本發明涉及一種用于確定磁體在測量時相對于在行方向延伸的傳感器行的位置的方法。
背景技術:
由de102010025170b4已經已知一種用于確定磁體在一次測量中相對于在行方向延伸的傳感器行的位置的方法。磁體相對于傳感器行的位置可以在平行于行方向的方向上改變,其中傳感器行具有第一磁場感應傳感器和第二磁場感應傳感器,該第二磁場感應傳感器布置為在行方向上與第一傳感器分隔開。在de102010025170b4中得知的方法中,在一個實施例中,可以采用這樣的傳感器,其中每個傳感器都構造為類似于de102010025170b4的圖8a)、8b)中示出的傳感器。這樣的傳感器具有生成第一中間信號的第一部分(電阻r1、r2、r3、r4)以及生成第二中間信號的第二部分(電阻r5、r6、r7、r8),第一中間信號的演變和第二中間信號的演變取決于磁體在傳感器的位置處生成的磁場的強度和/或方向。第一中間信號基本上具有對于施加的電壓(usin)的正弦類型的演變(參見圖8b)。第二中間信號基本上具有對于施加的電壓(ucos)的余弦類型的演變(參見圖8b)。如圖8a可以看出的,第一部分的中點對應于第二部分的中點。傳感器的正弦類型的信號和余弦類型的信號可用于確定場角度演變。這里的場角度演變被理解為是指,由磁體在測量位置(在傳感器的位置處)生成的磁場的場方向相對于傳感器的所謂優選方向占據的角度的演變,例如當磁體經過傳感器時上升。優選的方式是意于簡化參考的預定方向。如果場角度被確定為在測量時相對于優選方向為30°,例如,這意味著由磁體生成磁場的磁場方向在測量位置占據相對于預定方向的30°的角度。在從de102010025170b4已知的傳感器結構的模式的情況下,場角度以簡單的方式通過兩個信號值的相除(通過正切計算(場角度=0.5×arctan(uasin/uacos)))而得到。從de102010025170b4已知的實施例還提供了額外的優點,經由以下關系uasin×uasin﹢uacos×uacos=常數,可以針對每個單獨的傳感器檢測傳感器信號是否正確。
在de102010025170b4中提出的方法給出了這樣的啟示,為了確定位置,在所有傳感器的傳感器信號的一個優選實施例中,傳感器行的多個傳感器的傳感器信號被評估。如de102010025170b4的圖1和圖2所示,其中提出的方法是基于生成整個裝置的傳感器信號,其中傳感器信號時由在測量時的多個單獨的傳感器的多個單獨的測量值構成的。在其中描述的方法中,然后進行檢查,該檢查是關于整個裝置從而生成的傳感器信號的演變和參考信號的演變必須相對于彼此移位的量和方向,從而獲得整個裝置從而生成的傳感器信號和參考信號之間的一致。在該測量時磁體所位于的位置從該量和方向而確定。
上述方法的一個可能的缺點會是:為了在評估單元中確定傳感器信號和演變和參考信號的演變必須相對于彼此移位的量和方向以實現傳感器信號和參考信號之間的一致性而必須采取的計算工作。
技術實現要素:
為了克服背景技術的問題,本發明的目的在于提出一種用于確定磁體在測量時相對于在行方向延伸的傳感器行的位置的簡化的方法。
上述問題通過根據權利要求1的方法而解決。優選的實施例在從屬權利要求和下列的說明書中描述。
本發明基于這樣的基本想法,即能夠從僅一個傳感器的傳感器信號來確定在測量時磁體相對于傳感器行的位置,但是如果具有在行方向上布置的彼此相互間隔開的至少兩個磁場感應傳感器,則需要確定哪個傳感器信號在測量的時刻應當被認為是引導信號。本發明從而自身提出了一種確定在測量的時刻必須被認為是引導信號的傳感器信號的方法。
根據本發明的方法從而提出了,在第一檢查中,將第一傳感器信號在測量時已經生成的值與第一參考值比較和/或檢測其是否屬于第一值范圍。屬于第一值范圍可以例如是通過檢查是否第一傳感器的值高于第一值范圍的低閾值且低于第一值范圍的高閾值而確定。如果是這種情況,那么第一傳感器信號的值屬于第一值范圍。可以進行與第一參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第一傳感器信號的值是否對應于第一參考值。在另一個實施中,可以進行與第一參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第一傳感器信號的值是否大于第一參考值。在另一個實施中,可以進行與第一參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第一傳感器信號的值是否小于第一參考值。
在另一步驟中,根據本發明的方法提出了,在第二檢查中,將第二傳感器信號在測量時已經生成的值與第二參考值比較和/或檢測其是否屬于第二值范圍。屬于第二值范圍可以例如是通過檢查是否第二傳感器的值高于第二值范圍的低閾值且低于第二值范圍的高閾值而確定。如果是這種情況,那么第二傳感器信號的值屬于第二值范圍。可以進行與第二參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第二傳感器信號的值是否對應于第二參考值。在另一個實施中,可以進行與第二參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第二傳感器信號的值是否大于第二參考值。在另一個實施中,可以進行與第二參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第二傳感器信號的值是否小于第二參考值。在一個特別優選的實施例中,第一參考值對應于第二參考值,或者第一值范圍對應于第二值范圍。
此外,在第一替代方案中,根據本發明的方法提出了,從第一傳感器信號在測量時生成的值和第二傳感器信號在測量時生成的值來形成相對值。該替代方案特別地用于磁場感應傳感器類型,其具有單個惠斯通全橋或單個惠斯通半橋,并且其中傳感器的傳感器信號從該惠斯通全橋或惠斯通半橋中的一個分接的信號二生成。在第二替代方案中,根據本發明的方法提出了,相對值從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第二中間信號的值,以及從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第二中間信號的值,而形成。該替代方案特別地用于磁場感應傳感器類型,其由至少兩部分構成,第一部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第一中間信號從其分接,第二部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第二中間信號從其分接,并且其中傳感器信號的傳感器類型生成根據第一中間信號和第二中間信號而進行。
根據本發明的方法給出了這樣的啟示,在第三檢查中,將根據兩個替代方案中的一個生成的相對值與第三參考值比較和/或檢測其是否屬于第三值范圍。屬于第三值范圍可以例如是通過檢查是否相對值高于第三值范圍的低閾值且低于第三值范圍的高閾值而確定。如果是這種情況,那么相對值的值屬于第三值范圍。可以進行與第三參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即相對值的值是否對應于第三參考值。在另一個實施中,可以進行與第三參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即相對值的值是否大于第三參考值。在另一個實施中,可以進行與第三參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即相對值的值是否小于第三參考值。在優選的實施例中,第三參考值并不對應于第一參考值。在優選的實施例中,第三參考值并不對應于第二參考值。在優選的實施例中,第三值范圍并不對應于第一值范圍。在優選的實施例中,第三值范圍并不對應于第二值范圍。
可以想到用于生成相對值的多種算法。例如,相對值可以是從第一傳感器信號在測量時生成的值和第二傳感器信號在測量時生成的值的平均值。為此,該值可以被相加然后除以2。相對值也可通過該值的比較而生成。例如,相對值可以包含這樣的信息,即第一傳感器信號在測量時生成的值是否大于第二傳感器信號在測量時生成的值。在這樣的檢查中,相對值可優選的是二進制值,例如,如果第一傳感器信號在測量時生成的值大于第二傳感器信號在測量時生成的值,則相對值為1,否則為0。相對值可以類似地通過形成第一傳感器信號在測量時生成的值與第二傳感器信號在測量時生成的值的比例而生成。為此,例如,第一傳感器信號在測量時生成的值可以除以第二傳感器信號在測量時生成的值。該替代方案特別地用于磁場感應傳感器類型,其具有單個惠斯通全橋或單個惠斯通半橋,并且其中傳感器的傳感器信號從該惠斯通全橋或惠斯通半橋中的一個分接的信號二生成。
在磁場感應傳感器類型的情況下,其由至少兩部分構成,第一部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第一中間信號從其分接,第二部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第二中間信號從其分接,并且其中傳感器信號根據第一中間信號和第二中間信號而生成,作為相對值的形成的一部分,可以想到的是,生成用于第一傳感器信號的幅值(a)以及用于第二傳感器信號的幅值,該幅值(a)根據傳感器在測量時的第一中間信號的值(w1)的平方以及第二中間信號的值(w2)的平方的和的平方根(a=(w12﹢w22)1/2)來計算。該相對值可從而根據第一傳感器信號的幅值(后文中:第一幅值)和第二傳感器信號的幅值(后文中:第二幅值)而生成。例如,相對值可以是測量時第一幅值和第二幅值的平均值。為此,第一幅值和第二幅值可以被相加然后除以2。相對值也可通過將第一幅值和第二幅值比較而生成。例如,相對值可包含這樣的信息,即在測量時第一幅值是否大于第二幅值。在這樣的檢查中,相對值可優選地為二進制值,例如,如果在測量時第一幅值大于第二幅值,則為值1,否則為0。相對值也可類似地通過形成幅值的比例而形成。為此,例如,第一幅值可除以測量時的第二幅值。
根據本發明的方法從而提出了,從第一檢查的結果和第二檢查的結果和第三檢查的結果,來確定哪個傳感器信號應當被認為是針對該測量時的引導信號。從第一檢查的結果和第二檢查的結果和第三檢查的結果,從而能夠確定第一傳感器信號或第二傳感器信號是否應當被認為是在該測量時的引導信號。根據本發明的方法給出了這樣的啟示,即通過評估從而確定的引導傳感器信號來確定在測量時磁體相對于傳感器行的位置。
根據本發明的方法可用于多種測量任務,其在精度上不同,并且根據其意于確定磁體相對于傳感器行的位置。可以想到這樣的測量任務,其中足以確定磁體相對于傳感器行位于一個傳感器提供良好的傳感器信號的區域中。例如,可以想到的是,傳感器布置為在傳感器行上從彼此清晰地分隔開。在這樣的情況下,例如,如果磁體位于靠近第一傳感器的區域中,則第一傳感器可提供較強且良好的可評估信號,而第二傳感器在該時該點提供較弱的信號。依據根據本發明的方法,可以確定的是,在該情況下,第一傳感器的信號應當被用作引導信號。在一些測量任務的情況下,例如,在可占據兩個設定位置的活塞的情況下,當意于確定該活塞位于兩個位置中的哪一個時,該信息可以是足夠的。為此,該活塞可與磁體一起使用,并且傳感器行能夠以固定的方式被附接。對于這樣的測量任務,足以確定磁體(以及從而活塞)位于一個傳感器的區域內。由于該活塞(在這里選擇的示例中)可以占據僅兩個預定的間隔開的位置,該測量任務足以確定作為引導信號的僅一個信號以及從而確定活塞位于第一傳感器附近,以執行確定位置的測量任務。
在替代的測量任務中,不足以確定傳感器中的僅一個作為磁體所靠近的那一個。在替代的測量任務中,盡可能確定磁體相對于提供引導信號的傳感器的位置。即使一個單獨的磁場感應傳感器可(即使僅具有較小的精度)確定在測量時磁體具有的相對于其的位置。在該情況下,有多種可提供非特定信號的磁場感應傳感器,例如,其可將兩個可預想的相對位置的僅一個作為結果輸出。也可類似地具有關于磁體可距傳感器占據的最大距離而同時帶來可用結果的限制。然而,由于安裝導致的限制,也可以想到這樣的測量任務,其中該信息已經足夠,例如,其本身已經防止由兩種傳感器類型引起的兩個相同結果的第二個的發生,例如由于磁體不能實際上占據傳感器將生成于第一信號相同的第二信號并且從而將導致非特定性的缺乏的位置。
磁場感應傳感器,例如霍爾傳感器,電感式傳感器,特別優選地基于線圈的傳感器,磁控電阻(使用高斯效應的傳感器)或磁控光學傳感器是已知的能夠在傳感器的位置處確定磁體生成的磁場強度。這樣的傳感器可以用于執行根據本發明的方法。由磁體在其周圍環境中的一點處生成的磁場的強度取決于磁體和該點之間的距離。磁體離該點越遠,磁場變得越弱。這樣的磁場感應傳感器從而能夠用于確定磁體距傳感器多近。該測量可能導致不精確的測量結果,因為傳感器理論上多次輸出相同的信號,即使磁體位于不同的位置處,即當磁體位于相對于傳感器的相同距離處(即使在不同的空間中),總是輸出相同的信號。在這樣的磁場感應傳感器的情況下,測量結果的非模糊性可以通過限制磁體相對于傳感器行的移動的可能性而提高。例如,如果磁體被引導為使得,磁體相對于傳感器行的位置僅可在平行于傳感器行的方向上改變,從而當采用前述的磁場感應傳感器時,模糊性的確上升了,因為傳感器信號在量上可以兩次占據相同的值。在這樣的結構的情況下,磁體可兩次具有相對于傳感器的相同間距,即一次是當磁體在傳感器的前部或右側(取決于選擇的觀察角度)距其所述間距,以及一次是當磁體在傳感器的后部或左側(取決于選擇的觀察角度)距其相同的間距。然而,取決于測量任務組,這也能夠以針對該測量任務的足夠精度足以確定在測量時磁體相對于傳感器行占據的位置。或者,在這樣的測量任務的情況下,創造條件使得磁體完全不能占據相應的第二位置。
在替代的實施例中,磁場感應傳感器可確定在傳感器的位置處由磁體生成的磁場相對于優選方向的場方向。這樣的傳感器可以配置為旋轉角度傳感器。已知旋轉角度傳感器的多種設計。一個經常采用的設計包括具有磁場感應電阻的兩個惠斯通全橋或兩個惠斯通半橋的傳感器。傳感器可例如具有“各向異性磁控電阻效應”(amr效應)或“巨磁控電阻效應”(gmr效應)。如果該傳感器配備有兩個惠斯通半橋或配備有兩個惠斯通全橋,并且如果采用使用amr效應的電阻,那么傳感器可以精確地確定180°范圍內的場方向,但是具有不確定性。由這樣的傳感器測量的每個值在參考坐標系中對于在從0°到180°的角度處的一場方向出現一次,以及在同一參考坐標系統中對于指向從180°到360°的方向的一場方向出現一次。然而,可以想到的是,足以以這樣的不確定性來確定磁體相對于傳感器行占據的位置的測量任務。從而也可以采用這些傳感器,以實現根據本發明的方法。特別是在測量任務的情況下,其中磁體在行方向上移動或在平行于傳感器行的行方向的方向上移動,由磁體在傳感器行的相應的傳感器的位置處生成的磁場的場方向在該相對移動過程中最大變化180°。
在特別優選的類型中,采用旋轉角度傳感器,其提供跨越所有可能場方向均獨特的測量信號。例如,這通過具有磁場感應電阻的兩個惠斯通半橋或兩個惠斯通全橋的傳感器而實現,其中電阻采用“巨”磁控電阻效應(gmr效應)。
在確定由磁體在傳感器的位置處具有的磁場相對于優選方向的場方向的磁場感應傳感器的替代實施例中,可以采用所謂的線性場傳感器,其具有磁場感應電阻的惠斯通半橋或惠斯通全橋。
旋轉角度傳感器可具有這樣的部分,其具有互連以形成惠斯通全橋并生成第一中間信號的四個電阻,以及包括這樣的第二部分,其具有互連以形成惠斯通全橋并且生成第二中間信號的四個電阻,第一中間信號的演變和第二中間信號的演變取決于磁體在傳感器的位置處生成的磁場的強度和/或方向。第一中間信號基本上具有正弦類型的演變。第二中間信號基本上具有余弦類型的演變。第一部分的中點對應于第二部分的中點。傳感器的正弦類型的信號和余弦類型的信號可用于確定場角度演變。這里的場角度演變被理解為是指,由磁體在測量位置(在傳感器的位置處)生成磁場的磁場方向相對于傳感器的所謂的優選方向的角度的演變,例如當磁體經過傳感器時上升。優選的方式是意于簡化參考的預定方向。如果場角度在測量時被確定為例如相對于優選方向成30°,這意味著由磁體生成磁場的磁場方向在測量位置占據相對于預定方向的30°的角度。該場角度以簡單的方式通過兩個信號值的相除,依據正切計算(場角度=0.5×arctan(uasin/uacos))來獲得。旋轉角度傳感器具有兩個部分,每個部分具有根據前述類型的惠斯通全橋,該旋轉角度傳感器在線性測量區域中提供取決于磁體相對于傳感器的位置的獨特信號,該線性測量區域在傳感器的一側上的測量區域和該傳感器的另一側上的測量子區域上延伸。測量區域的尺寸基本上取決于行方向上磁體的尺寸。例如,當使用長度15mm的磁體時,能夠在圍繞這樣的傳感器的中心的約﹣12mm到12mm的線性測量區域中提供獨特的信號的傳感器是已知的(kmt32b﹣旋轉角度傳感器,measdeutschlandgmbh或kmz41,nxp),根據該獨特的信號能夠明確地確定相對于傳感器的磁體。然而,在圍繞這樣的傳感器的中心的幾毫米的線性測量范圍提供磁體可根據其相對于傳感器明確確定的獨特的信號的磁場感應傳感器和磁體的組合(在行方向上的磁體的尺寸)是已知的。然而,在圍繞這樣的傳感器的中心的幾厘米的線性測量范圍提供磁體可根據其相對于傳感器明確確定的獨特的信號的磁場感應傳感器和磁體的組合(在行方向上的磁體的尺寸)是已知的。
在優選的實施例中,該設計的傳感器被布置為使得每個傳感器的優選方向指向相同方向。這可減少所需的計算工作,并且使得能夠避免額外的計算操作,其否則將需要該些額外的計算操作來使得這些信號可比較。
旋轉角度傳感器具有兩個部分,每個部分具有根據前述類型的惠斯通全橋,該旋轉角度傳感器在線性測量區域中提供取決于磁體相對于傳感器的位置的獨特信號,該線性測量區域在傳感器的一側上的測量區域和該傳感器的另一側上的測量子區域上延伸。傳感器不提供任何易于評估的信號的區域經常地結合到該線性測量區域上(參見關于圖5的評述,以借助于示例來理解)。在優選的實施例中,如果傳感器時這種類型的旋轉角度傳感器,傳感器行的傳感器布置為使得其線性測量區域的端部區域重疊。因此,提供了線性測量空間,其由多個單獨傳感器的多個單獨的線性測量區域構成,以及在該線性測量空間中,磁體的位置確定能夠安全且無間隙地進行。該解釋規則也可用于下列實施例的傳感器行,該傳感器行具有不止兩個,特別是超過三個傳感器,這些傳感器布置為在傳感器行中彼此間隔開。
根據本發明的方法可用于具有僅一個磁場感應傳感器和第二磁場感應傳感器的傳感器行。在優選的實施例中,然而,根據本發明的方法用于具有至少一個更多的第三磁場感應傳感器的傳感器行中,并且在一個優選的實施例中,該傳感器行具有在傳感器行中布置為彼此分隔開的至少三個磁場感應傳感器。在這樣的傳感器的行的情況下,根據本發明的方法可以設想的是,
·第三傳感器信號由第三傳感器生成,在測量時,其值取決于在測量時磁體相對于第三傳感器的位置,以及
·在第四檢查中,第三傳感器信號在測量時生成的值與第四參考值比較和/或被檢測其是否屬于第四值范圍,以及
·第二相對值根據第二傳感器信號在測量時生成的值,或者第一傳感器信號在測量時生成的值,以及第三傳感器信號在測量時生成的值,而形成,
·或者,第二相對值從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第二中間信號的值,或從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第二中間信號的值,以及從已經用于生成第三傳感器信號的值的、第三傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第三傳感器信號的值的、第三傳感器在測量時的第二中間信號的值,而形成,
·在第五檢查中,以這種方式確定的第二相對值與第五參考值比較和/或被檢測其是否屬于第五值范圍,以及
·根據第一檢查的結果和第二檢查的結果和第三檢查的結果和第四檢查的結果和第五檢查的結果,確定傳感器信號的哪一個在該測量時被認為是引導信號,其中,在測量時磁體相對于傳感器行的位置通過評估以這種方式確定的引導信號而確定。
該優選的實施例提出了,在第四檢查中,將第三傳感器信號在測量時生成的值與第四參考值比較和/或被檢測其是否屬于第四值范圍。屬于第四值范圍可以例如是通過檢測是否第三傳感器的值高于第四值范圍的低閾值且低于第四值范圍的高閾值而確定。如果是這種情況,那么第三傳感器信號的值屬于第四值范圍。可以進行與第四參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第三傳感器信號的值是否對應于第四參考值。在另一個實施中,可以進行與第四參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第三傳感器信號的值是否大于第四參考值。在另一個實施中,可以進行與第四參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第三傳感器信號的值是否小于第四參考值。在一個特別優選的實施例中,第一參考值對應于第二參考值,或者第一值范圍對應于第二值范圍。
根據本發明的方法進一步提出了,形成第二相對值,其中第一傳感器的測量值被置于與第三傳感器的測量結果相關或替代地第二傳感器的測量結果與第三傳感器的測量結果相關。第一替代方案提出了,根據第二傳感器信號在測量時生成的值,或者第一傳感器信號在測量時生成的值,以及第三傳感器信號在測量時生成的值,而形成(第二)相對值。該替代方案特別地用于磁場感應傳感器類型,其具有單個惠斯通全橋或單個惠斯通半橋,并且其中傳感器的傳感器信號從該惠斯通全橋或惠斯通半橋中的一個分接的信號二生成。在第二替代方案中,根據本發明的方法提出了,(第二)相對值從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第二中間信號的值,或從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第二中間信號的值,以及從已經用于生成第三傳感器信號的值的、第三傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第三傳感器信號的值的、第三傳感器在測量時的第二中間信號的值,而形成。該替代方案特別地用于磁場感應傳感器類型,其由至少兩部分構成,第一部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第一中間信號從其分接,第二部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第二中間信號從其分接,并且其中傳感器信號根據第一中間信號和第二中間信號而生成。
可以想到用于生成相對值的多種算法。例如,第二相對值可以根據第二傳感器信號在測量時生成的值,或者第一傳感器信號在測量時生成的值,以及第三傳感器信號在測量時生成的值,的平均值。為此,該值可以被相加然后除以2。第二相對值也可通過該值的比較而生成。例如,第二相對值可以包含第二傳感器信號在測量時生成的值,或者第一傳感器信號在測量時生成的值,是否大于第三傳感器信號在測量時生成的值,的信息。在這樣的檢查中,第二相對值可優選的是二進制值,例如,如果第二傳感器信號在測量時生成的值或第一傳感器信號在測量時生成的值大于第三傳感器信號在測量時生成的值,則相對值為1,否則為0。第二相對值可通過形成第二傳感器信號在測量時生成的值、或者第一傳感器信號在測量時生成的值、以及第三傳感器信號在測量時生成的值的比例而類似的生成。為此,例如,第二傳感器信號在測量時生成的值、或者第一傳感器信號在測量時生成的值可以除以第三傳感器信號在測量時生成的值。該替代方案特別地用于磁場感應傳感器類型,其具有單個惠斯通全橋或單個惠斯通半橋,并且其中傳感器的傳感器信號從該惠斯通全橋或惠斯通半橋中的一個分接的信號而生成。
在磁場感應傳感器類型的情況下,其由至少兩部分構成,第一部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第一中間信號從其分接,第二部分具有惠斯通全橋或惠斯通半橋,第二中間信號從其分接,并且其中傳感器信號根據第一中間信號和第二中間信號而生成,作為第二相對值的形成的一部分,可以想到的是,生成用于第二傳感器信號的幅值(a)或用于第一傳感器信號的幅值(a)以及用于第三傳感器信號的幅值,該幅值(a)根據傳感器在測量時的第一中間信號的值(w1)的平方以及第二中間信號的值(w2)的平方的和的平方根(a=(w12﹢w22)1/2)來計算。該第二相對值可從而從第二傳感器信號(后文中,第二幅值)或從第一傳感器信號的幅值(后文中:第一幅值)以及從第三傳感器信號的幅值(后文中:第三幅值)而生成。例如,第二相對值可以是測量時的第二幅值,或第一幅值,以及第三幅值的平均值。為此,第二幅值或第一幅值以及第三幅值可以被相加然后除以2。第二相對值也可通過將第二幅值或第一幅值與第三幅值比較而生成。例如,相對值可包含這樣的信息,即在測量時第二幅值或第一幅值是否大于第三幅值。在這樣的檢查中,第二相對值可優選地為二進制值,例如,如果在測量時第二幅值或第一幅值大于第三幅值,則為值1,否則為0。類似地,可以選擇這樣的實施例,其中如果在測量時第三幅值大于第二幅值或第一幅值,則第二相對值為值1,否則為0。第二相對值也可類似地通過形成幅值的比例而形成。例如,第二幅值或第一幅值可為此目的而除以測量時的第三幅值。類似地,第三幅值可例如除以測量時的第二或第一幅值。
根據本發明的方法給出了這樣的啟示,在第五檢查中,將根據兩個替代方案中的一個生成的第二相對值與第五參考值比較和/或檢測其是否屬于第五值范圍。屬于第五值范圍可以例如是通過檢查是否第二相對值高于第五值范圍的低閾值且低于第五值范圍的高閾值而確定。如果是這種情況,那么第二相對值的值屬于第五值范圍。可以進行與第五參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第二相對值的值是否對應于第五參考值。在另一個實施中,可以進行與第五參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第二相對值的值是否大于第五參考值。在另一個實施中,可以進行與第五參考值的比較,從而進行這樣的檢查,即第二相對值的值是否小于第五參考值。在優選的實施例中,第五參考值并不對應于第一參考值。在優選的實施例中,第五參考值并不對應于第二參考值。在優選的實施例中,第五參考值并不對應于第四參考值。在優選的實施例中,第三參考值對應于第五參考值。在優選的實施例中,第五值范圍并不對應于第一值范圍。在優選的實施例中,第五值范圍并不對應于第二值范圍。在優選的實施例中,第五值范圍對應于第三值范圍。在優選的實施例中,第五值范圍并不對應于第四值范圍。
在優選的實施例中,在具有至少三個傳感器的傳感器行的情況下,前述優選的實施例實施以第四檢查和第五檢查。然而,即使是在具有三個或更多的磁場感應傳感器的傳感器行的情況下,進行僅執行第一檢查、第二檢查和第三檢查的方法變型,也可以實現本發明的優勢。如果根據本發明的方法實施在具有超過三個傳感器的傳感器行上,在優選的實施例中確定是否采用方法變型,該方法變型減少了計算工作并且其中僅執行第一檢查、第二檢查和第三檢查,或者是否實施具有額外的第四檢查和額外的第五檢查的方法變型,該方法變型在計算工作來說更加負責。該決定指出了,在上游選擇階段中,是否需要確定兩個傳感器或三個傳感器,其傳感器信號意于在后續的方法步驟在被采用。如果執行減少的方法變型,那么,在具有多個磁場感應傳感器的傳感器行的情況下,需要在選擇步驟中確定這兩個傳感器,其傳感器信號意于在對于該次測量的后續方法步驟中使用。如果采用具有第四檢查和第五檢查的方法變型,該方法變型在計算工作上來說更為復雜,那么,在具有多個磁場感應傳感器的傳感器行的情況下,需要在選擇步驟中確定這三個傳感器,其傳感器信號意于在對于該測量點的后續方法步驟中使用。在優選的實施例中,當執行選擇步驟時,可以確定哪兩個傳感器提供具有相對于其他傳感器的最高值量的傳感器信號,或哪三個傳感器提供具有相對于其他傳感器的最高值量的傳感器信號。這些傳感器的傳感器信號的值從而構成這次測量的進一步方法的基礎。
在優選的實施例中,當確定傳感器信號的哪一個應當被認為是針對測量時的引導信號時,可以采用查找表(轉換表)。第一檢查、第二檢查、第三檢查的結果,以及——在采用更復雜的方法變型的程度——第四檢查以及第五檢查的結果可用于形成值的組合。該值的組合可例如形成為使得行的數量形成為具有三個地點,或五個地點,并且第一檢查的結果位于第一地點中,第二檢查的結果位于第二地點中,第三檢查的結果位于第三地點中,并且如果執行的話,第四檢查的結果位于第四地點中,并且第五檢查的結果位于第五地點中。如果檢查的結果是二進制值的話,則由多個1和多個0組成的值的組合可從而形成。以這種方式生成的值的組合可與存儲在查找表中的值組合相比較。例如,對于每個可想到的值組合,關于當執行的檢查已經輸出相應的值組合時,第一傳感器信號、第二傳感器信號以及——如果使用的話——第三傳感器信號的陣列中的哪個信號應當被認為是引導信號的一個入口可被存儲在查找表中。
如上文所描述的,可以想到的是,根據本發明的方法的實施例,其中多個單獨的傳感器的測量區域在其相應的端部區域重疊以固定不存在間隙的測量區域。在這些情況下,可以想到根據本發明的方法的一個特定的實施例,其中,對于每個可想到的值組合,關于當執行的檢查已經輸出相應的值組合時、來自于由第一傳感器信號、第二傳感器信號以及——如果使用的話——第三傳感器信號構成的陣列的哪一個信號應當被認為是引導信號的一個入口可被存儲在查找表中,或者關于對應的值組合是否意味著磁體位于兩個傳感器信號的重疊區域的一個入口可被存儲在查找表中。磁體位于兩個傳感器信號的重疊區域的信息在根據傳感器信號確定磁體的精確位置時可被考慮在內。
在優選的實施例中,在測量時磁體相對于傳感器行的位置被確定為,基于引導信號的值或關于從引導信號的值得到的值,用于確定磁體相對于傳感器行位置的位置值從查找表中讀出。對于查找表的配置可以想到多種實施例。在第一實施例中,磁體的位置相對于每個傳感器信號的每個值而被存儲。在具有大量的傳感器行的測量任務的情況下,這會導致非常大的查找表。在該實施例中,如果,例如第二傳感器的信號應當被認為是引導信號并且第二傳感器信號的值為0.4v,可以在查找表中存儲這對應于沿著傳感器行的27mm的磁體位置。對于每個傳感器信號的每個值的磁體位置的單獨值的存儲使得能夠在生成值或偏移時將傳感器之間的差別考慮在內,例如,類型的差別或者甚至是在制造期間導致的差別。查找表的填充活塞已經在查找表中的值的適應可在標定進程中發生。在第二實施例中,可以采用較小的查找表來工作,例如,如果所有的傳感器都是相同構造的類型的情況下。如果所有的傳感器都是相同的類型,可以預期的是,如果磁體被引導通過它們相應的測量區域,則傳感器則會以相同方式操作。在磁體的位置中在相應的測量區域中的遞增的改變應當導致相應傳感器的生成的傳感器信號的值的相同的變化。這樣的查找表的使用是方便的,根據該查找表能夠讀出當傳感器提供具有預定值的信號時,傳感器在傳感器的測量區域中所處于的位置。關于引導傳感器在測量區域中的位置的信息可從而被聯系到沿著傳感器行的引導傳感器的位置的信號,以及從而磁體的絕對位置可以被確定。可以從查找表讀出,例如應當被視為引導的第二傳感器的當前生成的值對應于第二傳感器的參考點(通常是傳感器的中點)左側7mm的磁體的位置,并且如果已知(例如通過在另一查找表中查找)第二傳感器的參考點是距傳感器行的左邊緣20mm,則能夠從該信息確定磁體距傳感器行的左邊緣13mm遠。在該實施例中,該查找表包含相對于參考點僅一次的在傳感器的測量區域中的磁體的傳感器信號與位置的可能值的并置。在該實施例中,該查找表可在不考慮哪個傳感器被確定為引導的情況下被訪問。然而,本發明使用示例性實施例的事實,即所有的傳感器時相同的類型并且從而以相同的方式反應。因此,查找表的范圍可被減少。另一查找表的提供也可保持為較小并且實質上包含對于每個傳感器的入口,該查找表包括相應的傳感器的參考點相對于傳感器行的位置,并且從而規定這樣的值,從第一查找表中讀出的值必須被添加該值,以確定磁體相對于傳感器行的絕對位置。當采用這里描述的查找表的第二實施例時,可能需要補償在相同類型的傳感器之間的在制造過程中導致的差值,以能夠針對所有的傳感器采用一個單個的查找表。優選的實施例從而能夠給出這樣的啟示,確定在測量時磁體相對于傳感器行的位置在于,關于從引導信號的值得到的值,用于確定磁體相對于傳感器行位置的位置值從查找表中讀出。該得到的值可通過經由標定因數的因數化而生成。得到的值的生成可用于提高值的可比較性。已知的是,磁場感應的傳感器可能具有在制造過程中導致的偏移,或者取決于環境溫度而可能具有在相同磁體位置處的不同的量。這些差值由于制造過程周圍環境而導致,甚至當周圍環境條件相同時,這些差值可能在傳感器之間不同,這些差值可通過生成得到的值而被消除或至少被降低。從而,在標定測量中,可以想到在已知環境條件和磁體的已知位置處確定針對每個傳感器的單獨的標定值。該得到的值可以例如通過相應的信號在測量時生成的值除以針對該相應傳感器的相應的標定值而生成。替代的方法可例如包括標準化這些值。為此,可以檢查這兩個值(即,第一傳感器信號在測量時生成的值和第二傳感器信號在測量時生成的值)中的哪一個是較大的值。一旦該值確定,兩個值除以該值。這使得從在測量時具有較大值的傳感器得到的值變為1,而在測量時提供較低信號的傳感器的得到的值在量上小于1。這樣的歸一化可能在生成相對值時增加額外的計算操作。然而,取決于選擇用于生成實際相對值的方法,這樣的歸一化也可簡化需要進一步執行的計算操作。
在優選的實施例中,其中,相對值從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第一傳感器信號的值的、第一傳感器在測量時的第二中間信號的值,以及從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第一中間信號的值,以及從已經用于生成第二傳感器信號的值的、第二傳感器在測量時的第二中間信號的值,而形成,由于制造或環境溫度的影響導致的偏移的標定和考慮活塞信號傳遞至a/d轉換器的影響(如果采用a/d轉換器將相應的中間信號轉換為數字中間信號)可能發生,其中相應的中間信號被標定,特別優選地通過從中間信號減去或者被加到中間信號的偏移值和/或通過中間信號乘以標定因子來實現。如果偏移值從中間信號減去或者被加到中間信號,并且中間信號乘以一因子,則取決于對于通過乘以該因子所意于補償的效果,乘以該因子的操作可在偏移值的加法或減法之前或之后進行。
在替代于采用查找表的優選實施例中,磁體相對于傳感器行在測量時刻的位置可通過引導信號的值或從方程中采用的引導信號的值得到的值而確定。在一些傳感器的情況下,可以將傳感器信號的相應的值和在傳感器的測量區域中磁體的相應位置之間的關系表達為一方程,或者表達為通過采用得到的值生成線性相關。這從而使得能夠通過將在測量時生成的值插入方程中來確定在傳感器的測量區域中磁體的位置。
如果采用具有重疊區域的前述類型的實施例,則在特別優選的實施例中,可以想到,在已經確定磁體位于重疊區域中的情況下,可以將磁體相對于傳感器行的位置根據一個傳感器的傳感器信號的值形成到重疊區域所屬的測量區域,以及將磁體相對于傳感器行的位置根據另一個傳感器的傳感器信號的值形成到重疊區域所屬的測量區域。例如,可從兩個值形成平均值,并且以這種方式確定的值可在查找表中使用。可以類似地想到,在查找表中,關于一個傳感器的信號的值,確定該值所對應的磁體的位置,以及關于另一傳感器的信號的值,確定該值對應的磁體的位置,以及根據這兩個位置形成平均值。
可以想到的這樣應用的情況,其中傳感器行被集成到一桿中,并且將桿表面上平行于行方向延伸的行限定為測量路徑,并且測量任務被設定為發現沿著該測量路徑在將被確定的位置中磁體最接近哪個點,其中磁體被設計為環形形狀并且沿著桿可移位。由于磁體相對于傳感器行的相對位置意于能夠在行方向的方向上或在平行于行方向的方向上變化,在這樣的實施例中,優選地在磁體和桿之間設置一間隙,使得如果需要的話,在測量路徑和磁體之間沒有直接接觸。在這樣的實施例中,在將被確定的位置中,將總是存在這樣的點,磁體或磁體的參考點(例如其體積中點)最接近該點,而該點更遠離其他點。
磁體相對于傳感器行的相對位置可以在行方向的方向上或平行于行方向的方向上改變。例如,可以想到這樣的實施例,其中磁體被布置在接近傳感器行的一側上。在這樣的實施例中,在該方法中采用的裝置可具有引導件,其用于引導磁體,并且當磁體相對于傳感器行移動時引導磁體,使得磁體平行于行方向移動。然而,也可以想到這樣的實施例,其中采用環形磁體作為磁體,該環形磁體環繞傳感器行并且其重心位于傳感器行上。在這樣的實施例中,環形磁體的移動可通過傳感器行引導,或者通過環繞傳感器行的殼體來引導,使得磁體在行方向上移動,即位于傳感器行上的重心在行方向上移動。在該情況下,如果磁體(也被稱為發送器)在相對于行方向成角度的方向上移動,但是具有指向行方向的移動向量,則本發明的優勢已經能夠實現。在該情況下,優選的情況是,如果指向行方向的移動向量大于指向垂直于行方向的移動向量。例如,可以想到這樣的應用情況,其中磁體被設計為浮動件,并且其中意于確定液體的液面(磁體浮在該液面上),其中接收液體和磁體的容器具有在一定程度上大于磁體的直徑。如果,在該情況下,例如,傳感器行設置在容器壁中,磁體和傳感器行之間的間距在液面變化時可以變化,因為磁體可以通過由容器的較大的直徑提供的自由空間而在液體的表面上進行移動。在這樣的應用情況下,磁體將不會完美地平行于傳感器行移動。然而,根據本發明的方法也可用于這樣的應用情況下。可比較的情況應用于這樣的測量任務的情況,其中環形磁體沿著設計為桿的傳感器行移動,但是由于為該移動提供的間隙,其與傳感器行的間隔略微地改變。
為了使本發明成功,所需要的是磁體和傳感器行之間的相對位置改變。無需磁體相對于靜止的傳感器行移動。在優選的實施例,磁體相對于傳感器行可移動。在替代的實施例,傳感器行相對于磁體可移動。最終,能夠想到這樣的實施例,其中磁體和傳感器行兩者都可在一坐標系中移動,該坐標系并不固定地連接到磁體并且不固定地連接到傳感器行,使得磁體相對于傳感器行的相對位置改變。
根據本發明的方法可以立刻進行。如果存在第一傳感器信號和第二傳感器信號,那么可采用該方法來確定在第一傳感器生成第一傳感器信號且第二傳感器生成第二傳感器信號的時刻點磁體所位于的位置。在優選的實施例中,相應傳感器的相應傳感器信號連續地生成,特別優選地作為模擬信號生成。結果是,能夠持續地進行對磁體所處于位置的確定。為此,傳感器信號由評估單元以掃描頻率而掃描。在優選的實施例中,傳感器信號以大于200hz的掃描頻率,特別優選地大于500hz,特別優選地大于1khz,以及最特別優選地大于5khz的掃描頻率掃描。在優選地實施例中,基于在掃描中確定的傳感器信號的每個數據組,進行對在形成生成的數據組的基礎的傳感器信號的時刻磁體所位于的位置的確定。
在優選的實施例中,生成磁支持場,其場方向在磁場感應傳感器的區域中大致指向行方向的方向。可以顯現的是,特別是具有磁場感應傳感器的特定設計,特別優選地具有amr傳感器(由于缺乏南﹣北差異,其在該傳感器原理中是固有的),支持場的采用改善了傳感器信號的特定性質,并且從而使用較少數量的傳感器而得到更大的明確的可評估測量區域。在該情況下,已經示出了,如果傳感器主要檢測垂直于使用的測量的磁化方向取向的場向量,則該效果能夠更好地實現。
在優選的實施例中,該磁體具有指向平行于行方向的方向或者指向行方向的磁化。特別優選地,在磁體的液面處由磁場感應傳感器元件的區域中,由磁體生成的磁場大致指向行方向的方向或與行方向相反的方向。特別優選地,至少在磁場感應傳感器元件的區域中的位置處,其場強度在量上小于在位置處支持場的場強度。已經能夠觀察到,當磁體被設計為在平行于行方向的方向上軸向地被磁化時,該磁體在靠近傳感器的區域中精確地在軸向方向上生成強場。當采用磁支持場時,在磁場感應傳感器的區域中的場方向上,該磁支持場大致指向行方向的方向,當磁體的極性相應地取向時,這可帶來對支持場的加強。如果磁場的極性旋轉180°,則由磁體生成的磁場帶來對支持場的弱化。因此,傳感器信號在區域上的演變的特征線總體上變得更陡。因此,可能導致更大的不確定性,尤其是在較窄的磁體和傳感器之間的更大的間隔的情況下。同時,特征線將在測量區域的端部的區域中變平坦。如果支持場相比于磁體的軸向平行的場被加強,則該效應可被降低。然而,同時,傳感器的調制惡化,這意味著偏移誤差和偏移漂移可能以更加限制的方式發生。
在另一優選的實施例中,該磁體具有指向垂直于行方向的方向或者相對于移動方向成徑向的磁化。特別優選地,在磁體的液面處由磁場感應傳感器元件的區域中,由磁體生成的磁場大致垂直于行方向指向。特別優選地,至少在磁場感應傳感器元件的區域中的位置處,其場強度在量上小于在位置處支持場的場強度。在該布置中,支持場特別優選地垂直于行的縱向方向取向。在發送器磁體,該磁體以相對于行的縱向方向成旋轉對稱的方式形成或布置為徑向對稱和/或繞傳感器行的縱向軸線自由地可旋轉的情況下,該布置是特別有優勢的,因為由于在該情況下對稱的原因,沒有生成正交于行的縱向方向的可評估的場向量。
在優選的實施例中,特別是當在壓縮空氣或液壓缸中的活塞位置時,磁體是軸向磁化的盤形磁體、條形磁體或環形磁體,其相對于運動方向軸向的對稱并且其在傳感器行旁邊沿其側向地引導。
在進一個優選的實施例中,如果磁體發送器對稱地布置并且繞行的縱向方向自由地可旋轉,特別是在確定用于液體的填充水平度量的浮動件的位置的情況下,徑向磁化的環或徑向對稱布置的多個單獨的磁體優選地用作磁體。
在優選的實施例中,磁體感應傳感器時磁控電阻傳感器,每個傳感器具有橋(巴伯極(barberpole)帶或45°帶,或正弦橋)。當使用這樣的傳感器時,優選的是,并非意于小于將被測量的最強磁場的支持場橫向于將被測量的場方向作用。
在優選的實施例中,磁場感應傳感器使用gmr或tmr效應。這些傳感器不一定需要用于安全操作的支持場,但是支持場的使用可用于將傳感器敏感度以及從而測量區域(特別是測量區域的較大的線性部分)適應于形成的場強度。
在優選的實施例中,磁場感應傳感器使用霍爾傳感器,或磁控電阻的形式,高斯效應與其相關聯。
在優選的實施例中,磁控電阻被用作磁場感應傳感器。在特別優選的實施例中,采用具有巴伯極帶的amr傳感器(各向異性磁控電阻傳感器)。在優選的實施例中顯出的由支持場生成的支持場可用于這樣的實施例中,以在每個發送器位置確保傳感器材料的可靠的磁體飽和。
磁場感應傳感器,特別是磁控電阻傳感器,特別是巴伯極帶式傳感器,經常具有這樣的特征線的演變,對于由磁場生成發送器生成的傳感器中磁場的磁場向量的每個磁場強度,該特征線的演變反映了由傳感器生成的傳感器信號的強度相對于能夠被傳感器生成的最大傳感器信號的關系的值,該演變僅在磁場向量的部分較小的場強度區域是基本上線性的,并且在靠近基本上線性行進的特征線的區段處非線性地行進。
在優選的實施例中,相應的傳感器具有磁控電阻元件的半橋布置(惠斯通電橋)或這種磁控電阻元件的半橋電路。
在優選的實施例中,磁場感應傳感器時磁控電阻傳感器。特別地,相應的傳感器可具有“各向異性磁控電阻效應”(amr效應)或“巨磁控電阻效應”(gmr效應)。然而,傳感器元件可具有其他的效果,例如,例如巨磁阻抗(gmi),隧道磁電阻效應(tmr)或霍爾效應。
當磁體設計為浮動件,當確定液面的高度時,根據本發明的方法時特別優選地使用。也可使用根據本發明的方法,例如,在這樣的測量情況下,其中進行對可移動的物體是否超過開關點(參考點)的檢查。例如,當檢查開關或閥(其目的是檢查開關或閥是否超過預定的開口位置)時,這可被使用。進一步優選的領域的使用是,確定與在減震器、壓縮空氣或液壓缸中的活塞的給定位置相比的絕對位置或相對位置,其中活塞包含發送器磁體并傳感器行被附接到缸體的外壁。根據本發明的方法也可被用作電位計的替換。
附圖說明
本發明在下文中通過使用附圖而更詳細地描述,該些附圖僅僅示出了本發明的示例性實施例。在附圖中:
圖1:示出了裝置的示意性平面圖,該裝置諸如可用于執行根據本發明的方法,
圖2:示出了具有傳感器和磁體的示于圖1的裝置的局部視圖,
圖3:示出了一圖表,其示出了第一中間信號的演變(正弦信號),其中根據圖2的傳感器的第一部分取決于磁體相對于傳感器的位置而生成,
圖4:示出了一圖表,其示出了第二中間信號的演變(余弦信號),其中根據圖2的傳感器的第二部分取決于磁體相對于傳感器的位置而生成,
圖5:示出了由第一中間信號和第二中間信號生成的傳感器信號(正切信號)的演變的圖表,
圖6:示出了傳感器的電阻的空間布置的示意圖,該傳感器諸如可用于根據本發明的裝置中,
圖7:示出了根據圖6的傳感器的電阻的互連的示意圖,該傳感器諸如可用于根據本發明的裝置中,
圖8:示出了并置的圖表對比,總結地示出了通過裝置(諸如可用于執行根據本發明的方法)生成的第一傳感器、第二傳感器、和第三傳感器的傳感器信號的演變,以及一圖表示出了從傳感器的中間信號確定的第一傳感器、第二傳感器、和第三傳感器的相對值的演變,
圖9:示出了圖8的視圖,其中圖表沒有示出演變而是示出了在測量時的測量值,
圖10:示出了并置的圖表對比,總結地示出了第一傳感器、第二傳感器和第三傳感器的傳感器信號的演變,以及一圖表示出了第一幅值與第二幅值的幅值比例的演變、第一幅值與第三幅值的幅值比例的演變、和第三幅值與第二幅值的幅值比例的演變,以及查找表,以及
圖11:示出了查找表的圖表復現,通過該查找表能夠根據引導傳感器信號的值確定磁體的位置。
具體實施方式
圖1示出了諸如可用于執行根據本發明的方法的裝置。該裝置具有傳感器行1。第一磁場感應傳感器2、第二磁場感應傳感器3和第三磁場感應傳感器4布置在傳感器上,在行方向上從彼此分隔開。在圖1中示出的實施例是線性延伸的傳感器行1。未示出的額外的傳感器可在行方向a上跟隨第三傳感器4。
該裝置具有磁體5。這可相對于傳感器行在雙箭頭b的方向上以及從而在平行于行方向a的方向上移動。
磁體生成磁場(未詳細地示出),其中,在這里示出的實施例中,磁體的磁化方向(從磁體的北極指向南極的方向)對應于磁體5的移動b的方向以及從而平行于行方向a行進。
五個區域通過覆蓋在傳感器1行上方的區域s1、區域s1﹢s2、區域s2、區域s2﹢s3和區域s3來指示。為了確定磁體5相對于傳感器行的位置,如果磁體5定位為最靠近區域s1,第一傳感器2的信號被用作引導信號。為了確定磁體5相對于傳感器行的位置,如果磁體5定位為最靠近區域s1﹢s2,第一傳感器2的信號或第二傳感器3的信號或從第一傳感器2和從第二傳感器3得到信號將被用作引導信號。為了確定磁體5相對于傳感器行的位置,如果磁體5定位為最靠近區域s2,第二傳感器3的信號被用作引導信號。為了確定磁體5相對于傳感器行的位置,如果磁體5定位為最靠近區域s2﹢s3,第二傳感器3的信號或第三傳感器4的信號或從第二傳感器3和從第三傳感器4得到信號將被用作引導信號。為了確定磁體5相對于傳感器行的位置,如果磁體5定位為最靠近區域s3,第三傳感器4的信號被用作引導信號。
圖2、3、4和圖5,當一起觀察時,示出了單獨傳感器的傳感器信號(圖5)的生成。例如,圖2示出了第一傳感器2、靠近第一傳感器2的傳感器行1的區域以及磁體5以及平行于行方向a行進的其移動方向b。在圖3、4和圖5中示出的圖表將傳感器2的中點作為參考點。
傳感器2的示意性設計在圖6和圖7中示出,其配置為旋轉角度傳感器。傳感器3和4具有相同的設計。相應的傳感器具有生成第一中間信號的第一部分(電阻r1、r2、r3、r4)以及生成第二中間信號的第二部分(電阻r5、r6、r7、r8),第一中間信號的演變和第二中間信號的演變與由磁體5生成的磁場的方向無關。第一中間信號基本上具有對于施加的電壓(usin)的正弦類型的演變(參見圖3)。第二中間信號基本上具有對于施加的電壓(ucos)的余弦類型的演變(參見圖4)。如圖7可以看出的,第一部分的中點對應于第二部分的中點。電阻是使用amr效應的電阻。
傳感器2的正弦和余弦類型的中間信號(圖3和圖4示出了在多個環境溫度(25℃、﹣40℃、85℃、125℃)下其演變)可用于確定在傳感器2的位置處的場方向的演變。場角度可通過經由正切計算將在相應測量時的兩個中間信號的值相除而以簡單的方式實現(場角度=0.5×arctan(uasin/uacos))。以這種方式計算的傳感器信號的演變在圖5中示出(類似地用于多種環境溫度)。
圖6在該情況下示出了第一部分(電阻r1、r2、r3、r4)的惠斯通電橋相對于第二部分(電阻r5、r6、r7、r8)的惠斯通電橋的空間布置。此外,傳感器行的行方向a和磁體5的移動方向b在圖6中示出。惠斯通電橋,行方向a和磁體的移動方向b大致定位在一個平面上。
圖7示出了電阻的點互連,而沒有電阻的精確空間布置的復現。交替的電壓usin和ucos分別應用到電橋。第一中間信號在圖7的左電路中的點vcc處分接,并且第二中間信號在圖7的右電路中的點vcc處分接。
圖3示出了第一中間信號(正弦信號)與磁體5相對于傳感器2的中點(0位置)的相對位置在多種環境溫度下的關系。圖4示出了第二中間信號(余弦信號)與磁體5相對于傳感器2的中點(0位置)的相對位置在多種環境溫度下的關系。圖5示出了傳感器2的傳感器信號的值(其通過經由正切計算將兩個信號值相除而計算)與磁體5相對于傳感器2的中點(0位置)的相對位置在多種環境溫度下的關系。可以意識到的是,傳感器2對于特定的區域(在這里示出的示例性實施例中繞傳感器2的中點約﹣12mm到﹢12mm的區域)提供獨特的信號。通過采用適當的查找表或適當的轉換因子,對于繞傳感器2的中點的﹣12mm到﹢12mm的區域,可以明確地確定磁體5相對于傳感器2的中點的位置。如果已知傳感器2的中點在傳感器行1的位置已知,那么,通過評估傳感器2的傳感器信號,從而可以確定磁體5相對于傳感器行1的絕對位置,如果其位于繞傳感器2的中點的﹣12mm到﹢12mm的區域中。通過適當地選擇傳感器和與其相關聯的區域(其中傳感器可明確地確定磁體相對于傳感器的位置),以及通過適當地在行方向上一個接一個地布置兩個或更多的傳感器,能夠生成測量區域,其中,關于磁體在該測量區域中的每個位置,至少一個傳感器可提供特定的信號用于確定磁體相對于傳感器的位置。已知多個單獨的傳感器在傳感器行上的位置,如果磁體位于測量區域中,從而能夠明確的確定磁體相對于傳感器行的絕對位置。
在其上部區域中,圖8示出了一圖表,其示出了第一傳感器(w1_norm)、第二傳感器(w2_norm)和第三傳感器(w3_norm)的歸一化的傳感器信號的演變。歸一化的信號被生成,其中通過正切計算得到的角度除以180°,π或者從而被歸一化到0到1的值范圍內。必須意識到,在文中描述的實施例中,傳感器的個體測量區域,在其延伸方面(繞相應傳感器的中點﹣12mm到﹢12mm),以及傳感器相對于彼此的布置,被選擇為使得至少一個傳感器在區域s1、s1﹢s2、s2、s2﹢s3、s3中的每一個中提供允許磁體5相對于傳感器的位置被明確確定的信號。傳感器3的中點被選擇為參考點。在區域s1中,第一傳感器2提供了這樣的信號,該信號允許磁體相對于其的位置被明確確定、以及在已知傳感器2的中點在傳感器行1上的位置的情況下允許磁體相對于傳感器行1的位置被確定。在區域s2中,第二傳感器3提供了這樣的信號,該信號允許磁體相對于其的位置被明確確定、以及在已知傳感器3的中點在傳感器行1上的位置的情況下允許磁體相對于傳感器行1的位置被確定。在區域s3中,第三傳感器4提供了這樣的信號,該信號允許磁體相對于其的位置被明確確定、以及在已知傳感器4的中點在傳感器行1上的位置的情況下允許磁體相對于傳感器行1的位置被確定。
在區域s1﹢s2中,第一傳感器的信號從明確測量區域(到其左側)跳變到該信號不能夠被用于良好地確定位置的區域(到跳變的右側的區域)。類似地,在區域s1﹢s2中,第二傳感器的信號從明確測量區域(到其右側)跳變到該信號不能夠被用于良好地確定位置的區域(到跳變的左側的區域)。為了圖示的目的,區域的限制被選擇為略遠并且將理想地盡可能從右側或從左側盡可能近地拉向相應的跳變。然而,可以識別的是,在兩個跳變之間,第一傳感器(w1_norm)的信號和第二傳感器(w2_norm)的信號兩者均位于這樣的區域中,其中位置可以通過具有對相應信號的求助而良好地確定。兩個信號均用于確定位置。
在區域s2﹢s3中,第二傳感器的信號從明確測量區域(到其左側)跳變到該信號不能夠被用于良好地確定位置的區域(到跳變的右側的區域)。類似地,在區域s2﹢s3中,第三傳感器的信號從明確測量區域(到其右側)跳變到該信號不能夠被用于良好地確定位置的區域(到跳變的左側的區域)。為了圖示的目的,區域的限制被選擇為略遠并且將理想地盡可能從右側或從左側盡可能近地拉向相應的跳變。然而,可以識別的是,在兩個跳變之間,第二傳感器(w2_norm)的信號和第三傳感器(w3_norm)的信號兩者均位于這樣的區域中,其中位置可以通過具有對相應信號的求助而良好地確定。兩個信號均用于確定位置。
為了簡化參考,來自于圖1的視圖在圖8的中間再次示出。
在其下部區域,圖8示出了一圖表,其示出了第一傳感器2(a1_norm)、第二傳感器3(a2_norm)、和第三傳感器4(w3_norm)的歸一化幅值取決于磁體相對于參考點(傳感器3的中點)的位置的演變。幅值(a)通過在測量時的傳感器的第一中間信號的值(w1)的平方和第二中間信號的值(w2)的平方的和的平方根((a=(w12﹢w22)1/2)而計算,或換句話說:a=(w1^2﹢w2^2)^1/2)。歸一化的幅值基于歸一化的中間信號w1和w2,該中間信號w1和w2大致為正弦形狀和余弦形狀的。中間信號的歸一化通過上游標定輪而實現,其中所有傳感器的研究的中間信號w1和w2的最大因子被計算。通過此,所有的中間信號在區域﹢/﹣1內相對于彼此歸一化,其從而引起根據前述的計算規則、由此移動引起的在0到1之間的值范圍內的歸一化的幅值。
圖8示出了沿著移動方向b對于磁體5的可能位置引起的相應值的演變(w1_norm、w2_norm、w3_norm、a1_norm、a2_norm、a3_norm)。除了在圖8中示出的之外,圖9示出了在測量時(即在磁體5占據圖9示出的位置的測量時)獲得的值。這些值以點示出。在同時,由x強調了在測量值的演變中的相應值也將導致磁體5相對于傳感器行的其他位置。因此,可以清晰地看出存在不確定性。
對于根據本發明的方法,現在可以意識到的是,除了該不確定性,可以明確地確定磁體5相對于傳感器行的位置。通過根據本發明的方法,對于相應的測量時刻,信號或傳感器被確定為引導,其中傳感器在測量時的值位于傳感器的明確測量范圍內(在圖5示出的演變中,例如繞相應傳感器2的中點從﹣12mm到﹣12mm的演變)。在圖9示出的測量時刻,其將是第三傳感器的值。
在根據本發明的方法中,在第一檢查中,第一傳感器信號在測量時生成的值(信號w1_norm的值)與第一參考值(這里為0.5)比較。在第二檢查中,第二傳感器信號在測量時生成的值(信號w2_norm的值)與第二參考值(這里為0.5)比較。在第三檢查中,第三傳感器信號在測量時生成的值(信號w2_norm的值)與第二參考值(這里為0.5)比較。
在圖8和圖9的上圖的歸一化視圖中,值1對應于值180°,并且值0.5對應于值90°。度的值涉及由磁體5生成的磁場的場方向(由相應的傳感器在測量時測量)相對于優選方向的角度。在第一檢查中,從而進行檢查,例如以確定在第一傳感器處磁場的磁場方向和第一傳感器的優選方向之間的角度是否大于90°(以歸一化的表述:大于0.5)。如果是這樣的情況,值1作為檢查的結果輸出,并且如果不是這樣的情況,則值0作為檢查的結果輸出。對于每個傳感器的優選方向是相同的。
如圖9所示:
·第一傳感器信號在測量時<0.5,從而第一檢查的結果為0,
·第二傳感器信號在測量時<0.5,從而第二檢查的結果為0,并且
·第三傳感器信號在測量時>0.5,從而第三檢查的結果為1。
然而,該結果仍然是不明確的。如果磁體位于在圖9中以豎直的虛線在上部圖表中示出的位置中,則會生成相同的結果。這里也是:
·第一傳感器信號<0.5,從而第一檢查的結果將給出0,
·第二傳感器信號<0.5,從而第二檢查的結果將給出0,
·第三傳感器信號>0.5,從而第三檢查的結果將給出1。
根據本發明的方法從而提出了,進行對傳感器信號、或從傳感器信號得到的信號或從傳感器的中間信號得到的信號進行進一步的檢查,以明確地確定哪個信號被作為是引導信號,或是磁體是否位于中間區域中(區域s1﹢s2或區域s2﹢s3)。
防止不明確性的可能性包括在測量時確定傳感器的幅值(a)并且將它們彼此比較,其中,幅值(a)通過在測量時的傳感器的第一中間信號的值(w1)的平方和第二中間信號的值(w2)的平方的和的平方根((a=(w12﹢w22)1/2)而計算,或換句話說:a=(w1^2﹢w2^2)^1/2)。
圖10在圖表的中間示出了,如也從圖8的上部圖表已知的。在頂部,圖10示出了一圖表,其示出了第一幅值是否大于第二幅值的問題的二進制答案,并且示出了第三幅值是否大于第一幅值的問題的二進制答案。第一幅值與第二幅值的比例是相對值。圖10從而示出了,對于磁體相對于傳感器行的多個位置,相對值是否大于參考值(這里:1)的問題的二進制答案(1=是;0=否)。第三幅值與第一幅值的比例是第二相對值。圖10從而示出了,對于磁體相對于傳感器行的多個位置,第二相對值是否大于參考值(這里:1)的問題的二進制答案(1=是;0=否)。圖10在下部區域中示出了查找表。其中,區域s1被劃分為區域c1和c2。區域s2被劃分為區域c3和c4。區域s3被劃分為區域c5和c6。可以意識到的是,對于每個值組合對于每個區域從以下結果存在獨特的數的組合:
·第一檢查的結果(第一傳感器的信號的值是否大于針對90°的場角度將輸出的信號?),
·第二檢查的結果(第二傳感器的信號的值是否大于針對90°的場角度將輸出的信號?),
·第四檢查的結果(第三傳感器的信號的值是否大于針對90°的場角度將輸出的信號?),
·第三檢查的結果(在測量時第一信號的幅值與在測量時第二信號的幅值的幅值比例是否大于1?),
·第五檢查的結果(在測量時第三信號的幅值與在測量時第一信號的幅值的幅值比例是否大于1?)。
在另一區域中沒有數的組合的重復。因此,通過這五個檢查,能夠明確地表明磁體所位于的區域。在該表中,“x”代表對其確定并不重要的值,因為他們所屬的數的組合在其本身來說已經是獨特的。
在進一步的查找表中,能夠得出以下結論:
·對于區域c1或c2,第一傳感器的信號被用作引導信號,并且位置根據第一傳感器的信號而確定,
·對于區域c3或c4,第二傳感器的信號被用作引導信號,并且位置根據第二傳感器的信號而確定,
·對于區域c5或c6,第三傳感器的信號被用作引導信號,并且位置根據第三傳感器的信號而確定,
·對于區域s1﹢s2,位置根據第一和第二傳感器的信號而確定,
·對于區域s2﹢s3,位置根據第二和第三傳感器的信號而確定。
如果位置從一個傳感器信號(區域c1、c2、c3、c4、c5、c6)直接確定,這可經由查找表而實現。對于傳感器信號的值,與傳感器信號的該值相關聯的位置值相對于參考點以先前選擇的增量方式被存儲在查找表中。圖11示出了在這樣的查找表的背后的傳感器信號和位置值之間的關系的圖形化繪示。例如,如果引導信號的信號值為0.15,那么對于值0.15存儲的位置值(在該情況下﹣9)可從查找表中讀出。這意味著,在測量時,磁體距生成引導信號的傳感器的參考點﹣9mm的距離。在進一步的查找表中,可以實現的是,生成引導信號的傳感器的參考點的位置可從傳感器行的絕對坐標系統中讀出并且與位置值相加。如果在該示例中生成信號的傳感器的參考點距傳感器行的起始點20mm的距離,結果是,在測量時磁體距傳感器行的起始點的距離為﹣9mm﹢20mm=11mm。
如果位置從兩個傳感器的信號確定,那么首先形成傳感器信號的信號值的平均值,并且位置基于從而形成的平均值通過從相同的查找表中讀取而確定,采用平均值來代替信號的平均傳感器值。