[发明专利]用于确定指示器磁体磁化方向的传感器组件和方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及用于确定指示器磁体(indicator magnet)的磁化方向的概念。本发明的其他实施方式涉及磁基位置测量系统中的磁化方向的自动检测。

背景技术

在磁基线性位置测量系统领域中，长期以来普遍使用与移动永磁体结合的霍尔(Hall)传感器来监测单轴线性移动。原理上，这种系统如图10所示来构造。存在固定传感器10，永磁体12以线性方式移动过该传感器10。传感器10测量相应磁场值并向估算单元提供这些值，估算单元据此计算磁体12的当前位置。在图10所示坐标系中，X轴基本平行于永磁体12移动的线性轴。此外，X轴和Z轴位于图平面内，而Y轴垂直于图平面。

根据现有技术，存在用于采用霍尔传感器确定移动磁体的位置的不同估算方法。

现有技术中已知的用于位置确定的过程的最简单形式使用磁场Z分量22的线性范围20，如图11示例性所示。对于所示实例，它可以在-0.005m到+0.005m(=+/-5mm)范围内。在边界处出现显著非线性，从而对于该相对小的测量范围已使用了线性化。

这种类型的估算相对容易实现，但在应用期间具有很大不足。一方面，由于位置值直接源于磁场分量的绝对值，所以磁体温度以及例如生产引起的磁化分散对测量精度具有直接影响。另一方面，与磁体的可测场(即明显大于约50μT的地磁场的场)存在的面积相关的永磁体对于传感器的可用行进范围相对很小。因此，采用这种方法，传感器的检测范围以及由永磁体提供的磁场分量均未被完全利用，且此外，还产生了取决于永磁体温度的位置信号。

在根据DE19836599A1的现有技术已知的另一过程中，为独立于磁体温度，利用了使用两个磁场分量Bx 30和Bz 22的比以及例如用于位置确定的其反正切计算的方法(见图12)。由于根据两个场分量的比来确定位置，所以该方法独立于传感器芯片和磁体的温度。此外，可用行进范围大于上述方法中的可用行进范围。

然而，在根据图12的这种方法中也存在一般性问题，行进范围不受所测场分量的高度限制，但却受估算方法限制。因此，同样在这种方法中，传感器与永磁铁之间的理论可行的行进范围也未被完全利用。

因此，本发明的目的是允许在磁基位置测量系统中扩大磁场传感器组件与指示器磁体之间的实际可用行进范围，以及同时增强应对寄生(spurious)影响的稳健性，诸如应对外部寄生磁场或温度变化。

该目的通过根据权利要求1或14的传感器组件、根据权利要求9或19的方法以及根据权利要求20的计算机程序来解决。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种用于确定指示器磁体相对于传感器组件的磁化方向的传感器组件。其中，传感器组件包括第一磁场传感器，其用于检测关于第一空间方向的第一磁场分量和关于第二空间方向的第二磁场分量；以及第二磁场传感器，其用于检测关于第一空间方向的第三磁场分量和关于第二空间方向的第四磁场分量。这里，第一磁场传感器和第二磁场传感器彼此空间隔开而配置。此外，该传感器组件包括处理装置，其被实施为合成第一磁场分量和第二磁场分量以获得第一合成量，合成第三磁场分量和第四磁场分量以获得第二合成量，基于第一合成量与第二合成量的比较来确定指示器磁体相对于传感器组件的位置，以及基于所确定的指示器磁体相对于传感器组件的位置和所检测到的关于第二空间方向的磁场分量的符号来确定磁化方向。

本发明发现，例如，通过利用四象限估算法，如将在本发明中更详细描述的那样，通过基于所确定的指示器磁体相对于传感器组件的位置以及所检测到的关于第二空间方向的磁场分量的符号来确定指示器磁体的磁化方向，可获得指示器磁体相对于传感器组件的行进范围的恰如所述的扩大，并可同时获得对于外部寄生影响的增强的稳健性。采用该过程，具体地，通过(在磁基位置测量系统中)使用四象限估算法，可获得指示器磁体相对于传感器组件的实际可用的行进范围的扩大，以及同时获得测量组件对于寄生影响的增强的稳健性。

换句话说，在本发明中，首先，为确定磁化方向，确定磁体相对于传感器(即相对于由传感器定义的基准点)的当前位置。因此，例如确定指示器磁体是在X轴的负向侧还是正向侧，其中，例如假设基准点为X轴的零点。该信息可通过在传感器芯片上不仅提供多轴磁场传感器而且还提供X方向上并列的两个传感器来获得。这里，假设X方向平行于传感器组件与指示器磁体之间的相对移动。