使用通量调制和角度感测的位置测量制造技术

本申请公开了用于确定可移动元件的位置的系统和方法。一个系统包括变化的磁通量的可控源。在特别的实施例中，使用第一通量集中器和第二通量集中器引导磁通量穿过磁传感器。传感器产生传感器信号，传感器信号被提供给被设计成对信号进行解调的电路。解调信号被提供给控制器。控制器对信号进行转换并计算第二通量集中器相对于第一通量集中器的位置。控制器可以基于所计算的第二通量集中器的位置来采取预定的行动。

【技术实现步骤摘要】
使用通量调制和角度感测的位置测量
本专利技术的实施例涉及使用磁传感器确定可移动元件的位置。
技术介绍
与其它类型的感测相比，磁感测具有许多优点。例如，磁传感器通常不受脏环境（即肮脏的、大部分是液体的环境或有多种电磁干扰源的环境）的影响且相对简单（尤其是当使用市场上可买到的传感集成电路时，例如霍尔传感器和磁阻式传感器）。尽管有某些优点，然而在一些应用中，噪音（通常来自外部磁场、不是源自位置测量系统内部）对传感器感测到的磁场产生影响。当这种情况发生时，传感器测量是不准确的。预防或降低噪音的影响通常包括在传感器中使用强磁体、提供磁屏蔽和将聚磁器（magneticconcentrator）置于传感器附近。磁传感器不准确的另一个来源是由传感器绝对磁场强度的改变引起的。此改变的一个原因是磁路中的通量变化，这可以由温度的变化引起。此改变的另一个原因是在相关磁路中与位置测量不相关联的改变（即，磁路器件之间的间隙被改变）。
技术实现思路
在一些实施例中，本专利技术提供用于使用磁传感器确定可移动元件位置的系统和方法，旨在减少或克服许多已注意到的问题。本专利技术的实施例使用通量调制和同步解调的结合，以减少或消除外部磁场噪音源对传感器的影响。此外，本专利技术的实施例使用多维（即X和Y分量）通量测量来确定位置。本专利技术的实施例还实现了相对高的信噪比，这提高了低强度磁场测量的准确性。不采用磁场强度作为主要的衡量标准，本专利技术的实施例使用一个或多个磁场角度来确定位置。由于测量在很大程度上不受传感器处的绝对场强改变的影响，所以，使用磁场角度来确定位置产生了更准确的测量。特别地，磁场的角度不取决于传感器处的绝对场强。在一个特别的实施例中，本专利技术采用用于确定可移动元件的位置的系统的形式。所述系统包括变化的磁通量的可控源。变化的磁通量具有频率。所述系统还包括磁路和被配置成输出传感器信号的磁传感器。磁传感器被置于磁路中，使得改变的磁通量穿过磁传感器。当可移动元件的位置发生变化时，通量穿过磁传感器的角度发生变化。处理器被配置成处理传感器信号，使得传感器信号的频率分量被选择性地滤波。处理器可以包括同步解调电路或数字滤波器。磁传感器被配置成测量通量穿过磁传感器的角度，且通量角度是可移动元件位置的指示器。所述系统还可以包括引导磁通量的第一磁通量集中器和相对于第一磁通量集中器可移动的第二磁通量集中器。变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间耦合。本专利技术另一个特别的实施例提供用于确定可移动元件的位置的方法。所述方法包括如下步骤：对变化的磁通量的源进行控制，用被置于磁路中的至少一个磁传感器测量磁通量的至少一个方向的分量，使得变化的磁通量穿过磁传感器。当可移动元件的位置改变时，通量穿过磁传感器的角度改变。所述方法还包括处理来自磁传感器的传感器信号，使得传感器信号的频率分量被选择性地滤波。所述方法还可以包括：引导磁通量穿过第一通量集中器，将第一磁通量集中器磁性耦合到第二磁通量集中器，将磁传感器置于第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之间，以及用磁传感器测量磁通量至少一个方向的分量。本专利技术又一个实施例提供用于确定可移动元件的位置的系统。所述系统包括磁路和电路。磁路包括已调制磁通量的可控源、第一磁通量集中器、第二磁通量集中器和至少一个磁传感器。第一磁通量集中器接收磁通量。第二磁通量集中器相对于第一磁通量集中器是可移动的，并接收来自第一磁通量集中器的磁通量。磁传感器被置于第一磁通量集中器和第二磁通量集中器之间并被配置成测量磁通量的至少一个方向的分量。电路包括混合器、滤波器和控制器。混合器将磁通量的至少一个方向的分量和一混合信号进行混合，并输出已混合信号。滤波器对已混合信号进行滤波并产生解调信号。控制器基于解调信号确定第二磁通量集中器的位置。通过考虑详细的描述和附图，本专利技术的其它方面将变得明白易懂。附图说明图1A示意性地示出了用于确定可移动元件位置的系统，其中可移动元件处于第一位置。图1B示意性地示出了图1A的系统，其中可移动元件处于第二位置。图2A是图1A的可移动元件处于第三位置的截面图。图2B示意性地示出了从X-Y平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图2A的第三位置。图2C示意性地示出了从Y-Z平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图2A的第三位置。图3A是图1A的可移动元件处于第四位置的截面图。图3B示意性地示出了从X-Y平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图3A的第四位置。图3C示意性地示出了从Y-Z平面视角观察的图1A的系统，其中第二磁通量集中器（magneticfluxconcentrator）处于图3A的第四位置。图4A是图1A的可移动元件处于第五位置的侧视图。图4B示意性地示出了从X-Y平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图4A的第五位置。图4C示意性地示出了从Y-Z平面视角观察的图1A的系统，其中可移动元件处于图4A的第五位置。图5示意性地示出了图1A的系统的可选择实施例，包括附加的电路元件。图6示意性地示出了图1A的系统的可选择实施例，其中附加的电路元件位于传感器内部。图7示意性地示出了图1A的系统的可选择实施例，使用线圈作为磁通发生器。具体实施方式在对本专利技术的任何实施例进行详细说明之前，应当理解的是，本专利技术在其应用中不限于下文的描述中陈述的或附图中示出的元件的结构和布置的细节。本专利技术能涵盖其它实施例，且可以以不同的方式被实施或被执行。图1A示意性地示出了用于确定可移动元件位置的系统100。系统100包括磁路101，磁路101具有变化的磁通量（varyingmagneticflux）的可控源102。在一些实施例中，源102包括磁体105和通量调制器（fluxmodulator）110。磁体105和通量调制器110向磁路101提供受控制的变化的磁通量。通量调制器110允许磁路101的磁阻被改变。通量调制器110由控制器112控制，并且为了表示调制器可以被看成是以类似于开关如何操作的方式进行操作，通量调制器110在图中被示为开关。例如，至少在一些实施例中，通量调制器110可以按照类似于开关如何被断开和被闭合的方式被断开和闭合。磁路101还包括第一通量集中器115a、第二通量集中器115b和磁传感器120。第一通量集中器115a和第二通量集中器115b通过由磁体105和通量调制器110产生的磁通量的至少一些而被耦合。磁传感器120可以是霍尔传感器、磁阻式传感器，或者能用来测量通量密度或磁场角度的多个分量的另一种类型的传感器。控制器112产生调制信号111（例如周期性数字信号或其它信号），以使通量调制器110改变其状态。状态的改变可以周期性地或反复地发生，使得穿过通量集中器115a和115b以及穿过传感器120的磁通量以已知的频率变化。由磁体105和通量调制器110提供的受控制的磁通量由第一通量集中器115a和第二通量集中器115b引导穿过传感器120。第二通量集中器115b相对于第一通量集中器115a是可移动的，如图1A和图1B所示的。第二通量集中器115b的运动改变磁通量穿过传感器120的方向。传感器120测量磁通量的至少一个方向的分量（例如，X分量、Y分量或它们二者），并通过一输出信号126向电路127输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定可移动元件的位置的系统，所述系统包括：使磁通量变化的可控源；磁路；可移动元件；磁传感器，所述磁传感器被配置成输出传感器信号，并且被置于所述磁路中使得变化的磁通量穿过所述磁传感器，其中当所述可移动元件的位置改变时，所述通量穿过所述磁传感器的角度改变；以及处理器，所述处理器被配置成处理所述传感器信号，使得所述传感器信号的频率分量被选择性地滤波。

【技术特征摘要】
2012.09.13 US 13/614,4541.一种用于确定可移动元件的位置的系统，所述系统包括：使磁通量变化的可控源；磁路；磁传感器，所述磁传感器被置于所述磁路中使得变化的磁通量穿过所述磁传感器，其中所述磁传感器被配置成测量所述变化的磁通量的至少一个分量并且输出传感器信号；可移动元件，所述可移动元件被置于所述磁路中，使得当所述可移动元件的位置从第一位置改变到第二位置时穿过所述磁传感器的所述变化的磁通量的角度改变；以及处理器，所述处理器被配置成处理所述传感器信号，使得所述传感器信号的频率分量被选择性地滤波。2.如权利要求1所述的系统，进一步包括同步解调电路。3.如权利要求1所述的系统，进一步包括数字滤波器。4.如权利要求1所述的系统，其中所述磁传感器被配置成测量所述变化的磁通量穿过所述磁传感器的角度，且所述变化的磁通量的角度是所述可移动元件的位置的指示器。5.如权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：引导所述变化的磁通量的第一磁通量集中器；相对于所述第一磁通量集中器可移动的第二磁通量集中器，其中，所述变化的磁通量中的一些在所述第一磁通量集中器和所述第二磁通量集中器之间耦合。6.如权利要求1所述的系统，其中所述变化的磁通量的可控源包括磁体和通量调制器。7.如权利要求1所述的系统，其中所述变化的磁通量的可控源包括线圈和线圈驱动器。8.如权利要求1所述的系统，其中所述磁传感器被配置成测量所述变化的磁通量的X分量和Y分量。9.如权利要求1所述的系统，进一步包括电路，所述电路被配置成，将由所述磁传感器测量的所述变化的磁通量的至少一个方向的分量与混合信号进行混合以产生已混合的信号，所述混合信号具有与所述变化的磁通量的频率相同的频率。10.如权利要求9所述的系统，其中所述电路被配置成向至少一个低通滤波器传输所述已混合的信号。11.如权利要求9所述的系统，其中所述电路位于所述磁传感器内部。12.如权利要求10所述的系统，其中所述至少一个低通滤波器输出解调信号。13.如权利要求12所述的系统，其中所述处理器被配置成接收来自所述电路的所述解调信号。14.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成在计算中使用所述解调信号。15.如权利要求13所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成，基于所述解调信号来确定所述变化的磁通量穿过所述磁传感器的角度。16.如权利要求5所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成，基于所述变化的磁通量穿过所述磁传感器的角度来确定所述第二磁通量集中器的位置。17.如权利要求16所述的系统，其中所述处理器被进...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·斯坦利，
申请(专利权)人：伯恩斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US