专利名称：高分辨率非接触多圈感应系统及其方法
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闻达16。在某些实施方式中，本发明涉及多圈感应装置，其包括被配置成绕纵向轴线旋转的轴。该设备进一步包括一个旋转计数器，用于确定由轴引起的圈数。旋转计数器包括第一磁体和第一磁性传感器。第一磁体与轴相连，当轴旋转时，其沿着纵向方向线性移动。第一磁性传感器用于感应第一磁体的线性运动并且以不接触的方式来确定轴圈数。该装置进一步包括角度位置传感器，用于测量给定圈时的轴角度位置。角度位置传感器包括第一磁体和第二磁性传感器。第二磁体安装在轴的一端并与轴一同旋转。第二磁性传感器配置用于感应第二磁体的旋转，并且以不接触的方式确定轴圈数。在某些实施方式中，本发明涉及不接触多圈感应设备，其具有第一传感器和第二传感器。每个第一和第二传感器均为非接触传感器。第一和第二传感器被配置成使得设备能够在物体的O-N圈范围内保持一个选定的角度位置分辨率。在某些实施例中，第一传感器能够被配置成确定物体的圈数，第二传感器能够被配置成确定物体给定圈的角度位置。某些实施例中，第二传感器能够被配置成以选定角度位置分辨率确定物体的位置。某些实施例中，选定角度分辨率至少为10位。某些实施例中，选定角度位置分辨率可为14位。某些实施例中，第一传感器配置为具有4-位测量范围从而在0-15圈范围内对设备产生有效的18-位角度分辨率。高于或者低于前述实施例的其他分辨率也可以实现。在某些实施方式中,本申请涉及一种感应旋转物体旋转的方法。该方法包括测量物体圈数。该方法进一步包括测量物体已经旋转一定圈数后，在0-360度范围的角度位置。测量进一步包括基于圈数和角度位置确定物体的总角度位移。总角度位移的角度分辨率与和角度位置测量相关的角度分辨率大致相等。在某些实施例中，圈数的测量具有M-位分辨率，并且角度测量分辨率为N-位。总角度位移分辨率为M+N位分辨率。
图I示意性地示出在一些实施方式中位置感应设备能够包括角度位置传感器和旋转传感器。图2示意性地描述旋转传感器的一个示例性实施例。图3A和图3B示出图2中的旋转传感器被配置用于将一个输入的旋转运动机械地变换为被感应元件的一定范围的平移运动，该被感应元件磁体，其平移运动能够通过例如 磁场检测器的感应元件检测出。图4不意性地不出在一些实施例中，旋转传感器能够包括一个处理器以及一个存储器从而提高可编程性能。图5A示出可用于图2中磁体的磁体配置的非限定性示例。图5B示出在一些实施例中，磁体能够是永久偶极子磁体，其被放置成使得其磁化轴线基本上与磁体的纵向运动方向垂直。图5C不出在一些实施例中，能够相对于磁体的平移运动和磁场检测器来定向磁体，以致代表检测器处或附近的场方向图的磁轴线大体与平移运动方向垂直，并且大体是由磁场检测器所确定平面的法向。图6A和图6B不出用于图5配置的磁场强度分布不例。图7A和图7B示出图5中磁体取向示例，其使得磁体关于其磁轴线基本对称，从而降低磁体相对于磁场检测器准直的灵敏度。图8A和图8B示出图5中磁体取向示例，其也能够降低对磁体沿横向的非对准的
灵敏度。图9示出图2中旋转传感器的示例性实施例的分解图示例。图IOA示出图9的旋转传感器的剖面透视图。图IOB示出图9旋转传感器的剖面侧视图。图11示出图9旋转传感器的装配透视图。图12A示出在一些实施例中，能够为图11中旋转传感器提供护罩。图12B示出一个示例性情况，其中内部部件例如旋转传感器的感应元件能够采用图12A中的示例性护罩进行保护。图13A-13F示出多种可实施的外壳形状和护罩形状的非限定性示例。图14示出用于校准旋转传感器的配置示例。图15示出在旋转传感器操作过程中校准数据如何被标识和存储以便使用。图16示出可实施的校准流程示例。图17示出在一些实施例中，旋转传感器能够包括速率部件，其配置用于基于感应到的角度位置来计算例如旋转速率。图18A和图18B示出反馈控制系统的非限定性示例，能够使用旋转传感器实施该系统。图19示出装配好的位置感应设备的示例，具有图I的角度位置传感器部件以及具有图2-18中一个或更多个特征的旋转传感器部件。图20不出图19的位置感应设备不例的分解图。图21示出图19的位置感应设备示例的剖面图。图22A和图22B示例性描述图19的角度位置传感器示例的侧视图和轴位视图。图23A-23D示出角度位置传感器如何操作从而产生旋转轴线的角度位置的示例。在阅读了如下的详细描述并且参考附图的基础上，这些以及其他方面，优点以及本教导的新颖性特点将会变得清晰。附图中，相似的元件采用相似的附图标记。
具体实施例方式此处公开的是高分辨率非接触位置感应设备的实施例。正如此处所述，这样的感应设备能够以成本高效的方式被设计和实施。某些实施方式中，这种感应设备能够经过配置作为多圈感应设备操作。图I示例性示出在某些实施方式中，位置感应设备600能够包括角度位置传感器部件602以及旋转传感器部件604。在某些实施方式中，旋转传感器部件604能够被配置成如参考图2-18中所述的以一种或更多种方式操作。关于这种旋转传感器的细节也能够在美国专利申请公开号No. 2011-0175601(美国申请号No. 12/689,047,申请日2010年I月18 日)中找到，其发明名称为“HIGH RESOLUTION NON-CONTACTING MULT I-TURN POSITIONSENSOR(高分辨率非接触多圈位置传感器)”，此处作为参考清楚地纳入全部说明书。图19-23表示角度位置传感器部件602如何能够与旋转传感器部件604结合从而在能够包括多圈的一个旋转范围内产生一个高分辨率性能。如此处所述，旋转传感器被配置成提供有优势的特征。例如，旋转传感器能够被配置成提供多圈输入性能，并且针对该输入的圈数能够被选择和编程。相应地，传感器的旋转位置分辨率可以从一个相对粗糙的分辨率向一个相对高或精细的分辨率调整。另一个示例中，旋转传感器能够被配置成在感应元件和被感应元件之间是非接触配置的情况下提供这种功能。相应地，可以避免通常与物理接触配置相关联的多种机械问题。在某些实施例中，旋转传感器被配置成将旋转物体(例如轴)的旋转运动转变为被感应元件的平移运动。相对于被感应元件提供并定位感应元件，以便允许确定被感应元件的平移位置。在某些实施例中，该被感应元件的平移位置与轴的唯一旋转位置相关联。图2示出能够提供这种功能的旋转传感器100。在某些实施例中，与旋转传感器100相关联的一些或者全部特征能够在图I的旋转传感器部件604内实施。在某些实施例中，旋转传感器100能够包括一个旋转物体例如轴102，其与载重架104机械联接。机械联接能够被配置成使得轴102的旋转转换为载重架104的平移运动。在某些实施例中，载重架104的这种平移运动能够是沿着基本与轴102的旋转轴线平行方向的基本线性运动。在某些实施例中，轴102与载重架104之间的机械联接能够包括形成在轴102上以及载重架104所限定的孔的内表面上的匹配螺纹。这种螺纹联接的示例的其它细节将在此处描述。
在某些实施例中，匹配螺纹的环规导程/导程值(lead value)被选择成提供在轴102的旋转和载重架104的平移之间的机械传动比。为了说明的目的，在假定不同示例性螺栓螺纹具有单线螺纹形式的情况下，可将术语“螺距(Pitch)”与术语“导程(lead) ”互换使用。可以理解的是，本发明的一个或更多个特征同样也可以用于具有一个以上线数的螺纹形式的螺栓螺纹。因此，如果合适，本说明书可以对两方面进行区分。如图2所示，旋转传感器100能够进一步包括磁体106，其被置于载重架104上，从而可随载重架104运动。关于磁体106相对平移运动方向的不同取向的其他细节将在此处说明。如图2所示,旋转位置传感器100能够进一步包括感应元件108,其被配置成感应沿平移运动方向在各位置处的磁体106。关于感应元件108的其他细节在此处说明。在某些实施例中，旋转位置传感器100还包括外壳110来保护各种部件,有助于安 装等。关于外壳的其他细节将在此处说明。图3A和图3B示出在某些实施例中，基于轴102和载重架104之间的机械传动比，轴102沿第一方向(箭头120)的旋转能够导致载重架104 (以及磁体106)沿第一方向(箭头122)线性运动。轴沿相反方向(箭头130)的旋转会导致载重架104 (以及磁体106)沿着与第一线性方向122相反的第二方向(箭头132)线性运动。基于轴和载重架的此种联接方式，轴102的旋转运动(箭头140所示)的范围(Δα)能够与磁体106的线性运动范围(ΔΥ，箭头142所示)相对应,该线性运动范围由载重架104的两个末端位置(144a，144b)确定。在某些实施例中，载重架104和/或磁体106的线性运动能够被限制在外壳110内部。相应地，轴102和载重架104之间的机械联接能够被选择成使得与轴102的旋转范围(△ α)相对应的线性运动范围(ΔΥ)小于或者等于载重架104和/或磁体106的机械受限范围。图3Β示出示例性坐标系，其中“Y”表示线性运动方向。应当理解的是，所示坐标系被简化用于描述，并不是以任何方式用于限定本申请的保护范围。图4示出在某些实施例中，旋转传感器100能够包括各种功能部件。如图2和图3所述，机械联接部件156能将轴(102)的旋转运动转化为能够被表示为磁性部件158的磁体(106)的线性运动。磁体的位置能够由传感器元件(108)检测，该传感器元件能够被表示为场传感器部件154。在某些实施例中，旋转位置传感器100还能够包括处理器部件150和存储器部件152，其能够提供此处所述的一种或更多种功能。在某些实施例中，处理器150和存储器152能够关于例如传感器100的校准以及操作动态范围提供可编程功能。作为示例，这种可编程性能够有助于选择期望的旋转范围(用输入160表示)；并且该范围内轴的旋转位置可以具有处于选定输出范围内的唯一输出值(用输出170表示)。其他关于该可编程性的细节将在此处描述。在某些实施例中，图2和图3所示磁体106能够采用多种方式配置。图5Α所示非限定性磁体示例能够用于旋转传感器100的一个或更多个实施例，如此处所述。例如，磁体能够是圆柱形磁体(172a，172b，172c)或者其他形状的磁体，例如盒状磁体(172d，172e，172f)。为了图5A描述的目的，可以理解的是斜线填充模式和未填充模式表示偶极子磁体的两极。例如，未填充模式表示北极，而斜线填充模式表示南极。
在某些实施例中，磁体106能够是永磁体。在某些实施例中，永磁体能够是单个偶极子磁体或者组合体或者两个或更多个偶极子磁体。此处为了说明的目的，永磁体能够包括一个磁体，其包括可被磁化并且产生其自身的基本持续磁场的材料。该材料包括铁磁材料例如铁、镍钴和某些稀土金属和某些它们的合金。此处为了说明的目的，可以理解的是，单个偶极子磁体具有通常被称为的“北极”和“南极”的磁极，以致磁场线被指定成从北极通到南极。对于单个偶极子磁体，其磁化轴线通常被理解成是延伸穿过磁体的北极和南极的直线。
例如，示例性磁体172a为圆柱形磁体，其具有沿圆柱体轴线的北极和南极。这种配置下，磁化轴线能够近似与圆柱轴线同轴。在圆柱形磁体172b的另一示例中，北极和南极被表示为圆柱体方位角的各一半。相应地，其磁化轴线很可能近似与圆柱轴线垂直。具有两个或更多个偶极子磁体(例如，172c, 172f)的成形磁体内，磁化轴线关于形状轴线可能形成或者可能不形成相对简单的取向。这里为了说明的目的，可以理解的是磁化轴线能够包括磁体的整体特征以及磁体产生的磁场图案的局部特征。这里所述的某些示例中，磁化轴线被描述为与磁体的纵向运动大致垂直。然而，可以理解的是，磁化轴线的其他取向也是可能的。例如，当如所示放置并且沿所示Y方向移动时，磁体构造172b、172c、172e和172f能够产生非垂直的磁化轴线。图5B示出在某些实施例中，磁体106可以为偶极子磁体，其被放置成使得其磁化轴线182与磁体的纵向移动方向(如箭头174所示)基本垂直。例如，圆柱形永磁体能够被定位成使得其北极和南极大致形成与纵向方向基本垂直的磁化轴线182。如这里所述，该纵向移动能够由与磁体106相联接的轴102的旋转(120，130)所引起。还如这里所述，该纵向移动能够使磁体106相对于传感器兀件108移动,从而有助于确定磁体相对于传感器部件108的纵向位置。在图5B所示示例中，磁化轴线182能够大致与磁体形状的轴线相似(例如，圆柱体)。图5C所示的示例描述由磁体106产生的磁场线180的更局部化的视图。尽管附图5C-8B中表示的磁体106以如图5B中所示的偶极子磁体为背景进行描述，不过可以理解的是可以由其他具有一个或更多个偶极子磁体的磁体构造来产生或者近似类似的磁场模式。因此，图5C中所示磁化轴线182能够表示影响传感器元件108的局部磁场。在某些实施例中，磁体106能够被定向成使得代表传感器元件108处或者附近的磁场的磁化轴线182大体与平移运动方向垂直。在某些实施例中，磁体106能够被定位成使得磁化轴线和纵向轴线大体确定一个延伸穿过传感器元件108的近似中心的平面。在附图3B所示坐标系示例的背景下，在这些实施例中，磁体106的磁化轴线大体沿着Z轴线方向。如此处所述，该构造能够带来期望的特征。图5C示出磁体106的磁极部分相对于传感器元件108侧视图的更详细的视图。如图所示，磁体106的磁化轴线182被描述为与传感器元件108所确定平面大体垂直。同样不出的是由磁体106产生的磁场线180的描述。假定所不磁极为磁场北极，则若干场向量以自身的分解(Bz和By)形式表示(如图3B中所示的坐标系示例)。如图所不，场向量184关于磁化轴线182大体对称。因此，场向量184a的Z分量与场向量184d的Z分量在方向上和幅值上大体相同；并且向量184a的Y分量与向量184d的Y分量在方向上相反但是在幅值上大体相等。类似地，场向量184b大致是场向量184c的镜像。基于上述，当磁体沿着Y方向移动时，Bz的平均贡献通常关于Y = O对称。该对称采用附图6A中的Bz曲线190来描述。如果Bz分量仅仅采用传感器元件108进行测量，那么在磁体位置的确定上可能或者可能不存在模糊。例如，如果传感器元件108和磁体106配置成使磁体的运动被限定到传感器元件的纵向一侧，那么测量的Bz分量可以为曲线190当Y> O的那个部分。这种情况下，仅仅基于Bz分量的位置确定中很可能不存在模糊。然而，如果传感器元件108和磁体106被配置成使得磁体的运动能够在传感器的纵向两侧进行，那么位置的确定会存在模糊性，该模糊性可以解决。在某些实施例中，沿着平移运动方向(By)的磁场分量可以与Bz分量同时被测量。基于图5C中的示例性磁场表示符184，当磁体沿着Y方向移动时，By的平均贡献通常关于Y=O不对称。该不对称采用附图6Β中的By曲线192描述。因此，Bz关于Y = O的模糊性
可以通过不对称来解决，其中当Y > O时By > 0，当Y < O时By < O。在某些实施例中，有可能基于By分量的值描述磁体沿着Y方向的位置。然而，由于多种原因，使用Bz分量能够是有利的。例如，对垂直分量(相对于磁场检测平面)的检测通常比其他分量更优选。在另一个示例中，By曲线192在Y = O时穿过零值。因此，在Y=0和Y = O附近，By分量具有零值或者相对小的值。结果，当磁体的中部沿着Y方向行进时，信噪比可能会达到不可接受的低。相比而言，同样当磁体中部沿着Y方向行进时，Bz分量具有最大值。另外，Bz分量的最大值通常都远远高于By分量的最大值。除了上述特征，对于图5C的示例性磁体取向能提供更有利的特征还有其他考虑。这样的特征能够包括输出对磁体取向的各种偏离的相对不敏感性(附图4中170)。图7Α和图7Β示出安装在载重架104上并沿着磁化轴线观察的磁体106。对于该示例性配置，由载重架104形成一个形状类似于磁体106的至少一部分的凹缝(图9中262)(例如，圆柱形凹缝从而容纳圆柱形磁体)，从而实现安装。在该示例性安装配置的背景下，图7Α和图7Β示出由于通常对称的磁场，磁体106相对于磁化轴线(与图7Α和图7Β中的Z轴线平行)的方位角取向通常不会影响到达传感器元件(图5C中108)的磁场180。为了表示不同的方位角取向，磁体106上画有指示标志200。在某些实施例中，磁体106优选安装在载重架104上，以致磁体的磁化轴线大致沿着Z轴线，并且因此垂直于X轴线和Y轴线。然而，由于各种原因，磁化轴线可能会偏离Z轴线；并且该偏尚的不例在图8Α和图8Β中不出。在图8Α中，磁体-载重架组件的侧视图示出安装的磁体轴线182偏离Z轴线(如210所示)，从而导致磁体106沿着Y方向倾斜。在图8Β中，磁体-载重架组件的端视图示出安装的磁体轴线182偏离Z轴线(如210所示)，从而导致磁体106沿着X方向倾斜。在某些情况下，磁体106能够倾斜成产生图8Α和图8Β所示的X和Y倾斜的结合。如果磁体106以前述方式倾斜，磁场模式会偏离附图6Α和图6Β所示的理想模式。由于相比较By分量而言，Bz分量相对较大，并且由于偏移角(相对于Z轴线)相对小，所以Bz上的净效应会相对小。另外，即使Bz和/或By分量存在显著偏差，不过此处描述的某些实施例中的可编程性仍可以解释这种偏差并且由此使得输出对磁体取向较不敏感。图9-11示出旋转传感器100示例性配置的多个视图。图9示出分解图220;图IOA示出组装剖面透视图300 ;图IOB示出组装剖面侧视图310 ;并且图11示出组装透视图320。如所示，轴102包括第一端230，其被配置成促进从外部部件(没有示出)到轴102的转矩传输。在所示示例中，为了此目的，第一端230限定狭缝302(图10A)。可以理解还有很多不同的配置也是可能的。轴102还包括第二端232，其被配置成与载重架104联接。所示示例中，轴102的第二端232以及载重架104的配合孔260限定配合螺纹模式，其有助于载重架104响应于轴102旋转的平移运动。所示轴102的第二端232的尺寸容纳固定夹256，从而限制载重架104的行进。所示第二端232还包括尖端234 (图10A)，其尺寸被由端盖272限定的类似尺寸的凹缝304所接收，从而约束轴的第二端232。在所示示例中，轴102的第一和第二端(230，232)之间的部分的尺寸适于被支撑·在由套管250限定的孔252内。套管250形成的尺寸又通过衬套240和垫圈254被固定到外壳110。从而，由套管250和端盖274的凹缝304形成的对轴102的支撑使得轴相对于外壳110准确地旋转。另外，弹簧垫圈242和垫圈254抑制了轴102相对于衬套240 (从而相对于外壳110)的纵向移动。在某些实施例中，衬套240包括外部螺纹，其与安装螺母244相配合来安装传感器组件。如图IOB所示，衬套上的螺纹模式能够被选择成使得在安装螺母244和外壳之间形成可调空隙312，以便有助于安装到不同尺寸的结构，例如盘。垫圈246进一步有助于这种安装。在某些情况下，期望传感器组件的整体形状采用某种形式。例如，一种设计需要圆角形外壳(当纵向观察时)。更具体的，一种设计优选关于轴的纵向轴线为圆形外壳。然而，如果外壳内部是圆形的，并且载重架形成圆形的，且其轴延伸穿过载重架的中心，那么当没有出现某些抑制旋转的特征时，就不能抑制载重架的旋转趋势(响应轴的旋转)。因此，在某些实施例中，外壳110的侧壁207可以成形为“U”形(当纵向观察时)，并且载重架可以相应成形。在某些实施例中，“U”的弧线部分基本上是半圆形，并且轴102的纵轴线可以置于由这样的两个半圆形形成的圆形的中心。这种配置至少适用于前述的一些优选圆形设计。在某些实施例中，“U”型两侧可以向上延伸从而抑制载重架104的旋转趋势。在某些实施例中，“U”形侧壁207的顶部通常是平的，从而与在平坦电路板上能够形成的电路组件280相适应。如示例所示，形成的电路组件280可以是印刷电路板上的基本完整单元，该电路板尺寸适于滑入在侧壁270的顶端部分附近的沟槽276中。在某些实施例中，如图9所示，载重架104的示例是“U”形，从而被装配到侧壁270内并且响应轴102的旋转而在其中纵向滑动。与侧壁270相似，载重架104的顶部是大体平的，从而与平坦形状的电路组件280相适应。载重架的“U”形形状的高度能够被选择成使得允许在距离感应元件108期望的Z距离(参见附图3B中示例性坐标系统)处在其中(通过凹缝262)安装磁体106。如所示的，电路组件280能够包括一个或者更多个电触头282，并且这种触头可以通过在端盖272上适当形成的孔伸出到外壳110外部。在某些实施例中，能够提供密封构件274以有助于旋转传感器设备的组装，还能为外壳110内部的各种部件至少提供一些密封功能。这种密封构件能够包括垫圈、环氧树脂或其组合。图11显示旋转位置传感器的组装透视图320。可以看到示例性配置以及这里所述的不同部件的布置方式使得旋转位置传感器能够以相对简单和紧凑包装的方式提供磁场感应功能，同时满足一定的设计标准。在某些实施例中，如图11和图12A所示，外壳的侧壁270包括狭缝324，其尺寸有利于便捷地安装和移除护罩290。在某些情况下，旋转位置传感器会承受外界电场和/或磁场和/或辐射。由于传感器元件108通过感应磁场而运行，所以期望的是为了准确测量而将磁场限制成磁体106发出的磁场。因此，在某些实施例中，形成护罩290的材料具有相对较高的磁渗透性。例如，如坡莫合金(Permalloys)和镍铁高导磁合金的合金可用于形成护罩290。 如所示的，护罩290的形状能够基本上符合侧壁270的上部322。在某些实施例中，盖292的尺寸能够使得其边缘滑入狭缝324中并且将护罩290夹在盖292和侧壁270的上部322之间。在某些实施例中，盖292能够由塑料相对容易地形成，从而适应其比护罩290更复杂的形状(以装配到狭缝324内)。在某些操作条件下，旋转位置传感器会受到辐射，例如X-射线、伽玛射线、高能带电微粒、中子和/或其他电离辐射。这些辐射会对旋转传感器的一部分或者更多部分产生不利的影响，尤其是长时间暴露其中的时候。例如，当传感器元件108由或基于半导体材料和/或部件形成时，暴露在辐射中会降低感应性能。图12B示出在某些实施例中，示例性护罩290能够为传感器元件108提供对辐射328的有效防护，而无需完全关闭外壳270。通常情况下，辐射328的大致方向是已知的，旋转位置传感器能够被定向成使得护罩290覆盖传感器元件108和/或其他部件以免受辐射，从而减少它们的暴露。例如，假定旋转位置传感器用于检测基于辐射的治疗或成像设备的可动病人平台的位置。许多这种平台通过螺旋起重机进行移动，并且(通过旋转位置传感器)监测该螺旋起重机的旋转能够提供关于平台位置的信息。在这种受控的医疗情况下，与治疗或成像设备相关的辐射方向和总量通常是已知的。因此，(带护罩的)旋转位置传感器的位置能够被定向成提供对于辐射的防护效用。在某些实施例中，辐射护罩290能够被成形成并且尺寸做成通过减弱这种辐射的强度来提供对特定辐射的防护效应。具有重荷的例如铅的材料能够适用于防护X-射线和伽玛辐射；而低密度材料，例如塑料或者丙烯酸玻璃能够适用于高能电子。用于其他类型的辐射的其他材料也是可能的。如此处所述，这种易于可安装和可拆卸的护罩在辐射安全性方面可以提供有利的特征。由于内部部件受到防护免受使性能降低的辐射，所以旋转位置传感器能够具有更长的工作寿命。当由于长期暴露而导致自身辐射被激活时，需要更换护罩，护罩的更换相对容易；并且由于放射性的护罩相对尺寸小并且结构简单，所以可以被简单安全的存储或者弃置。图13A-13F示出能够用作旋转位置传感器一部分的外壳270的各种非限定性示例。并且所示的护罩290的非限定性示例配置具有一个或者更多个此处所述的特征。
图13A示出示例性外壳配置500，其中外壳270包括曲壁502以及第一和第二壁504a、504b，所述第一和第二壁从曲壁502处延伸从而形成“U”形壁。U形壁能提供的有利特征的示例参考图9和图10在这里说明。图13A进一步示出在某些实施例中，载重架104的形状能够大体符合U形壁的内部并且相对于U形壁的内部纵向移动。在这里说明载重架104的各种特征(例如，与轴102相联接，夹持磁体106从而允许相对于传感器元件108的纵向移动)。图13B示出在某些实施例中，曲壁能够由圆圈516的一部分确定。例如，在示例性外壳配置510中，曲壁能够由半圆512确定，半圆512是所示圆圈516的一部分。在某些实施例中，圆圈确定曲壁的部分可为圆弧，其延伸大于或者小于与半圆相关的大约180度。如图13B中所示的示例，确定半圆壁512的圆圈516的中心基本上与轴102的中心同轴。如图13B中进一步所示，第一和第二壁514a、514b能够从半圆壁512延伸出从而形成外壳270的U形壁。在某些实施例中，所形成的载重架104与U形壁的弯曲部分的内部基本符合。例如，由作为所示圆圈518的一部分的半圆形成载重架104的弯曲部分，从而 与示例性半圆壁512相符合。图13C和图13E表不U形外壳的顶部可以米用多种不同方式配置。图13C中一个示例性的配置520表示盖壁524能够与侧壁(例如，图13B中的514a、514b)相联接从而形成如522a和522b所示的大体上的方角。另一个图13E的示例配置540表示盖壁544能够与侧壁(例如，图13B中的514a、514b)相联接从而形成如542a和542b所示的圆角。图13D和图13F表示具有一个或者更多个如此处所述功能的护罩290以多种方式成形。图13D的一个示例性配置530表示护罩290的形状能够与图13C的外壳顶部的示例性方角(522a，522b)相符合，这样该护罩290包括被标为532a和532b的大致方角。图13F的另一个示例配置550表示护罩290能够被形成为大体符合图13E的外壳顶部的示例性圆角(542a，542b)，这样护罩290包括被标为552a和552b的圆角。为了说明图13A-13F，可以理解的是在于U形壁相关的不同部分的相对位置方面使用术语“顶”和“侧”，并且不能解释为旋转位置传感器作为一个整体需要被那样定位。为了清楚，可以理解的是对于具有U形外壳的旋转位置传感器实施例来说，根据需要或者期望的，传感器可以采用各种方式被定位(例如，“U”开口向上、向下、向侧面或者它们的组合)。参考图4这里所说明的，某些旋转传感器100的实施例能够包括关于例如，校准和传感器100的动态操作范围的可编程功能。图14和图15显示该可编程性的多个示例。在图14中，校准系统330能够包括控制器332，其与执行器336通信(线334表示)从而允许轴102的受控旋转(箭头338)。响应于该受控旋转(例如,逐步地)，所示磁体106相对于传感器元件108在可选择的纵向移动范围内(如350所示)在外壳110内移动。在每个受控磁体位置处，通过触头282经由连接器342采集输出信号，并且该信号能够被提供给(线340)控制器332用于处理。以前述方式获得的校准数据360可采用多种方式被表示。如图15中的示例性表示360所示，可以获得如电压的输出和如角度位置α的输入之间的关系。对于在多个角度位置(例如，以△ α递增获得的)获得的多个校准数据点362，例如线性线380的曲线能够适用于表示输出电压和输入角度位置之间的关系。可以采用通用公知的多种方式获得该表征曲线的适用。在某些情况下，校准数据点的某些部分系统地偏离表征曲线。例如，角度位置α上限附近的数据点被示为偏离线性线380(表示角度范围的主要部分)。多种原因会导致这种偏离。为了说明的目的，所示的系统偏离由偏离曲线370表示。在某些实施例中，能够做出一次或者多次修正来调整输出从而产生期望的输出表示。例如，系统偏离370能够被调整成(箭头372)使得在定义的角度位置α范围内输出电压基本上表不为线性关系。在某些实施例中，能够存储关于可校准的输入-输出关系的信息，从而在旋转位置传感器100的操作过程中可恢复这些信息。例如，该信息能够以多种格式其中之一(包括，查询表，表示该关系的算法表征的一个或更多个参数(例如，如果使用线性关系则是斜率和截距参数，等等)被存储在图4的存储器部件150。
图16示出示例性流程400，实施该流程从而获得参考图14和图15所述校准过程的一个或更多个特征。在处理框402中，角度位置传感器100的轴可旋转到表示期望旋转范围的第一限值(例如下限)的第一位置(aj。流程400可以输入迭代序列，其中以递增步骤进行测量。因此，在决策框404中，流程400确定当前角度位置α是否小于表示期望旋转范围的第二限值(例如上限)的第二位置(α2)。如果答案为“是”，则流程400继续其他的迭代测量。在处理框406内，能够获得在当前轴位置α处的校准测量值。处理框408内，轴位置能够以Λ α递增变化，并且流程400能采用更新的角度位置来实现决策框404的测试。如果决策框404的答案为“否”，则可选地在流程框410内实施系统修正(如果存在)。在流程框412内，能够获得表征性输出响应(例如，线性输出响应)。在流程框414内，能够存储关于表征性输出响应的信息从而在角度位置传感器100的操作过程中恢复和使用这些信息。在某些实施例中，校准特征包括锁定特征，从而禁止未授权校准和/或改变关于输出响应的信息。在某些情况下，该锁定在授权设施处例如工厂处执行的校准过程后发生。在某些情况下，期望在校准特征和/或校准信息锁定后至少提供一些调整、定制化以及类似的能力。在某些实施例中，校准特征能够进一步包括钥匙(例如，电子钥匙)，其允许被授权人员能够对这些功能中的至少一些解锁。能够采用已知方式进行锁定、解锁以及相关的前述操作。在前述参考图14-16的说明中，所述输出和输入之间的线性关系是多种可能关系中的一种。在某些实施例里，该线性关系能够是由于磁体相对于感应元件108的平移位置所引起的。例如，在某些实施例中，感应元件108能够是具有检测磁场的三个分量(ΒΧ，ΒΥ，ΒΖ)的能力的集成电路。该集成电路(IC)能够包括，例如，霍尔感应单片传感器集成电路(型号MLX90333),其由迈来芯微电子系统公司(Melexis Microelectronic Systems)制造。关于基于IC传感器元件的其他信息可以在多种文件中找到(包括应用笔记)，在制造商的网站(http://melexis.com)中可以获得。对于具有检测两个或更多个磁场分量的能力的传感器元件(如迈来芯传感器示例)，BZ和纵向分量(例如,By)的组合会产生一个量,其与磁体(相对于传感器兀件)的纵向位置具有近似线性关系，例如，Θ = arctan (Βγ/Βζ) ( Θ被定义为如图5C所示)能够对磁体沿Y轴线的纵向位置产生近似线性的响应。在某些实施例中，示例量Θ和Y位置之间的近似线性关系可以被扩展到获得量Θ和轴的角度位置(α)之间的近似线性关系。关系的这种扩展能够被很容易地得到，因为轴的角度位置(α)大体相对于磁体载重架的平移运动具有线性关系，其中轴与载重架通过基本上一致的螺纹连接在一起。在某些实施例中，轴的角度位置(α)和磁场量Θ之间的线性关系示例可以具有幅值参数，其被允许选择期望的输出范围。例如，幅值参数能够被选择成使得在近似O和5V之间的范围内产生输出值。尽管前述示例是在通常线性特性的背景下进行说明的，且该特性能够源自于磁场分量的某些组合，所以可以理解的是这种检测到的量无需自始即为线性。例如，将公知技术
用于校准数据点和/或表征性曲线，就可以将参考图6所述的By和/或Bz分量线性化。在某些实施例中，旋转位置传感器100的输出甚至无需对输入旋转是线性响应的。然而，优选的，轴的每个角度位置具有唯一的相应输出。这里所述的多种示例中，旋转位置传感器100的输出有时候采用电压表示。然而可以理解的是，输出可为多种不同的形式。输出可以是数字格式或者模拟格式，并且包括但不限于基于带宽调节或者串口协议的信号。在某些实施例中，旋转位置传感器100的输出可以采用经过处理的格式。该处理包括例如放大和/或数模转换。在某些实施例中，对磁体的平移位置的感应(并且由此对轴的角度位置的感应)可以允许确定位置变化的速率。因此，如图17示意性的表示，传感器系统420能够包括具有此处所述特征的位置确定部件422以及可选地速率部件424。在某些实施例中，速率部件能够被配置成通过此处所述的位置测量值与时间信息(例如，采样周期)相结合从而确定轴的瞬时旋转速度的平均值或者近似值。在某些实施例中，该速率确定可以延伸到对轴的角度加速的估算。图18Α和图18Β示意性描述使用旋转位置传感器的系统的非限定性示例。在图18Α所不的一个系统430不例中，旋转位置传感器440能够被放在执行器432和受控设备444之间，该受控设备444通过机械联接436由执行器432机械驱动。因此，执行器432的机械输出(箭头434)与传感器440相联(箭头438)(通过例如轴)，并且机械致动可以继续穿过传感器440被传送到(箭头442)受控设备444。传感器440如这里所述的进行操作从而有助于确定例如机械联接的旋转状态(例如，轴的旋转位置)。如所示的，传感器440可与控制器450通讯，该控制器450被配置成响应传感器的输出控制(线452)执行器432。在某些实施例中，执行器432(并且由此控制设备444)的这种感应和控制能够被配置成为反馈控制系统。图18Β示出另一个示例系统460，其是图18Α系统的变形。示例性配置460中，机械联接部件466能够被配置成接收来自执行器462的机械输出(箭头464)并且产生单独的机械输出472和468。输出472能够被提供给受控系统474，并且输出468能够被提供给传感器470。与图18Α的示例系统430类似，传感器470能够将输出434提供给控制器480，该控制器480被配置成控制(线482)执行器462。并且，执行器462的这种感应和控制能够被配置为反馈控制系统。参考图18A和图18B所述的，示例配置430能够被看作是内联式(inline type)监控系统，并且示例配置460能够被看作是并联式监控系统。其他监控和/或反馈配置也是可能的。尽管所述以图2-18的示例性旋转传感器100为背景，不过应当理解本发明的一个或者更多个特征也可采用其他旋转传感器设计来实施。在旋转传感器100 (图2-18)的背景示例中，图I的位置感应设备600能够被实施成图19-21所示的设备610。图19示出设备610的组装视图；图20示出设备610的分解图；并且图21示出设备610的剖视图。如图20的分解视图所示，图I的旋转传感器604能够被实施为传感器组件630。这里所述的关于该传感器组件的其他细节参考图2-17。图20和图21示出在某些实施例中，图I的角度位置传感器602能够被实施为传感 器部件620。角度位置传感器620能够包括经由安装构件704被安装在设备610的可旋转轴线632上的磁体702。角度位置传感器620能够进一一步包括安装在电路板706上的磁性传感器700。在某些实施例中，角度位置传感器620能够被配置成为专用集成电路(ASIC)的一部分。在某些实施例中，磁体702以及磁性传感器700能够相对彼此被定位成基本不接触。与磁体702和磁性传感器700相关的其他细节和示例在这里进行更加细致的描述。图22A和图22B示意性描述磁体722 (图20和图21中为702)的示例性配置720的分离的侧视图和轴位视图，并且其相对于磁性传感器726 (图20和图21中为700)处于不接触位置。磁体722被示为安装于可旋转轴线724(图21中为632)。图22A和图22B中，磁体夹持器(例如图20和图21中704)没有被示出。在某些实施例中，磁体722能够是偶极子并且直径上可以被磁化从而对磁性传感器726产生可变正交和平行磁通量。在某些实施例中，该磁体能够与磁性传感器隔开例如近似lmm±0. 5mm的工作距离，并且磁性传感器726能够被配置成以10到14位分辨率读取磁体722的角度位置。也可使用其他分隔距离和/或其他分辨率。图23A-23D示出如何检测这种磁通量从而确定图22A和图22B的磁体722 (以及由此可旋转轴线724)相对于磁性传感器726的角度位置的示例。在某些设备中，磁性传感器726能够包括四边形霍尔效应传感器组件752，其具有如H1-H4所示的霍尔效应传感器。这种霍尔效应传感器可以被形成为或可以不被形成为集成传感器。尽管这里所述的磁性传感器726以霍尔效应传感器为例，不过可以理解的是也可以使用其他类型的传感器。例如，可以使用正-余弦磁阻(MR)传感器或者大型磁阻(GMR)传感器(例如，在桥式接线中)。图23A示出在某些实施方式中，磁性传感器组件752能够被配置成作为正-余弦传感器运行，其中磁性传感器组件752处的正交和平行磁通量(例如，图23B中760)的变化能够在90度相位内接近正弦和余弦。霍尔效应传感器的这种输出能够由模拟接口 750进行处理，该接口被配置成提供如放大和调节(754)以及转换到数字数据(756)的功能，从而产生一个或者更多个输出(758)。在某些实施例中，前述读出设置的后端部分能够经过配置提供具有A/D、D/Α和串行通信性能的可编程接口。在图23A和图23B所示的示例中，霍尔效应传感器H1-H4被分别表示为输出正正弦、正余弦、负正弦、负余弦信号。这些信号能够基于由于电流(I)与磁场(B)之间的相互作用所引起的霍尔电压(Vh)。相应地，这些信号的感应会产生通量值H1-H4，其可以如下表示H\ = a ■ sin(a)(la)
H2 = a ■ cos(a) = a ■ sin( + 90°)(lb)
H3 = -a ■ sin(or) = a ■ sin(a +180°)(Ic)
H 4 = -a ■ cos(a) = a ■ sin(o; + 270°)(Id) 从而Η\-Η3 = 2α· sin(a)(2a)H2-H4 = 2a-cos(a)(2b)根据差动输出，信号可以近似为正弦信号和余弦信号。这些信号能够用于计算磁体相对于磁性传感器的角度位移(A)。例如，能够按照如下估计量A :(//I - //3)/(//2 - H4) = (2α · sin(a))/(2(3 · cos(o;)) = tan( ) (3a)A ^ arctan ((H1-H3) / (H2-H4)) = arctan (tan ( a )) = a(3b)从而，如图23C所示，90度相位内正弦和余弦信号(784，780)的读出值使得磁体产生角度位移(A)，可以采用与相位角α成线性的关系对齐进行估算。该线性估算采用斜线782、786和788进行描述。在某些情况下，霍尔传感器的幅值可以由于例如机械未对准、内部磁场变化、温度变化和/或外部磁场的影响而改变。然而，如图23D所示，这些影响会倾向于影响信号幅值而不是影响正/余弦比值。因此，前述采用正/余弦比值或者相位角α估计角度位移的示例能够产生稳定传感器。参考图19-21的示例设备610，如上所述，假定角度位置传感器620在0_360度范围内会产生角度位移值A。另外，假定可以采用例如14位的分辨率测量该角度位移值A。在某些实施方式中，能够由角度位置传感器620提供设备610精细分辨率，并且旋转传感器630能够被配置为具有相对低的分辨率(例如，4位)从而计数可旋转轴线632生成的圈数。该配置可以在整个旋转运动的范围内保持由角度位置传感器620提供的每一角分辨率，这在某些情况下能够包括可旋转轴线632的多圈。相应的，旋转传感器630作为圈数计数器工作，其与角度位置传感器620的高分辨率性能结合在一起可以在较宽的旋转运动范围内产生高分辨率的位置感应设备。在前述示例中，其中角度位置传感器620经过配置用于提供14位分辨率，并且该旋转传感器630配置用于提供4位的能力，则旋转传感器630能够确定的圈数从O到15。在每圈内，角度位置传感器620能够提供大约O. 02度(360/(2**14))的角度分辨率。由于旋转传感器630提供圈数信息，所以处于0-15范围内的任意圈数内的角度位置均可得益于该O. 02度的分辨率。相应地，整个移动范围内的角度分辨率保持在O. 02度，从而有效地在包括端点的0-15圈范围内产生18位角度分辨率。如果不使用角度位置传感器620，那么设备610的角度分辨率能够取决于以线性-位置感应模式(参考图2-18所述)运行的旋转传感器630。该模式下，增加圈数能够包括增加位分辨率从而保持给定的角度分辨率。因此，如此处所述，将角度位置传感器(例如620)和配置用于包括圈数计数能力的旋转传感器(例如630)结合在一起从而产生在多圈范围具有高的角度分辨率的设备。可以理解的是这里所述的一个或者更多个概念可以采用其他配置来实施。例如，圈数的计数可以采用一些其他感应设备完成。另外，采用一种或更多种其他技术测量角度位移。在某些实施例中，各种特征中的某些或者全部，例如与参考图2-18所述的旋转传感器相关的护罩、外壳和/或校准可以在参考图19-21所述的位置感应设备610内实施。本发明描述多种不同特征，其中没有一个单个的特征对这里所述的权益来说是独自重要的。应当理解的是对本领域技术人员来说将这里所述的不同特征进行合并、修改或者忽略是明显的。比此处明确描述的其他合并或者子合并对本领域技术人员来说也是明显的，并且会形成本公开的一部分。这里描述了与不同流程图步骤和/或方面联系的各种方法。应当理解的是很多情况下，某些步骤和/或方面可以合并在一起，因此流程图中所示的·许多步骤和/或方面可以作为一个单独的步骤和/或方面执行。并且，某些步骤和/或方面可以分解成额外的子元素来单独执行。在某些情况下，步骤和/或方面的顺序能够重新安排并且某些步骤和/或方面可以全部忽略。并且，这里所述的方法应当理解为是开放式的，这样对所示的和此处描述的这些还可以执行额外的步骤和/或方面。这里所述的系统和方法的某些方面使用例如，计算机软件、硬件、固件或者其他计算机软件、硬件和固件的组合来有利的进行实施。计算机软件包括计算机可执行代码，存储在计算机可读媒介(例如，非暂态计算机可读媒介)中，当被执行时，实施此处所述的功能。在某些实施例中，有一个或者多个通用计算机处理器执行计算机可执行代码。在本发明的启示下，使用通用计算机上执行的软件来实施的任何特征和功能，一个有经验的技工也会采用硬件，软件固件的不同组合来实施。例如，使用集成电路组合可以在硬件上完全实施该模块。可替换地或者另外地，可使用设计用于执行所述特定功能的专用计算机完全或部分实施该特征或者功能，而不是使用通用计算机。多个分布式计算设备能够替换这里所述的任何一个计算设备。该分布式实施例中，计算设备的功能是分布的(例如，遍及网络)，这样可在每个分布式计算设备上执行某些功能。某些实施例可以参考等式、算法和/或流程解进行说明。使用在一台或多台计算机上可执行的计算机程序指令实施这些方法。这些方法也可以作为计算机产品来实施，或者分别或者作为设备或系统的一个组件。基于这种考虑，每个等式、算法、框图或者流程图的步骤以及它们的组合可以采用包括一个或者多个具体表现为计算机可度程序代码逻辑的计算机程序指令的硬件、固件和/或软件来实施。应当意识到，可以将任何计算机程序指令下载到一台或者多台计算机上，包括但不限于通用计算机或者专用计算机，或者其他可编程处理设备从而产生一台机器，从而在计算机或者其他可编程处理设备上执行的计算机程序指令完成在等式、算法和/或流程图中明确说明的功能。可以理解的是，每个等式、算法和/或流程解中的框图，以及它们的组合可由专用基于硬件的计一算机系统来实施，该系统执行具体说明的功能或步骤，或者专用硬件和计算机可读程序代码逻辑装置的组合。另外，例如具体表现为计算机可读程序代码逻辑的计算机程序指令，也可以存储在计算机可读存储器(例如，非暂态计算机可读媒介)中，可以引导一台或多台计算机或其他可编程处理设备以特定模式运行，从而存储在计算机可读存储器中的指令完成流程图的框图中具体说明的功能。计算机程序指令可以下载到一台或者多台计算机或者其他可编程计算设备中，从而导致在一台或者多台计算机或者其他可编程计算设备上执行一系列操作步骤来产生计算机可执行过程，这样在计算机或者其他可编程处理设备上执行的指令提供了用于完成在等式、算法和/或流程图框图中具体说明的功能的步骤。这里所述的部分或者全部方法和任务由计算机系统执行和全部自动化。在某些情况下，计算机系统包括多个独立的计算机或者计算设备(例如，物理服务器，工作站，存储阵列等)，遍及网络上通信和互操作来执行所述功能。每个计算设备通常包括一个处理器(或者多个处理器)来执行程序指令或者存储在存储器或其他非暂态计算机可读存储媒介或设备上的程序指令。这里公开的不同功能具体表现为程序指令，尽管所公开的部分或者全部功能可以在专用电路(例如，专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA))上来可替换地执行。其中计算机系统包括多个计算设备，这些设备可以，但不必须是共置的。通过将物理存储设备，例如固态存储芯片和/或磁盘，变成不同的形式将所公开方法和任务的结果连续存储。 除非环境清楚要求，否则，整个说明书和权利要求，词语“包括”、“包含”以及类似用语解释为包括一切的意思，与排他性或者穷举意思相反，也就是说，意味着“包括，但不限于”。词语“联接”，用在这里通常是指两个或者多个器件或者直接相连，或者通过一种或多种中间元件的方式连接。另外，当用于该设备中时，词语“此处”、“上面”、“下面”以及相似意义的词语指的是作为一个整体的该设备而不是该设备的任意一个特定部分。当环境允许时，上述具体实施例中所适用的单数或者复数词也分别包括复数或者单数。关于两个或者多个物品列表使用词语“或者”，该词覆盖了对于词语的所有如下解释列表中的任意物品，列表中的所有物品，以及列表中物品的任意组合。词语“典型”单独用在这里表示“作为实施例、示例，或者说明”。此处表示为“典型”的设备无须限定为比其他设备优选或者更优。所公开的内容无意限制所示设备。本说明书内公开的设备的各种修改对本领域技术人员来说是明显的，并且这里所定义的一般规则在不偏离本说明书精神或者范围的情况下也可以用于其他设备。这里所应用的本发明的教导也可以用于其他方法和系统，并且不限定在上述方法和系统中，并且上述不同实施例的元素和动作可以合并从而给出其他实施例。相应地，这里所述的新颖的方法和系统可以采用很多其他形式具体表现；另外，在不偏离所公开内容精神的情况下，可以做出对这里所述方法和系统形式的各种省略，替代和改变。附加权利要求以及它们的等价物覆盖这些形式的修改，从而落入本公开的保护范围和精神内。
权利要求
1.一种位置感应设备，包括 可旋转轴，其具有纵向轴线； 第一传感器组件，其具有第一磁体和第一磁性传感器，所述第一传感器组件被配置成允许测量所述第一磁体相对于所述第一磁性传感器的线性位置，从而允许确定所述轴的圈数；以及 第二传感器组件，其具有第二磁体和第二磁性传感器，所述第二传感器组件被配置成允许测量所述第二磁体相对于所述第二磁性传感器的角度位置，从而允许确定在所述轴的给定圈内的所述轴的角度位置，从而在所述轴的所述圈数期间基本上维持与所述轴的角度位置相关的角度分辨率。
2.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一磁体的线性位置沿着线性方向，其具有基本上与所述纵向轴线平行的分量。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括第一机构，其被配置成将所述第一传感器组件连接到所述轴，从而使得所述轴围绕所述纵向轴线的旋转引起所述第一磁体沿所述线性方向的线性运动。
4.根据权利要求I所述的设备，进一步包括第二机构，其被配置成将所述第二传感器组件连接到所述轴，从而使得所述轴的旋转引起所述第二磁体相对于所述第二磁性传感器的旋转运动。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二机构包括磁体夹持器，其被配置成保持所述第二磁体并且将所述第二磁体互相连接到所述轴的一端。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二机构被配置成使得所述轴的一圈导致所述第二磁体的一圈。
7.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二磁体被定位成与所述第二磁性传感器不接触。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第二磁体包括偶极子和直径上被磁化的磁体，其被配置成为所述第二磁性传感器提供可变的正交和平行磁通量。
9.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二磁性传感器被配置成以正交模式运行，所述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(GMR)传感器。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第二磁性传感器包括以正交模式放置的四个传感器，并且其被配置作为正弦-余弦传感器运行。
11.根据权利要求9所述的设备，进一步包括模拟接口，其被配置成处理来自所述第二磁性传感器的输出信号并且产生数字数据。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述数字数据包括关于所述轴的角度位置的信息，且对于所述轴的给定圈具有至少10位分辨率。
13.根据权利要求12所述的设备，其中对于所述轴的给定圈，所述轴的角度位置具有在10位到14位范围内的分辨率。
14.根据权利要求9所述的设备，其中所述第二磁性传感器以及所述模拟接口为专用集成电路(ASIC)的一部分或者置于其上。
15.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一传感器组件被配置成提供足以计数圈数的M-位分辨率，并且所述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，由此所述位置感应设备在整个圈数范围内具有有效的M+N位分辨率。
16.感应绕纵向轴线旋转的轴的位置的方法，该方法包括 由第一磁体确定所述轴的圈数，该第一磁体与第一磁性传感器以不接触方式被放置，从而允许测量所述第一磁体相对于所述第一磁性传感器的线性位置，所述线性位置表示所述轴的圈数，所述圈数以M-位分辨率确定； 由第二磁体确定给定圈内所述轴的角度位置，该第二磁体与第二磁性传感器以不接触方式被放置，所述给定圈内的角度位置采用N-位分辨率确定；以及 将所述圈数与所述角度位置结合从而产生在多圈范围内的所述轴的测量位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述多圈范围期间对于所述测量位置基本上保持每圈角度位置N-位。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述结合会产生在所述多圈范围期间有效的M+N位分辨率。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述多圈包括大于两圈。
20.根据权利要求19所述的方法，其中M值被选为4或者更少，从而允许确定高达16的圈数。
21.多圈感应设备，其包括 轴，其被配置成围绕纵向轴线旋转； 旋转计数器，其被配置成确定由所述轴做出的圈数，所述旋转计数器包括第一磁体和第一磁性传感器，所述第一磁体与所述轴连接并且被配置成当所述轴旋转时沿着纵向方向线性移动，所述第一磁性传感器被配置成感应所述第一磁体的线性移动并且以不接触的方式确定所述轴的圈数；以及 角度位置传感器，其被配置成针对给定圈测量所述轴的角度位置，所述角度位置传感器包括第二磁体和第二磁性传感器，所述第二磁体被安装于所述轴的一端并且被配置成随所述轴旋转，所述第二磁性传感器被配置成感应所述第二磁体的旋转并且以不接触的方式确定所述轴的角度位置。
全文摘要
一种系统和方法，用于以高分辨率和非接触模式测量轴多圈位置。某些实施例中，多圈感应装置，包括旋转计数器，配置用于确定轴引起的圈数，以及角度位置传感器，配置用于测量给定圈的轴角度位置。采用M-位分辨率确定圈数，采用N-位分辨率测量每圈角度位置。经过适当选择，旋转计数器配置采用相对较低的分辨率操作；但是多圈感应设备可以在整个范围内保持每圈N-位角度分辨率。相应地，多圈感应设备有效分辨率为M+N位。
文档编号G01D5/12GK102889898SQ20121031531
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月17日 优先权日2011年7月17日
发明者E·博格斯, P·威尔曼, C·扣奇 申请人:博恩斯公司