具有唤醒功能的位置传感器的制作方法

本发明的示例性实施方案整体涉及位置感测系统，并且更具体地涉及磁阻传感器配置。

背景技术：

传感器系统可以用于管理电使用，尤其是对于使用诸如电池的有限电源的装置。这些传感器系统通常包括多个传感器，每个传感器具有专用功能。在许多现实世界的实施方式中，结合到装置(例如，电池供电的装置)中的传感器在不使用时具有低功率要求。例如，当装置不使用时，结合到装置的位置敏感电源开关(例如，被配置成以与开关的激活量成比例的功率水平激活装置的电源开关)中的位置传感器期望具有最小限度的功率要求。通常为了克服这一点，例如在电池供电的设备中，可以使用多个传感器，每个传感器具有分立的功能，其中一个传感器被连续地或间歇地供电(例如，激活传感器)，而具有较高功耗的第二传感器(例如，位置传感器)被断电，直到第一传感器满足特定标准。除了简单地要求在这种配置中有多个分立的传感器之外，将多个传感器结合到装置中通常需要包括若干附加的重复型电子部件(例如，二极管、电阻器、电容器和/或类似部件)来实现装置的适当功能。这些电子部件中的每一者需要装置壳体内的通常紧凑容积内的额外空间，并且这些附加的电子部件中的每一者在使用时产生额外功率消耗，这可在装置由机载电池供电时促成过早功率耗尽。此外，在装置内包括多个传感器可能另外需要对传感器之间的交互进行校准，从而增加了装置本身的制造成本。申请人已经识别出与常规多传感器装置和相关联电路配置相关联的一些缺陷和问题。通过所付努力、智慧和创新，包括在本公开的实施方案中的开发解决方案已经解决了许多这些识别的问题，本文详细描述了这些解决方案的许多示例。

技术实现要素：

描述了具有磁传感器配置的位置感测系统和检测位移(例如，角位移和/或线性位移)的方法。下文呈现了简化概述，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。该发明内容不是详尽综述，并且既非旨在识别关键元件或重要元件，亦非描写此类元件的范围。其目的在于作为后文所提供的具体实施方式的序言，以简化形式给出所述特征的一些概念。

在示例性实施方案中，提供了一种检测磁性部件的位移的方法。该方法包括经由在低功率模式下操作的位置传感器来监测由磁性部件发射的磁场。磁场的被监测特性至少部分地基于磁性部件的位移而变化。该方法还包括经由位置传感器来确定磁场的被监测特性是否满足激活标准。该方法还包括在确定磁场的被监测特性满足激活标准时，将位置传感器的功率增加到高功率模式以确定磁性部件的位移。

在一些实施方案中，磁性部件是磁环，该磁环在第一端部处限定北极并且在相对的第二端部处限定南极。在一些实施方案中，位移是在磁性部件的旋转范围期间与被监测特性线性相关的角位移。

在一些实施方案中，该方法还包括基于磁性部件的位移来调节向电气部件的功率输出。在一些实施方案中，电气部件是电动马达，并且其中磁性部件的位移指示激活触发器的位移。在一些实施方案中，位置传感器选自：各向异性磁阻(amr)桥传感器、霍尔效应传感器、隧道磁阻(tmr)传感器或巨磁阻(gmr)传感器。

在另一个示例性实施方案中，提供一种位置感测系统。该位置感测系统包括被配置用于角位移的磁性部件。该位置感测系统还包括位置传感器。该位置传感器被配置成在低功率模式下监测由磁性部件发射的磁场，其中磁场的被监测特性至少部分地基于磁性部件的角位移而变化。该位置传感器还被配置成确定磁场的被监测特性是否满足激活标准。控制器被配置成在确定磁场的被监测特性满足激活标准时，将位置传感器的功率增加到高功率模式以确定提供磁性部件的角位移。

在一些实施方案中，磁性部件是磁环，该磁环在第一端部处限定北极并且在相对的第二端部处限定南极。在一些实施方案中，角位移在磁性部件的旋转范围期间与被监测特性线性相关。

在一些实施方案中，位置感测系统还被配置成基于磁性部件的角位移而调节向电气部件的功率输出。在一些实施方案中，电气部件是电动马达，并且其中磁性部件的角位移指示激活触发器的位移。在一些实施方案中，位置传感器选自：各向异性磁阻(amr)桥传感器、霍尔效应传感器、隧道磁阻(tmr)传感器或巨磁阻(gmr)传感器。

在另一个示例性实施方案中，位置感测系统包括与磁性部件间隔开的位置传感器。该位置传感器被配置成基于磁性部件的位移而改变电阻。该位置传感器还被配置成在低功率模式下监测由磁性部件发射的磁场，其中磁场的被监测特性至少部分地基于磁性部件的位移而变化。该位置传感器还被配置成确定磁场的被监测特性是否满足激活标准。该位置传感器还被配置成在确定磁场的被监测特性满足激活标准时在高功率模式下操作，以基于磁性部件的位移来调节位置传感器的电阻。

在一些实施方案中，位移是在磁性部件的旋转范围期间与被监测特性线性相关的角位移。在一些实施方案中，在位置传感器的电阻变化满足激活标准的情况下，位置传感器被配置成引起唤醒信号的传输。在这样的实施方案中，微控制器被配置成在接收到唤醒信号时向位置传感器提供附加功率，其中位置传感器被配置成在提供附加功率的情况下确定磁性部件的位移。在一些实施方案中，位置传感器在低功率模式下操作，同时确定被监测特性是否满足激活标准。

在一些实施方案中，磁性部件是磁环，该磁环在第一端部处限定北极并且在相对的第二端部处限定南极。在一些实施方案中，角位移在磁性部件的旋转范围期间与被监测特性线性相关。在一些实施方案中，位置感测系统还被配置成基于磁性部件的角位移而调节向电气部件的功率输出。在一些实施方案中，电气部件是电动马达，并且其中磁性部件的角位移指示激活触发器的位移。在一些实施方案中，位置传感器选自：各向异性磁阻(amr)桥传感器、霍尔效应传感器、隧道磁阻(tmr)传感器或巨磁阻(gmr)传感器。

提供上述发明内容仅是为了概述一些示例性实施方案的目的，以提供对本发明一些方面的基本了解。因此，应当理解，上述实施方案仅为示例并且不应理解为以任何方式缩小本发明的范围或实质。应当理解，除了在此发明内容的那些，本发明的范围还涵盖了很多可能的实施方案，这些实施方案中的一些实施方案将在下面进一步描述。

附图说明

上面已经概括地描述了本公开的某些示例性实施方案，现在将参考附图。在本文所述的某些实施方案中，附图中所示的部件可以存在也可以不存在。一些实施方案可以包括比图中所示的那些更少(或更多)的部件。

图1是根据本公开的示例性实施方案的位置感测系统的示意图；

图2是根据示例性实施方案的位置传感器的输出电压基于接近位置传感器的磁性部件的角位移的变化的曲线图，例如图1的位置感测系统中所示；

图3是根据示例性实施方案的位置感测系统的示意图；和

图4是根据本公开的示例性实施方案的位置传感器(如图1中示出的位置传感器)的操作的流程图；

具体实施方式

现在在下文中将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些但不是全部的实施方案。实际上，这些发明可以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。如本文所用，术语诸如“前部”、“后部”、“顶部”等在下文提供的示例中用于说明性目的，以描述某些部件或部件的部分的相对位置。另外，如根据本公开本领域的普通技术人员将显而易见的那样，术语“基本上”和“大约”指示所引用的元件或相关联的描述在可适用的工程公差范围内是准确的。

本文讨论的各种实施方案使得单个传感器能够在低功率模式下以唤醒功能操作并且在第二高功率模式下以位置传感器操作。例如，诸如磁阻传感器的固态传感器被配置成基于检测到的附近磁场的变化来监测某些特性，诸如传感器的电阻的变化。此类传感器提供模拟输出，对于附近的旋转磁性部件(例如，磁环)的旋转范围的至少一部分，该模拟输出可以至少基本上与该磁性部件的角位移线性相关。此类传感器还可以提供与附近磁性部件的位移的至少基本线性的方面线性相关的模拟输出。各向异性磁阻(amr)传感器例如被配置成允许沿着磁性部件的旋转范围的至少一部分确定磁性部件的角位移。其他可用的磁传感器可包括霍尔效应传感器、隧道磁阻(tmr)传感器和巨磁阻(gmr)传感器。

参考图1，根据示例性实施方案，位置感测系统1000设置有位置传感器100，该位置传感器被配置为接近磁性部件105。在一些实施方案中，位置传感器100可以是被配置成识别目标磁场的存在的磁阻传感器。例如，位置传感器100可以选自amr桥传感器、霍尔效应传感器、tmr传感器或gmr传感器。位置传感器100相对于磁性部件的配置可以基于所使用的传感器的类型。例如，图1所示的位置传感器100可以是amr桥传感器。在一些实施方案中，位置传感器100相对于磁性部件105的位置可以与图1所示的不同。在这样的实施方案中，当位置传感器被配置成接近第一端部110时，位置传感器100的初始输出可以不同。在这样的实施方案中，位置传感器100可以通过监测电阻、电压和/或电流的变化来考虑位置传感器100中的初始输出的差异。如本领域普通技术人员根据本公开将显而易见的，amr桥传感器100可以利用磁薄膜和/或薄磁金属带，该磁薄膜和/或薄磁金属带被配置成在一些情况下响应于目标磁场(例如，磁性部件105的磁场的变化)而改变位置传感器的电阻。该电阻改变还可指示amr桥传感器100中的电压差。

例如，图1示出了体现为amr桥传感器的位置传感器100的示例性框图。在如图1所示的实施方案中，位置传感器100可以包括四(4)个amr感测构件，即amr感测构件a1、a2、a3和a4，这些感测构件可以设置在例如集成电路上。

在一些示例中，amr感测构件a1、a2、a3和a4中的每一个可以包括多个连接的amr感测条。例如，如图1所示的amr感测构件a1、a2、a3和a4可以包括六(6)个平行的amr感测条。在一些示例中，在不偏离本公开的范围的情况下，amr感测构件可以包括少于六个或多于六个amr感测条。

在一些示例中，相同amr感测构件中的每个amr感测条可以与相邻amr感测条连接(例如，串联)，并且可以承载沿相同方向行进的相同电流。如上所述，amr感测条的电阻可以与电流方向和检测到的磁场方向之间的角度相关。因为相同amr感测构件内的各amr感测条彼此平行，所以amr感测构件的电阻变化可以指示检测到的磁场的变化。

在一些示例中，amr感测构件a1、a2、a3和a4中的一个可以与另一个amr感测构件呈垂直布置。例如，amr感测构件a1可以与amr感测构件a2和/或amr感测构件a4呈垂直布置。附加地或另选地，amr感测构件a3可以与amr感测构件a4和/或amr感测构件a2呈垂直布置。在一些示例中，这些amr感测构件的垂直布置可以提高检测磁场的灵敏度和/或准确度。

在一些示例中，amr感测构件a1、a2、a3和a4可以通过桥接电路连接，诸如但不限于惠斯登电桥。例如，amr感测构件中的两个可以连接在惠斯登电桥的一个臂上，并且另外两个可以连接在惠斯登电桥的另一个臂上。

在一些实施方案中，磁性部件105可以被配置成接近位置传感器100，使得磁性部件105的磁场影响位置传感器100的输出，使得磁性部件105的移动(例如，磁性部件105的角移动和/或至少基本上线性的移动)。仅作为一个示例，位置传感器100可以与磁性部件105间隔开。在一些实施方案中，磁性部件105可以被配置成相对于位置传感器100旋转，使得磁场对位置传感器100的影响基于磁性部件的角位移而改变。在一些实施方案中，磁性部件105可以在磁性部件的第一端部110处具有北极并且在磁性部件的相对的第二端部115处具有南极。在一些实施方案中，磁性部件105可以是磁环，例如图1所示。另选地，磁性部件105可以是磁条。在一些实施方案中，位置传感器100可以被配置成接近磁性部件，并且位置传感器100的输出的变化可以与磁性部件的至少基本上线性的位移相关。

在一些实施方案中，磁性部件105可以被配置成具有起始位置，使得位置传感器100具有基于磁性部件105在起始位置处的磁场的初始输出。在一些实施方案中，基于磁性部件105的位移(例如，磁性部件105的角位移)确定的位置传感器100的输出的变化可以是在磁性部件105的给定角位移处的位置传感器100的输出与当磁性部件处于起始位置时的位置传感器100的初始输出之间的差值。在一些实施方案中，磁性部件105可以附接到激活触发器等，使得磁性部件基于激活触发器或其他附接介质的位移而旋转。例如，当激发触发器未移位时，磁性部件105可定位在起始位置处。在一些实施方案中，磁性部件105可以被配置成在与激发触发器等的位移范围相关的角位置范围内旋转。在一些实施方案中，磁性部件105可具有偏压构件(例如，弹簧等)，以在磁性部件上没有旋转效果时将磁性部件朝向起始点偏压。

现在参考图2，示出了根据本公开的示例性实施方案(如图1所示的位置感测系统1000)的位置传感器100的输出变化的曲线图。如图所示，在一些实施方案中，位置传感器100可以具有激活标准，该激活标准要被满足以便“唤醒”位置传感器100(例如，激活位置传感器的高功率模式)。在一些实施方案中，激活标准可以基于位置传感器100的输出的变化，该位置传感器的输出的变化基于磁性部件105的角位移。如上所述，位置传感器100的输出的变化可以基于在磁性部件105的给定角位移处的位置传感器100的输出与位置传感器100的初始输出之间的差值，使得当输出的变化满足特定激活标准时，位置传感器100的唤醒功能激活，在一些实施方案中，位置传感器100可以被配置成具有可以至少基本上与磁性部件105在磁性部件105的起始位置与磁性部件105的结束角位置之间的角位移线性相关的输出范围(对应于磁性部件105远离起始位置的完全旋转运动)。在一些实施方案中，位置感测系统1000可以被配置成使得输出范围的线性相关部分被配置成与磁性部件105的旋转范围协调。例如，磁性部件105的角位移范围可以被配置成在位置传感器的线性输出范围内，如图2所示。

参考图3，示出了根据本公开的示例性实施方案的位置感测系统1000。如图所示，位置感测系统1000可包括微控制器302、电源304、接地连接306、通用输入/输出(gpio)引脚308和位置传感器100，该位置传感器接近磁性部件105。电源304是指位置感测系统1000和被配置成向位置感测系统1000提供电信号的装置之间的连接。举例来说，电源304可包括与电池、电布线等的电连接，使得电源304可将电信号(例如，电源)引导到位置传感器100。相比之下，接地连接306可以指位置感测系统1000的电路中的参考点。继续举例来说，接地连接306可以指与电池、电布线等的负连接。基于位置感测系统1000的预期应用，位置感测系统1000还可包括附加电阻器、电容器或其他电路部件。

继续参考图3，位置感测系统1000可以包括微控制器302，该微控制器可以被配置成控制位置感测系统1000的一个或多个元件的操作。微控制器302可以多种不同的方式体现，并且例如可以包括被配置成独立执行的一个或多个处理装置。此外，微控制器302可以被理解为包括单核处理器、多核处理器等。举例来说，微控制器302可以被配置成执行存储在存储器中的指令或者微控制器302的一个或多个处理器可以其他方式存取的指令。另选地或附加地，微控制器302可以被配置成执行硬编码功能。因此，无论通过硬件或通过硬件与软件的组合配置，微控制器302均可表示能够执行操作的实体(例如，以电路形式物理地体现)。

如上文参照图1所讨论的，位置感测系统1000可以包括位置传感器100(例如，磁阻传感器100)，该传感器被配置成识别目标磁场(例如，磁性部件105)的存在。如图3所示，电源304可以向位置感测系统1000供电，该位置感测系统可以与位置传感器100一起操作以向微控制器302供电。在一些实施方案中，除了通过gpio直接彼此连接之外，微控制器302和/或位置传感器100可以与电源304并联配置。

图4示出了根据本公开的示例性实施方案的检测磁性部件105的位移(例如，角位移)的方法的流程图。除非另外明确说明，否则所描述的方法的各种实施方案可以与本文所描述的次序不同的次序来执行。在检测磁性部件105的位移的方法期间，也可以完成附加操作，因此以下步骤不是穷举性的。

现在参考图4的框400，检测磁性部件105的位移(例如角位移)的方法包括监测由磁性部件发射的磁场。在一些实施方案中，监测可以由位置传感器100执行。在一些实施方案中，磁场的被监测特性可至少部分地基于磁性部件105的角位移而变化。如上所述，在一些实施方案中，磁性部件105可以是磁环。在一些实施方案中，磁环可以被配置成在第一端部110处具有北极并且在相对的第二端部115处具有南极。在一些实施方案中，位置传感器100可以被定位成接近磁性部件105，使得位置传感器可以检测由磁性部件105发射的磁场(例如，通过至少部分地基于由磁性部件105发射的磁场来改变位置传感器100的输出)。因此，位置传感器100具有基于在起始位置(例如，零角位移)处的磁性部件105的磁场的初始输出。

现在参考图4的框410，检测磁性部件105的位移(例如角位移)的方法包括确定磁场的被监测特性是否满足激活标准。在一些实施方案中，位置传感器100可以被配置成确定磁场的被监测特性是否满足激活标准。在一些实施方案中，被监测特性可以是电阻变化、电压变化、电流变化等中的至少一者。仅作为一个示例，激活标准可对应于磁性部件105的限定的位置变化(例如，限定的角位置变化)。作为具体示例，在磁性部件105旋转大于限定的角位置变化(例如，旋转远离起始位置10度、5度、1度、0.5度、0.1度等)时，磁场的被监测特性(例如，位置传感器100的输出从初始输出的变化)可以满足由位置传感器100检测到的激活标准。

现在参考图4的框420，检测磁性部件105的位移(例如角位移)的方法包括在确定磁场的被监测特性满足激活标准时激活位置传感器100以确定磁性部件的位移。在一些实施方案中，位置传感器100可以被配置成具有多于一种的功率模式。在一些实施方案中，在激活标准尚未被满足的情况下，位置传感器100可以在确定被监测特性是否满足激活标准时在低功率模式下操作。在一些实施方案中，位置传感器100可以被配置成在激活标准被满足的情况下在高功率模式下操作，以便确定磁性部件105的角位移。在一些实施方案中，可基于位置传感器100的输出相对于初始输出的变化来确定磁性部件105的角位移。如参照图2所讨论的，输出的变化可与磁性部件105的角位移线性相关。仅作为一个示例，在激活标准已被满足的情况下，位置传感器100可以被配置成切换到位置感测操作模式。此外，位置传感器100可以被配置成在激活标准保持被满足时保持处于位置感测操作模式。作为具体示例，在激活标准是磁性部件105的限定的最小检测位移的情况下，位置传感器100可保持处于位置感测操作模式，而磁性部件105被移位(例如，远离起始位置)大于最小检测位移的距离。一旦磁性部件105朝向起始位置移动并经过最小检测位移(例如，磁性部件105远离起始位置被移位小于最小检测位移距离的距离)，位置传感器100可返回到低功率操作模式以等待激活标准的后续满足。

现在参考图4的框430，检测磁性部件的位移(例如，角位移)的方法包括基于磁性部件的位移来调节向电气部件的功率输出。在一些实施方案中，微控制器302和/或位置传感器100可以与位置传感器100本身之外的附加电气部件通信。例如，微控制器302和/或位置传感器100可以与电动马达通信，该电动马达可以基于位置传感器100的唤醒信号310或由位置传感器100确定的磁性部件105的角位移而被供电。在一些实施方案中，电气部件可以是电动马达。在一些实施方案中，磁性部件的角位移指示激活触发器的位移。在一些实施方案中，向电动马达的功率输出可以基于激发触发器的位移。例如，磁性部件105从起始位置的角位移越大，则可导致电动马达的速度就越高。

示例性使用例

以下示例性使用在本质上是说明性的，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。在一些实施方案中，位置传感器100可以用于电动工具中。例如，位置传感器100可以被配置成装配在电池供电的钻等内。本领域技术人员将理解，示例性实施方案的位置传感器100可以在包括确定位移等的各种不同应用中采用。

在一些实施方案中，磁性部件105可以附接到电动工具的激发触发器，使得磁性部件105基于激发触发器的位移而旋转。在激活触发器未移位(例如，在未使用时)的情况下，磁性部件105可以处于已知的起始位置，使得位置传感器100可以具有基于磁性部件105位于起始位置的初始输出。在一些实施方案中，当位置传感器100的输出从初始输出的变化低于一定量(例如，满足激活标准所需的输出变化量可以取决于动力工具的期望配置)时，位置传感器100可以保持处于低功率模式。在激活触发器移位的情况下，磁性部件105可以旋转，并且因此位置传感器100的输出可以基于磁性部件105的磁场对位置传感器的影响的变化而改变。在一些实施方案中，如上所述，位置传感器100的被监测特性的变化(例如，输出的变化)可以与磁性部件105的角位移线性相关。

在一些实施方案中，激活触发器位移可以是2厘米或更小。在一些实施方案中，激活标准可以基于特定量的触发器位移。例如，电动工具可以被配置成保持处于低功率模式，直到激活触发器被移位至少四分之三厘米至一厘米(例如，激活触发器的潜在移位的大约一半)的情况。在一些实施方案中，被配置成激活高功率模式的位移量可以是足够高的值，以避免由于激活触发器的意外位移而进入高功率模式。另外，在已经满足激活标准之后，角位移可以由位置传感器100确定，并且在一些情况下，电动工具中的电动马达的速度可以基于磁性部件105的角位移而改变，该角位移基于激活触发器的位移。例如，当触发器移动得更远时，电动马达可以以更高的每分钟转数(rpm)操作。

本发明所属领域的技术人员在受益于前述描述和相关附图中呈现的教导之后，将想到本文所阐述的本发明的许多修改和其他实施方案。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。