧洲专利0045509B1中，直流偏置电流保持为恒值，只有偏置电流的极性被反向。在汽车中提供电子罗盘的一个问题是，汽车可能引起外部磁场的畸变。此外，当车辆通过一些物体，例如桥梁、地铁、电力线、铁路以及其它物体时，这些物体可能对由电子罗盘检测的磁场产生干扰。这种磁场干扰可能产生使得由传感器线圈检测的磁场落在电感对磁场强度曲线的非线性区域内的磁场。因而，上述专利的磁力计具有一个有限的范围，在该范围内它们可以精确地检测外部磁场的强度。因而，需要一种电子罗盘，其能够在比当前常规的磁力计提供的较大的范围内精确地检测磁场分量。
技术实现思路
按照本专利技术的一个实施例，提供一种磁力计，其包括用于检测磁场的传感器；偏置电路和处理器。所述传感器产生具有一种信号特征的输出信号，所述信号特征响应检测的磁场并响应施加的偏置而改变。所述偏置电路响应偏置设置信号动态地偏置所述传感器。所述处理器被连接用于接收来自所述传感器的输出信号，并和所述偏置电路相耦连。所述处理器可以操作用于产生偏置设置信号，借以控制偏置电路以便动态地偏置所述传感器，以使得在相对小的目标值的范围内保持所述输出信号的所述信号特征。所述处理器按照施加到传感器上的偏置设置的函数来确定由传感器检测的磁场分量。按照本专利技术的另一个实施例，提供一种磁力计，其包括第一传感器，用于检测一个磁场的第一分量；第二传感器，用于检测所述磁场的第二分量；偏置电路；以及处理器。每个传感器产生具有一个频率的输出信号，所述频率响应检测的分量磁场并响应施加的偏置电流而改变。偏置电路产生用于动态地偏置所述第一和第二传感器的偏置电流。所述处理器被连接用于接收来自所述传感器输出信号，并和所述偏置电路相耦连。所述处理器可以操作用于控制偏置电路，以便动态地改变施加于传感器的偏置电流，使得输出信号的频率被保持在一个或几个目标频率范围内。所述处理器按照施加于传感器的偏置电流的函数来确定由所述传感器检测的磁场分量。按照另一个实施例，提供一种用于车辆的电子罗盘，其包括第一磁场传感器，用于检测一个磁场的第一分量；第二磁场传感器，用于检测所述磁场的与所述第一分量垂直的第二分量；偏置电路；处理电路；以及，和所述处理电路相耦连以用于指示车辆的行驶方向的行驶方向指示器。每个传感器产生一个具有一个信号特征的输出信号，所述信号特征响应检测的分量磁场并响应施加的偏置电流而改变。偏置电路产生用于动态地偏置所述第一和第二传感器的偏置电流。所述处理器被连接用于接收来自所述传感器输出信号，并和所述偏置电路相耦连。所述处理器可以操作用于控制偏置电路，以便动态地改变施加于传感器的偏置电流，以使得输出信号的信号特征被保持在一个或几个目标范围内。所述处理电路按照施加于传感器的偏置电流的函数来计算车辆的行驶方向。按照本专利技术的另一个实施例，提供一种用于确定磁场分量的强度的方法，包括以下步骤提供一个磁场传感器，其产生具有一个信号特征的输出信号，所述信号特征响应检测的磁场分量的强度并响应施加的偏置设置而改变；动态地改变所述传感器的偏置设置，以使得所述输出信号的所述信号特征被保持在一个目标范围内；以及，按照所述传感器的偏置设置的函数来确定检测的磁场分量的强度。按照本专利技术的另一个实施例，提供一种磁力计，其包括用于检测一个磁场分量的传感器；一个磁场产生机构；以及一个处理器，所述处理器被连接用于接收来自传感器的输出信号并与所述磁场产生机构相耦连。所述传感器产生一个具有一个特征的输出信号，所述特征在磁场值的第一范围内响应所述检测的磁场分量大体上线性地改变。所述磁场分量在磁场值的一个第二范围内改变。所述磁场产生机构产生和任何外部磁场相加的磁场，以使得合成的磁场由所述传感器检测。所述产生的磁场的强度可选择地改变。所述处理器能够操作用于控制所述磁场产生机构，以便选择产生的磁场的强度，并由此在所述第一范围内动态地改变和/或保持所述第二范围。所述处理器还能够操作用于响应从传感器接收到的输出信号确定由所述传感器检测的磁场分量。按照另一个实施例，提供一种磁力计，其包括具有一个响应磁场而改变的传感器特征的检测元件；以及，一个具有用于接收驱动信号的输入端的放大器。所述检测元件被耦接在所述放大器的一个反馈环内。所述放大器产生具有一个信号特征的输出信号，所述信号特征至少部分地响应所述传感器特征的改变而改变。按照另一个实施例，一种磁力计包括具有响应一个磁场而改变的传感器特征的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁力计，包括：用于检测磁场的传感器，所述传感器产生具有一种信号特征的输出信号，所述信号特征响应检测的磁场并响应施加的偏置而改变；偏置电路，所述偏置电路响应偏置设置信号动态地偏置所述传感器；以及处理器，其被连接用于 接收来自所述传感器的输出信号，并和所述偏置电路相连，所述处理器可以操作用于产生偏置设置信号并由此控制所述偏置电路以动态地偏置所述传感器，从而所述输出信号的所述信号特征被保持在一个相对小的目标值的范围内，所述处理器按照施加到所述传感器上的偏置设置的函数来确定由所述传感器检测的磁场分量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西R弗兰德，乔恩H贝克特尔，
申请(专利权)人：金泰克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]