[发明专利]高分辨率非接触多圈感应系统及其方法

说明书

与相关申请的交叉引用

按照美国法典35§119(e)，本申请请求保护申请日为2011年7月17日的美国临时申请No.61/508,672的优先权权益，并通过援引的方式全部纳入说明书。

技术领域

本发明公开的内容通常涉及传感器领域，更具体而言，涉及具有高分辨率的多圈非接触感应的系统以及方法。

背景技术

在许多机械和/或机电设备中，期望能够准确确定旋转物体的状态。例如，如螺旋起重机这样的旋转物体通过自身旋转给另一物体带来线性运动。许多情况下，期望能够准确确定线性运动物体的方位。该确定基于获知旋转物体的角度位置。

在某些应用中，期望通过多圈旋转准确确定旋转物体的旋转位置。这种设计通常会具有相对低的分辨率和/或依赖相对复杂的机构。

发明内容

在一些实施方式中，本发明涉及位置感应设备，其包括具有纵向轴线的可旋转轴、第一传感器组件以及第二传感器组件。第一传感器组件包括第一磁体和第一磁性传感器。第一传感器组件配置用于允许测量第一磁体相对于第一磁性传感器的线性位置，从而允许确定轴的圈数/旋转圈数。第二传感器组件包括第二磁体和第二磁性传感器。第二传感器组件配置用于允许测量第二磁体相对于第二磁性传感器的角度位置，从而允许确定给定轴圈数内轴的角度位置，从而轴多圈旋转(a pluralty of turns)的自始至终与轴的角度位置相关的角度分辨率基本上保持不变。

在某些实施例中，第一磁体的线性位置能够沿着一个具有基本上与纵向轴线平行的分量的线性方向上。在某些实施例中，该设备进一步包括第一机构，其被配置成将第一传感器组件与轴相连，以致轴关于纵向轴线的旋转会引起第一磁体沿着线性方向的线性运动。

在某些实施例中，该设备能够进一步包括第二机构，其被配置成将第二传感器组件与轴相连，以致轴的旋转会导致第二磁体相对于第二磁性传感器的旋转运动。第二机构能够包括磁体夹具，其被配置成夹持第二磁体并且将第二磁体互连到轴的一端。第二机构能够被配置成使得轴的一圈导致第二磁体的一圈。

在某些实施例中，第二磁体能够被定位成使得与第二磁性传感器不接触。第二磁体能够包括一个偶极子并且是直径上磁化的磁体，从而向第二磁性传感器提供可变的正交和平行的磁通量。

在某些实施例中，第二磁性传感器能够被配置成以正交模式运行。第二磁性传感器包括多个霍尔效应传感器、多个磁阻(MR)传感器或者多个大型磁阻(MR)传感器。第二磁性传感器包括四个传感器，其被以正交方式定位且被配置成正-余弦传感器。

在某些实施例中，设备能够进一步包括一个模拟接口，其被配置成处理来自第二磁性传感器的输出信号并产生数字数据。通过示例方式，数字数据能够包括关于轴角度位置的信息，且对于给定轴转向分辨率至少为10位。采用更具体示例的方式，轴的角度位置对于给定轴转向能够具有在10位-14位范围内的分辨率。高于或者低于前述示例中的其他分辨率也可以实现。

在某些实施例中，第二磁性传感器和模拟接口能够是专用集成电路(ASIC)的一部分或者放置在其上。

在某些实施例中，第一传感器组件能够被配置成提供M-位分辨率，其足够用于计数圈数，并且第二传感器组件被配置成提供N-位分辨率从而产生角度分辨率。两者合并，该位置感应设备能够在该圈数的范围上具有有效M+N位分辨率。

在某些实施方式中，本申请涉及一种用于感应绕纵向轴线旋转的轴的位置的方法。该方法包括由与第一磁性传感器以不接触方式设置的第一磁体来确定轴的圈数，从而测量第一磁体相对于第一磁性传感器的线性位置。线性位置代表轴的圈数，圈数采用M-位分辨率确定。该方法进一步包括由与第二磁性传感器以不接触方式被布置的第二磁体来确定给定圈的轴的角度位置，其中采用N-位分辨率确定给定旋转内的角度位置。该方法进一步包括将圈数与角度位置合并从而生成轴在给定多圈范围内的测量位置。

在某些实施例中，对于多圈范围内的测量位置，可以基本上保持每圈N-位角度位置。合并会在多圈范围内产生M+N位的有效分辨率。

在某些实施例中，多圈包括大于两圈。例如，M值可以选择为4，或者更少从而确定圈数最高达16。