專利名稱：磁場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各個(gè)方面涉及磁性傳感器，更具體地，涉及適合于采用對(duì)傳感器操作 (如扭轉(zhuǎn))敏感的應(yīng)用實(shí)施的磁性傳感器。
背景技術(shù)：
各種傳感器在多種應(yīng)用和工業(yè)中日益重要，用于多種目的。例如，通常在汽車應(yīng)用實(shí)施磁性傳感器。磁性停車傳感器、角度傳感器、ABS(防抱死剎車系統(tǒng))傳感器和胎壓傳感器在現(xiàn)代車輛中廣泛使用。光學(xué)傳感器也用來(lái)感測(cè)位置、鄰近度和其它特性。磁性傳感器在汽車應(yīng)用中特別有用，因?yàn)榇艌?chǎng)容易穿透大多數(shù)材料。磁性傳感器對(duì)灰塵或其它條件也是非常不敏感的，這些條件例如對(duì)光學(xué)傳感器的正確操作存在問題。一種類型的汽車傳感器應(yīng)用涉及車輪速度傳感器，如用在ABS系統(tǒng)中的那些車輪速度傳感器。在這些應(yīng)用中，編碼器碼輪用于感測(cè)用于移動(dòng)車輛的汽車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。傳感器相對(duì)于編碼器碼輪放置，并用了感測(cè)器其轉(zhuǎn)動(dòng)。雖然在多種應(yīng)用中有用，但諸如磁化編碼器碼輪之類的編碼器碼輪通常昂貴而難以實(shí)現(xiàn)。此外，這種應(yīng)用易受編碼器碼輪的旋轉(zhuǎn)軸線和傳感器軸線未對(duì)準(zhǔn)的影響。因此，諸如磁性傳感器之類的傳感器在易受相對(duì)于傳感器的移動(dòng)或未對(duì)準(zhǔn)影響的應(yīng)用中的實(shí)施不斷面臨挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
各種示例性實(shí)施方式涉及針對(duì)各種應(yīng)用以對(duì)于磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)容錯(cuò)的方式感測(cè)磁場(chǎng)，包括上文討論的那些應(yīng)用。根據(jù)示例性實(shí)施方式，一種傳感器配置包括參考部件以及第一磁性傳感器和第二磁性傳感器。參考部件配置為根據(jù)該參考部件的位置影響磁場(chǎng)。第一磁性傳感器與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并對(duì)該磁場(chǎng)的存在呈現(xiàn)電響應(yīng)。第二磁性傳感器，與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并配置為對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)，第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以參考部件與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)磁場(chǎng)。另一種示例性實(shí)施方式涉及一種傳感器配置，用于感測(cè)影響磁場(chǎng)的參考部件隨著時(shí)間的移動(dòng)。在與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)的第一磁性傳感器處，產(chǎn)生對(duì)由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化的電響應(yīng)；并且在與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)的第一磁性傳感器處，產(chǎn)生對(duì)由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化的電響應(yīng)；并且第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以參考部件與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)磁場(chǎng)。另一種示例性實(shí)施方式涉及一種傳感器配置，用于感測(cè)影響磁場(chǎng)的參考部件隨著時(shí)間的移動(dòng)。在與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)的第一磁性傳感器處，基于由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化而產(chǎn)生電響應(yīng)。在與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)的第二磁性傳感器處，基于由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化(對(duì)于第二傳感器而言)而產(chǎn)生另一個(gè)電響應(yīng)。第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以參考部件與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)磁場(chǎng)。上述討論不是要描述本公開內(nèi)容的每種實(shí)施方式或每個(gè)實(shí)施方案。附圖和接下來(lái)的描述也舉例說明了各種實(shí)施方式。


考慮接下來(lái)結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以更完整地理解各種示例性實(shí)施方式，在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的主動(dòng)式旋轉(zhuǎn)傳感器配置；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器配置；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的移動(dòng)容錯(cuò)傳感器配置；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的另一種移動(dòng)容錯(cuò)傳感器配置；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的主動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器配置。
具體實(shí)施例方式雖然本發(fā)明適合于進(jìn)行多種修改并具有替代形式，介以舉例的方式在附圖中示出其特定形式，并將進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不是要將本發(fā)明限制為所描述的特定實(shí)施方式。相反，本發(fā)明是要涵蓋落入包括限定在權(quán)利要求中的多個(gè)方面的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換。本發(fā)明被認(rèn)為可應(yīng)用于與傳感器應(yīng)用一起使用的各種不同類型的處理器、器件和配置，包括磁性傳感器應(yīng)用。雖然沒有必要如此限制本發(fā)明，但通過采用本文對(duì)示例的描述，可以理解本發(fā)明的多個(gè)方面。根據(jù)一種示例性實(shí)施方式，磁電阻傳感器裝置包括一對(duì)傳感器和具有磁特性的參考部件(或多個(gè)參考部件)。參考部件例如可以包括齒輪、車輪或其它裝置，例如通過產(chǎn)生磁場(chǎng)或使磁場(chǎng)交替，直接地或作為該部件對(duì)磁場(chǎng)的影響的一部分，感測(cè)上述齒輪、車輪或其它裝置的位置特性。傳感器取向以檢測(cè)不同方向的磁場(chǎng)，并感測(cè)與參考部件和傳感器的相對(duì)定位相關(guān)的環(huán)境磁特性。采用各個(gè)傳感器的輸出結(jié)合檢測(cè)參考部件可能根據(jù)相對(duì)對(duì)準(zhǔn)度改變的磁特性，傳感器裝置容許參考部件和傳感器的移動(dòng)或未對(duì)準(zhǔn)。在本文中，結(jié)合的傳感器輸出可以用于以對(duì)參考部件相對(duì)于傳感器的移動(dòng)、對(duì)準(zhǔn)或扭轉(zhuǎn)容錯(cuò)的方式檢測(cè)參考部件的位置特性。這種容錯(cuò)便于在參考部件和傳感器中的任一個(gè)或二者彼此相對(duì)移動(dòng)、扭轉(zhuǎn)或未對(duì)準(zhǔn)的情況下檢測(cè)位置特性。例如，在參考部件為連接至車輪、軸或其它旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)部件的情況中，傳感器配置為檢測(cè)對(duì)應(yīng)于參考部件的旋轉(zhuǎn)的位置特性，而不要求傳感器和參考部件之間精確對(duì)準(zhǔn)。例如在汽車車輪速度檢測(cè)中，這種應(yīng)用是有用的，對(duì)于這種汽車車輪速度檢測(cè)，參考部件是隨著汽車的輪緣/車輪一起旋轉(zhuǎn)的編碼器碼輪。如果編碼器碼輪的軸在安裝期間沒有非常好地對(duì)準(zhǔn)，則傳感器將產(chǎn)生足夠強(qiáng)用于檢測(cè)編碼器碼輪的移動(dòng)的輸出信號(hào)。在一些實(shí)施方案中，傳感器裝置還包括偏移場(chǎng)補(bǔ)償電路。例如，當(dāng)用于該對(duì)傳感器的偏置場(chǎng)為所述傳感器中的至少一個(gè)產(chǎn)生直流偏移場(chǎng)時(shí)，偏移場(chǎng)補(bǔ)償電路處理來(lái)自傳感器的信號(hào)，以從傳感器輸出信號(hào)中去除直流偏移，這可以用于便于零交叉檢測(cè)。這種檢測(cè)例如可以用來(lái)檢測(cè)基于參考部件的位置變化的磁場(chǎng)值，其中當(dāng)被檢測(cè)磁場(chǎng)的值與“零”值交叉時(shí) (如，當(dāng)相反極性的磁體經(jīng)過傳感器時(shí))，施加不同磁場(chǎng)的齒狀或其它磁性部件或交替部件的經(jīng)過可以被檢測(cè)到。根據(jù)不同的實(shí)施方式使用各種參考部件。如上所述，一些實(shí)施方式涉及感測(cè)被連接為與汽車車輪一起旋轉(zhuǎn)(或作為汽車車輪的一部分)的編碼器碼輪的位置。其它實(shí)施方式涉及感測(cè)諸如碼輪或其它形狀的部件之類的編碼器部件的位置，這種編碼器部件連接器其它旋轉(zhuǎn)裝置，如發(fā)動(dòng)機(jī)或其它機(jī)械中的旋轉(zhuǎn)裝置。例如，可以感測(cè)各種部件的位置，如凸輪、汽缸、齒輪和包括容易受相對(duì)(或其它)未對(duì)準(zhǔn)影響的那些部件的其它部件。用于這些應(yīng)用的參考部件可以基于位置產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，或者在與外部磁體(如，齒狀金屬車輪)一起使用時(shí)被動(dòng)地產(chǎn)生磁場(chǎng)。各種傳感器用來(lái)適合不同應(yīng)用。在一些實(shí)施方式中，磁電阻傳感器與主動(dòng)或被動(dòng)參考部件或其它類型的磁電阻傳感器一起使用，以符合其中將使用該傳感器的應(yīng)用，或者可以相對(duì)于傳感器可獲得性和成本。當(dāng)使用霍爾傳感器時(shí)，各個(gè)傳感器對(duì)于X和Z磁場(chǎng)面內(nèi)敏感，并與參考部件(如，齒狀輪)的移動(dòng)平行放置?；魻杺鞲衅鞑恍枰脠?chǎng)，并且在車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)便于由檢測(cè)器檢測(cè)輪齒(及其缺失)。在一些實(shí)施方案中，霍爾傳感器包括磁敏晶體管或磁電阻傳感器，其可以單片集成，并且對(duì)硅面內(nèi)場(chǎng)敏感。傳感器彼此相對(duì)放置，以感測(cè)沿不同方向的磁場(chǎng)，如適應(yīng)特定應(yīng)用。在某些應(yīng)用中，傳感器放置為與大致彼此垂直的磁場(chǎng)分別對(duì)準(zhǔn)放置。在其它應(yīng)用中，傳感器定位為相對(duì)于鄰近磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)，如位置變化小于45度的磁場(chǎng)，傳感器彼此相對(duì)(如，以接近45度的角度) 放置，以便于產(chǎn)生強(qiáng)信號(hào)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的主動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器配置100。傳感器配置例如可以實(shí)施為用于汽車應(yīng)用的車輪速度傳感器，如用在ABS系統(tǒng)中。傳感器配置100包括主動(dòng)編碼器碼輪110，具有磁特性相反的交替區(qū)域(N和Z)(相反磁極對(duì))，采用用(N)區(qū)域112和(Z)區(qū)域14標(biāo)示作為說明，還將理解，這種編碼器碼輪可以包括大量這種區(qū)域，例如用于以較高的精度檢測(cè)車輛的旋轉(zhuǎn)。編碼器碼輪110通過其交替區(qū)域在每個(gè)交替交替區(qū)域中產(chǎn)生從各自的北極到南極的磁場(chǎng)。該傳感器配置還包括傳感器裝置120，其感測(cè)各個(gè)交替區(qū)域(112，114及其它)的存在或相對(duì)于傳感器裝置120的鄰近度，并將對(duì)應(yīng)于該感測(cè)條件的輸出提供至處理器130。 處理器130采用該輸出提供編碼器碼輪110的位置特性的指示(如，碼輪的旋轉(zhuǎn)位置，或碼輪的旋轉(zhuǎn)速度)。在一些實(shí)施方案中，處理器13與傳感器裝置120集成在一起。傳感器裝置120包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器，正如在本文描述的那樣，分別對(duì)準(zhǔn)至不同的磁場(chǎng)方向。傳感器設(shè)置為當(dāng)編碼器碼輪110由傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)感測(cè)對(duì)應(yīng)于每個(gè)交替區(qū)域的(變化)磁場(chǎng)，并且在編碼器碼輪相對(duì)于傳感器裝置120(例如，當(dāng)編碼器碼輪110或傳感器裝置120扭轉(zhuǎn)或移動(dòng)時(shí))的不同取向下均可感測(cè)。傳感器裝置120中的傳感器根據(jù)交替區(qū)域檢測(cè)磁場(chǎng)的方向變換(或符號(hào)變換)。在一些實(shí)施方案中，傳感器裝置120中的傳感器為各向異性磁電阻AMR傳感器，并且該裝置包括穩(wěn)定AMR傳感器的磁體。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器配置200。傳感器配置200包括鋸齒狀被動(dòng)編碼器碼輪210、傳感器裝置220和外部磁體225 (或產(chǎn)生磁場(chǎng)的其它裝置)。處理器或輸出電路230被連接為接收傳感器裝置220中的傳感器的輸出，并處理輸出，以指示被動(dòng)編碼器碼輪的位置特性，該位置特性與碼輪的旋轉(zhuǎn)和相對(duì)于傳感器裝置的移動(dòng)有關(guān)。在一些實(shí)施方案中，處理器/輸出電路230為對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行操作的電路，如對(duì)輸出進(jìn)行相加或相減的加法電路。在其它實(shí)施方案中，處理器/輸出電路230 包括計(jì)算機(jī)類型的處理器電路，其被編程以處理輸出，以指示位置特性，例如通過產(chǎn)生表征編碼器碼輪210或編碼器碼輪連接到其上的機(jī)械部件的速度的另一輸出。被動(dòng)編碼器碼輪210采用基于如圖所示的齒和齒之間的間隙(齒212和間隙214 被標(biāo)示作為說明)的讀出方案。外部磁體225放置為靠近被動(dòng)編碼器碼輪210和傳感器裝置220，使得由該磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)線受被動(dòng)編碼器碼輪的齒212和間隙214影響。這種偏移根據(jù)被動(dòng)編碼器碼輪210的旋轉(zhuǎn)和對(duì)傳感器呈現(xiàn)的編碼器碼輪的交替齒212和間隙214而出現(xiàn)。這些交替區(qū)域產(chǎn)生沿傳感器裝置220的敏感(例如，X)方向的剩余磁場(chǎng)，其由傳感器裝置220感測(cè)。因此，傳感器裝置的輸出指示對(duì)應(yīng)的齒212和間隙214的經(jīng)過，并因此指示被動(dòng)編碼器碼輪210的旋轉(zhuǎn)。通過使用磁體225，被動(dòng)編碼器碼輪210可以采用未被磁化的材料實(shí)現(xiàn)。然而，某些實(shí)施方案涉及被磁化或至少具有被磁化的部分的這種碼輪的使用。例如(并且根據(jù)某些實(shí)施方式)，參照?qǐng)D1，各個(gè)齒212和間隙214包括相反極性的磁體區(qū)域。在其它實(shí)施方式中，齒212被磁化，而間隙214未被磁化。其它這種配置采用其它實(shí)施方式實(shí)施，以在傳感器配置220處實(shí)現(xiàn)可以檢測(cè)到的變化磁場(chǎng)。不同類型的傳感器可以用在傳感器裝置220中，以適合應(yīng)用。例如，可以使用基于如上討論的各種原理中的一個(gè)或多個(gè)的磁性傳感器，磁體225供應(yīng)偏置場(chǎng)(正如通過所指示的場(chǎng)方向?yàn)槔f明)，使得該偏置場(chǎng)受被動(dòng)編碼器碼輪210的齒212和間隙214的影響。當(dāng)應(yīng)用于圖1和2時(shí)，傳感器裝置120或傳感器裝置220中的兩個(gè)(或更多個(gè)) 傳感器中的每一個(gè)對(duì)準(zhǔn)至不同的磁場(chǎng)方向，以解決對(duì)應(yīng)的編碼器碼輪(110，210)和傳感器裝置(120，220)之間潛在的未對(duì)準(zhǔn)，和/或可能適用磁體225。例如，在一些實(shí)施方式中，傳感器以90度的角度彼此相對(duì)對(duì)準(zhǔn)，用于分別與處于這種角度的磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)磁場(chǎng)在傳感器的定位之間對(duì)準(zhǔn)時(shí)，每個(gè)傳感器受到該磁場(chǎng)的影響和/或檢測(cè)該磁場(chǎng)，使得傳感器的組合輸出表示編碼器碼輪(110或210)對(duì)磁場(chǎng)的影響。當(dāng)磁場(chǎng)直接與一個(gè)傳感器對(duì)準(zhǔn)時(shí)，該傳感器可以貢獻(xiàn)于檢測(cè)磁場(chǎng)的存在/對(duì)磁場(chǎng)的影響的輸出的整個(gè)強(qiáng)度。圖1和2的處理器130或230操作以采用傳感器裝置120或220的輸出提供對(duì)應(yīng)的編碼器碼輪110和210的位置的指示。例如，來(lái)自傳感器裝置120和220中的每個(gè)傳感器的信號(hào)可以結(jié)合，并且以基本上獨(dú)立于編碼器碼輪相對(duì)于傳感器裝置的取向的方式產(chǎn)生表示輸出，該輸出表示編碼器碼輪110、210的旋轉(zhuǎn)位置或速度。在一些實(shí)施方案中，傳感器用于檢測(cè)傳感器附近存在的磁極的類型(北極或南極)，或在被動(dòng)應(yīng)用中檢測(cè)傳感器前面的齒和間隙的存在。傳感器120和220的定位，以及來(lái)自這些傳感器的輸出的處理可以采用如下文結(jié)合圖3和4描述的一種或多種方法執(zhí)行。這些圖中的每一個(gè)都在它們各自應(yīng)用的背景中討論和示出，與具有交替齒和間隙的編碼器碼輪(如圖2中示出并在上文討論的編碼器碼輪 210) 一起使用。然而，圖3和4以及結(jié)合它們討論的方法可以采用主動(dòng)編碼器碼輪(如圖 1中示出的編碼器碼輪110)實(shí)現(xiàn)，其中所示的“齒”和“間隙”區(qū)域改為對(duì)應(yīng)于具有交替極性的區(qū)域(如，圖1中的112、114)。其它編碼器碼輪也可以用于采用各種實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)，包括用于對(duì)傳感器呈現(xiàn)交替磁場(chǎng)的不同配置，用于定位，如旋轉(zhuǎn)、感測(cè)。參照?qǐng)D3，傳感器配置300示出為具有編碼器碼輪310和傳感器裝置320，編碼器碼輪310具有交替的齒312和間隙314，傳感器裝置320定位為感測(cè)編碼器碼輪310影響和 /或由編碼器碼輪310產(chǎn)生的磁場(chǎng)。傳感器裝置320包括兩個(gè)傳感器322和324，它們分別對(duì)準(zhǔn)至分開約90度的磁場(chǎng)方向，并相對(duì)于彼此大致共面定位。傳感器322和3M可以采用各種不同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)，并且在合適時(shí)傳感器配置300還可以包括與傳感器類型相關(guān)的外部磁體(如22 。采用一對(duì)面內(nèi)霍爾傳感器為例，傳感器322和3M沿由每個(gè)傳感器中的白色箭頭的方向是敏感的。磁體(為清楚起見， 未示出)位于傳感器的上方，并產(chǎn)生如圖所示的磁場(chǎng)&。由于編碼器碼輪310的旋轉(zhuǎn)以及齒312和間隙314的相對(duì)定位，當(dāng)齒經(jīng)過傳感器裝置320時(shí)，By的磁場(chǎng)線沿正、負(fù)X方向彎曲，產(chǎn)生沿X方向的磁場(chǎng)分量~。傳感器322優(yōu)選與X軸對(duì)準(zhǔn)，因此將產(chǎn)生由沿X方向的磁場(chǎng)產(chǎn)生的輸出信號(hào)。如果由于一個(gè)或多個(gè)部件的未對(duì)準(zhǔn)，例如可能由于不精確的安裝(如， 如果傳感器擰入例如傳動(dòng)裝置或發(fā)送機(jī)的機(jī)架中)，則傳感器裝置320可能未與磁場(chǎng)分量 &對(duì)準(zhǔn)，磁場(chǎng)分量~攜帶有輪旋轉(zhuǎn)速度信息。在這種情況下，傳感器322的輸出信號(hào)會(huì)衰減并設(shè)置可能減小至零。傳感器322的示例性輸出由下述等式1表示Vout = Bx - c · S1 · sin(a) (等式 1)其中c為常數(shù)。當(dāng)α =η·180° (η為整數(shù))時(shí)，則傳感器322的輸出信號(hào)可以
減小至零。因此，當(dāng)傳感器裝置320和編碼器碼輪310中的一個(gè)或二者彼此相對(duì)移動(dòng)時(shí)，傳感器322的輸出可以減小。傳感器322與傳感器3M —起使用，通過將各個(gè)傳感器放置在垂直軸線上而便于對(duì)未對(duì)準(zhǔn)容錯(cuò)。在傳感器322和 之間完全對(duì)準(zhǔn)時(shí)，傳感器3M不產(chǎn)生附加輸出并且可以不考慮。然而，當(dāng)磁場(chǎng)的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)變化時(shí)，可以使用兩個(gè)傳感器322和3M 的輸出，或者可以使用傳感器324的輸出(在磁場(chǎng)與其對(duì)準(zhǔn)時(shí))。另一種示例性實(shí)施方式涉及對(duì)準(zhǔn)容錯(cuò)傳感器配置，其例如可以采用如圖3中所示的傳感器配置實(shí)現(xiàn)。接下來(lái)的討論以舉例的方式涉及傳感器配置300的某些方面。參考部件(310)例如通過產(chǎn)生磁場(chǎng)(例如，采用具有交替極性的磁體)或通過影響外部產(chǎn)生的磁場(chǎng)(例如，采用傳感器碼輪的交替齒和間隙)而根據(jù)參考部件的位置影響磁場(chǎng)。第一磁性傳感器(例如，32 與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)，并配置為對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)。第二磁性傳感器(例如，324)與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)，并配置為對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)，第一和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于在參考部件與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間存在不同的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)的情況下檢測(cè)磁場(chǎng)。其它方面還涉及輸出電路或處理器，被連接為接收所述傳感器的所述電響應(yīng)并將所述電響應(yīng)結(jié)合以產(chǎn)生表示參考部件的位置特性的輸出。這種輸出電路/處理器例如可以以與采用圖3中的處理器電路230實(shí)現(xiàn)的輸出電路/處理器類似的方式由傳感器配置300 實(shí)現(xiàn)。分立邏輯電路、計(jì)算機(jī)和其它處理器電路可以用來(lái)產(chǎn)生該輸出。在一些實(shí)施方案中， 處理器電路確定磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)。所述取向例如可以采用對(duì)應(yīng)于傳感器的電響應(yīng)的信號(hào)的導(dǎo)數(shù)確定，并且還可以用來(lái)以確?？梢詸z測(cè)零交叉情況的方式結(jié)合所述信號(hào)，并且用來(lái)識(shí)別參考部件的移動(dòng)。參考圖4，傳感器配置400示出為具有未對(duì)準(zhǔn)的傳感器。與傳感器配置300類似， 傳感器配置400包括具有齒412和414的編碼器碼輪410，以及具有傳感器422和4 的傳感器裝置420。采用示出的示例性排列，傳感器422和似4 二者產(chǎn)生用于某個(gè)α的輸出信號(hào)。傳感器輸出被結(jié)合以產(chǎn)生傳感器裝置420的整體輸出信號(hào)。采用兩個(gè)傳感器輸出，結(jié)合的傳感器輸出將為Vout = c · V 2 · ~ · S · sin ( α -45° ) (等式 2)其中兩個(gè)傳感器422和424的靈敏度相同。在傳感器的靈敏度不相同的情況中， 輸出被相應(yīng)地結(jié)合(如，加權(quán))。對(duì)于α的某些值，傳感器裝置420的輸出可以仍變?yōu)榱恪Ｒ虼?，兩個(gè)傳感器的輸出也相減，結(jié)合的傳感器輸出信號(hào)為Vout = c · V 2 · Bx · S · cos ( α -45° ) (等式 3)在安裝傳感器系統(tǒng)之后，可以基于所述輸出決定是否將兩個(gè)傳感器的輸出相減或相加。例如，如果一個(gè)傳感器的軸線與磁場(chǎng)~完全對(duì)準(zhǔn)，則可以使用一個(gè)傳感器。例如，通過比較兩個(gè)傳感器輸出信號(hào)的導(dǎo)數(shù)以確定兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)幅度如何相關(guān)，以及確定哪種傳感器組合用來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的零交叉檢測(cè)，可以作出這種決定。這種決定例如可以在處理器中進(jìn)行，如圖1的處理器130或圖2的處理器230。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性實(shí)施方式的主動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器配置500，其具有大致垂直于如在之前的附圖中示出的傳感器取向的傳感器。傳感器配置500例如可以實(shí)施為如上文結(jié)合圖1討論的用于汽車應(yīng)用的車輪速度傳感器。傳感器配置500包括主動(dòng)編碼器碼輪510，其具有磁特性相反的交替區(qū)域(N和Z)(相反磁極對(duì))，(N)區(qū)域512和(Z) 區(qū)域514被標(biāo)示作為說明。編碼器碼輪510通過其交替區(qū)域在每個(gè)交替交替區(qū)域中產(chǎn)生從各自的北極到南極的磁場(chǎng)，箭頭516舉例說明這些磁場(chǎng)。傳感器裝置520在各個(gè)交替區(qū)域由隨傳感器旋轉(zhuǎn)時(shí)感測(cè)各個(gè)交替區(qū)域的存在或鄰近，并將對(duì)應(yīng)的輸出提供至處理器530。處理器530采用該輸出提供編碼器碼輪510的位置特性(如碼輪速度)的指示。在一些實(shí)施方案中，處理器530與傳感器裝置520集成在一起。傳感器裝置520包括兩個(gè)或更多個(gè)傳感器，正如在本文描述的那樣，分別對(duì)準(zhǔn)至不同的磁場(chǎng)方向。例如，相對(duì)于圖3中示出的傳感器，傳感器520可以采用類似的傳感器實(shí)現(xiàn)，有效地放置在相對(duì)于圖3中示出的平面的邊緣。例如，兩個(gè)或更多個(gè)傳感器可以集成在 ^平面中的基板上，Z軸垂直于圖5中的圖平面。當(dāng)傳感器輸出如在本文討論那樣被合適地相加時(shí)，傳感器520適應(yīng)其安裝中的扭轉(zhuǎn)(例如，圍繞Y、X和Z軸中的一個(gè)或多個(gè))。例如，Z-軸傳感器在北極-南極過渡處產(chǎn)生最大輸出信號(hào)，X-Y軸傳感器在磁極的中間產(chǎn)生最大信號(hào)。在一些實(shí)施方案中，傳感器用來(lái)檢測(cè)傳感器附近存在的磁極類型(北極或南極)。根據(jù)關(guān)于軸靈敏度的上述和其它實(shí)施方式，兩個(gè)傳感器以如下方式表現(xiàn)出靈敏度。沿^方向敏感的傳感器扭轉(zhuǎn)，對(duì)圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)不敏感，沿方向敏感的傳感器扭轉(zhuǎn)， 對(duì)圍繞ζ軸的旋轉(zhuǎn)不敏感，沿^方向敏感的傳感器扭轉(zhuǎn)，對(duì)圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)不敏感，沿TL 方向敏感的傳感器扭轉(zhuǎn)，對(duì)圍繞Y軸的旋轉(zhuǎn)不敏感。相對(duì)于單個(gè)傳感器，沿X方向敏感的傳感器扭轉(zhuǎn)，對(duì)圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)不敏感，并且在至北極-南極或南極-北極的過渡處具有其最大/最小值。沿Y方向敏感的單個(gè)傳感器扭轉(zhuǎn)，對(duì)圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)不敏感，并且在北極或南極處具有其最大/最小值。當(dāng)影響磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)參考部件或碼輪沿Z軸方向相對(duì)于傳感器移動(dòng)(如，同心地)時(shí)，可以在這種配置中實(shí)現(xiàn)沿Z軸敏感的單個(gè)傳感器。
基于上述討論和圖示，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種修改和改變，而不用嚴(yán)格地遵循在此圖示和描述的示例性實(shí)施方式和應(yīng)用。例如，除了和/或結(jié)合上述實(shí)施方式討論的傳感器的替代，可以實(shí)現(xiàn)不同類型的傳感器，如不同類型的磁電阻傳感器。根據(jù)各種方法也可以使用不同類型的速度傳感器部件，如車輛、齒輪或其它部件，以及主動(dòng)或被動(dòng)部件。此外，各種實(shí)施方式涉及具有易受移動(dòng)影響的其它傳感器應(yīng)用的實(shí)施方案。而且，可以采用包括執(zhí)行專用軟件的通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、可編程邏輯陣列、分立邏輯元件、以及全可編程和半可編程電路(如PLA，可編程邏輯陣列)的各種裝置和方法實(shí)現(xiàn)本文中描述的多種處理方法。這種修改未偏離本發(fā)明的包括在接下來(lái)的權(quán)利要求中提出的真實(shí)精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁場(chǎng)傳感器配置，包括參考部件，配置為根據(jù)參考部件的位置影響磁場(chǎng)；第一磁性傳感器，與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并配置為對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)；和第二磁性傳感器，與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并配置為對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)， 第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以參考部件與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)磁場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，還包括輸出電路，該輸出電路被連接為接收所述傳感器的所述電響應(yīng)并將所述電響應(yīng)結(jié)合以產(chǎn)生表示參考部件的位置特性的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，還包括處理器電路，該處理器電路被連接為接收所述傳感器的所述電響應(yīng)，處理所述電響應(yīng)以確定所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的所述磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，還包括處理器電路，該處理器電路被連接為接收所述傳感器的所述電響應(yīng)，并且處理所述電響應(yīng)，以基于兩個(gè)傳感器的所述電響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)確定所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的所述磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，還包括處理器電路，該處理器電路被連接為接收所述傳感器的所述電響應(yīng)，并且計(jì)算所述傳感器的所述電響應(yīng)中的每一個(gè)的導(dǎo)數(shù)，基于計(jì)算出的導(dǎo)數(shù)確定所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的所述磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，還包括偏移場(chǎng)補(bǔ)償電路，該偏移場(chǎng)補(bǔ)償電路配置為去除所述傳感器中的一個(gè)的輸出中對(duì)應(yīng)于偏置場(chǎng)的直流偏移場(chǎng)分量，以便于零交叉檢測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，其中參考部件包括通過產(chǎn)生磁場(chǎng)影響所述磁場(chǎng)的區(qū)域，并且所述傳感器配置為感測(cè)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)以識(shí)別參考部件的位置特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，其中參考部件為具有包括產(chǎn)生磁場(chǎng)的區(qū)域的交替區(qū)域的可旋轉(zhuǎn)輪，所述傳感器設(shè)置在與所述可旋轉(zhuǎn)輪的表面平行的平面中，所述傳感器配置為在所述輪旋轉(zhuǎn)時(shí)基于所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器的定位感測(cè)所述可旋轉(zhuǎn)輪的位置特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，其中參考部件為具有包括產(chǎn)生磁場(chǎng)的區(qū)域的交替區(qū)域的可旋轉(zhuǎn)輪，所述傳感器設(shè)置在與所述可旋轉(zhuǎn)輪的表面垂直的平面中，所述傳感器配置為在所述輪旋轉(zhuǎn)時(shí)基于所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器的定位感測(cè)所述可旋轉(zhuǎn)輪的位置特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，其中參考部件包括多個(gè)交替區(qū)域，所述多個(gè)交替區(qū)域包括產(chǎn)生具有第一極性的磁場(chǎng)的區(qū)域和產(chǎn)生具有與第一極性相反的相反極性的磁場(chǎng)的區(qū)域，并且所述傳感器配置為在參考部件移動(dòng)時(shí)基于各個(gè)磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器的定位感測(cè)參考部件的位置特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，其中參考部件包括影響所述傳感器處的磁場(chǎng)的區(qū)域，并且所述傳感器配置為感測(cè)對(duì)磁場(chǎng)的影響，以識(shí)別參考部件的位置特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，其中參考部件包括不同地影響所述傳感器處的磁場(chǎng)的多個(gè)交替區(qū)域，并且所述傳感器配置為在參考部件移動(dòng)時(shí)基于對(duì)磁場(chǎng)的影響感測(cè)參考部件的位置特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器配置，還包括磁性部件，該磁性部件獨(dú)立于參考部件并配置為在所述傳感器處產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且其中參考部件包括不同地影響所述傳感器處的磁場(chǎng)的多個(gè)交替區(qū)域，并且所述傳感器配置為在參考部件移動(dòng)時(shí)基于對(duì)磁場(chǎng)的影響感測(cè)參考部件的位置特性。
14.一種傳感器配置，用于感測(cè)影響磁場(chǎng)的參考部件隨著時(shí)間的移動(dòng)，該傳感器配置包括第一磁性傳感器，與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并配置為對(duì)由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化表現(xiàn)出電響應(yīng)；和第二磁性傳感器，與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并配置為對(duì)由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化表現(xiàn)出電響應(yīng)，第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以所述磁場(chǎng)與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)所述磁場(chǎng)的變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器配置，還包括輸出電路，該輸出電路配置為結(jié)合第一磁性傳感器和第二磁性傳感器的所述電響應(yīng)，以產(chǎn)生表示所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化的輸出ο
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器配置，還包括處理器電路，該處理器電路被配置為接收所述傳感器的所述電響應(yīng)，計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述電響應(yīng)隨著時(shí)間的變化的信號(hào)的導(dǎo)數(shù)， 基于計(jì)算出的導(dǎo)數(shù)確定所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的所述磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)。
17.一種用于感測(cè)影響磁場(chǎng)的參考部件隨著時(shí)間的移動(dòng)的方法，該方法包括下述步驟在與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)的第一磁性傳感器處，產(chǎn)生對(duì)由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化的電響應(yīng)；并且在與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)的第二磁性傳感器處，產(chǎn)生對(duì)由參考部件的影響引起的所述磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化的電響應(yīng)，第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以所述磁場(chǎng)與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)所述磁場(chǎng)的變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括結(jié)合第一磁性傳感器和第二磁性傳感器的所述電響應(yīng)，以產(chǎn)生表示參考部件隨時(shí)間的移動(dòng)的輸出的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括計(jì)算所述電響應(yīng)中的每一個(gè)的導(dǎo)數(shù)，基于計(jì)算出的導(dǎo)數(shù)確定所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的所述磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)，以產(chǎn)生表示參考部件的移動(dòng)的輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括計(jì)算所述電響應(yīng)中的每一個(gè)的導(dǎo)數(shù)，基于計(jì)算出的導(dǎo)數(shù)確定所述磁場(chǎng)相對(duì)于所述傳感器中的至少一個(gè)的取向，并且基于所確定的所述磁場(chǎng)的取向結(jié)合所述電響應(yīng)，以產(chǎn)生具有零交叉點(diǎn)的輸出，所述輸出表示參考部件的不同部分經(jīng)過傳感器的移動(dòng)。
全文摘要
一種傳感器電路，其配置為在易受未對(duì)準(zhǔn)或移動(dòng)影響的條件下操作。根據(jù)各種示例性實(shí)施方式，一種對(duì)準(zhǔn)容錯(cuò)傳感器配置包括參考部件以及第一磁性傳感器和第二磁性傳感器。參考部件根據(jù)該參考部件的位置影響磁場(chǎng)，例如通過磁性類型的部件的定位。第一磁性傳感器與第一磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)。第二磁性傳感器與第二磁場(chǎng)敏感方向?qū)?zhǔn)并對(duì)該磁場(chǎng)的存在表現(xiàn)出電響應(yīng)。第一磁場(chǎng)敏感方向和第二磁場(chǎng)敏感方向彼此偏移，以便于以參考部件與第一磁性傳感器和第二磁性傳感器之間的不同相對(duì)對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)磁場(chǎng)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK102564468SQ20111041238
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
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