專利名稱：利用多個旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的磁性傳感器的角度位置檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及檢測裝置。本發(fā)明還涉及基于霍爾效應(yīng)和/或磁阻元 件的磁性檢測結(jié)構(gòu)。本發(fā)明此外還涉及角度位置和旋轉(zhuǎn)位置傳感器。
背景技術(shù)：
在磁效應(yīng)檢測領(lǐng)域公知多種傳感器。普通磁效應(yīng)傳感器的示例包括 霍爾效應(yīng)和磁阻技術(shù)。這些磁性傳感器通常能夠響應(yīng)正如受磁效應(yīng)傳感 器的傳感場所通過的設(shè)計形狀的鐵磁目標對象有無影響的磁場變化。然 后該傳感器能夠提供電輸出，該電輸出可以根據(jù)需要由后面的電子裝置 進行進一步修改，從而產(chǎn)生檢測和控制信息。所述后面的電子裝置可以 位于傳感器封裝的板上或板外。
霍爾效應(yīng)檢測裝置表示一種磁效應(yīng)傳感器，它在旋轉(zhuǎn)和角度位置檢 測中廣泛應(yīng)用?；魻栃?yīng)傳感器包括霍爾效應(yīng)元件，它依靠流過第一組 觸點之間的電流和正交施加的磁場之間的反應(yīng)來產(chǎn)生通過笫二組觸點的 電壓。理論上講，沒有磁場施加到霍爾效應(yīng)元件的情況中，則在第二組 觸點上不會產(chǎn)生電壓。而實際上，即使沒有磁場施加到霍爾效應(yīng)元件， 通常也會在笫二組觸點上產(chǎn)生電壓。
磁阻(MR)技術(shù)也應(yīng)用于多種商業(yè)、消費和工業(yè)檢測應(yīng)用場合中。 一種MR技術(shù)是各向異性磁阻(AMR)技術(shù)。在一些傳統(tǒng)的MR系統(tǒng)中，可 以設(shè)置用于檢測沿路徑運動的部件的位置的裝置。在這種裝置中，磁體 可以連接到該運動部件，并且磁場傳感器陣列位于該路徑附近。這種檢 測結(jié)構(gòu)通常稱為"MR陣列"技術(shù)。隨著該磁體靠近、通過和離開傳感器， 該傳感器提供變化的輸出信號，該變化的輸出信號可以由表示任意傳感 器的單一特征曲線來表征。
為了測定運動部件的位置，傳感器被電子掃描，并且從具有表示相
對鄰近該磁體的輸出的一組傳感器中選擇數(shù)據(jù)。然后采用曲線擬合算法 來測定數(shù)據(jù)與特征曲線的最佳擬合。通過沿位置軸設(shè)置特征曲線，可以 測定該磁體以及該運動部件的位置。
在另一種傳統(tǒng)的MR裝置中，可以實現(xiàn)一種位置測定裝置，它包括連 接到沿有限長度的預(yù)定路徑運動的運動部件的磁體。磁場傳感器陣列位 于該預(yù)定路徑附近。當該磁體傳感器靠近、通過和離開每個傳感器時， 傳感器能夠提供輸出信號。校正機構(gòu)還能夠用于校正因傳感器的非線性 導(dǎo)致的殘留誤差。
這種校正機構(gòu)優(yōu)選利用預(yù)定函數(shù)近似化該殘留誤差，并且應(yīng)用對應(yīng) 于該預(yù)定函數(shù)的校正因數(shù)來補償該殘留誤差。通過校正傳感器的非線 性，該磁體的長度可以減小和/或間距。
例如在美國專利No. 5589769中公開了 一種傳統(tǒng)的磁性檢測方法的 示例，"i亥美國專利的才示題為"Position Detection Apparatus including a Circuit for Receiving a Plurality of Output Signal Values and Fitting the Output Signal Values to a Curve"， 由發(fā)明人Donald R.Krahn在1996年12月31日申請，并且轉(zhuǎn)讓給Honeywel 1國際公司。 在美國專利No. 6097183中公開了另一種傳統(tǒng)的磁性檢測方法的另一個 示例， "Position Detection Apparatus with Correction for Non-Li織r Sensor Regions"，由發(fā)明人Goetz等人在2000年8月1 日申請，并且轉(zhuǎn)讓給Honeywell國際公司。在美國專利No. 6806702中 也/〉開了傳統(tǒng)磁性檢測系統(tǒng)的另 一個示例，"Magnetic Angular Position Sensor Apparatus",它由發(fā)明人Wayne A. Lamb等人在2 004 年10月19日申請，并且轉(zhuǎn)讓給Honeywell國際公司。美國專利 5589769、 6097183以及6806702均在此被結(jié)合作為參考。這些傳統(tǒng)的基 于MR的裝置通常利用印刷電路板(PCB )上的離散部件來產(chǎn)生最終功能。
因為這些傳統(tǒng)的基于MR的檢測裝置尤其是角度傳感器需要在小封裝 直徑的情況下實現(xiàn)，所以在沒有足夠空間為偏置磁體設(shè)置成"飛越模式 (fly by mode)，，的情況下，這些裝置不可行。因此必須實現(xiàn)占據(jù)較少 空間的磁路和傳感器組合。
一些系統(tǒng)采用AMR橋結(jié)合簡單的數(shù)學(xué)函數(shù)例如ATAN (反正切函數(shù)) 來測定絕對位置數(shù)據(jù)。采用例如ATAN的數(shù)學(xué)函數(shù)的一個問題是，為了實 現(xiàn)高準確度的方法，該AMR橋信號必須盡可能接近完美正弦曲線(也就
是，Sin2X和Cos2X)。對于數(shù)據(jù)而言，這些目標還未充分實現(xiàn)。
為了克服這些問題，必須設(shè)計出一種新式角度/旋轉(zhuǎn)位置檢測方案及
其算法，從而實現(xiàn)最大性能優(yōu)勢。我們相信，這里所公開的實施例可以
解決和克服這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
提供下面的發(fā)明內(nèi)容部分是為了便于理解本發(fā)明所獨有的一些開創(chuàng) 性特征，而不用于作為完全說明。通過將整個說明書、權(quán)利要求書、附 圖和摘要作為一個整體，可以獲得對實施例的多個方面的完全理解。
因此，本發(fā)明的一個方面是，提供基于霍爾效應(yīng)和/或磁阻元件的一 種改進型磁性檢測結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個方面是，提供一種角度和旋轉(zhuǎn)位置傳感器。
本發(fā)明的另一個方面是，提供一種采用多個旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的磁性傳感器 的角度位置檢測系統(tǒng)以及方法。
本發(fā)明的上述方面以及其他目的和優(yōu)點將在此實現(xiàn)。這里公開磁性 檢測方法和系統(tǒng)。 一般來說，提供包括中心位置的沖模。 一組磁阻橋電 路設(shè)置構(gòu)造在該沖模上。然后利用磁性偏置元件來偏置多個磁阻橋電 路，其中磁場繞沖模的中心位置的軸向旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生多個橋輸出信號。 最后，處理該多個橋輸出信號，從而測定位置數(shù)據(jù)。
因此，兩個或多個磁阻橋電路能夠共享其中心位置。磁性偏置元件 可以設(shè)置成靠近所述兩個或多個磁阻橋電路，以使得所述磁性偏置元件 繞其軸旋轉(zhuǎn)，從而在所述兩個或多個磁阻橋電路上產(chǎn)生磁場，并且其中 該磁場靠近

發(fā)明內(nèi)容
提供下面的發(fā)明內(nèi)容部分是為了便于理解本發(fā)明所獨有的一些開創(chuàng) 性特征，而不用于作為完全說明。通過將整個說明書、權(quán)利要求書、附 圖和摘要作為 一個整體，可以獲得對實施例的多個方面的完全理解。
因此，本發(fā)明的一個方面是，提供基于霍爾效應(yīng)和/或磁阻元件的一 種改進型磁性檢測結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個方面是，提供一種角度和旋轉(zhuǎn)位置傳感器。
本發(fā)明的另一個方面是，提供一種采用多個旋轉(zhuǎn)構(gòu)造的磁性傳感器 的角度位置檢測系統(tǒng)以及方法。
本發(fā)明的上述方面以及其他目的和優(yōu)點將在此實現(xiàn)。這里公開磁性 檢測方法和系統(tǒng)。 一般來說，提供包括中心位置的沖模。 一組磁阻橋電 路設(shè)置構(gòu)造在該沖模上。然后利用磁性偏置元件來偏置多個磁阻橋電 路，其中磁場繞沖模的中心位置的軸向旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生多個橋輸出信號。 最后，處理該多個橋輸出信號，從而測定位置數(shù)據(jù)。
因此，兩個或多個磁阻橋電路能夠共享其中心位置。磁性偏置元件 可以設(shè)置成靠近所述兩個或多個磁阻橋電路，以使得所述磁性偏置元件 繞其軸旋轉(zhuǎn)，從而在所述兩個或多個磁阻橋電路上產(chǎn)生磁場，并且其中 該磁場靠近繞中心位置旋轉(zhuǎn)的磁性矢量，從而提供角度和旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。
所述磁性偏置元件和所述磁阻橋元件通過所述磁性偏置元件和所述
磁阻橋元件之間的間隙而相互隔開。所述磁阻橋電路通常包括多個AMR 和/或霍爾效應(yīng)元件。所述磁阻橋電路可以構(gòu)造在四橋45度旋轉(zhuǎn)AMR陣 列結(jié)構(gòu)中，下面將對此更加詳細地說明。此外，所述磁性偏置元件可以 繞其軸以一個旋轉(zhuǎn)角度進行旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)角度選自0度至180度角度范 圍內(nèi)的至少一個角度。


附圖結(jié)合本發(fā)明的具體實施方式
部分示出實施例，從而闡述本發(fā)明 的原理，其中在附圖中，所有單獨附圖中相同的附圖標記表示相同或功 能相似的元件，并且這些附圖包含在本說明書中作為本說明書的一部 分。
圖1示出根據(jù)一個實施例適用的可以容納磁性檢測元件的代表性微 電子封裝；
圖2示出根據(jù)一個或多個實施例適用的方形和環(huán)形磁體； 圖3示出根據(jù)實施例來實現(xiàn)的偏置系統(tǒng)；
圖4示出根據(jù)一個可能的實施例來實現(xiàn)的兩個磁阻檢測橋電路的示 意圖5示出AMR橋電路的可選視圖，它包括可以根據(jù)實施例實現(xiàn)的代 表性場方向；
圖6示出根據(jù)實施例的具有信號A和信號B放大的AMR檢測電路； 圖7示出用于說明目的的AMR橋電路的未放大輸出信號的曲線圖； 圖8示出根據(jù)實施例的AMR橋電路的典型放大輸出信號的曲線圖； 圖9示出表示根據(jù)實施例可以實現(xiàn)的作為信號處理算法結(jié)果的數(shù)據(jù) 的曲線圖IO示出根據(jù)實施例可以實現(xiàn)的偏置磁體結(jié)構(gòu)； 圖11示出^L據(jù)可選實施例可以實現(xiàn)的環(huán)形磁體結(jié)構(gòu)； 圖12示出根據(jù)優(yōu)選實施例的用于4橋45度旋轉(zhuǎn)AMR陣列系統(tǒng)的沖 模的布局圖13示出根據(jù)優(yōu)選實施例可以實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)AMR陣列系統(tǒng)； 圖14示出根據(jù)一個實施例可以實現(xiàn)的4橋45度旋轉(zhuǎn)AMR陣列結(jié)構(gòu) 的輸出信號的曲線圖15示出根據(jù)一個實施例的設(shè)置成半圓形圖案的AMR橋電路的系
統(tǒng)；
圖16示出根據(jù)另一個實施例設(shè)置成橢圓形圖案的AMR橋電路的系
統(tǒng)；
圖17示出根據(jù)另一個實施例設(shè)置成半圓形圖案的AMR橋電路的系 統(tǒng)；以及
圖18示出根據(jù)另一個實施例設(shè)置成橢圓形圖案的AMR橋電路的系統(tǒng)。
具體實施例方式
在這些非限制性示例中提及的具體數(shù)值和結(jié)構(gòu)可以改變，它們僅僅 用于闡述一個或多個實施例，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
圖1示出一個實施例適用的可以容納磁性檢測元件100的代表性微 電子封裝。磁性檢測元件IOO可以實現(xiàn)為AMR橋電路和/或放大ASIC裝 置。注意，這里采用的術(shù)語"橋電路"和"橋"可以互換來表示相同的 裝置或元件。
當實現(xiàn)為AMR橋電路時，磁性檢測元件100可以構(gòu)造成包含2個協(xié) 同定位的AMR橋電路，它們相互夾角為45度，從而提供正弦和余弦信號。 磁性檢測元件100還可以實現(xiàn)為包含雙線性儀表放大器，其提供上述AMR 橋電路或另一種傳感器的調(diào)節(jié)信號，從而提供正弦和余弦信號，從中提 取對于旋轉(zhuǎn)和/或角度檢測的數(shù)據(jù)。
磁性檢測元件100包括多個電連接元件，它們是引腳112、 114、 116、 118、 120、 124、 126和128的形式。集成電路容納在檢測元件100的內(nèi) 部，并且可以包含AMR檢測元件以及任何相關(guān)的放大元件。磁性檢測元 件100因此可用于角度和/或旋轉(zhuǎn)位置檢測。
圖2示出根據(jù)一個或多個實施例適用的各個方形和環(huán)形磁體204和
202。采用環(huán)形磁體202為位置容限磁體和AMR橋電路提供非常低的靈敏 度。另一方面，在設(shè)計時具有物理尺寸以便獲得低成本方案的方形磁體 204可以產(chǎn)生對磁體和AMR橋之間的位置容錯限度更高的靈敏度。環(huán)形 磁體202可以由例如壓縮模制NdFeB的材料制成。方形磁體204可以由 例如燒結(jié)NdFeB的材料制成。雖然根據(jù)一些可能的實施例討論了環(huán)形磁 體202和方形磁體404,但是可以理解的是，可以優(yōu)化其他雙極磁體設(shè) 計以滿足封裝需求，這根據(jù)具體實施例的要求而定。
圖3示出根據(jù)實施例實現(xiàn)的偏置系統(tǒng)300。注意，在圖3中示出系 統(tǒng)300的側(cè)視圖301以及頂視圖303。注意，在視圖301和303中，相 同或相似的部件通常由相同的附圖標記來表示。系統(tǒng)300包括軸310， 該軸可以由鐵材料或非鐵材料制成。軸310設(shè)置成靠近偏置磁體308。 在磁體308和磁性檢測元件100之間形成間隙309，它在圖1中得以更 加詳細地公開。
磁體308可以實現(xiàn)為例如在圖2中分別示出的方形和環(huán)形磁體204 和202，或者實現(xiàn)為磁體和極片的任意組合，這可以產(chǎn)生對磁性檢測元件 IOO的均勻的磁偏場。磁性檢測元件可以位于印刷電路板(PCB) 302上， 該印刷電路板連接到非鐵基底例如鋁、熱塑塑料等制成的基底304上。 注意，在視圖303中，箭頭314表示軸310的正向或逆向90度旋轉(zhuǎn)。系 統(tǒng)300因此表示一種可能的偏置結(jié)構(gòu)。
圖4示出根據(jù)一個可能的實施例實現(xiàn)的、位于一個沖模上的雙同位 AMR橋的物理布局圖。圖4大體上示出位于兩個惠斯通檢測電橋之間的八 個電阻器的布局圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，圖4所示的結(jié)構(gòu)表 示根據(jù)本發(fā)明采用的所述許多種可能的磁阻檢測設(shè)計之一。根據(jù)應(yīng)用需 要，可以采用更少或更多的電阻器和/或電阻器圖案。
在圖4中，第一橋電路包括方形電阻器圖案402、 414、 410和406 (也就是分別標注的電阻器R1A、 R2A、 R3A和R4A)，它們可以電連接 形成單個惠斯通電橋。第二橋電路(也就是，電橋B)的電阻器相對于電 橋A的電阻器成45度角，并且形狀圖案為三角形，該笫二橋電路由電阻 器404、 416、 412和408 (也就是，分別標注的電阻器R1B、 R2B、 R3B 和R4B)構(gòu)成。
圖4所示的八個電阻器布局圖案的四軸對稱表示兩個檢測電橋結(jié)構(gòu) 的僅一個示例。其他八個電阻器圖案可以例如構(gòu)造成具有更少對稱或不
對稱結(jié)構(gòu)但是所有八個電阻器具有相同的形狀和尺寸。因此至少兩個單 獨的檢測電橋能夠共享共同的幾何中心點，并且還能夠相互旋轉(zhuǎn)(也就
是，在這種情況下為45度，但是還可以采用其他角度)，從而提供彼此 不同的信號偏移。
注意，圖5示出AMR橋電路500，它和圖4的結(jié)構(gòu)類似。如圖5所 示，當磁體例如磁體308旋轉(zhuǎn)時代表性場方向501旋轉(zhuǎn)通過電路500的 AMR電橋。AMR橋電路500通常由兩個AMR橋電路構(gòu)成，它們包括磁阻器 502、 504、 506、 508、 510、 512、 514和516。
圖6示出根據(jù)實施例具有信號A和B放大的AMR檢測電路600的示 意圖。注意，圖6所示的電路600示意性示出圖5中所示的電路500的 電氣示意圖。因此，在圖6中示出兩個橋電路602和604，它們形成電 路600。因此橋電路602由多個磁阻器502、 506、 510和514形成，而 橋電路604由多個磁阻器504、 508、 512和516形成。橋電路602連接 到放大器603，從而輸出信號A，而橋電路604連接到放大器605，從而 輸出信號B。
圖7示出AMR橋電路例如AMR橋電路602和604的未方欠大輸出信號 的曲線圖700。曲線圖700大體上示出作為電橋輸出相對于旋轉(zhuǎn)度(以 度為單位)的計算結(jié)果的數(shù)據(jù)。圖8示出根據(jù)實施例的AMR橋電路(例 如，橋電路602、 604 )的典型放大輸出信號的曲線圖800。注意，來自 AMR電橋的信號每隔180度重復(fù)一次，暗示SIN ( 2 6 )函數(shù)。通過數(shù)字 式霍爾開關(guān)以區(qū)分偏置磁體(例如，圖3的磁體308 )的北極和南極，就 可以容易地實現(xiàn)360度檢測能力。
注意，采用微處理器可以實現(xiàn)處理傳感器信號的步驟。通常來說， 例如圖3所示的系統(tǒng)300這樣的磁性檢測系統(tǒng)可以通過旋轉(zhuǎn)磁場和讀取 傳感器信號而在25攝氏度下校準定標。在校準定標期間，計算以下物理 量
偏移量A =(最大信號A +最小信號A ) /2 偏移量B =(最大信號B +最小信號B ) /2 Amp A- (最大信號A-最小信號A) /2 Amp B=(最大信號B-最小信號B) /2 N = Amp A / Amp B
在實際操作期間，這些信號饋送到微處理器的模數(shù)引腳，并且采用以下7〉式來測定位置
信號A =電壓A -偏移量A 信號B-電壓B-偏移量B 角度-ATAN (信號A / (信號B承N) ) /2
這種方法的理念是，所有共模效應(yīng)都以自我補償?shù)姆绞矫撾x該等 式。例如，電橋信號A&B會隨溫度變化相同量。當發(fā)生這種情況時，如 果信號A和信號B被劃分開，則誤差會消除。
因此，圖9示出表示根據(jù)一個實施例如上所述實現(xiàn)信號處理算法的 處理結(jié)果的數(shù)據(jù)的曲線圖900的示例。注意，"ATAN"結(jié)果值可以示出 在上述等式中，它可以通過描點示出為圖9中的曲線902。
根據(jù)一個實施例實現(xiàn)的100的結(jié)構(gòu)。在圖10中，提供兩個視圖。偏 置磁體100的頂視圖102以及側(cè)視圖104。圖11示出才艮據(jù)可選實施例實 現(xiàn)的環(huán)形磁體1100的結(jié)構(gòu)。注意，在圖11中，提供環(huán)形磁體1100的四 個視圖，包括橫截面圖1102、頂視圖1104、透視頂視圖1106和側(cè)視圖 1100。通常來說，環(huán)形磁體1100包括中心開口 1101。在視圖1104中， 示出磁化方向1103。通常來說，視圖1102表示環(huán)形磁體1100的橫截面 A-A視圖。注意，圖10所示的環(huán)形磁體1100大致類似于圖2所示的環(huán) 形磁體202。
圖12示出根據(jù)優(yōu)選實施例的4橋45度旋轉(zhuǎn)AMR陣列系統(tǒng)的沖模的 布局圖。系統(tǒng)1200通常由4個橋電路構(gòu)成，這4個橋電路由電連接到惠 斯通電橋結(jié)構(gòu)的磁阻元件形成，即元件1202、 1204、 1206和1208。因 此，系統(tǒng)1200可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)AMR檢測結(jié)構(gòu)，其中偏置磁體或磁偏置電路 繞軸旋轉(zhuǎn)，并且在AMR電橋或橋電路上產(chǎn)生的磁場優(yōu)選靠近繞該中心旋 轉(zhuǎn)的磁性矢量，這類似于時鐘的指針。在系統(tǒng)1200的結(jié)構(gòu)中可以實現(xiàn)兩 個或多個AMR電橋。
圖13示出根據(jù)優(yōu)選實施例實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)AMR陣列系統(tǒng)1300。注意， 在圖12-13中，相同或類似的部分或元件通常由相同的附圖標記來表 示。因此，圖12所示的系統(tǒng)1200可以結(jié)合系統(tǒng)130(M吏用。系統(tǒng)1200 的旋轉(zhuǎn)通常由位置1301、 1303、 1307和1305來表示。首先，位置1301 表示-22. 5度的角度位置，位置1303表示-7.5度的角度位置。注意， 箭頭1302、 1304和1306表示在多個旋轉(zhuǎn)位置處得到的磁偏場或磁性矢 量的角度旋轉(zhuǎn)。位置1307表示+ 7. 5度的角度位置，而位置1305表示
+ 22. 5度的角度位置。磁性矢量在圖13中由箭頭M來表示。隨著偏置 磁體或磁路旋轉(zhuǎn)一定角度，沖模上產(chǎn)生的磁場成為時鐘的指針。
圖14示出根據(jù)一個實施例實現(xiàn)的4橋45度旋轉(zhuǎn)AMR陣列結(jié)構(gòu)的差 分電橋信號的曲線圖1400。因此，曲線圖1400表示一組可能的數(shù)據(jù)， 它被采集作為圖13所示的角度運動的結(jié)果。因此，曲線圖1400和系統(tǒng) 1300相關(guān)。注意，雖然上述示例描述的是4橋45度傳感器結(jié)構(gòu)，但是 根據(jù)實施例可以實現(xiàn)大于或等于2的任意數(shù)量的電橋。此外，對于這種 旋轉(zhuǎn)AMR陣列檢測結(jié)構(gòu)可以采用0至180度之間的任意旋轉(zhuǎn)角度。注意， 將180度的角度作為這種結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度限度的原因是，因為透磁合金
(也就是，AMR )具有和SIN ( 2 6 )成比例的響應(yīng)并且輸出每隔180度 重復(fù)一次。
圖15示出根據(jù)一個實施例設(shè)置成半圓形圖案的AMR橋電路1502、 1504、 1506、 1508、 1510、 1510、 1512和1514的系統(tǒng)1500。圖16示 出根據(jù)另一個實施例設(shè)置成橢圓形圖案的AMR橋電路1502、 1504、 1506、 1508、 1510、 1510、 1512和1514的系統(tǒng)1600。
圖17示出根據(jù)一個實施例設(shè)置成半圓形圖案的AMR橋電路1702、 1704、 1706、 1708、 1710、 1712和1714的系統(tǒng)1700。圖18示出才艮據(jù) 另一個實施例i殳置成橢圓形圖案的AMR橋電路1702、 1704、 1706、 1708、 1710、 1712和1714的系統(tǒng)1800。
基于上述內(nèi)容，可以理解的是，所述實施例通常教導(dǎo)一種方法和/或 系統(tǒng)，其中提供具有中心位置的沖模，并且多個磁阻橋電路位于并且構(gòu) 造在該沖模上。然后利用磁性偏置元件通過繞沖模中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的 磁場來偏置磁阻橋電路(也就是，傳感器)，從而產(chǎn)生多個電橋輸出然 后被處理，從而測定其位置數(shù)據(jù)。
注意，可以采用多種磁阻陣列算法和方法來處理電橋輸出信號。這 些MR陣列算法和方法可以結(jié)合起來，以便利用多電橋傳感器設(shè)計來處理 多個信號，其中該多電橋傳感器設(shè)計利用繞沖模中心軸旋轉(zhuǎn)的磁場來偏 置，如上所述，并且不限制實施例的范圍和寬度。用于處理電橋輸出信 號的MR陣列算法和/或方法的一個示例公開在美國專利No. 5589769中， 該美國專利的標題為 "Position Detection Apparatus including a Circuit for Receiving a Plurality of Output Signal Values and Fitting the Output Signal Values to a Curve"，由發(fā)明人DonaldR. Krahn在1996年12月31日申請，并且轉(zhuǎn)讓給Honeywel 1國際公司。 美國專利No. 5589769在此被結(jié)合作為參考，并且通常描述了用于測 定沿路徑運動的部件的位置的裝置。在美國專利No. 5589769中，磁體連 接到該運動部件，并且磁場傳感器陣列位于該路徑附近。隨著該磁體靠 近、通過和離開傳感器，該傳感器提供變化的輸出信號，該變化的輸出 信號可以由表示任意傳感器的單一特征曲線來表征。為了測定運動部件 的位置，傳感器被電子掃描，并且從具有輸出的一組傳感器中選擇表示 相對鄰近該磁體的數(shù)據(jù)。然后采用曲線擬合算法來測定數(shù)據(jù)與特征曲線 的最佳擬合。通過沿位置軸設(shè)置特征曲線，可以測定該磁體以及該運動 部件的位置。
用于處理電橋輸出信號的MR陣列算法和/或方法的另一個示例公開 在美國專利No. 6097183中，該美國專利的標題為"Position Detection Apparatus with Correction for Non-Linear Sensor Regions"， 由 發(fā)明人Goetz等人在2000年8月1曰申請，并且轉(zhuǎn)讓給Honeywel 1國 際公司。美國專利No. 6097183在此整個被結(jié)合作為參考，并且通常教導(dǎo) 一種位置測定裝置，它不需要相對長。這優(yōu)選通過提供一種校正機構(gòu)來 實現(xiàn)，該校正機構(gòu)校正因傳感器的非線性導(dǎo)致的殘留誤差。這種校正機 構(gòu)優(yōu)選利用預(yù)定函數(shù)近似化該殘留誤差，并且應(yīng)用對應(yīng)于該預(yù)定函數(shù)的 所選定校正因數(shù)來補償該殘留誤差。
如美國專利No. 6097183所述，磁體連接到沿有限長度的預(yù)定路徑運 動的運動部件。磁場傳感器陣列位于該預(yù)定路徑附近。當該磁體靠近、 通過和離開每個傳感器時，傳感器能夠提供雙極輸出信號。為了測定磁 體的位置和由此的運動部件的位置，傳感器被電子掃描，并且從具有輸 出的一組傳感器中選擇表示相對鄰近該磁體的數(shù)據(jù)。
然后通過以預(yù)定方式來除法計算選定傳感器的輸出信號值的振幅來 計算比率。然后將校正因數(shù)應(yīng)用到該比率來測定磁體位置。優(yōu)選的，該 校正因數(shù)至少部分校正傳感器的非線性。
為了計算該比率，兩個相鄰傳感器優(yōu)選被選擇為，其中笫一傳感器 具有正輸出信號值"A"，第二傳感器具有負輸出信號值"B"(但是這 些可以互換)。通過采用輸出信號值A(chǔ)和B，可以計算比率，該比率和磁
體相對于第一和第二傳感器的位置相關(guān)，如上所述。
用于處理電橋輸出信號的MR陣列算法和/或方法的另一個示例公開在美國專利No. 6806702中，該美國專利的標題為"Magnetic Angular Position Sensor Apparatus"，它由發(fā)明人Lamb等人在2004年10 月19日申請，并且轉(zhuǎn)讓給Honeywell國際公司。美國專利No. 6806702 在此整個被結(jié)合作為參考，并且通常教導(dǎo)一種角度位置檢測裝置和方 法，它需要采用可旋轉(zhuǎn)基座以及位于該可旋轉(zhuǎn)的相互靠近的兩個或多個 磁體。彼此反向平行，從而產(chǎn)生均勻的磁場。傳感器設(shè)置在兩個磁體的 外部，以使得傳感器接觸到該均勻的磁場，從而檢測和可旋轉(zhuǎn)基座相關(guān) 的角度位置的變化。
該傳感器可以安裝在印刷電路板(PCB)上，該印刷電路板也可以位 于磁體的外部。這種傳感器可以構(gòu)造成例如霍爾傳感器或磁阻傳感器。 如果該傳感器構(gòu)造成磁阻傳感器，則這種磁阻傳感器還可以包括設(shè)置在 磁阻橋電路內(nèi)部的多個磁阻器?？蛇x擇的，該磁阻傳感器可以包括彼此 集成到惠斯通電橋結(jié)構(gòu)中的兩個磁阻橋電路，其中每個磁阻橋電路包括 四個磁阻器。所述傳感器可以構(gòu)造成例如集成電路。
注意，上述方法通常公開用于處理電橋輸出信號從而測定位置數(shù)據(jù) 的技術(shù)。這些技術(shù)可以實現(xiàn)為模塊或者一組模塊，這根據(jù)設(shè)計考慮而定。 在計算機程序領(lǐng)域，"模塊"通常可以實現(xiàn)為程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合，
它執(zhí)行具體任務(wù)或者實施具體抽象數(shù)據(jù)類型。模塊通常由兩部分組成。 首先，軟件模塊可以列表出常數(shù)、數(shù)據(jù)類型、變量、程序等等，它們可 以由其他模塊或程序訪問。第二，軟件模塊可以構(gòu)造成實施方案，它可 以是私有的(也就是，可能僅僅訪問該模塊)，并且包含源代碼，該源 代碼實際實施該模塊所基于的程序或子程序。因此，例如所述的術(shù)語模 塊通常涉及軟件模塊或?qū)嵤┓桨?。這些模塊可以單獨采用或者一起采 用，以形成通過包括傳輸媒介和可記錄媒介的單一承載媒介來實施的程 序產(chǎn)品。
因此，例如，可以提供用于處理多個電橋輸出信號以測定位置數(shù)據(jù) 的處理模塊，它和相關(guān)聯(lián)，其中多個磁阻橋電路位于和/或構(gòu)造在該沖模 上。這種模塊還可以設(shè)置成和磁性偏置元件相關(guān)，該磁性偏置元件用于 利用繞沖模中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的磁場來偏置多個磁阻橋電路，從而產(chǎn)生 多個電橋輸出信號，其中該多個磁阻橋電路利用磁性偏置元件來偏置。 這些元件以及處理模塊可以i兌形成一個"系統(tǒng)"。
這種處理模塊通過施加選定校正因數(shù)到該比率以測定位置數(shù)據(jù)，從 率，從而測定出位置數(shù)據(jù)。選定的校正因數(shù)可以從多個校正因數(shù)中選擇。 校正因數(shù)的數(shù)量可以以預(yù)定函數(shù)共同降低，該預(yù)定函數(shù)例如包括正弦函 數(shù)?？蛇x的，該處理模塊可以擬合多個電橋輸出信號到一個或多個曲線， 并且采用曲線的交叉點來測定位置數(shù)據(jù)。
這種處理模塊還可以用于當磁偏置元件靠近、通過和離開磁阻橋電 路時測定多個磁阻橋電路當中的至少一個磁阻橋電路的特征曲線，然后 擬合多個電橋輸出信號到該特征曲線來測定位置數(shù)據(jù)。
可以理解的是，上述和其他特征和功能或替代物的變化可以期望結(jié) 合到許多其他不同系統(tǒng)或應(yīng)用中。以及，本領(lǐng)域技術(shù)人員隨后可以獲得 多種當然未預(yù)見到的或者未預(yù)期的可替換方案、變型、變化或改進，它 們都包括在下面的權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁性檢測方法，包括提供包括中心位置的沖模；在所述沖模上設(shè)置多個磁阻橋電路；利用繞所述沖模的所述中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的磁場來偏置所述多個磁阻橋電路，從而產(chǎn)生多個電橋輸出信號，其中利用磁性偏置元件來偏置所述多個磁阻橋電路；以及處理所述多個電橋輸出信號以便測定出位置數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中處理所述多個電橋輸出信號以 便測定出位置數(shù)據(jù)的步驟還包括通過計算所述多個磁阻橋電路當中的選定磁阻橋電路的所述多個電 橋輸出信號的比率，從而測定出所述位置數(shù)據(jù)；以及 施加選定校正因數(shù)到該比率以測定所述位置數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括從多個校正因數(shù)中選擇所迷 選定校正因數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述多個校正因數(shù)以預(yù)定函數(shù)共同降低。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述預(yù)定函數(shù)包括正弦函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中處理所述多個電橋輸出信號從 而測定出位置數(shù)據(jù)的步驟還包括擬合所述多個電橋輸出信號到至少一個曲線；以及 利用所述至少 一個曲線的交叉點來測定所述位置數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中處理所述多個電橋輸出信號從 而測定出位置數(shù)據(jù)的步驟還包括當所述磁性偏置元件靠近、通過和離開至少一個磁阻橋電路時測定 所述多個磁阻橋電路當中的所述至少一個磁阻橋電路的特征曲線；以及 擬合所述多個電橋輸出信號到所述特征曲線來測定所述位置數(shù)據(jù)。
8. —種磁性檢測方法，包括 提供包括中心位置的沖模；在所述沖模上設(shè)置多個磁阻橋電路，其中所述多個磁阻橋電路中的 每個磁阻橋電路包括至少一個傳感器；利用繞所述沖模的所述中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的磁場來偏置所述多個磁 阻橋電路，從而產(chǎn)生多個電橋輸出信號，其中利用磁偏置元件來偏置所 述多個磁阻橋電路，其中所述磁偏置元件以一個旋轉(zhuǎn)角度繞所述軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)角度選自于在0度至180度之間的角度范圍內(nèi)的至少一個角 度，其中所述磁偏置元件利用繞所述沖模的所述中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的所 述磁場來偏置所述多個磁阻橋電路，從而產(chǎn)生所述多個電橋輸出信號； 處理所述多個電橋輸出信號從而測定出位置數(shù)據(jù)，其中 當所述磁偏置元件靠近、通過和離開至少一個磁阻橋電路時測定所 述多個磁阻橋電路當中的所述至少一個磁阻橋電路的特征曲線；以及 擬合所述多個電橋輸出信號到所述特征曲線來測定所述位置數(shù)據(jù)。
9. 一種磁性檢測系統(tǒng)，包括 包括中心位置的沖模； 位于所述沖模上的多個磁阻橋電路；磁偏置元件，其利用繞所述沖模的所述中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的磁場來 偏置所述多個磁阻橋電路從而產(chǎn)生多個電橋輸出信號；以及用于處理所述多個電橋輸出信號從而測定出位置數(shù)據(jù)的模塊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述模塊 通過計算所述多個磁阻橋電路當中的選定磁阻橋電路的所述多個電橋輸出信號的比率，從而測定出所述位置數(shù)據(jù)；以及施加一個選定的校正因數(shù)到該比率以測定所述位置數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種磁性檢測方法和系統(tǒng)包括具有中心位置的沖模。一組磁阻橋電路位于并且構(gòu)造在該沖模上。然后采用磁偏置元件，利用繞所述沖模的所述中心位置的軸旋轉(zhuǎn)的磁場來偏置所述多個磁阻橋電路，從而產(chǎn)生多個電橋輸出信號。最后，處理所述多個電橋輸出信號從而測定出位置數(shù)據(jù)。
文檔編號G01D5/16GK101180519SQ200680017827
公開日2008年5月14日 申請日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月23日
發(fā)明者L·F·里克斯, M·J·拉托里亞 申請人:霍尼韋爾國際公司