CN101287978A - 用于磁化可磁化元件的装置和传感器设备 - Google Patents

Abstract

一种用于磁化可磁化元件以生成磁编码区域的装置，该装置包括用于电接触可磁化元件的至少两个不同部分的电连接元件，以及连接到该电连接元件并用于将至少两个不同电信号施加到所述至少两个不同部分以在该可磁化元件的所述至少两个不同部分中生成至少两个不同的磁编码区域的电信号供应单元。

Description

用于磁化可磁化元件的装置和传感器设备

技术领域

本发明涉及用于磁化可磁化元件的装置、传感器设备、磁化可磁化元件的方法，以及确定可运动物体的物理参数信息的方法。本发明尤其涉及用于测量角位置和轴向位置的棋盘编码以及测量机械力。

背景技术

磁换能器技术应用在扭矩和位置的测量中。特别是对于轴中的或任何进行扭转或线性运动的其它部件中的扭矩的非接触测量，进行了磁换能器技术的研究。旋转的或往复运动的元件可以设置有磁化区域，即磁编码区域，当轴旋转或往复运动时，这种磁编码区域在磁场检测器(如电磁线圈)中产生特征信号，以使得能够确定轴的扭矩或位置。

例如，在编号为WO 02/063262的专利文件中公开了这种类型的传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于磁化可磁化元件的有效装置、一种有效的传感器设备、一种磁化可磁化元件的有效方法，以及一种确定可运动物体的物理参数信息的有效方法。

该目的可以通过提供根据独立权利要求的一种用于磁化可磁化元件的装置、一种传感器设备、一种磁化可磁化元件的方法，以及一种确定可运动物体的物理参数信息的方法来实现。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于磁化可磁化元件以生成磁编码区域的装置，该装置包括：用于电耦合可磁化元件的至少两个不同部分的电耦合元件，以及连接到电耦合元件、并适于将至少两个不同电信号耦合到至少两个不同部分以在可磁化元件的至少两个不同部分中生成至少两个不同的磁编码区域的电信号供应单元。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于确定可运动物体的至少一个物理参数信息的传感器设备，该传感器设备包括：设置于可运动物体上的至少两个磁编码区域、至少两个磁场检测器，以及物理参数信息确定单元，其中，当随可运动物体运动的所述至少两个磁编码区域通过所述至少两个磁场检测器的周围区域时，所述至少两个磁场检测器用于检测由所述至少两个磁编码区域生成的信号。而且，物理参数信息确定单元用于根据检测的信号确定可运动物体的至少一个物理参数信息。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种用于磁化可磁化元件以生成磁编码区域的方法，该方法包括以下步骤：将可磁化元件的至少两个不同部分电耦合到电信号供应单元，以及借助于该电信号供应单元将至少两个不同的电信号耦合到所述至少两个不同部分，以在该可磁化元件的所述至少两个不同部分中生成至少两个不同的磁编码区域。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种用于确定可运动物体的物理参数信息的方法，该方法包括：当随可运动物体运动的至少两个磁编码区域通过至少两个磁场检测器的周围区域时，借助于所述至少两个磁场检测器来检测由所述至少两个磁编码区域生成的信号。而且，该方法包括根据检测的信号来确定可运动物体的物理参数信息。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于磁化可磁化元件以生成磁编码区域的方案，其中，多个不同的电耦合元件被耦合到将被磁化的物体的表面上的不同部分。对于每个部分，可以分别采用独立的磁化方案，例如电流或电压。因此，对将被磁化的物体的不同表面区域可以设置在磁场强度、极性等方面不同的磁编码区域。相信这将允许建立磁化物体的用户定义的磁化的表面结构，使得能够灵活地生成期望的磁场信号图案。

本发明的一个特征是由磁编码区域限定的结构可以充分展示每种期望的形式。特别地，可磁化元件中生成的磁场的结构可以是非均匀的，即该结构不必关于可磁化元件是均匀的。而且，该结构关于可磁化元件可以是放射状的、轴向的或切向的设置。

下文将描述用于磁化可磁化元件的装置的其它示例性实施例。然而，这些实施例还适用于传感器设备，适用于磁化可磁化物体的方法以及确定可运动物体的物理参数信息的方法。

根据示例性实施例，耦合元件可以被设计为接触元件，即适于被连接到可磁化元件并形成欧姆接触的元件。根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于磁化可磁化元件以生成磁编码区域的装置，该装置包括：用于电接触可磁化元件的至少两个不同部分的电连接元件，以及连接到该电连接元件、并用于将至少两个不同电信号施加到所述至少两个不同部分以在该可磁化元件的所述至少两个不同部分中生成至少两个不同的磁编码区域的电信号供应单元。

根据又一个示例性实施例，耦合元件被设计为非欧姆元件，即这样的元件，其用于以电感或电容的方式来将信号引入可磁化元件而不进行直接的欧姆接触，例如以接近于可磁化元件而布置的导线的形式。根据该实施例，电耦合元件是适于被以非欧姆方式连接到至少两个不同部分的电非欧姆元件，且电信号供应单元用于将至少两个不同信号以非欧姆方式引入到所述至少两个不同的部分中。该非欧姆耦合可以是电感式耦合和/或电容式耦合。当采用电容式耦合时，采用多个电信号使得可以增加磁编码区域的可用的磁化是有益的。

根据该装置的再一个示例性实施例，电耦合元件是被设置为与可磁化元件的轴平行的导线。

根据该装置的另一个示例性实施例，其中，电耦合元件是被设置为与可磁化元件的轴相切的导线。

使用导线作为电耦合元件提供了采用电感方式对可磁化元件进行编码的有效途径。导线可以关于可磁化元件的纵轴平行、切向或轴向地设置。这样，可以生成放射状、轴向或切向方向的磁编码区域。

根据该装置的又一个示例性实施例，所述至少两个不同电信号的强度基本相等，即，采用电流值基本相等的电信号。在这种情况下，优选地，这两个不同的电信号在施加到电耦合元件的电流的方向上不同。

根据该装置的另一个示例性实施例，电耦合元件被设置于第一电耦合元件组和第二电耦合元件组中，其中，预定强度的电信号被施加到第一组的电耦合元件上，且具有该预定强度的电信号被施加到第二组的电耦合元件上，其中被施加到第一组的信号具有与被施加到第二组的信号相反的方向。

根据该装置的又一个示例性实施例，在第一组的每两个电耦合元件之间设置第二组的一个电耦合元件，即，第一组和第二组的电耦合元件沿可磁化元件的圆周或沿可磁化元件的纵轴以交替顺序设置。

根据该装置的再一个示例性实施例，耦合元件围绕可磁化元件被等间隔地设置，或不等间隔地设置，或以对数关系间隔设置。存在一些可以被引入可磁化元件的非均匀结构，即非均匀场编码的实例。

可以对电连接元件进行连接以形成电连接元件组，其中每个电连接元件组可以被分配给所述至少两个不同部分中的相应的一个，其中电连接元件组中的至少一个电连接元件用于将相应的电信号从电信号供应单元导向到相应的部分，并且电连接元件组中的至少一个电连接元件用于将相应的电信号从相应的部分导向电信号供应单元。

通过采取这种措施，可磁化元件的不同部分可以被独立地磁化，基本不受相邻部分磁化特性的干扰。可以同时或相继地进行不同部分的磁化。因此，甚至复杂的磁场特性图案也可以在将被磁化的物体表面上生成。

特别地，可以以可运动物体的至少两个部分中的变化的磁场强度和/或以可运动物体的至少两个部分中的变化的磁极性来生成磁编码区域。

该装置可以用于磁化管状的可磁化元件，使得在该可磁化元件表面的平面投影中，磁编码区域的磁场强度和/或极性可以形成棋盘状结构。棋盘状结构是被引入到可磁化元件中的磁场的非均匀结构的实例，但是基本上每种期望的图案都可以被生成。

因此，具有不同极性和不同强度的不同区域可以彼此相邻。例如，棋盘的“黑”场可以由具有正极性的部分形成，棋盘的“白”场可以由具有负极性的部分形成。

在示例性的实施例中，在根据本发明的装置中，使得根据将第一电流脉冲施加到可磁化元件上的制造步骤可以制造至少两个磁编码区域，其中施加第一电流脉冲，使得在沿可磁化元件的纵轴的第一方向上存在第一电流，其中施加第一电流脉冲，使得该电流脉冲的施加生成可磁化元件的所述至少两个磁编码区域之一。

根据另一个示例性实施例，该装置还用于将第二电流脉冲施加到各部分上，以及施加该第二电流脉冲，使得在沿各部分的纵轴的第二方向上存在第二电流。

根据又一个示例性实施例，在该装置中，使得第一电流脉冲和第二电流脉冲中的每一个都具有上升沿和下降沿，其中上升沿比下降沿陡(参照图30、35)。

根据该装置的又一个示例性实施例，第一方向与第二方向相反。

根据再一个示例性实施例，该装置还包括多个电信号供应单元，其中每个电信号供应单元用于将电信号施加到指定的一个部分上。

根据又一个示例性实施例，该装置还包括用于将电信号施加到所有部分上的单个电供应单元。

根据又一个示例性实施例，该装置还包括用于接触可磁化元件的α个不同部分的电耦合元件，其中a＝2·n，n∈N，即，n是正整数。

在下文中，将描述传感器设备的其它示例性实施例。然而，这些实施例也适用于磁化可磁化元件的装置，适用于磁化可磁化物体的方法以及确定可运动物体的物理参数信息的方法。

根据示例性实施例，传感器设备包括设置于可运动物体上的α个磁编码区域，其中a＝2·n，n∈N，还包括β个磁场检测器，其中β＝{n∈N|γ＞0}， $\mathrm{\γ}=\left(\frac{\mathrm{\α}}{n}\right)-\mathrm{int}\left(\frac{\mathrm{\α}}{n}\right),n\∈N.$ 即，该传感器设备包括偶数个磁编码区域。而且，该传感器设备包括多个磁场检测器，其中磁场检测器的数量取决于磁编码区域的数量。

对于每种数量的磁编码区域，可以选择几种数量的磁场检测器，其中磁场检测器的数量不能是一，且和磁编码区域的数量不同。而且，排除了所谓的“完整因子(unbroken factor)”的磁编码区域数量。例如，对于8个磁编码区域来说，可能的磁场检测器数量是三个、五个、六个、七个、九个、十个、十一个等等。排除了二和四这两个数量值，因为这些数量值是八的完整因子。通过选择磁编码区域数量和磁场检测器数量之间的这种关系，可以防止很难解释或甚至不可能解释的模糊测量。这可能是因为每个磁场检测器可以测量不同信号或至少可以及时测量该信号的不同动作，因为每个磁场检测器可以被放置在磁编码区域的不同部分中。因此，当可运动物体旋转时，每个磁场检测器可以发现信号的变化，这些信号可以及时地由磁编码区域在不同点引入到该磁场检测器中。

根据传感器设备的另一个示例性实施例，所述至少一个物理参数是从由下述组成的组中选择的：可运动物体的位置、施加到可运动物体上的扭矩、施加到可运动物体上的拉力、施加到可运动物体上的弯曲力、施加到可运动物体上的剪力、施加到可运动物体上的动态力、可运动物体的速度、可运动物体的角位置、可运动物体的速度信息，以及可运动物体的功率。

根据传感器设备的又一个示例性实施例，物理参数信息确定单元包括信号调节和信号处理单元，该信号调节和信号处理单元与至少三个磁场检测器耦合，并用于处理检测到的信号和生成经过处理的检测信号。

根据传感器设备的一个示例性实施例，物理参数信息确定单元还包括：第一确定元件和滤波器元件，其中第一确定元件用于根据经过处理的检测信号提供指示信号，该指示信号表示第一物理参数信息并且作为滤器信号被传递到滤波器元件。而且，滤波器元件用于根据经过处理的检测信号和滤波器信号提供表示第二物理参数信息的输出信号。

通过将由磁场检测器的信号确定的第一物理参数作为用于检测第二物理参数的滤波器信号，提供了一种用于确定该第二物理参数的有效方法。特别地，可以以良好的可靠性确定该第二物理参数的值。

根据传感器设备的又一个示例性实施例，第一物理参数是可运动物体的速度信息和/或第二物理参数是动态力。

采用关于可运动物体的速度信息可能是合适的信息，当要确定施加到可运动物体上的动态力时，该信息可以被用作滤波器元件的输入。

根据传感器设备的又一个示例性实施例，物理参数信息确定单元还包括用于对滤波器元件的输出信号进行整流的整流器。

结合附图，根据下述说明和随附的权利要求，本发明的上述和其它方面、目的、特征和优点将变得明显，其中在附图中相同的部分或元件由相同的附图标记表示。

附图说明

所包含的附图作为说明书的一部分提供了对本发明的进一步理解，其说明了本发明的示例性实施例。然而，这些附图并不旨在将本发明的范围限制在附图中描述的明确的实施例中。特别地，结合一个示例性实施例描述的特征也可以结合另一个示例性实施例应用。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的具有传感器元件的扭矩传感器，其用于说明制造根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的方法；

图2a示出了根据本发明的扭矩传感器的传感器元件的示例性实施例，其用于进一步说明本发明的原理和本发明的制造方法的示例性实施例的一个方面；

图2b示出了沿图2a中AA’线截取的截面图；

图3a示出了根据本发明的扭矩传感器的传感器元件的另一个示例性实施例，其用于进一步说明本发明的原理和制造根据本发明的扭矩传感器的方法的示例性实施例；

图3b示出了沿图3a中BB’线截取的截面图；

图4示出了依照根据本发明的示例性实施例的方法制造的图2a和3a中扭矩传感器的传感器元件的截面图；

图5示出了根据本发明的扭矩传感器的传感器元件的另一示例性实施例，其用于进一步说明制造根据本发明的扭矩传感器的制造方法的示例性实施例；

图6示出了根据本发明的扭矩传感器的传感器元件的另一示例性实施例，其用于进一步说明根据本发明的扭矩传感器的制造方法的示例性实施例；

图7示出了用于进一步说明制造根据本发明的扭矩传感器的方法的示例性实施例的流程图；

图8示出了用于进一步说明根据本发明的示例性实施例的方法的电流与时间的关系图；

图9示出了根据本发明的扭矩传感器的传感器元件的另一个示例性实施例，其具有根据本发明的示例性实施例的电极系统；

图10a示出了根据本发明的扭矩传感器的另一个示例性实施例，其具有根据本发明的示例性实施例的电极系统；

图10b示出了借助于图10a中的电极系统施加电流冲击后，图10a中的传感器元件；

图11示出了用于根据本发明的扭矩传感器的扭矩传感器元件的另一个示例性实施例；

图12为根据本发明的另一个示例性实施例的扭矩传感器的传感器元件的示意图，其示出了两个磁场可以存在于轴中并且以首尾相连的环形延伸；

图13是用于说明PCME感测技术的另一个示意图，其利用依照根据本发明的制造方法生成的两个反向环或磁场环路；

图14示出了用于说明当没有机械应力施加于根据本发明的示例性实施例的传感器元件时，磁通线(magnetic flux line)以其原始路径延伸的另一个示意图；

图15是用于进一步说明本发明的示例性实施例的原理的另一个示意图；

图16是用于进一步说明本发明的示例性实施例的原理的又一个示意图；

图17-22是用于进一步说明本发明的示例性实施例的原理的示意图；

图23是用于进一步说明本发明的示例性实施例的原理的再一个示意图；

图24、25和26是用于进一步说明本发明的示例性实施例的原理的示意图；

图27是用于说明电流脉冲的电流与时间的关系图，该电流脉冲可以被施加于根据本发明的示例性实施例的制造方法的传感器元件；

图28示出了根据本发明的示例性实施例的输出信号与电流脉冲长度的关系图；

图29示出了根据本发明的示例性实施例的包含电流脉冲的电流与时间的关系图，该电流脉冲可以施加于根据本发明的方法的传感器元件；

图30示出了另一个电流与时间的关系图，其示出了施加于传感器元件的电流脉冲的优选实施例，该传感器元件例如是根据本发明的示例性实施例的方法的轴；

图31示出了根据本发明的示例性实施例的信号和信号效率与电流的关系图；

图32是根据本发明的示例性实施例的具有优选PCME电流密度的传感器元件的截面图；

图33示出了根据本发明的示例性实施例的传感器元件的截面图，以及在不同的且增加的脉冲电流电平时的电脉冲电流密度；

图34a和34b示出了在根据本发明的传感器元件中利用不同的磁流量(magnetic flows)的不同电流脉冲实现的间隔；

图35示出了可以施加于根据本发明的示例性实施例的传感器元件的电流脉冲的电流与时间关系图；

图36示出了到根据本发明的示例性实施例的传感器元件的电多点连接；

图37示出了具有弹簧加载式接触点以将电流脉冲施加到根据本发明的示例性实施例的传感器元件上的多通道电连接固定装置；

图38示出了具有增加数量的电连接点的根据本发明的示例性实施例的电极系统；

图39示出了图37中电极系统的示例性实施例；

图40示出了用于根据本发明的示例性实施例的方法的轴处理支撑夹；

图41示出了根据本发明的传感器元件的双场编码区域；

图42示出了根据本发明的示例性实施例的顺序双场编码处理步骤；

图43示出了根据本发明的另一个示例性实施例的双场编码的另一处理步骤；

图44示出了说明根据本发明的另一个示例性实施例的施加了电流脉冲的传感器元件的另一个示例性实施例；

图45示出了用于描述当没有施加应力时根据本发明的传感器元件中磁通量方向的示意图；

图46示出了施加力时，图45中传感器元件的磁通量方向；

图47示出了改变施加的扭矩方向时，图45中PCM编码的轴内部的磁通量；

图48示出了根据本发明的示例性实施例的6通道同步脉冲电流驱动器系统；

图49示出了根据本发明的另一个示例性实施例的电极系统的简化视图；

图50是根据本发明的示例性实施例的传感器元件的视图；

图51是根据本发明的传感器元件的另一个示例性实施例，其具有包含两个限制场(pinning field)区域的PCME处理感测区域；

图52是用于说明用于制造具有编码区域和限制区域(pinningregion)的传感器元件的根据本发明的示例性实施例的制造方法的示意图；

图53是依照根据本发明的示例性实施例的制造方法制造的根据本发明的示例性实施例的传感器元件的另一个示意图；

图54是用于进一步说明本发明的示例性实施例的简化示意图；

图55是用于进一步说明本发明的示例性实施例的另一个简化示意图；

图56示出了发动机变速箱中根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的应用；

图57示出了根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器；

图58示出了根据本发明的示例性实施例的非接触式扭矩传感设备的部件的示意性说明；

图59示出了根据本发明的示例性实施例的感测设备的部件；

图60示出了根据本发明的示例性实施例的连同传感器元件的线圈布置；

图61示出了根据本发明的示例性实施例的单通道传感器电子设备；

图62示出了根据本发明的示例性实施例的双通道短路保护系统；

图63示出了根据本发明的另一个示例性实施例的传感器；

图64示出了根据本发明的示例性实施例的次传感器单元组件的示例性实施例；

图65示出了根据本发明的示例性实施例的主传感器和次传感器的几何布置的两种配置；

图66是用于说明次感器单元和传感器主机之间的间隔优选地尽可能小的示意图；

图67是示出了主传感器编码装置的实施例；

图68A示出了根据本发明的示例性实施例的用于磁化可磁化物体的装置；

图68B示出了根据图68A被磁化的可磁化物体的表面的棋盘状结构；

图69示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的传感器设备；

图70示意性地示出了可运动物体的截面图；

图71示意性地示出了编码技术的示例性实施例；

图72示意性地示出了由MFS设备获得的信号的图；

图73示意性地示出了编码技术的示例性实施例；

图74示意性地示出了使用用于编码的一条导线实现的磁化；

图75示意性地示出了使用用于编码的四条导线实现的磁化；

图76示意性地示出了另一种示例性的导线设置；

图77示意性地示出了磁场传感器的示例性实施例；

图78示意性地示出了编码技术的示例性实施例；

图79示意性地示出了编码技术的另一个示例性实施例；

图80示意性地示出了磁场传感器的示例性放置；

图81示意性地示出了磁场检测器的示例性放置的输出信号的图；

图82示意性地示出了磁场检测器的其它示例性放置的输出信号的图；

图83示意性地示出了四个磁场检测器的放置的两种选择；

图84示意性地示出了编码技术的示例性实施例。

具体实施方式

下面将详细说明本发明的几个示例性实施例，其中结合一个实施例说明的特征也可以用于其它实施例。

一方面，本发明涉及具有传感器元件或例如轴的可运动物体的传感器，其中传感器元件根据下述制造步骤来制造：

-将第一电流脉冲施加于传感器元件；

-其中，施加第一电流脉冲以使得在沿该传感器元件的纵轴的第一方向上有第一电流；

-其中，第一电流脉冲使得该电流脉冲的施加在传感器元件中生成磁编码区域。

根据本发明的另一个示例性实施例，还有第二电流脉冲施加于该传感器元件上。施加该第二电流脉冲以使得在沿传感器元件的纵轴的方向上有第二电流。

根据本发明的又一个示例性实施例，第一电流脉冲和第二电流脉冲的方向彼此相反。并且，根据本发明的再一个示例性实施例，第一电流脉冲和第二电流脉冲中的每一个都具有上升沿和下降沿。优选地，上升沿比下降沿陡。

相信根据本发明的示例性实施例的电流脉冲的施加能够在传感器元件中产生磁场结构，使得在传感器元件的截面图中，存在具有第一方向的第一圆形磁流量和具有第二方向的第二磁流量。第一磁流量的半径大于第二磁流量的半径。在具有非圆形横截面的轴中，磁流量不必是圆形的，但是可以具有基本上对应于且适合于相应传感器元件的横截面的形状。

相信如果没有扭矩被施加到根据本发明的示例性实施例的被编码的传感器元件上，则在外部就没有磁场或基本上没有可检测到的磁场。当将扭矩或力施加到传感器元件上时，就会存在传感器元件发出的磁场，该磁场可以借助于适当的线圈而被检测到。下面将对其进行更加详细的描述。

根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器具有围绕传感器元件的核心区域的圆周表面。在圆周表面的第一位置处将第一电流脉冲引入传感器元件，使得在传感器元件的核心区域中存在第一方向上的第一电流。该第一电流脉冲在圆周表面的第二位置处从传感器元件流出。第二位置与第一位置在第一方向上相距一段距离。根据本发明的示例性实施例，在圆周表面的第二位置或与第二位置相邻的位置上，将第二电流脉冲引入传感器元件，使得在传感器元件的核心区域或与该核心区域相邻的位置存在第二方向上的第二电流。该第二电流可以在圆周表面的第一位置或与第一位置相邻的位置处从传感器流出。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，传感器元件可以是轴。该轴的核心区域可以沿轴的纵向在轴内延伸，使得核心区域围绕轴的中心。轴的圆周表面为轴的外表面。第一位置和第二位置是轴外部相应的圆周区域。可以存在有限数量的构成这种区域的接触部分。优选地，真正的接触区域可以例如通过提供由铜环制成的作为电极的电极区域来设置。并且，导体芯可以绕轴缠绕，以提供例如线缆的导体与轴之间的无隔离的良好电接触。

根据本发明的示例性实施例，第一电流脉冲以及优选地第二电流脉冲不在传感器元件的端面上施加于传感器元件。第一电流脉冲的最大值可以处于40安培和1400安培之间，或者处于60安培和800安培之间，或者处于75安培和600安培之间，或者处于80安培和500安培之间。电流脉冲可以具有使得对传感器元件产生合适编码的最大值。然而，由于可能采用不同的材料并且传感器元件的形状和尺寸不同，因此可以根据这些参数调节电流脉冲的最大值。第二脉冲的最大值可以类似于第一最大值，或者比第一大值约小10％、20％、30％、40％或50％。然而，第二脉冲也可以具有更大的最大值，例如比第一最大值大10％、20％、40％、50％、60％或80％。

这些脉冲的持续时间可以是相同的。然而第一脉冲可能具有比第二脉冲长的多的持续时间。然而，第二脉冲也可以具有比第一脉冲长的持续时间。

第一电流脉冲和/或第二电流脉冲具有从脉冲开始到最大值的第一持续时间，和从最大值到基本上脉冲结束的第二持续时间。根据本发明的示例性实施例，第一持续时间远大于第二持续时间。例如，第一持续时间可以短于300ms，而第二持续时间长于300ms。然而，第一持续时间也可以短于200ms，而第二持续时间长于400ms。并且，根据本发明的另一个示例性实施例，第一持续时间可以处于20ms和150ms之间，而第二持续时间可以处于180ms和700ms之间。

如上所示，可以施加多个第一电流脉冲，也可以施加多个第二电流脉冲。传感器元件可以由钢制成，而钢中可以包含镍。用于主传感器或传感器元件的传感器材料可以是如DIN 1.2721或1.4313或1.4542或1.2787或1.4034或1.4021或1.5752或1.6928中的50NiCr13或X4CrNi13-4或X5CrNiCuNb16-4或X20CrNi17-4或X46Cr13或X20Cr13或14NiCr14或S155。

可以借助于具有至少第一电极和第二电极的电极系统来施加第一电流脉冲。第一电极位于第一位置或相邻于第一位置的位置上，第二电极位于第二位置或相邻于第二位置的位置上。

根据本发明的示例性实施例，第一电极和第二电极中的每一个都具有多个电极销(electrode pin)。第一电极和第二电极中的每一个的多个电极销围绕传感器元件圆周地排列，使得第一电极和第二电极的电极销在轴的外圆周表面上的第一和第二位置处的多个接触点上接触传感器元件。

如上所述，可以采用片状或二维电极表面代替电极销。优选地，电极表面适合于轴表面，以确保电极和轴材料之间的良好接触。

根据本发明的另一个示例性实施例，第一电流脉冲中至少一个和第二电流脉冲中至少一个施加于传感器元件，使得传感器元件具有磁编码区域，从而在基本垂直于传感器元件表面的方向上，传感器元件的磁编码区域具有磁场结构，这样就存在第一方向上的第一磁流量和第二方向上的第二磁流量。根据本发明的另一个示例性实施例，第一方向与第二方向相反。

根据本发明的又一个示例性实施例，在传感器元件的截面图中，存在具有第一方向和第一半径的第一圆形磁流量，和具有第二方向和第二半径的第二圆形磁流量。第一半径可以大于第二半径。

而且，根据本发明的另一个示例性实施例，传感器元件可以具有相邻于第一位置的第一限制区域(pinning zone)和相邻于第二位置的第二限制区域。

可以根据下述依照本发明的示例性实施例的制造方法制造限制区域。根据该方法，为了形成第一限制区域，在第一位置或相邻于第一位置的位置处，将第三电流脉冲施加于传感器元件的圆周表面上，使得具有在第二方向上的第三电流。该第三电流在第二方向上离开第一位置的第三位置处从传感器元件流出。

根据本发明的另一个示例性实施例，为了形成第二限制区域，在第二位置或相邻于第二位置的位置上，将第四电流脉冲施加于传感器元件的圆周表面上，使得具有第一方向上的第四电流。该第四电流在第一方向上离开第二位置的第四位置处流出。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种包括具有磁编码区域的第一传感器元件的扭矩传感器，其中第一传感器元件具有表面。根据本发明，在基本上垂直于第一传感器元件的表面的方向上，第一传感器元件的磁编码区域具有磁场结构，这样就存在第一方向上的第一磁流量和第二方向上的第二磁流量。第一方向与第二方向可以彼此相反。

根据本发明的另一个示例性实施例，扭矩传感器还可以包括具有至少一个磁场检测器的第二传感器元件。该第二传感器元件用于检测磁编码区域中的变化。更准确地，第二传感器元件用于检测从第一传感器元件的磁编码区域中发出的磁场的变化。

根据本发明的另一个示例性实施例，磁编码区域沿第一传感器元件的一部分纵向延伸，但是不从第一传感器元件的一个端面延伸到第一传感器元件的另一个端面。换句话说，磁编码区域不沿第一传感器元件的整体延伸，而只是沿其一部分延伸。

根据本发明的另一个示例性实施例，第一传感器元件在第一传感器元件的材料方面会发生变化，这是由施加到第一传感器元件上的用于改变磁编码区域或生成磁编码区域的至少一个电流脉冲或电流冲击引起的。材料的这种变化可以例如通过使得用于施加电流脉冲的电极系统和相应的传感器元件的表面之间的接触电阻不同而引起。这种变化可以是例如火刺(burn mark)或颜色变化或退火标记。

根据本发明的另一个示例性实施例，由于电流脉冲施加于传感器元件的外表面而不是其端面，因此变化处于传感器元件的外表面上，而不是第一传感器元件的端面上。

根据本发明的又一个示例性实施例，提供一种用于磁传感器的轴，其在横截面上具有沿相反方向延伸的至少两个圆形磁环路。根据本发明的又一示例性实施例，这种轴可以根据上述制造方法来制造。

而且，轴可以具有同心排列的至少两个环形磁环路。

根据本发明的另一个示例性实施例，可以提供用于扭矩传感器的轴，根据下述的制造步骤制造该轴，即首先将第一电流脉冲施加于轴上。将第一电流脉冲施加于轴上，使得存在沿该轴的纵向轴的第一方向上的第一电流。第一电流脉冲使得该电流脉冲的施加在轴中生成磁编码区域。这可以通过采用上述电极系统和如上所述通过施加电流脉冲来实现。

根据本发明的另一个示例性实施例，电极系统可以用于将电流冲击施加于扭矩传感器的传感器元件上，该电极系统具有至少第一电极和第二电极，其中第一电极适于定位在传感器元件的外表面的第一位置上。第二电极适于定位在传感器元件的外表面的第二位置上。第一电极和第二电极用于在第一位置和第二位置上施加和流出至少一个电流脉冲，使得产生传感器元件的核心区域中的电流。所述至少一个电流脉冲使得在传感器元件的一部分上生成磁编码区域。

根据本发明的另一个示例性实施例，电极系统包括至少两组电极，每个电极包括多个电极销。每个电极的电极销以环形排列，使得在传感器元件的外表面的多个接触点上，电极的电极销接触传感器元件。

传感器元件的外表面不包括传感器元件的端面。

图1示出了根据本发明的扭矩传感器的示例性实施例。该扭矩传感器包括具有矩形横截面的第一传感器元件或轴2。第一传感器元件2基本沿X所示的方向延伸。在第一传感器元件2的中部，有编码区域4。第一位置用参考标记10表示，其表示编码区域的一端，第二位置用参考标记12表示，其表示编码区域或即将被磁编码的区域4的另一端。箭头14和16表示电流脉冲的施加。参照图1所示，在相邻于或接近第一位置10的外部区域上将第一电流脉冲施加于第一传感器元件2上。优选地，如下面将进一步详细描述的，在靠近第一位置的多个点或区域，优选地沿第一位置10围绕第一传感器元件2的外表面，将电流引入到第一传感器元件2上。如箭头16所示，靠近或相邻于或在第二位置12处，优选地在沿将被编码的区域4的端部的多个位置处，电流脉冲从第一传感器元件2流出。如上所述，可以连续地施加多个电流脉冲，该多个电流脉冲从位置10到位置12或从位置12到位置10可以具有交替的方向。

参考标记6表示优选地为连接到控制器电子设备8的线圈的第二传感器元件。控制器电子设备8可以用于进一步处理第二传感器元件6输出的信号，使得输出信号可以从对应于施加到第一传感器元件2上的扭矩的控制电路输出。控制电路8可以是模拟电路或数字电路。第二传感器元件6用于检测第一传感器元件的编码区域4发出的磁场。

如上所述，相信如果没有应力或力被施加到第一传感器元件2上，则第二传感器元件6基本上检测不到磁场。然而，当有应力或力施加到第一传感器元件2上时，由编码区域发出的磁场发生变化，使得第二传感器元件6检测到从几乎没有磁场到磁场的增加。

应该注意到，根据本发明的其它示例性实施例，即使没有应力被施加到第一传感器元件上，也可能存在在第一传感器元件2的编码区域4的外部或邻近区域的可被检测到的磁场。然而，应该注意到，施加到第一传感器元件2上的应力引起了由编码区域4发出的磁场的变化。

下面将参照图2a、2b、3a、3b以及4所示，描述根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的制造方法。特别地，该方法涉及第一传感器元件2的磁编码区域4的磁化。

如可以从图2a中看出的那样，电流I被施加到将被磁编码的区域4的端部区域。如上所示，该端部区域用参考标记10表示，并且可以是第一传感器元件2的外表面上的环绕区域。电流I在磁编码区域(或将被磁编码的区域)的另一个端部区域上从第一传感器元件2流出，该另一个端部区域用参考标记12表示，并且也被称为第二位置。电流在第一传感器元件的外表面，优选为环绕地在靠近或相邻于位置12的区域，从第一传感器元件流出。如位置10和位置12之间的虚线所示，在位置10处或沿位置10引入到第一传感器元件的电流I流过核心区域或与核心区域平行地流到位置12。换句话说，电流I流过第一传感器元件2中将被编码的区域4。

图2b表示沿AA’线截取的截面图。在图2b的示意图中，电流以叉的形式表示为流进图2b的平面中。这里，电流被表示为处于第一传感器元件2的横截面的中心部分。相信引入具有上述或下述形式并具有上述或下述最大值的电流脉冲，可以产生截面图中的磁流量结构20，这里的磁流量方向为顺时针方向。图2b中所示的磁流量结构20被表示为基本的圆形。然而，磁流量结构20可以适合于第一传感器元件2的实际横截面，并且可以是例如更椭圆形的。

图3a和3b示出了根据本发明示例性实施例的方法的步骤，在图2a和2b所示的步骤后可以采用该步骤。图3a示出了根据本发明的示例性实施例的施加了第二电流脉冲的第一传感器元件，图3b示出了沿第一传感器元件2的BB’线截取的截面图。

如可以从图3a看出的那样，与图2a相比较，在图3a中，在位置12或与位置12相邻的位置处将由箭头16表示的电流I引入传感器元件2，并且在位置10或与位置10相邻的位置处，电流I从传感器元件2流出。换句话说，在图3a中，电流在图2a中被引入的位置处流出，反之亦然。因此，在图3a中电流I被引入第一传感器元件2和从第一传感器元件2流出可以产生与图2a中相应的电流反向的、经过将被磁编码的区域4的电流。

在图3b中，电流被表示在传感器元件2的核心区域。如可以从图2b和3b的比较中看出，磁流量结构22具有与图2b中的磁流量结构20的方向相反的方向。

如上所述，可以单独地或者彼此连续地应用图2a、2b以及3a和3b中所示的步骤。当首先执行图2a和2b所示的步骤并接着执行图3a和3b所示的步骤时，可以产生图4所示的截面图中表示的通过编码区域4的磁流量结构。如可以从图4看出的，两个磁流量结构20和22被共同编码到编码区域。因此，在基本上垂直于第一传感器元件2的表面的方向上，在指向传感器元件2的核心的方向上，存在具有第一方向的第一磁流量，在下面是具有第二方向的第二磁流量。参照图4所示，磁流量方向可以彼此相反。

因此，如果没有将扭矩施加到第一扭矩传感器元件2上，则两个磁流量结构20和22可以彼此抵消，使得在编码区域的外面基本没有磁场。然而，当将应力或力施加于第一传感器元件2时，磁流量结构20和22停止彼此抵消，使得在编码区域的外部出现磁场，借助于第二传感器元件6则可以检测到该磁场。下面将进行更加详细的描述。

图5表示根据本发明的示例性实施例的第一传感器元件2的另一个实例，其可以被用在根据本发明的示例性实施例的制造方法制造的根据示例性实施例的扭矩传感器中。如可以从图5看出的，第一传感器元件2具有优选地根据图2a、2b、3a、3b以及4所示的步骤和设置来编码的编码区域。

相邻于位置10和位置12设置有限制区域42和44。这些区域42和44用于避免编码区域4的磨损。换句话说，限制区域42和44使编码区域4具有更加明确的开始和结束。

简单地说，通过以例如参照图2a所示相同的方式，在靠近或相邻于第一位置10处将电流38引入第一传感器元件2来适应第一限制区域42。然而，电流I在与编码区域的末端相距一段距离的第一位置30处从第一传感器元件2流出，其中该编码区域的末端靠近或位于位置10。该另一个位置用参考标记30表示。该另一个电流脉冲I的引入由箭头38表示，电流脉冲I的流出由箭头40表示。电流脉冲可以具有与上述形成最大值的形状相同的形状。

为了生成第二限制区域44，在位置32将电流引入第一传感器元件2，该位置32与编码区域4的靠近或相邻于位置12的末端相距一段距离。接着电流在位置12或靠近位置12的位置处从第一传感器元件2流出。电流脉冲I的引入由箭头34和36表示。

优选地，限制区域42和44使得限制区域42和44的磁流量结构与相邻的编码区域4中相应的相邻的磁流量结构相反。如可以从图5看出的，在对编码区域4进行编码或完全编码之后，可以将限制区域编码到第一传感器元件2。

图6表示本发明的另一个示例性实施例，其中没有编码区域4。换句话说，根据本发明的示例性实施例，在对磁编码区域4进行实际编码之前，可以将限制区域编码到第一传感器元件2。

图7表示根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的第一传感器元件2的制造方法的简化流程图。

在步骤S1的启动之后，该方法继续到步骤S2，其中如图2a和2b所述的那样施加第一脉冲。接着，在步骤S2之后，该方法继续到步骤S3，其中如图3a和3b所述的那样施加第二脉冲。

接着，该方法继续到步骤S4，决定是否将限制区域编码到第一传感器元件2。如果在步骤S4中决定将没有限制区域，则该方法直接继续到步骤S7，在步骤S7结束。

如果在步骤S4中决定将限制区域编码到第一传感器元件2，则该方法继续到步骤S5，在步骤S5中在箭头38和40所示的方向上将第三脉冲施加到限制区域42，并在箭头34和36所示的方向上将第三脉冲施加到限制区域44。接着，该方法继续到步骤S6，在步骤S6中将力脉冲施加到各限制区域42和44上。将方向与箭头38和40表示的方向相反的力脉冲施加到限制区域42。并且，将方向与箭头34和36的方向相反的力脉冲施加到限制区域44。接着该方法继续到步骤S7，在步骤S7结束。

换句话说，为了对磁编码区域4进行编码，优选地施加两个脉冲。优选地这些电流脉冲具有相反的方向。而且，将分别具有各自方向的两个脉冲施加到限制区域42和限制区域44上。

图8示出了施加到磁编码区域4和限制区域上的脉冲的电流和时间的关系图。图8中关系图的y轴的正方向表示x方向上的电流，图8中y轴的负方向表示y方向上的电流。

如可以从图8看出的，为了对磁编码区域4进行编码，首先施加x方向上的电流脉冲。如可以从图8看出的，该脉冲的上升沿非常急剧，而下降沿与上升沿的路线(direction)相比具有相对长的路线。参照图8所示，该脉冲可以具有约为75安培的最大值。在另一个应用中，脉冲可以不像图8中所示的那样急剧。然而，上升沿应该比下降沿陡，或者应该具有比下降沿短的持续时间。

接着，将具有相反方向的第二脉冲施加到编码区域4上。该脉冲具有与第一脉冲相同的形式。然而该第二脉冲的最大值也可以不同于第一脉冲的最大值。尽管脉冲的瞬时形状可以不同。

接着，为了对限制区域进行编码，如图5和6所描述的，可以将类似于第一脉冲和第二脉冲的多个脉冲施加到限制区域上。这些脉冲可以同时被施加到限制区域上，而且对于每个限制区域这种脉冲可以被成功地施加。参照图8所示，这些脉冲可以具有基本上与第一脉冲和第二脉冲相同的形状。然而其最大值可以较小。

图9表示根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的第一传感器元件的另一个示例性实施例，其示出了用于施加用来对磁编码区域4进行编码的电流脉冲的电极设置。如可以从图9看出，不带有绝缘体的导体可以环绕第一传感器元件2，从图9看来该第一传感器元件2可以是具有圆形横截面的圆轴。为了确保导体在第一传感器元件2的外表面上的紧密安装，可以如箭头64所示夹紧导体。

图10a表示根据本发明的示例性实施例的第一传感器元件的再一个示例性实施例。同时，图10a示出了根据本发明的示例性实施例的电极系统的另一个示例性实施例。图10a中所示的电极系统80和82接触具有三角形横截面的第一传感器元件2，在该三角形的第一传感器元件的每个面上、处于区域4的每一侧的位置处具有两个接触点，该区域4将被编码为磁编码区域。总起来说，在区域4的每一侧有六个接触点。各个接触点可以彼此连接并连接到一个独立的接触点。

如果在电极系统和第一传感器元件2之间只有有限数量的接触点，并且如果施加的电流脉冲非常大，则电极系统的接触点和第一传感器元件2的材料之间的不同接触电阻就可能在第一传感器元件2上的到电极系统的接触点上产生火刺。这些火刺90可以是颜色变化，可以是焊点，可以是退火区域或者可以仅是火刺。根据本发明的示例性实施例，增加接触点的数量或者甚至设置接触表面，使得避免产生这种火刺90。

图11示出了第一传感器元件2的另一个示例性实施例，根据本发明的示例性实施例，该第一传感器元件2可以是具有圆形横截面的轴。如可以从图11看出的，磁编码区域处于第一传感器元件2的端部区域。根据本发明的示例性实施例，磁编码区域4不沿第一传感器元件2的全部长度延伸。如可以从图11看出的，磁编码区域4可以位于第一传感器元件2的一端。然而，应该注意到，根据本发明的示例性实施例，电流脉冲是从第一传感器元件2的外环绕表面施加的，而不是从第一传感器元件2的端面100施加的。

下面将详细描述所谓的PCME(“脉冲-电流-调制-编码”)感测技术，根据本发明的优选实施例，可以实施该技术以磁化可磁化物体，然后根据本发明，对该可磁化物体部分地去磁。下面将在扭矩感测的背景下部分地描述PCME技术。然而，这种原理也可以在位置感测的背景下实施。

在本说明书中，许多简写被用作其它的一些解释，因此难于读懂本说明书。尽管简写“ASIC”、“IC”、“PCB”已经被标记了标准定义，但是仍有许多术语是特别关于基于磁致伸缩的NCT感测技术。应该注意到，在本说明书中，当提及NCT技术或PCME技术时，是指本发明的示例性实施例。

表1示出了在PCME技术的下述描述中使用的缩略词列表。

表1：缩略词列表

基于磁学原理的机械-应力感测技术使得能够设计和生产应用范围很广的“物理-参数-传感器”(例如力感测、扭矩感测，以及材料诊断分析)，其可以用于使用铁磁材料的应用中。用于构建“基于磁学原理”的传感器的最常用的技术是：电感差动位移测量(需要扭转轴)、测量材料渗透率的变化，以及测量磁致伸缩效应。

在过去的20年里，许多不同的公司(即，ABB、FAST、弗劳恩霍夫研究会(Frauenhofer Institute)、FT、Kubota、MDI、NCTE、RM、西门子等)在如何设计以及如何生产基于磁学原理的扭矩传感器的问题上，已经研究出其自己的并且是非常具体的解决方案。这些技术处于不同的研究阶段，并且在“其如何工作”、可实现的性能、系统可靠性以及制造/系统成本上不同。

这些技术中的一些要求对应该被测量扭矩的轴进行机械变化(人字纹(chevrons))，或者依靠机械扭转效应(需要受到扭矩时扭曲的长轴)，或者将某种部件附加到长轴本身上(将具有某种特性的环按压装配到轴表面)，或者用特定的物质涂覆轴表面。现在仍然无人掌握能够用于(几乎)任何轴尺寸、达到严格的性能公差，并且不基于已有的专利技术的高产量制造过程。

下文描述了一种基于磁致伸缩原理的非接触式扭矩(NCT)感测技术，其向使用者提供了许多以前不可用的新的特点和改进的特征。这种技术使得能够实现完全集成的(占用空间很小)、实时的(大的信号带宽)扭矩测量，这种技术可靠，且能够在任何希望的数量上、以可支付得起的费用来实现。这种技术被称为：PCME(脉冲-电流-调制编码)或磁致伸缩横向扭矩传感器。

PCME技术可以被应用于轴上，而不需要对轴进行任何机械变化或不需要将任何部件附加到轴上。更重要的是，PCME可以被应用于任何轴直径(大多数其它技术都对此有限制)，并且在编码过程中不需要旋转/转动轴(非常简单并且成本很低的制造过程)，这就使得该技术非常适用于高产量的应用。

下文将描述磁场结构(传感器原理)。

传感器的使用寿命依赖于“闭环”磁场的设计。PCME技术是基于存在于彼此之上并且在相反的方向上延伸的两个磁场结构。当没有扭矩应力或运动应力施加到轴(也被称为传感器主机，或SH)上时，则该SH将表现为磁中性(在SH外不能检测出磁场)。

图12示出了两个磁场存在于轴内并且以首尾相连的环形延伸。外磁场在一个方向上延伸，而内磁场在相反的方向上延伸。

图13示出了PCME感测技术采用存在于彼此之上的两个反向环的磁场环路(背着(picky back)模式)。

当将机械应力(例如往复运动或扭矩)施加到PCME磁化的SH(传感器主机，或轴)的两端时，则两个磁结构(或环路)的磁通线将与施加的扭矩成比例地倾斜。

参照图14所示，当没有机械应力被施加到SH上时，则磁通线就以其原始路径延伸。当施加机械应力时，则磁通线就与施加的应力(例如线性运动或扭矩)成比例地倾斜。

根据所施加的扭矩的方向(关于SH顺时针或逆时针)，磁通线或向右倾斜或向左倾斜。当磁通线到达磁编码区域的边界时，来自于上层的磁通线就与来自于下层的磁通线结合起来，反之亦然。这就形成了完全受控的螺旋形。

这种磁结构的优点是：

■当机械应力被施加到SH时，寄生的磁场结构减少(几乎被消除)(这就产生了更佳的RSU性能)。

■当生成与机械应力相关的信号时，由于存在彼此问候(compliment)的两个“活动”层，因此传感器输出信号斜率更大。

说明：当采用单层传感器设计时，在编码区域边界离开的“倾斜的”磁通线就会生成从一个边界侧到另一边界侧的“返回通路”。这种作用会影响在SH外用次传感器单元能够感测出并测量到多少信号。

■当采用PCME技术时，对SH(轴)的尺度几乎没有限制。双层磁场结构可以适用于任何实心或中空的轴的尺度。

■物理尺度和传感器性能处于可编程的非常宽的范围内，因此可以为指定的应用定制物理尺度和传感器性能。

■这种传感器设计允许测量来自所有三维坐标轴的机械应力，包括施加到轴(可用作测压元件(load-cell))上的流向力(in-line force)。说明：较早的磁致伸缩传感器设计(例如，根据FAST技术)被限制于仅在2维坐标轴中敏感，而不能测量流向力。

参照图15所示，当扭矩被施加到SH上时，来自两个反向环磁环路的磁通线在传感器区域的边界处彼此连接。

当机械扭矩应力被施加到SH上时，则磁场将不再以圆形延伸而是与施加的扭矩应力成比例地稍微倾斜。这就使得来自于一层的磁场线与另一层中的磁场线连接，并形成螺旋形。

参照图16，其示出了当将大的扭矩施加于SH上时，磁通线如何形成有角度的螺旋形结构的放大图。

下面将描述PCM编码(PCME)过程的特点和优点。

根据本发明的来自NCTE的磁致伸缩NCT感测技术提供了如下的高性能感测特点：

■在传感器主机上不需要机械变化(已有的轴可以照常使用)；

■不需要将其它部件附加到传感器主机上(因此在轴的使用寿命中不会发生衰退或改变＝高MTBF)；

■在测量中，SH能够旋转、往复运动或以任何期望的速度运动(对rpm没有限制)；

■非常好的RSU(转动信号均匀)性能；

■极好的测量线性(达到FS的0.01％)；

■高测量重复性；

■非常高的信号分辨率(优于14bit)；

■非常宽的信号带宽(大于10kHz)。

根据所选择磁致伸缩感测技术的类型，以及所选择的物理传感器设计，机械力传动轴(也被称为“传感器主机”或简称“SH”)在不需要对其进行任何机械改变或不需要将任何部件附加到轴上的情况下可以被照常使用。这就被称为“真正的”非接触式扭矩测量原理，其允许轴在两个方向上以任何期望的速度自由地旋转。

这里根据本发明的示例性实施例描述的PCM编码(PCME)制造过程提供了其它磁致伸缩技术不能提供的附加特点(该技术的独特性)：

■信号强度与可选的磁致伸缩编码过程中的信号强度相比是其三倍(类似于FAST中的“RS”过程)；

■容易并且简单的轴装载过程(高制造生产量)；

■在磁编码过程中没有运动的部件(低制造装配复杂度＝高MTBF，和低成本)；

■该过程允许NCT传感器被“微调”以实现小于1％的目标精确度；

■制造过程允许轴在相同的处理周期中进行“预处理”和“后处理”(高制造生产量)；

■感测技术和制造过程是比例性的，因此其适用于所有轴或管直径；

■当已经组装完SH时(依赖于可接近性)，可以采用PCM编码过程(维护容易)；

■最后的传感器对轴向的轴运动不敏感(实际允许的轴向轴运动依赖于磁编码区域的物理“长度”)；

■当没有力(例如扭矩)施加到SH上时，磁编码SH保持中性，对非磁场几乎没有影响；

■在所有三维坐标轴上对机械力敏感。

在下文中，将描述SH中的磁通量分布。

PCME技术是利用电流通过SH(传感器主机或轴)来实现铁磁材料的期望的永久磁编码。为了实现期望的传感器性能和特点，需要非常专用的和良好受控的电流。采用DC电流的早期试验都失败了，这是因为没有理解少量和大量的DC电流是如何通过导体的(在这种情况下，“导体”是机械力传动轴，也被称为传感器主机或简称为“SH”)。

参照图17所示，其示出了导体中假定的电流密度。

普遍假设当电流(DC)通过导体时，导体中的电流密度均匀地分布在导体的整个横截面上。

参照图18所示，其示出了形成磁场的小电流，该磁场将导体中的电流通路束缚起来。

根据我们的经验，当少量电流(DC)通过导体时，在导体的中心电流密度最高。这种现象的产生有两个主要原因：通过导体的电流产生将电流通路束缚在导体中心的磁场，以及导体中心的阻抗最低。

参照图19所示，其示出了小电流在导体中的典型流动。

然而实际上，电流不能沿“直”线从一个连接极流动到另一个连接极(类似于天空中闪电的形状)。

当处于某种电流电平时，所生成的磁场足够大，使得铁磁轴材料永久磁化。当电流在SH中心的附近或在SH中心流动时，永久存在的磁场将位于相同的位置上：接近于或处于SH中心。当向轴施加用于振荡/往复运动的机械扭矩或线性力时，则在轴内部存在的磁场将通过根据所施加的机械力倾斜其磁通量路径来进行反应。由于永久存在的磁场位于轴表面下深处的位置，因此可测量到的效应就非常小，并且不均匀，因此就不足以建立可靠的NCT传感器系统。

参照图20所示，其示出了处于饱和电平的导体中的均匀的电流密度。

仅当处于饱和电平时，电流密度(当施加DC时)均匀地分布在导体的整个横截面上。达到这种饱和电平的电流值非常大，并且主要受所使用的导体的横截面和导电率(阻抗)的影响。

参照图21所示，其示出了在导体表面以下或在导体表面(趋肤效应)传输的电流。

还普遍假定当交流电流(如射频信号)通过导体时，信号通过导体的表层，这被称为趋肤效应。所选择的交流电流的频率界定趋肤效应的“地点/位置”和“深度”。高频时，电流正好在导体表面或接近于导体表面传输(A)，而当频率较低时(对于直径为20mm的SH，频率处于5到10Hz的范围内)，交流电流将更多地渗入轴横截面的中心(E)。并且，AC频率较高时电流所处区域中的相对电流密度比AC频率非常低时轴中心附近的相对电流密度高(因为电流有更多可用的空间流过)。

参照图22所示，其示出了当不同频率的交流电流通过导体时，电导体中的电流密度(横截面与电流方向成90度角)。

PCME传感器技术期望的磁场设计是两个圆形磁场结构，存在于彼此之上的两层中(“背着”)，并且以彼此相反的方向延伸(反向环)。

再次参照图13，其示出了期望的磁传感器结构：两个首尾相连的磁环路位于彼此之上，以彼此相反的方向延伸：反向环“背着”场设计。

为了使该磁场设计对将被施加到SH(轴)上的机械应力高度敏感，并且为了生成可能的最大传感器信号，则期望的磁场结构就必须距离轴表面最近。使圆形磁场接近于SH的中心将使得用户可用的传感器输出信号斜率衰减(由于铁磁轴材料具有比空气高的多的磁导率，因此大多数传感器信号将通过铁磁轴材料传输)，并增加传感器信号的不均匀性(与轴旋转有关，并且与轴关于次传感器的轴向运动有关)。

参照图23，其示出了存在于轴表面附近的磁场结构和存在于轴中心附近的磁场结构。

当采用AC(交流电流时)，由于所产生的磁场极性不断变化，因此可能难于实现期望的SH的永久磁编码，因此其更多地作为消磁系统。

PCME技术要求强电流(“单极性”或DC，以防止消除期望的磁场结构)正好在轴表面下传输(以确保传感器信号在轴外部均匀和可测量)。此外还需要形成反向环“背着”的磁场结构。

可以通过一个接一个地将两个反向环磁场结构容纳于轴中而将其置于轴中。首先内层将被容纳在SH中，接着利用较弱的磁力将外层容纳在SH中(防止意外地中和内层以及消除内层)。为了达到这个目的，可以如根据FAST技术的专利中所述，采用已知的“永久”磁编码技术，或者采用电流编码和“永久”磁编码的组合。

一个简单且快得多的编码过程“仅”采用电流来实现期望的反向环“背着”磁场结构。这里最具有挑战性的部分是生成反向环磁场。

均匀的电流将生成均匀的磁场，该磁场以与电流方向成90度角围绕电导体延伸(A)。当将两个导体并排放置时(B)，则这两个导体之间的磁场看起来会抵消掉彼此的效应(C)。尽管磁场仍然存在，但是在靠近放置的两个导体之间没有可检测到的(或可测量的)磁场。当并排放置多个电导体时(D)，“可测量的”磁场看起来围绕“扁平”形状导体表面的外面延伸。

参照图24，其示出了均匀的电流流过导体横截面时，从导体横截面看去的磁效应。

“扁平的”或矩形的导体现在被弯成“U”形。当电流通过“U”形导体时，流过“U”形外部范围的磁场抵消掉“U”内半部中可测量的效应。

参照图25，当电流流过导体时，“U”形导体内的区域看起来是磁“中和”的。

当没有机械应力施加到“U”形导体的横截面上时，则看起来在“U”内部不存在磁场(F)。但是当弯曲或扭转“U”形导体时，磁场将不再沿着其原始路径(与电流成90度角)。根据所施加的机械力，磁场开始稍微改变其路径。这时，在导体的表面、在“U”形的内部和外部能够感测和测量由机械应力产生的磁场矢量。注意：仅在非常专用的电流电平时应用这种现象。

同样的力施加到“O”形的导体设计上。当均匀的电流通过“O”形导体(管)时，“O”(管)内部的可测量的磁效应彼此抵消(G)。

参照图26所示，当电流流过导体时，“O”形导体的内部区域看起来是磁“中和”的。

然而，当机械应力施加到“O”形导体(管)时，明显的是在“O”形导体内侧存在磁场。内部相反方向的磁场(以及外部磁场)开始关于所施加的扭矩应力倾斜。可以明确地感测和测量这种倾斜的场。

下文将描述编码脉冲设计。

根据本发明方法的示例性实施例，为了实现SH内期望的磁场结构(反向环、背着场设计)，将单极性电流脉冲通过轴(或SH)。通过使用“脉冲”可以实现期望的“趋肤效应”。通过使用“单极性”电流方向(不改变电流方向)，将不会意外地消除所产生的磁效应。

对于实现期望的PCME传感器设计，所采用的电流脉冲形状是最关键的。每个参数必须被准确地和可重复地控制：电流上升时间、恒定的电流“on”时间、最大电流幅值，以及电流下降时间。此外，电流在整个轴表面上非常均匀地流进和流出是非常重要的。

下文将描述矩形电流脉冲形状。

参照图27，其示出了矩形电流脉冲。

矩形电流脉冲具有快速上升的正边沿和快速下降的电流边沿。当矩形电流脉冲通过SH时，上升沿负责形成PCME传感器的目标磁结构，而矩形电流脉冲的水平的“on”时间和下降沿是具有反向生成性的。

参照图28，其示出了矩形电流编码脉冲宽度(恒定的电流“on”时间)与传感器输出信号斜率之间的关系。

在下面的实例中，矩形电流脉冲用于在直径为15mm、14CrNi14的轴中生成和容纳反向环“背着”场。脉冲电流的最大值约为270安培。对脉冲“on”的时间进行电子控制。由于编码脉冲上升沿和下降沿中的高频成分，因此该试验不能真正表示用于编码SH的实际DC的效果。因此当通过1000ms的“on”时间的恒定电流时，传感器输出信号斜率曲线最后在20mV/Nm之上变平。

不采用快速上升的电流脉冲边沿(例如采用受控的斜坡坡度)，则传感器输出信号斜率将非常差(低于10mV/Nm)。注意：在该试验(采用14CrNi14)中，信号的滞后大约是FS信号的0.95％(FS＝75Nm扭矩)。

参照图29，其示出了连续使用若干矩形电流脉冲增加传感器输出信号斜率。

当连续使用若干矩形电流编码脉冲时，可以增加传感器输出信号斜率。与其它编码脉冲形状相比，矩形电流脉冲的快速下降的电流脉冲信号斜率将阻碍传感器输出信号斜率达到最优的性能水平。这意味着在仅有几个电流脉冲(2到10个)施加到SH(或轴)上之后，传感器输出信号斜率将不再增加。

下文描述了流出的电流脉冲形状。

流出电流脉冲不具有恒定电流“on”时间，并且不具有快速的下降沿。因此SH的磁编码中最主要的和最能感受到的效应是该类型电流脉冲的快速上升沿。

参照图30所示，当生产PCME传感器时，急剧的电流上升沿和典型的放电曲线提供了最好的效果。

参照图31，其示出了借助于确定正确的脉冲电流的PCME传感器输出信号斜率的优化。

在脉冲电流值非常低的一端(对于直径为15mm，采用14CrNi14轴材料的轴是0到75A)，放电电流脉冲类型没有强到足以超越在铁磁轴内部生成永久磁场所需要的磁阈值。当增加脉冲电流幅值时，双环磁场结构开始在轴表面之下形成。当脉冲电流幅值增加时，次传感器系统的可达到的扭矩传感器输出信号幅值也增加。在400A到425A附近，可以实现最佳的PCME传感器设计(两个反向流动的磁区域达到其距离彼此的最佳距离，以及对应于最佳传感器性能的适当的通量密度)。

参照图32，其示出了编码脉冲期间，具有最佳的PCME电流密度和位置的传感器主机(SH)横截面。

当进一步增加脉冲电流的幅值时，绝对的、与扭矩力相关的传感器信号幅值将进一步增加一段时间(曲线2)，而PCME典型的传感器的整体性能将下降(曲线1)。当流过幅值为900A的脉冲电流时(对于直径为15mm的轴)，绝对的、与扭矩力相关的传感器信号幅值也开始下降(曲线2)，而此时PCME传感器的性能则非常差(曲线1)。

参照图33，其示出了传感器主机(SH)的横截面和脉冲电流电平不同并逐渐增加时的电脉冲电流密度。

当电流占据了SH的较大部分横截面时，内环区域和外(接近于轴表面)环区域之间的间隔就变得更大。

参照图34所示，当反向环“背着”场设计之间的间隔变窄时(A)，将实现更佳的PCME传感器性能。

期望的双反向环磁场结构不太可能在扭矩力下生成闭环结构，这就导致次传感器信号幅值的下降。

参照图35所示，使电流-放电曲线变平也会增加传感器输出信号斜率。

当增加电流脉冲放电时间(使电流脉冲更宽)时(B)，传感器输出信号斜率将增加。然而为了减小电流脉冲下降沿的斜率，所需要的流量非常大。利用大电流幅值(优化值)与尽可能慢的放电时间的组合来实现尽可能最大的传感器输出信号斜率可能更实际。

下文将描述主传感器处理构架中的电连接设备。

PCME技术(应该注意术语“PCME”技术用于指本发明的示例性实施例)依赖于在应该生成主传感器的地方使非常大的脉冲调制电流通过轴。当轴的表面非常干净并且导电率很高时，多点铜或金连接可能足以实现期望的传感器信号均匀性。重要的是每个连接点到轴表面的阻抗相同。在缆线连接到主要的电流连接点(I)之前确保其长度(L)相同时，可以最佳地实现上述要求。

参照图36，其示出了到轴表面的简单的电多点连接。

然而，在大多数情况下，仅能够通过确保每个连接点上的阻抗相同和恒定来实现可靠的和可重复的多点电连接。利用被按压的弹簧，被削尖的连接器将穿透轴表面上可能的氧化层或隔离层(可能由手指印产生)。

参照图37，其示出了多通道的电连接固定装置，其具有弹簧加载的接触点。

当对轴进行处理时，最重要的是电流以可能的最均匀的方式注入轴中或从轴中流出。上述视图示出了被固定装置围绕轴支撑的彼此分离的几个电连接器。这种设备被称为轴处理支撑夹(或SPHC)。SPHC中需要的电连接器的数量依赖于轴的外径。外径越大，需要的连接器则越多。从一个连接点到下一个连接点的电连接器之间的间隔必须相同。这种方法被称为均匀“点”接触。

参照图38，其示出了增加电连接点的数量将有助于脉冲调制电流的流入和流出。同时也增加了所要求的电控制系统的复杂度。

参照图39，其示出了如何打开SPHC来进行简单的轴装载的实例。

下文将描述主传感器处理构架中的编码方案。

利用施加到旋转轴上的永磁体或利用通过期望的轴部分的电流可以实现对主轴的编码。当采用永磁体时，需要非常复杂的连续的步骤来将两层闭环磁场在轴中置于彼此之上。当采用PCME过程时，电流必须以可能的最均匀的方式流入和流出轴以实现期望的性能。

参照图40所示，两个SPHC(轴处理支撑夹)被放置在计划的感测编码区域的边界上。通过一个SPHC，脉冲电流(I)将流入轴中，而在第二个SPHC处，脉冲电流(I)将流出轴。两个SPHC之间的区域将成为主传感器。

这种特定的传感器工艺将产生单场(SF)编码区域。这种设计的一个优点(与下面描述的设计相比)是这种设计对关于次传感器设备位置的任何轴向的轴运动不敏感。这种设计的缺点是当采用轴向(或成一直线)放置的MFS线圈时，系统将对杂散磁场(例如地球磁场)敏感。

参照图41所示，当采用轴向(或成一直线)放置的MFS线圈时，双场(DF)编码区域(指具有相反极性并排放置的两个独立作用的传感器区域)使得能够消除均匀杂散磁场的影响。然而，这种主传感器设计也缩小了轴向上(相对于MFS线圈的位置)轴运动的容许范围。利用PCME技术，有两种产生双场(DF)编码区域的方式。顺序处理，其中相继地生成磁编码部分；以及并行处理，其中同时生成两个磁编码部分。

顺序双场设计的第一处理步骤是对传感器的一个部分进行磁编码(与单场程序相同)，而两个SPHC之间的间隔必须是主传感器区域期望的最终长度的一半。为了简化对该处理的说明，将位于最终的主传感器区域中心的SPHC称为中心SPHC(C-SPHC)，将位于中心SPHC左侧的SPHC称为L-SPHC。

参照图42所示，顺序双场编码的第二处理步骤采用位于主传感器区域中心的SPHC(称为C-SPHC)以及位于中心SPHC另一侧(右侧)的第二SPHC，该第二SPHC被称为R-SPHC。重要的是在两个处理步骤中，中心SPHC(C-SPHC)中电流的方向相同。

参照图43所示，最终的主传感器区域的性能依赖于两个编码区域相对于彼此放置的接近程度。而这就依赖于所采用的中心SPHC的设计。C-SPHC的直线空间接触范围越窄，则双场PCME传感器的性能越好。

图44示出了根据本发明的另一示例性实施例的脉冲应用。如可以从上图中看出的，脉冲被施加到轴的三个位置上。由于电流分布于中间电极的两侧，而电流I在该中间电极流入轴，因此在侧面电极离开轴的电流仅是在中间电极流入轴的电流的一半，即¹/₂I。电极被表示为环状，其尺度适合于轴的外表面的尺度。然而，应该注意到，可以采用其它电极，例如包括多个销电极的电极，这在本说明书的后面将进行描述。

参照图45所示，当没有扭矩或线性运动应力施加到轴上时，双场PCME传感器设计的两个传感器截面的磁通量方向是已知的。反向流的磁通量环路不会彼此互相作用。

参照图46所示，当以特定的方向施加扭矩力或线性应力时，则磁通量环路开始在轴内部以增加的倾斜角度延伸。当倾斜的磁通量达到PCME部分的边界时，则磁通线与反向的磁通线互相作用，如图所示。

参照图47所示，当施加的扭矩方向改变时(例如从顺时针变为逆时针)，则PCM编码的轴内的反向流的磁通量结构的倾斜角度也将改变。

下文将描述用于轴处理的多通道电流驱动器。

当不能保证电流路径到轴表面的阻抗绝对相同时，则电流控制的驱动器级可以用于克服这种问题。

参照图48，其示出了用于小直径传感器主机(SH)的六通道同步脉冲电流驱动器系统。随着轴直径的增加，电流驱动器的通道数也增加。

下文将描述铜制(bras)环接触和对称“点”接触。

当轴直径相对较小，轴表面干净且在期望的感测区域内没有任何氧化作用时，则可以选择简单的“铜制”环(或铜环)接触方法来处理第一传感器。

参照图49所示，可以采用紧密地配合到轴表面上的铜制环(或铜环)，对电线进行焊接连接。两个铜制环(铜环)之间的区域是编码区域。

然而，当采用对称的“点”接触方法时，可实现的RSU的性能则低得多。

下文将描述热点(hot spotting)的概念。

标准的单场(SF)PCME传感器具有非常差的热点性能。SF PCME传感器部分(当施加扭矩时)的外部磁通量分布(profile)对周围环境中可能的变化(关于铁磁材料)非常敏感。由于没有很好地界定SF编码传感器部分的磁边界(不“受限”)，因此它们能够朝在PCME传感器区域附近放置铁磁材料的方向“延伸”。

参照图50所示，PCME处理的磁化感测区域对可以靠近感测区域的边界的铁磁材料非常敏感。

为了降低热点传感器的敏感度，就必须通过对PCME传感器部分的边界进行限制，以对其更好地界定(它们不再能够移动)。

参照图51，其示出了具有两个“限制场区域”的PCME处理的感测区域，一个位于感测区域的一侧。

通过将限制区域靠近感测区域的两侧放置，感测区域边界被限定到非常具体的位置上。当铁磁材料接近感测区域时，其可以对限制区域的外边界产生影响，但是对感测区域的边界产生非常有限的影响。

根据本发明的示例性实施例，存在多种处理SH(传感器主机)以得到单场(SF)感测区域和两个限制区域的方法，其中感测区域每侧有一个限制区域。相继地处理每个区域(顺序处理)，或者同时处理两个或三个区域(并行处理)。并行处理提供了更均匀的传感器(减少寄生场)，但是需要更高电平的电流来得到目标传感器信号斜率。

参照图52，其示出了为了减少(或者甚至消除)热点，在主感测区域的两侧具有限制区域的单场(SF)PCME传感器的并行处理实例。

当已经限定传感器中心区域时，双场PCME传感器对热点的影响较不敏感。然而，通过在双场传感器区域的两侧放置限制区域可以进一步减小剩余的热点敏感性。

参照图53，其示出了在两侧具有限制区域的双场(DF)PCME传感器。

当不允许有或不能有限制区域时(例如，受限的可用轴向间隔)，则感测区域必须被磁屏蔽，以不受外部铁磁材料的影响。

下文将说明转动信号均匀性(RSU)。

根据当前的理解，RSU传感器性能主要依赖于流入和流出SH表面的电流沿圆周的均匀性，以及电流流入点和流出点之间的物理间隔。电流流入点和流出点之间的间隔越大，则RSU的性能越好。

参照图54所示，当各个沿圆周布置的电流流入点之间的间隔相对于轴直径相对较大时(并且沿圆周布置的电流流出点之间的间隔也相同地大时)，就会产生非常差的RSU性能。在这种情况下，PCM编码部分的长度就必须尽可能大，否则产生的磁场将会沿圆周不均匀。

参照图55所示，通过展宽PCM编码部分，沿圆周的磁场分布在电流流入点和电流流出点之间的中间位置将变得更均匀(最终几乎达到最佳)。因此在电流流入点和电流流出点之间的中点处的PCME传感器的RSU性能最佳。

下面将描述NCT传感器系统的基本设计问题。

不需要探究PCM编码技术的具体细节，该感测技术的终端用户需要了解一些设计细节，这种设计细节使得用户能够在其应用领域中应用和使用这种感测概念。下述内容描述了基于磁致伸缩的NCT传感器(如主传感器、次传感器，以及SCSP电子设备)的基本元件，各个组件的样子，以及当将该项技术集成到已有的产品中时需要进行何种选择。

原则上，PCME感测技术可以用于生产独立的传感器产品。然而，在已有的工业应用中，几乎没有或根本没有“独立”产品的可用空间。在已有的产品中可以采用PCME技术，而不需要重新设计最终产品。

当独立的扭矩传感器设备或位置检测传感器设备应用于发动机传动系统时，整个系统可能需要进行主要的设计改变。

在下文中，参照图56，示出了PCME传感器在发动机轴上的可能位置。

图56示出了根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器在例如汽车的变速箱中的可能设置的位置。图56的上部表示根据本发明的示例性实施例的PCME扭矩传感器的设置。图56的下部表示如在本发明的示例性实施例中的没有集成在变速箱的输入轴中的独立的传感器设备的设置。

如可以从图56的上部看出的，根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器可以集成到变速箱的输入轴中。换句话说，主传感器可以是输入轴的一部分。换句话说，输入轴可以被磁编码，使得其变为主传感器或传感器元件自身。次传感器，即线圈，可以例如被容纳在靠近输入轴的编码区域的轴承部分中。因此，对于在功率源和变速箱之间设置扭矩传感器，不必中断输入轴并在引向发动机的轴和引向变速箱的另一轴之间设置独立的扭矩传感器，如图56的下部所示。

由于编码区域集成在输入轴中，因此例如对于汽车，就可能在不对输入轴进行任何改变的情况下设置扭矩传感器。例如，在航空器的部件中，这就变得非常重要，其中航空器的每个部件在被允许用于航空器之前需要进行大量的测试。由于没有改变当前的轴，因此根据本发明的这种扭矩传感器被并入航空器或涡轮机的轴中，可能甚至不需要这些大量的测量。并且，不会对轴的材料产生任何材料影响。

而且，如可以从图56中看出，由于在离开功率源的轴和到变速箱的输入轴之间设置独立的扭矩传感器变得非常明显，因此根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器可以允许减小变速箱和功率源之间的距离。

下面将说明传感器组件。

如图57所示，根据本发明的示例性实施例，非接触式磁致伸缩传感器(NCT传感器)可以由三个主要的功能元件组成：主传感器、次传感器，以及信号调节和信号处理(SCSP)电子设备。

根据应用类型(数量和质量要求、目标制造成本、制造工艺流程)，客户可以选择购买单独的组件在其自己的管理下构造传感器系统，或者可以转包各个模块的生产。

图58示出了非接触式扭矩感测设备的组件的示意性说明。然而也可以在非接触位置感测设备中实现这些组件。

在年生产量目标是几千单位时，将“主传感器磁编码过程”集成到客户制造过程中可能更加高效。在这种情况下，客户需要购买专用的“磁编码设备”。

在高产量的应用中，成本和制造过程的完整性非常重要，通常是NCTE仅提供构造非接触式传感器所需要的各个基本组件和设备：

■IC(表面安装封装专用的电子电路)；

■MFS线圈(作为次传感器的一部分)；

■传感器主机编码设备(将磁编码用于轴＝主传感器)。

根据所要求的量，已经组装的MFS线圈可以设置在框架上，并且如果期望的话，可以电连接到具有连接器的线束上。同样地，可以以PCB的形式，在PCB中嵌入或不嵌入MFS线圈，提供全部功能的SCSP(信号调节和信号处理)电子设备。

图59示出了感测设备的组件。

如可以从图60看出的，需要的MFS线圈的数量依赖于希望的传感器性能和物理传感器设计的机械公差。在良好设计的传感器系统中仅需要两个MFS线圈，该传感器系统具有完善的传感器主机(SH或磁编码轴)以及最小的来自不希望的杂散磁场的干扰。然而，如果SH关于次传感器位置径向或轴向运动超过零点几毫米，则需要增加MFS线圈的数量以实现期望的传感器性能。

下文将说明控制和/或计算电路。

根据本发明的示例性实施例，SCSP电子设备由NCTE专用IC、许多外部无源和有源电子电路、印刷电路板(PCB)，以及SCSP外壳或箱体组成。根据使用SCSP单元的环境，需要适当地密封该箱体。

根据专用需求，NCTE(根据本发明的示例性实施例)提供了许多不同的专用电路：

■基本电路；

■具有集成的电压调节器的基本电路；

■宽信号带宽电路；

■可选的高压和短路保护设备；

■可选的故障检测电路。

图61表示单通道、低成本的传感器电子设备方案。

如可以从图61中看出的，可以设置例如包括线圈的次传感器单元。例如，参照图60所示，这些线圈被设置为用于当扭矩施加于主传感器单元上时，感测从主传感器单元，即传感器轴或传感器元件发出的磁场的变化。次传感器单元连接到SCST中的基本IC上。基本IC通过电压调节器连接到正的电源电压。基本IC还接地。基本IC用于将模拟输出提供给SCST外部，该模拟输出对应于施加到传感器元件上的应力所产生的磁场的变化。

图62示出了具有有集成的故障检测电路的双通道、短路保护系统设计。这种设计包括5个ASIC设备并且提供高度的系统安全性。当在传感器系统的任何地方出现导线断路时，故障检测IC识别MFS线圈的故障或“基本IC”的电子设备驱动器级中的故障。

下面将说明次传感器单元。

根据图63中所示的一个实施例，次传感器可以由以下元件组成：1到8个MFS(磁场传感器)线圈、定位和连接板、具有连接器的线束，以及次传感器外壳。

MFS线圈可以安装到定位板上。通常定位板允许以适当的方式焊接/连接每个MFS线圈的两个连接线。线束连接到定位板上。这种完整组装的MFS线圈和线束则被次传感器外壳嵌入或支撑。

MFS线圈的主要元件是芯线，该芯线需要由类似于无定形材料的材料制成。

根据使用次传感器单元的环境，组装的定位板需要由保护材料遮盖。当周围温度变化时，这种材料不能在MFS线圈上产生机械应力或压力。

在工作温度不会超过110摄氏度的应用中，客户可以选择将SCSP电子设备(ASIC)放置在次传感器单元(SSU)的内部。尽管ASIC设备能够在高于+125摄氏度的温度下工作，但是补偿与温度相关的信号偏差和信号增益的变化将变得更加困难。

推荐的MFS线圈和SCSP电子设备之间的最大线缆长度是2米。当采用合适的连接线缆时，可以实现长达10米的距离。为了避免多通道应用中的信号串扰(在同一主传感器位置工作的两个独立的SSU＝冗余传感器功能)，应该考虑SSU和SCSP电子设备之间的专用屏蔽线缆。

当计划生产次传感器单元(SSU)时，生产者需要确定要通过转包购买SSU哪个部分/哪几个部分，以及自己进行那些制造步骤。

下文将描述次传感器单元制造选项。

当将NCT传感器集成到定制的工具或标准传动系统中时，系统制造商可以从下面选择几个选项：

■定制的SSU(包括线束和连接器)；

■选择的模块或组件；可以在客户的管理下进行最后的SSU组装和系统测试；

■仅有基本组件(MFS线圈或MFS芯线、专用IC)，并且自己生产SSU。

图64示出了次传感器单元组件的示例性实施例。

下面说明主传感器的设计。

SSU(次传感器单元)可以被放置在磁编码SH(传感器主机)的外部，或者当SH为中空时，被放置在SH内部。可实现的传感器信号幅值具有相等的强度，但是当SSU被放置在中空轴内部时，信噪比性能好得多。

图65示出了主传感器和次传感器几何布置的两种配置。

当磁编码处理应用于SH(轴)的直的且平行的部分时，可以实现改进的传感器性能。对于直径为15mm到25mm的轴，磁编码区域的最理想的最小长度是25mm。如果该区域可以长达45mm(增加防护区域)，则传感器性能将得到进一步提高。在复杂和高度集成的传动(变速箱)系统中，难于找到这种空间。在更理想的环境中，磁编码区域可以短至14mm，但是这就具有不能实现所有期望的传感器性能的风险。

参照图66所示，根据本发明的示例性实施例，SSU(次传感器单元)和传感器主机表面之间的间隔应该保持尽可能地小，以实现最佳的可能的信号质量。

下面将描述主传感器编码装置。

在图67中示出了一个实例。

根据选择的磁致伸缩感测技术，相应地处理和对待传感器主机(SH)。该技术(ABB、FAST、FT、Kubota、MDI、NCTE、RM、西门子......)彼此很不相同，因此所需要的处理装置也很不相同。一些可用的磁致伸缩感测技术不需要对SH进行任何物理变化，仅依赖于磁处理(MDI、FAST、NCTE)。

MDI技术是两级处理，FAST技术是三级处理，NCTE技术是被称为PCM编码的一级处理。

应该注意，在磁处理之后，传感器主机(SH或轴)就变成“精确测量”设备，需要对其进行相应的处理。在将经过处理的SH被小心地放置在其最终位置之前，磁处理就是最后的步骤了。

在下列情况下，磁处理应该是客户生产过程(自己进行磁处理)的完整部分：

■高生产量(例如几千)；

■沉重地或难于搬运的SH(例如，高运输成本)；

■非常特殊的质量和验收要求(例如，国防应用)。

在所有其它情况中，由具备资格的和被授权的转包商，例如NCTE，对SH进行磁处理可能是更加成本有效的。对于“自己”磁处理，需要专用的制造设备。可以完全手动地、半自动地，以及完全自动地操作这种设备。根据复杂度和自动化水平，这种设备可能的花费在2万欧元到高于50万欧元。

在下文中，参照图68A、图68B所示，将描述用于磁化可磁化物体6803以生成磁编码区域的装置6800。

装置6800包括用于电接触可磁化物体6803的不同部分的电连接元件6801。而且，设置连接到电连接元件6801、并用于将不同的电信号施加到可磁化物体6803的不同部分以在不同部分生成不同的磁编码区域的电信号供应单元6802。

更详细地，两个电连接元件6801连接到可磁化物体6803圆周的左侧部分，其中电流I₁可以被引入该部分。而两个其它的电连接元件6801连接可磁化物体6803的右侧部分，以将例如具有相反方向的电流I₁引入该部分。两个其它的电连接元件6801接触可磁化物体6803圆周的上部，以在可磁化物体6803表面的相应部分引入电流I₂。并且，还通过两个另外的电连接元件6801将电流I₂引入可磁化物体6803圆周的底部，以在该表面部分中生成另一个可独立确定和限定的磁化强度。

电流I₁、I₂的方向不同，极性和幅值可以被独立地调节，并且可以同时或相继地被施加到可磁化物体6803表面的不同部分上。

采用这种测量，可以在可磁化物体6803的表面上限定与电连接元件6801的接触相关的不同磁表面部分。这就可以在可磁化物体6803的表面生成磁化图案，其在图74B中示出。

图68B表示可磁化物体6803表面的磁化部分的表面投影。

如可以在图68B中看出的，可以在表面上生成类似于棋盘的图案。相邻部分的极性和/或磁场密度或在给定部分中产生的磁化强度可以不同。

图68A、图68B中所示的配置产生了表面磁化图案，当设置在可磁化物体6803圆周表面附近的磁场检测器对该磁化图案进行采样或扫描时，该图案由多个正弦函数的组成。

换句话说，图68A、68B表示“模/数信号的多周期图案”。

当磁编码传感器主机旋转360度时，“模/数信号的多周期图案”的旋转角度传感器提供接近正弦形或伪正弦形输出信号的两个或更多个完整周期。

为了得到多周期的磁化图案，PCME编码信号需要以两种或更多种交变的方式通过传感器主机。可以用对铁磁轴的磁处理来实现图68A、图68B所示的方案。如果旋转设备6803(例如动力转向轴的传动轴)具有铁磁特性，则磁处理可以用于该轴。

根据图68A、图68B所示的磁化方案，可以一个接一个地，或者同时施加不同的电流I₁、I₂。

特别地，尽管未在图68A中示出，但是对于每对电连接元件6801采用单独的电信号供应单元6802可能是有利的。

例如，电流I₂和I₁可以彼此分离。这意味着需要使用两个独立电流源来确保在I₁和I₂之间没有电流串扰。

参照图68B，所示的棋盘是通过采用图68A中所示的方法生成的。这意味着尽管仅有4个电流路径用于磁编码，但是4×4的场结构自动形成。相信其原因是只有内部的两个棋盘结构(列)是直接通过从一个连接器流到另一个电接触件的电流生成的。外部的两个棋盘列可以由其自己生成，而不需要流过该区域的电流。这与轴端(直接的磁编码区域之外的部分)和线缆之间的介电常数有关。

参照图69，其示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的传感器设备6900。传感器设备6900特别适用于确定动态力，例如扭矩，并且包括具有多个磁编码区域的可运动物体6901。特别地，磁编码区域的数量是偶数，并且优选地，这种区域以类似于棋盘的图案设置，在图69中用虚线表示的、并被标记“+”和“-”的不同区域示意性表示这种图案。磁编码区域关于可运动物体沿其圆周布置。传感器设备6900还包括多个磁场检测器6902，在图69中仅示意性地示出一个磁场检测器。磁场检测器的数量是β，β＝{n∈N|γ＞0}，其中 $\mathrm{\γ}=\left(\frac{\mathrm{\α}}{n}\right)-\mathrm{int}\left(\frac{\mathrm{\α}}{n}\right),n\∈N,$ 即n是正整数，α是磁编码区域的数量。正如磁编码区域那样，磁场检测器沿可运动物体的圆周放置。如图70中的示意性表示的，后面将进行描述。根据本发明，多组磁编码区域可以位于可运动物体上，即，第二、第三等行的沿圆周的磁化区域可以相邻于所示的磁编码区域来设置，以形成如图68B示意性表示的真正的类似于棋盘的结构。在这种情况下，对于每组磁编码区域设置了多个磁场检测器，所述多个磁场检测器受到上述限制。

磁场检测器6900耦合到物理参数信息确定单元6903。物理参数信息确定单元6903包括几个元件。这些元件之一是信号调节信号处理单元6904，其被耦合到多个磁场检测器并用于处理所检测到的信号和生成经过处理的检测信号。

经过处理的信号被提供给速度检测单元6906和可编程滤波器6905。速度检测单元6906还连接到可编程滤波器6905，用于确定可运动物体6901的速度以及将对应于所确定速度的速度信号提供给可编程滤波器6905。这种速度信号可以被用作可编程滤波器6905的滤波器信号。

可编程滤波器6905用于根据SCSP单元6904的经过处理的信号以及速度检测单元6906的速度信号来生成一信号。接着滤波器单元6905的这种信号被提供给整流器6907，整流器6907也是物理参数信息确定单元6903的一部分。整流器6907的输出信号表示与施加到可运动物体6901上的扭矩相应的信号。

参照图70，其示意性地示出了可运动物体7000的横截面。图70中所示的可运动物体包括示意性示出的、并用“+”或“-”标记的8个磁编码区域。而且，在图70的四个部分中示出了不同数量的磁场检测器7001到7009。在左上部，示出3个磁场检测器7001到7003。在右上部，示出了5个磁场检测器7001到7005。在左下部，示出了7个磁场检测器7001到7007。在右下部，示出了9个磁场检测器7001到7009。磁场检测器可以沿可运动物体的圆周被等距地隔开或者被不均匀地隔开。

在下文中，参照图71所示，描述了编码技术的示例性实施例。这种技术要求将被磁处理的可磁化物体，即轴，由铁磁材料制造。在图71A中，示意性地示出了轴7100，围绕轴7100设置多条导线7101、7102、7103以及7104。根据该实施例，围绕轴7100共设置不接触轴7100的六条导线。当对磁编码区域进行编码时，电流I₁流过这些导线。在图71B中示出了通过轴7100和导线的横截面。

上述磁编码技术将产生永磁性的6个周期的正弦波图案，当磁编码轴旋转约360度时，即当轴旋转大约一周时，这种正弦波图案可以被检测到。在编码过程中平行于轴延伸的电导线尽可能靠近轴放置时，正弦波图案的幅值和正弦形状的对称性增加。然而，这些导线并不是要建立到轴表面的电连接。

当将PCME脉冲信号用于磁编码时，可以实现最佳的效果。在完成磁编码后，不再需要电导线并且可以将其移除。为了针对每个正弦波得到相同的信号幅值，重要的是每条导线中平行于轴的轴向流过的电流具有相同的值，即具有相同的电流值。

到达和来自于编码“线架”的准确的导线路径是关键。图71不能表示出可能的最佳导线路径，其更多地具有符号特征。

图72示意性地示出了由MFS设备获取的信号曲线图，MFS设备感测图71中示意性描述的轴。该曲线图表示对轴旋转约360度并利用切向设置的MFS设备获取信号时的6个正弦波周期。在图72的X轴上，示出了被3除过的旋转位置，即，例如数值55与165度相关。在Y轴上以任意单位示出了相对输出信号。

虽然结合图71所描述的磁编码原理对于构造速度或角位置传感器来说可能是理想的，但是其也允许测量机械力。然而，获取和处理信号的方法对于克服RSU(转动信号均匀性)和信号极性改变的问题来说相对复杂。优选地，如图69中的示意性描述，信号整流器用于测量机械力。例如，当仅采用一个MFS设备，并且轴根本不运动时，即在静态扭矩测量的情况下，在统计学上MFS设备能够锁定于错误位置，即在“零”信号值点，因此将不能检测到任何机械力。可替换地，当轴以特定的速度旋转并且不使用信号整流器时，交变的正扭矩信号和负扭矩信号能够彼此抵消掉。

在下文中，参照图73所示，描述了编码技术的另一个示例性实施例。这种技术类似于图71中所示的技术，但是包括两组导线。将被磁处理的轴也必须由铁磁材料制造而成。在图73A中示意性地示出了轴7300，多条导线7301、7302、7303以及7304围绕轴7300设置。根据该实施例，一共6条导线围绕轴7300设置而不接触轴7100，在这6条导线中仅示出4条导线。这些导线形成了第一组导线，即第一线架，电流I₁流过第一组导线，同时对磁编码区域进行编码。与图71A中所示的实施例相反，第二组导线，即第二线架围绕轴7300设置。电流I₂流过这些导线7305、7306以及7307，同时进行编码，电流I₂与电流I₁的强度相同但是方向相反。以交替的方式放置第一组导线和第二组导线，即在每两条属于第一组的导线中间设置一条属于第二组的导线。通过在几何上将导线设置在第一线架的导线之间，并且使相同强度的编码电流以相反方向通过这些导线，在进行了磁编码之后，可实现的传感器信号增益至少为仅采用一个线架以对轴进行磁编码时的两倍。在两个线架处或附近的任何位置都不允许该两个相反的电流路径使彼此变短。

在每个线架中使用的导线数量确定围绕感测轴表面设置多少个信号周期(正弦波)。基本上，对于平行于轴设置多少电流路径没有限制。然而，如果这个数量变得过大，则最后得到的信号幅值就变得较小，因此，这就意味用于检测和测量角位置信号的MFS设备必须接近于轴表面放置。最后当电导线路径的数量变得非常大时，磁极性变化周期彼此非常接近，从而最后的信号增益非常小，并且所使用的MFS设备的物理几何结构太大以致于不能在信号极性变化之间进行区分，即任何事情都变得“昏暗”和电不可分辨。

图74示意性地示出了当对可磁化编码的区域进行编码时，利用一条导线实现的磁化。在图74A中，轴7400的横截面被表示为设置了导线7401，其中导线7401与轴7400不直接接触。而且，在图74A中示意性地示出了由流过导线7401的电流产生的磁场的等势线7402和7403。在进行磁编码后，移除导线7401，产生的磁场线将在轴中闭合，即将在轴7400的表面之下重新结合。在图74B中示出了这种情况。即，PCME编码脉冲将磁化轴表面的上层。右边的图74C示出了可以在轴表面检测到的希望的磁通效应7405及其方向。这种初始磁化的深度依赖于电导线距离轴表面放置的接近程度以及最佳平衡的PCME脉冲的最大电流值，这里最佳平衡意味采用快速的脉冲上升时间和缓慢的脉冲下降时间。在PCME脉冲完成之后，磁化的轴表面瞬时形成其自己的磁环路，这在图74C中和图74C下的放大视图中示意性地描述。不这样做将意味着在轴表面内部不会存在永久磁场。借助于径向敏感的MFS设备和切向敏感的MFS设备可以检测和测量正好位于轴表面下的这种轴内磁环路的效应。

图75示意性地示出了当对与图73中所示的设置对应的磁编码区域进行编码时，利用每个都包括四条导线的两个线架实现的磁化。这种情况类似于结合图74描述和说明的情况。在图75A中，示出了在周围设置第一组导线7501、7502、7503以及7504的轴7500的横截面。第二组导线7505、7506、7507以及7508也围绕轴7500设置，其中所有导线都与轴7500不直接接触。而且，在图75A中示意性地描述了分别流过导线7501和7502的电流I₁产生的磁场的等势线7509和7510。当对轴7500进行编码时，方向相反幅值相同的电流I₂被引导通过第二组导线。这也由等势线7511和7512示意性地示出。

也就是说，图75示出了采用以下设置时轴表面之上和之下的效果：四条导线平行于轴放置，每隔90度角围绕轴放置。这四条导线中的电编码电流相等并以相同的方向流动，当将导线放置在这些导线的每个之间时，电流值相同但方向相反。

而且，图75A是在主要的PCME编码时刻，角度和机械力感测区域中心的轴横截面。在进行PCME编码并且在轴表面下形成稳定和永久的磁环路通量结构7513、7514、7516以及7517后得到图75B。而图75C和图75D示出了在轴表面可以检测到的期望的磁通效应和其方向。

图76示意性地示出了导线的另一个示例性实施例，利用该导线可以对轴7600的可磁编码区域进行磁编码。在图76A中，编码导线7601、7602、7603、7604以及7605围绕轴表面被均匀地隔开。在进行编码之前，一条导线例如7605被拿掉，从而缺少的导线将会在剩余的导线之间留下更宽的间隔。这种更宽的间隔将会导致这种情况，即MFS设备检测到的数字化的模拟感测信号更清楚地突出了缺少的脉冲。在图76中还示出了数字化的模拟信号。这是一种有助于识别“绝对”角位置的可能的编码技术。

当仅采用一个MFS设备时，轴需要旋转约360度以确保已经定位缺少的“脉冲”。从那时起，角度传感器锁定于旋转轴的绝对位置。当采用两个或多个MFS设备时，可以相应地减少所需要的轴的旋转运动。即，当采用两个MFS设备时，轴需要旋转360度/2＝180度。当采用三个或多个MFS设备时，则可以立即识别旋转轴的绝对位置。即，不需要对轴进行旋转来识别缺少的脉冲。

代替一个缺少的齿，通过以正确的间隔放置编码导线可以复制任何其它值得考虑的信号图案。例如对数间隔，即两个连续导线之间的距离以对数方式增加的间隔。

图77示意性地示出了一个示例性的实施例，其中感测轴是管7700。图77A示意性地示出了感测轴7700，四条导线7701、7702、7703以及7704用于产生磁编码区域。在管状轴的情况下，当对轴进行编码时优选地将导线放置在轴的内部。在编码期间当导线被放置在管状轴内部时，在进行测量时，优选地将磁场传感器7705、7706、7707以及7708也放置在管的内部。这在图77B中示意性地示出。

也就是说，当感测轴是管时，可以在管的内部或外部进行磁编码。在管内部进行磁编码的情况下，当将MFS设备放置在管的内部时，就实现了最佳的信号检测效果。在编码过程发生的同侧，磁通量图案具有最准确的间隔限定。因此，当对管状轴进行编码时，优选地将电耦合元件，例如导线放置在管状轴的一侧，在进行测量时将磁场传感器放置在与电耦合元件相同的一侧。

图78示意性地示出了用于轴7800的编码技术的另一个示例性实施例，其中导线7801、7802、7803、7804、7805以及7806在轴7800的一端附近弯曲。只要线架的电阻抗不限制PCME编码脉冲的效率，就可以采用这种技术，电导线需要平行于轴通过。也就是说，必须平行于轴通过的电导线可以在一端被弯曲并平行于轴地返回，但是移动了期望的角度值。然而，由于导线阻抗可以高于其它所描述的线架设计中的导线阻抗，因此可实现的角度传感器的信号幅值就可以更低。

图79示出了对轴7900进行编码时设置两个线架的另一个示例性实施例。包括几条导线7901、7902、7903以及7904的第一线架被设置为与包括导线7905、7906、7907以及7908的第二线架相邻，其中第一线架的导线中的电流方向与第二线架的导线中的电流方向相反，这由导线上的箭头示意性地示出。

也就是说，为了执行“不同模式”的信号处理，可以采用几种选择。图79中所示的一种是将两个编码区域并排放置但是输出信号极性相反。采用以相同的方向进行检测并被放置在两个编码传感器区域之上的两个MFS设备，使得当从彼此中减去输出信号时能够消除任何不希望的干扰磁信号。即，输出信号是：输出信号＝MFS₁-MFS₂。

图80示意性地示出了关于轴8000的磁场传感器的示例性设置。在图80A中，示出了所谓的切向设置，其中磁场检测器8001和8002的纵轴与轴8000的纵轴垂直并且与轴8000的圆周相切。在图80B中，示出了所谓的径向设置，其中MFS 8001和8002的纵轴与轴的纵轴垂直并且处于轴的半径方向上。两个MFS设备的切向和径向设置使得能够检测角度轴信息。在图80C中，示出了所谓的轴向设置，其中轴的纵轴与MFS8001和8002的纵轴平行。以轴向区别的MFS设备的设置对于测量施加到磁编码轴上的机械应力是最理想的。

在图81中，示出了输出信号的示意图。当以最佳方式围绕磁编码轴表面设置若干MFS设备、并建立所使用的MFS设备的绝对信号输出的平均值时可以保证几乎不变的输出信号，这与相对轴旋转无关。最佳方式取决于围绕360度的轴表面设置的磁信号周期的数量，并且还取决于将要使用的MFS设备的数量。

在该实例中，四个MFS设备间隔22.5度的旋转角度围绕轴放置，同时在轴表面编码两个完整的磁信号周期。MFS设备的角位置被示意性地表示为图81中的垂直线8100、8101、8102以及8103。请注意，举例来说，用因数4.5压缩X轴，使得值40对应于180度的位置。在Y轴上，用任意单位表示单个MFS测量到的输出信号。如果所使用的MFS设备的物理尺度不允许它们彼此如此靠近，则它们可以改为放置在另一个磁信号周期的相同的相对位置上。例如，线8102表示的MFS可以改为设置在与值10对应的位置，即值50处。

在图82中，示出了输出信号的其它示意图。如已经提到的，当建立所使用的MFS设备的绝对信号输出的平均值时，可以保证几乎不变的输出信号，这与相对的轴旋转无关。在图82的上图中，四个MFS被设置在标记为8201、8202、8203以及8204的位置处，而在下图中，四个MFS被设置在标记为8205、8206、8207以及8208的位置处。在图82中，以因数4.5压缩X轴，Y轴以任意单位表示输出信号。尽管在图81和图82中MFS的位置不同，但是计算出的输出信号是相同的，这些输出信号是通过将四个MFS设备设置在如图81和图82的三个图中所示的角位置处得到的计算出的输出信号是相同的。即，所施加的扭矩可以由下式确定：

其中MFS1、MFS2、MFS3以及MFS4是由相应的磁场传感器设备测量的信号，即扭矩可以通过计算磁场传感器设备信号的数学平均而确定。

在图83中，示意性示出了四个磁场传感器设备关于轴8300的两种不同的设置选择。原则上，四个磁场传感器8301、8302、8303以及8304可以以任何期望的设置来放置。

也就是说，图83表示当采用上述关系式确定扭矩时，如何围绕轴表面设置四个MFS设备(在相同的轴横截面上)以实现相同的输出信号结果的两种选择。MFS设备在轴向敏感，其测量扭矩应力。轴现在可以自由旋转，扭矩信号幅值仅能稍微变化。为了实现更稳定的输出信号，优选地增加MFS设备的数量。

图84示意性地示出了编码技术的另一个示例性实施例。尽管目前所示的磁编码是通过将电导线“平行于”感测轴8400放置而产生的，但是编码导线也可以全部或部分在切向方向上围绕轴缠绕。在图84A所示的实例中，两条导线8401和8402中的每条导线围绕轴表面缠绕几乎180度的角度，并且不直接接触轴8400。围绕轴缠绕的两条导线中的电流以关于轴表面相反的方向延伸。

图84A示出了截面图，图84B示出了轴8400的透视图。在图84B中，每隔几毫米就会有另一条导线围绕轴8400缠绕，从而从一条导线到下一条导线，导线中的电流方向翻转为相反的方向，即，从一条导线到下一条相邻的导线，电流方向改变。在图84B中，示意性地示出六对导线，其中只有部分导线被标记为8401、8402、8403、8404、8405、8506。当然线对的数量可以更多。在轴表面产生的磁图案对应于棋盘状图案。

对根据图84的实施例的磁编码进行优化，以便非常精确地测量轴的轴向运动(相对于静止的MFS设备)、角旋转(当编码导线没有缠绕360度，而只是180度时)，以及施加到轴上的机械力。

然而，编码图案变得越复杂，则信号检测和信号处理就会变得越复杂。

本发明的一个特征是，由磁编码区域限定的结构可以基本表现出每个期望的形式。特别地，在可磁化元件中生成的磁场结构可以是不均匀的，即该结构不必关于可磁化元件均匀。而且，该结构可以关于可磁化元件径向、轴向或切向设置。特别地，PCME技术使得能够在可磁化元件中产生基本上每种期望的图案。

应该注意到，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，“一个”并不排除多个。同时可以对根据不同实施例描述的元件进行组合。

应该注意到，权利要求中的附图标记不应看作对权利要求范围的限制。

Claims (29)

1、一种用于磁化可磁化元件以生成磁化编码区域的装置，所述装置包括：

用于电耦合可磁化元件的至少两个不同部分的电耦合元件；

连接到所述电耦合元件并适于将至少两个不同电信号耦合到所述至少两个不同部分以在可磁化元件的所述至少两个不同部分中生成至少两个不同的磁编码区域的电信号供应单元。

2、如权利要求1所述的装置，

其中电耦合元件是接触所述至少两个不同部分的电连接元件，以及

其中所述至少两个不同电信号的耦合是将所述至少两个不同的电信号施加到所述至少两个不同部分上。

3、如权利要求1所述的装置，

其中电耦合元件是用于以非欧姆方式耦合到所述至少两个不同部分的电非欧姆元件，以及

其中所述电信号供应单元用于将所述至少两个不同信号以非欧姆方式引入到所述至少两个不同部分。

4、如权利要求3所述的装置，

其中电耦合元件是与可磁化元件的轴平行设置的导线。

5、如权利要求3所述的装置，

其中电耦合元件是与可磁化元件的轴相切设置的导线。

6、如权利要求5所述的装置，

其中所述至少两个不同的电信号的强度基本相同。

7、如权利要求3到6中任一项所述的装置，

其中电耦合元件被设置于第一电耦合元件组和第二电耦合元件组中，其中预定强度的电信号被施加到第一组的电耦合元件上，并且具有该预定强度的电信号被施加到第二组的电耦合元件上，其中被施加到第一组的信号具有与被施加到第二组的信号相反的方向。

8、如权利要求7所述的装置，

其中，在第一组的每两个电耦合元件之间设置第二组的一个电耦合元件。

9、如权利要求1到8中任一项所述的装置，

其中耦合元件围绕可磁化元件被等间隔地设置，或不等间隔地布置，或以对数关系间隔设置。

10、如权利要求1到9中任一项所述的装置，

其中对电耦合元件进行连接以形成电耦合元件组，其中每个电耦合元件组被分配给所述至少两个不同部分中的相应的一个，其中电耦合元件组中的至少一个电连接元件用于将相应的电信号从电信号供应单元导向到相应的部分，并且电耦合元件组中的至少另一个电耦合元件用于将相应的电信号从相应的部分引导回电信号供应单元。

11、如权利要求1到10中任一项所述的装置，

该装置适用于以可运动物体的至少两个部分中的变化的磁场强度来生成磁编码区域。

12、如权利要求1到11中任一项所述的装置，

该装置适用于以可运动物体的至少两个部分中的变化的磁极性来生成磁编码区域。

13.如权利要求1到12中任一项所述的装置，

其中所述装置用于磁化管状的可磁化元件，使得在所述可磁化元件表面的平面投影中，磁编码区域的磁场强度和/或极性可以形成棋盘状结构。

14.如权利要求1到13中任一项所述的装置，

其中所述装置用于根据下述制造步骤制造至少两个磁编码区域：

将第一电流脉冲施加到相应部分；

其中所述装置还用于施加第一电流脉冲，使得在沿相应部分的纵轴的第一方向上存在第一电流；

其中所述第一电流脉冲使得所述电流脉冲的施加在所述相应部分中生成磁编码区域。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述装置还用于将第二电流脉冲施加到相应部分上；以及

用于施加所述第二电流脉冲以使得在沿所述相应部分的纵轴的第二方向上存在第二电流。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述装置用于使所述第一电流脉冲和第二电流脉冲中的每一个都具有上升沿和下降沿，其中上升沿比下降沿陡。

17.如权利要求15或16所述的装置，

其中第一方向与第二方向相反。

18.如权利要求1到17中任一项所述的装置，还包括多个电信号供应单元，其中每个电信号供应单元用于将电信号施加到一个指定的部分。

19.如权利要求1到17中任一项所述的装置，还包括用于将电信号施加到所有部分上的单个电信号供应单元。

20.如权利要求1到19中任一项所述的装置，还包括用于耦合可磁化元件的α个不同部分的电耦合元件，其中a＝2·n，n∈N。

21一种用于确定可运动物体的至少一个物理参数信息的传感器设备，所述传感器设备包括：

被设置在所述可运动物体上的至少两个磁编码区域；

至少两个磁场检测器；

物理参数信息确定单元；

其中当随所述可运动物体运动的所述至少两个磁编码区域通过所述至少两个磁场检测器的周围区域时，所述至少两个磁场检测器用于检测由所述至少两个磁编码区域生成的信号；

其中所述物理参数信息确定单元用于根据所检测的信号来确定可运动物体的至少一个物理参数信息。

22.如权利要求21所述的传感器设备，包括设置在可运动物体上的α个磁编码区域，其中a＝2·n，n∈N，还包括β个磁场检测器，其中β＝{n∈N|γ＞0}，并且 $\mathrm{\γ}=\left(\frac{\mathrm{\α}}{n}\right)-\mathrm{int}\left(\frac{\mathrm{\α}}{n}\right),n\∈N.$

23.根据权利要求21或22所述的传感器设备，其中所述至少一个物理参数是从由下述构成的组中选择的：可运动物体的位置、施加到可运动物体上的扭矩、施加到可运动物体上的拉力、施加到可运动物体上的弯曲力、施加到可运动物体上的剪力、施加到可运动物体上的动态力、可运动物体的速度、可运动物体的角位置、可运动物体的速度信息，以及可运动物体的功率。

24.如权利要求23所述的传感器设备，其中所述物理参数信息确定单元包括与所述至少一个磁场检测器耦合、并用于处理所述检测到的信号和生成经过处理的检测信号的信号调节信号处理单元。

25.如权利要求24所述的传感器设备，所述物理参数信息确定单元还包括：

第一确定元件；以及

滤波器元件；

其中所述第一确定元件用于根据所述经过处理的检测信号来提供指示信号，其中所述指示信号表示第一物理参数信息，并且作为过滤器信号被传递到所述滤波器元件；

其中所述滤波器元件用于根据所述经过处理的检测信号和所述滤波器信号提供表示第二物理参数信息的输出信号。

26.如权利要求25所述的传感器设备，其中所述第一物理参数是可运动物体的速度信息和/或所述第二物理参数是动态力。

27.如权利要求25或26所述的传感器设备，其中所述物理参数信息确定单元还包括适于对所述滤波器元件的输出信号进行整流的整流器。

28.一种用于磁化可磁化元件以生成磁编码区域的方法，所述方法包括以下步骤：

用电信号供应单元电连接可磁化元件的至少两个不同部分；

借助于所述电信号供应单元将至少两个不同的电信号耦合到所述至少两个不同部分，以在可磁化元件的所述至少两个不同部分中生成至少两个不同的磁编码区域。

29.一种确定可运动物体的物理参数信息的方法，所述方法包括：

当随可运动物体运动的所述至少两个磁编码区域通过所述至少两个磁场检测器的周围区域时，借助于至少两个磁场检测器来检测通过至少两个磁编码区域生成的信号；

根据检测到的信号确定所述可运动物体的物理参数信息。

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