CN101331563A - 传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁化可磁化物体的磁化设备，所述磁化设备包括：编程单元，其以如下方式被形成：当将编程单元置于可磁化物体附近并且对编程单元施加电编程信号时，可磁化物体被磁化，使得沿着可磁化物体的延伸方向形成具有不同的磁极性的至少两个磁编码区域。

Description

传感器

本申请要求2006年12月15日提交的美国临时专利申请第60/750,635号的申请日的权益，其全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种磁化设备、一种磁化可磁化物体的方法以及一种传感器装置。

背景技术

磁变送器(transducer)技术在扭矩和位置测量中得到应用。尤其开发了对受到扭矩或者线性运动的轴或者任意其它部件的扭矩的非接触测量。可以对转动或者往复运动的元件设置磁化区域，即磁编码区域，当轴转动或者往复运动时，该磁编码区域在磁场检测器(例如磁线圈)中产生特征信号，使得可以确定轴的扭矩或者位置。

例如在WO 02/063262中公开了这种传感器。

发明内容

本发明的一个目的是提供磁化物体的有效方式。

根据独立权利要求的主题可以实现该目的。从属权利要求示出其它示例性实施例。

根据本发明的示例性实施例，提供一种用于磁化可磁化物体的磁化设备，所述磁化设备包括：编程单元，其以如下方式被形成：当将编程单元置于可磁化物体附近并且对编程单元施加电编程信号时，可磁化物体被磁化，使得沿着可磁化物体的延伸方向形成具有不同的磁极性的至少两个磁编码区域。

根据本发明的另一示例性实施例，提供一种磁化可磁化物体的方法，所述方法包括：将编程单元置于可磁化物体附近；对编程单元施加电编程信号，使得可磁化物体被磁化，以根据编程单元的形状沿着可磁化物体的延伸方向形成具有不同的磁极性的至少两个磁编码区域。

根据本发明的又一示例性实施例，提供一种用于磁感测可移动物体的物理参数的传感器装置，所述传感器装置包括：至少两个磁编码区域，其沿着可移动物体的延伸方向形成并具有不同的磁极性，至少两个磁编码区域通过具有上述特征的方法和/或使用具有上述特征的磁化设备制造。

根据本发明的示例性实施例，提供一种编程设备，用于磁化可磁化物体以便在该可磁化物体上和/或中形成磁图案，其中编程单元与可磁化物体功能性地耦合(以接触或者非接触的方式耦合)。因此，提供一种可灵活调节的磁化设备，用于在可磁化物体上产生复杂的磁化图案。例如，使用单个或者少量磁化信号可以在可磁化物体上选择性地形成棋盘状结构或者正弦变化结构的磁场。例如，编程单元可以是相应地弯曲的编程配线，对其施加电流，从而产生的磁场可以根据编程配线的几何配置磁化可磁化物体的相应部分。

可以以在可磁化物体上形成的图案是对称或者周期性的方式配置编程单元。还可以在可磁化物体上磁设计预定数学函数，从而可以基于该几何函数使用磁场检测器来测量在可磁化物体上的位置。换句话说，磁检测信号是某种磁图案的指纹(fingerprint)，因此可以用于沿着可磁化物体确定位置。作为这种位置传感器的替选方案，还可以提供力或者扭矩传感器，在这种情况下，可以利用检测到的信号取决于对物体施加的扭矩或力的现象。

换句话说，编程单元的形状可以与电编程信号的特征一起定义具有不同磁极性(例如“南极”、“北极”)的磁编码区域的性质。

通过采取这种措施，可以产生能够以例如1μm或者更小的高分辨率沿着可磁化物体(例如往复运动的轴)测量绝对位置的磁传感器。

可以对这种位置传感器提供不同长度的可磁化物体，例如从1至40mm的第一范围，从50至100mm的第二范围和大于100mm的第三范围，特别地直到6m。尤其对于这种长度的轴，该磁化方案允许沿着轴的延伸方向定义磁图案，这使得可以以确定的方式独立于测量的磁场强度而得出当前轴位置，就如同用沿着可磁化物体的延伸方向布置的一个或多个磁场检测器检测到的一样。

为了磁化可磁化物体，可以注入电流，使其流过编程配线，其中编程配线可以直接接触可磁化物体或者可以定位于可磁化物体附近而与可磁化物体没有直接的欧姆连接。编程电流可以是具有快上升沿和慢下降沿的电流脉冲。可选地，编程电流可以是恒定电流脉冲。

根据示例性实施例，例如微处理器(中央处理单元，CPU)的控制单元可以从一组磁场检测器中选择一个或者一组磁场检测器，其用于检测磁场，然后允许得出沿着可磁化物体的位置。因此，可以在控制单元的控制下选择性地激活一个子组的磁场检测器。

还可以成组地布置多个子组的多个磁场检测器，使得不同的组(例如对)的磁场检测器(例如线圈)可以提供检测信号，并且将其供给评价单元。

然而，还可以在评价单元和多组线圈之间实现切换，其中一个或多个线圈可以被切换为在某时属于特定的不同线圈组和相应的评价单元。这可以允许减少所需要的磁场检测器的数量，这是因为可以在不同的组之间共享每一个磁场检测器。

不仅可以在可磁化物体附近布置一个编程配线，还可以布置多个编程配线。还可以通过在可磁化物体附近放置弯曲或者环形配线来获得这种在可磁化物体的多个位置处进行的编程。

为了减少所需的磁场检测器的数量，还可以仅沿着例如往复运动轴的可磁化物体的一部分布置一组磁场检测器。这也可以允许减少所应用的磁场检测器的数量。换句话说，可以使用缩短的线圈板来降低成本。

然而，尤其对于大规模位置传感器，弯曲的编程配线是有利的。当沿着轴的纵向延伸方向或者沿着轴的圆周方向产生两个或者更多个不同的磁化部分时，由于未被正确定义的局部磁化，相邻磁编码区域之间的部分对于测量来说可能是不合适的。这种可表示为“死区(dead area)”的部分不应当用来测量力或者扭矩或者位置。

因此，沿着可磁化物体的圆周方向和/或纵向延伸方向放置足够数量的测量线圈是有利的，从而可以使得在可磁化物体的每一个旋转或者往复运动状态下在死区之外的位置布置有足够数量的磁场检测器。通常，相比于转动轴，对于不转动轴，少量测量线圈即足够了。

根据示例性实施例，可以设置一个或者两个或者甚至更多环状编程配线，其中环的长度或者根据其沿着轴的延伸方向或者圆周方向布置环的数学规则对于不同的编程配线可以变化。例如，编程配线可以具有周期性的、并且以例如1cm或者10cm的周期性重复的几何配置。

为了计算往复运动的可磁化物体的当前位置，沿着轴的多个位置测量磁场是有利的。然后，不同磁场信号的相位关系可以允许明确地确定往复运动轴的实际位置。换句话说，对于在往复运动过程中往复运动轴的每一个特定位置，磁场检测器测得的多个信号的组合是唯一的。因此，测量信号的元组(tuple)可以允许明确地导出轴的当前位置。例如，可以将两个或者更多个检测信号值存储在查询表中，并且与相应的轴位置相关联，查询表与测得的信号的比较允许确定当前位置。

沿着圆形可磁化物体的圆周方向的编程配线的延伸可以是不同的环形圆周。可选地，不同的环可以具有椭圆等的形状。椭圆状结构可以减少死区的量，从而减小死区时间。

可以使用与可磁化轴非接触的编程单元来对磁编码区域进行编码。例如，可以设置电隔离区域。可选地，在编程过程期间，可以在编程配线和轴之间设置导电连接。为此，可以设置弹性偏置接触销。

沿着轴的延伸方向或者沿着轴的圆周方向的编码特征可以使得振荡或者交替的磁编码区域的“波长”沿着延伸方向变化。为此，相邻的编程环之间的距离可以沿着轴的延伸方向或者圆周方向以特征方式变化。通过采取这种措施，可以沿着轴形成正弦波或者余弦波。可以优选以90°或者振荡的磁场特性的波长的四分之一的距离沿着轴的延伸方向布置两个磁场检测线圈。

然而，还可以沿着轴的延伸方向设置四个线圈，其中两个相邻线圈之间的距离可以是90°或者沿着轴的振荡的波长的四分之一。假设四个磁场检测器可以允许抵消温度效应和偏移。

具体地，可以使用线圈中的两个以例如将最低检测值设置为值“0”并将最大值设置为“1”的方式归一化检测到的值。然后，在0至1之间的标度上计算其它两个线圈的值。因此，可以使检测到的信号独立于绝对值，从而独立于所使用的轴/磁场的不同尺寸或者幅值。计算单元可以计算0到1之间的数值，归一化可以使信号完全独立于轴的尺寸和绝对值。四个磁场检测器的四个检测值的相关性可以与存储在查询表中的元组相比较，其中可以对轴的特定位置分配这些元组。因此，可以根据四个检测到的归一化信号沿着轴确定准确位置。

线圈的数量可以大于或者小于四个。

可以沿着轴的延伸方向或者沿着轴的圆周方向布置不同的磁场检测器，或者可以围绕轴以二维的矩阵状方式布置不同的磁场检测器。

四个线圈信号中，两个可以用来消除幅值和偏移依赖性，其它两个线圈信号可以用来唯一地分配到轴的位置。

尤其在沿着轴的延伸方向或者圆周方向变化的磁场的波长也变化的情况下，实现附加的第五线圈是有利的。然后，四个线圈可以用于得出可磁化物体当前所在的位置的信息，而第五线圈可以提供线圈当前所在的振荡函数的信息。

此外，可以增加其它线圈，例如通过实现一些冗余来提高准确性。

代替正弦函数，可以使用任何其它周期/谐振/重复函数，例如锯齿信号。函数可以是单调的。

这种配置具有可以独立于线圈和轴之间的距离来接收传感器信号的优点，因此还可以以更大的距离进行测量。

接下来，将描述本发明的其它示例性实施例。

下面，描述磁化设备的其它示例性实施例。然而，这些实施例也应用于传感器装置和磁化可磁化物体的方法。

磁化设备可以包括供电单元，其耦合到编程单元，并被配置为对编程单元提供电编程信号。因此，可以通过供电单元来激活编程单元。该电编程信号可以是电流或者电压，尤其可以是直流电流(DC)或者直流电压，或者可以是交流电流(AC)或者交流电压。

然而，供电单元可以被配置为通过对编程单元施加第一电流脉冲来提供电编程信号，其中施加第一电流脉冲使得沿着编程单元在第一方向上存在第一电流。如果希望，供电单元可以被配置为通过对编程单元施加第二电流脉冲来提供电编程信号，其中施加第二电流脉冲使得沿着编程单元在第二方向上存在第二电流。

第一和/或第二电流脉冲可以具有上升沿和下降沿，其中上升沿可以比下降沿陡。换句话说，能够以与如图35所示的类似的方式通过PCME脉冲激活编程单元。为此，可以在编程单元和可磁化物体之间提供直接接触，也就是说，直接的欧姆连接。可选地，可以在编程单元和可磁化物体之间提供例如电容耦合的任何其它电连接，用来实现具有快上升沿和慢下降沿的这种脉冲。

第一方向可以与第二方向相反，从而可以产生具有相对于彼此相反的磁化朝向的两个磁场部分。

编程单元可以被配置为在施加电编程信号时与可磁化物体有或者没有导电连接的情况下磁化可磁化物体。换句话说，可以直接，也就是说通过形成欧姆连接，对轴施加电流或者电压，或者可选地可以例如使用电容耦合将电流或电压以非接触的方式引入轴。

编程单元可以被配置为通过电流或者电压作为电编程信号来磁化可磁化物体。因此，在也可以磁化可磁化物体的编程单元的环境下，对可以产生磁场的编程单元施加电流或者电压。可选地，由编程单元施加的电流或者电压可以直接耦合到轴中，从而流过轴的电流产生磁化。

编程单元可以包括缠绕或者弯曲的编程配线，以便当施加电编程信号时至少部分围绕或接触可磁化物体。因此，通过相应地缠绕或者弯曲或者环绕导电配线并且相对于可磁化物体以定义的方式放置该配线，可以定义要对可磁化物体施加的磁场分布或者电流分布的几何配置，从而可以定义要形成的磁图案。

编程配线能够以包括基本回纹(meander)形状的形式、基本螺旋形状的形式和基本环形形状的形式的组中的至少一种形式缠绕或者弯曲。因此，编程配线的不同部分与可磁化物体可以有不同的距离，从而可以针对每一个部分分开地定义产生的磁场或者注入的电流或电压。

编程单元可以包括至少两个缠绕或者弯曲的编程配线，使得当施加电编程信号时至少两个编程配线中的每一个部分围绕可磁化物体。可以对多个编程配线同时、成组或者一个接一个地施加电编程信号。可以对编程配线中的每一个设置分立的编程单元，或者可以对至少一组或者所有编程配线同时进行编程。

供电单元可以耦合到至少两个编程配线中的每一个，以便对至少两个编程配线中的每一个施加电编程信号。因此，由于设置了单个供电单元，因此提供了对多个编程配线提供电能/电信号的有效方式。

编程单元可以以如下方式被形成：当将编程单元置于可磁化物体附近并且对编程单元施加电编程信号时，可磁化物体被磁化，使得沿着可磁化物体的延伸方向形成预定磁图案作为至少两个磁编码区域。

预定磁图案可以是包括正弦函数、锯齿函数和步进函数的组中的至少一个。还可以将这些数学函数的组合定义为沿着可磁化物体的圆周方向或者纵向延伸方向的预定磁图案。代替正弦函数，还可以应用余弦函数，或者例如正切函数的任意其它三角函数。

预定磁图案可以是周期性重复图案。换句话说，该图案可以包括以规则的方式多次重复的部分。例如可以对这种图案设置棋盘状结构等。然而，还可以沿着可磁化物体对多个波长提供正弦波图案。

预定磁图案可以是沿着可磁化轴的延伸方向周期性变化的重复图案。例如，正弦图案的第一波长可以与下一个正弦图案的第二波长不同等等。例如，可以折叠(fold)周期函数或者将周期函数与例如多项式函数等的非周期函数相乘。因此，与特定正弦振荡的波长相结合的该特定正弦振荡的相位可以允许明确地得出沿着可磁化物体的特定位置，因此得出往复运动或者转动的可磁化物体的位置。

至少两个磁编码区域可以沿着可磁化物体的纵向和/或圆周延伸方向布置。因此，可以进行沿着可磁化物体的纵向位置的确定。可选地，可以确定沿着可磁化物体的圆周方向的位置，例如角度。

至少两个编程配线可以被配置为沿着可磁化物体的延伸方向形成不同的预定磁图案作为至少两个磁编码区域。因此，当在例如管状轴的圆周周围布置两个或者更多个(例如四个)编程配线时，可以以不同的方式对不同的角部分(例如四分之一或者一半)进行磁编码。然后，从这些部分获得的磁场检测信息的组合可以允许明确地确定设备的纵向或者角位置。

下面，讨论用于磁感测可移动物体的物理参数的传感器装置的其它示例性实施例。然而，这些实施例也适用于磁化设备和磁化可磁化物体的方法。

传感器装置可以包括至少一个磁场检测器，其被配置为检测由至少两个磁编码区域产生的表示物理参数的磁场。通过设置一个或多个磁场检测器，可以检测到当对可磁化物体施加力、扭矩或者运动时由至少两个磁编码区域产生的磁场。

至少一个磁场检测器可以包括包含以下元件的组中的至少一个：具有基本平行于可移动物体的延伸方向定向的线圈轴的线圈；具有基本垂直于可移动物体的延伸方向定向的线圈轴的线圈；霍尔效应探测器；巨磁共振磁场传感器；以及磁共振磁场传感器。因此，磁场检测器中的任意一个可以包括具有基本平行于往复运动物体的往复运动方向定向的线圈轴的线圈。此外，磁场检测器中的任意一个可以通过具有基本垂直于往复运动物体的往复运动方向定向的线圈轴的线圈来实现。以线圈轴和运动(例如往复运动)方向之间的任意其它角度定向的线圈也是可以的，其落入本发明的范围内。作为移动磁编码区域可以通过调制到线圈的磁通而感生感应电压的线圈的替换，利用霍尔效应的霍尔效应探测器可以用作磁场检测器。可选地，巨磁共振磁场传感器或者磁共振磁场传感器可以用作磁场检测器。然而，任何其它磁场检测器可以用于检测在各个磁场检测器足够近的附近是否存在磁编码区域中的一个。

可移动物体可以是包括圆形轴、管、盘、环和非圆形物体的组中的至少一个。在位置传感器阵列中，物体可以是往复运动物体，例如轴。该轴可以由引擎来驱动，并且该轴可以是例如混凝土(concrete)处理设备的液压驱动工作气缸。在任意应用中，由于允许以低成本制造高度准确和可靠的力、位置、扭矩、剪力和/或角位置传感器，因此对位置、扭矩、剪力和/或角度传感器的磁化是有利的。尤其是，可以对机动车、采矿和钻探设备设置本发明的系统，用于监视钻探角度、钻探方向和钻探力。本发明的其它示例性实施例是引擎爆震(knocking)的识别和分析。

物理参数可以是包括可移动或者移动物体的位置、力、扭矩、速度、加速度和角度的组中的任意一个。

至少两个磁编码区域可以是可移动物体的纵向磁化区域。因此，沿着轴的延伸方向，可以布置不同的磁编码区域。然而，附加地或者可选地，至少两个磁编码区域可以是可移动物体的圆周磁化区域。换句话说，根据本实施例，沿着可移动物体的圆周方向，可以设置具有不同的磁化相关极性和幅值的磁区域。

至少两个磁编码区域可以是由沿第一方向定向的第一磁通区域和沿第二方向定向的第二磁通区域形成的，其中第一方向可以与第二方向相反。在可移动物体的截面图中，可以存在具有第一方向和第一半径的第一圆形磁通，第二圆形磁通可以具有第二方向和第二半径，其中第一半径大于第二半径。

可移动物体可以具有至少100mm、尤其至少1m或者更大的长度。因此，具有上述特征的传感器装置尤其适合相对大的可移动物体，但是也可以用于较小的物体。

结合附图，从以下描述和所附权利要求，本发明的上述和其它方面、示例性实施例、特征以及优点将变得明显，在附图中类似的部件或者元件用类似的附图标记表示。

附图说明

构成说明书的一部分并对本发明提供进一步的理解的附图示出本发明的示例性实施例。然而，提供这些附图不是用于将本发明的范围限制到在图中示出的具体实施例。

图1示出具有根据本发明的示例性实施例的传感器元件的扭矩传感器，用于说明根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的制造方法。

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

图2b示出沿图2a的AA’的截面图。

图3a示出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，用于进一步说明本发明的原理以及根据本发明的扭矩传感器的制造方法的示例性实施例。

图3b示出沿图3a的BB’的截面图示。

图4示出按照根据本发明的示例性实施例的方法制造的图2a和3a的扭矩传感器的传感器元件的截面图示。

图5示出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，用于进一步说明根据本发明的制造扭矩传感器的制造方法的示例性实施例。

图6示出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，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的流程图。

图8示出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图。

图9示出具有根据本发明的示例性实施例的电极系统的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。

图10a示出具有根据本发明的示例性实施例的电极系统的根据本发明的扭矩传感器的另一个示例性实施例。

图10b示出通过图10a的电极系统施加电流浪涌之后图10a的传感器元件。

图11示出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示出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，其示出两个磁场可以存储于轴中，并且以无限的循环运行。

图13是用于示出使用按照根据本发明的制造方法产生的两个相反的循环或者磁场环的PCME感测技术的另一个示意图。

图14示出用于说明当不对根据本发明的示例性实施例的传感器元件施加机械应力时磁通量线在其原始路径中运行的另一个示意图。

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另一个示意图。

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示。

图23是用于说明本发明的示例性实施例的原理的另一个示意图。

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是用于说明可以对按照根据本发明的示例性实施例的制造方法的传感器元件施加的电流脉冲的电流和时间图。

图28示出根据本发明的示例性实施例的输出信号和电流脉冲长度图。

图29示出使用可以对根据本发明的方法的传感器元件施加的根据本发明的示例性实施例的电流脉冲的电流和时间图。

图30示出显示对根据本发明的示例性实施例的方法的例如轴的传感器元件施加的电流脉冲的优选实施例的另一个电流和时间图。

图31示出根据本发明的示例性实施例的信号和信号效率与电流图。

图32是具有根据本发明的示例性实施例的优选PCME电流密度的传感器元件的截面图。

图33示出根据本发明的示例性实施例的传感器元件以及不同并且增大的脉冲电流水平的电脉冲电流密度的截面图。

图34a和34b示出在根据本发明的传感器元件中利用磁通的不同电流脉冲获得的间隔。

图35示出可以对根据本发明的示例性实施例的传感器元件施加的电流脉冲的电流和时间图。

图36示出到根据本发明的示例性实施例的传感器元件的多点电连接。

图37示出具有用来对根据本发明的示例性实施例的传感器元件施加电流脉冲的弹簧加载触点的多通道电连接固定件。

图38示出根据本发明的示例性实施例的具有增加数量的电连接点的电极系统。

图39示出图37的电极系统的示例性实施例。

图40示出根据本发明的示例性实施例的方法所使用的轴处理保持夹具(shaft processing holding clamp)。

图41示出根据本发明的传感器元件的双场编码区域。

图42示出根据本发明的示例性实施例的连续(sequential)双场编码的处理步骤。

图43示出根据本发明的另一个示例性实施例的双场编码的另一个处理步骤。

图44示出显示了根据本发明的另一个示例性实施例的电流脉冲施加的传感器元件的另一个示例性实施例。

图45示出描述当没有施加应力时根据本发明的传感器元件中的磁通量方向的示意图。

图46示出当施加力时图45的传感器元件的磁通量方向。

图47示出当施加的扭矩方向变化时图45的PCM编码轴内部的磁通量。

图48示出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示出根据本发明的另一个示例性实施例的电极系统的简化图示。

图50是根据本发明的示例性实施例的传感器元件的图示。

图51是包括具有两个销钉(pinning)场区域的PCME处理感测区域的根据本发明的传感器元件的另一个示例性实施例。

图52是用于说明用于制造具有编码区域和销钉区域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性图示。

图53是按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性图示。

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性图示。

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性图示。

图56示出根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器在电机的齿轮箱中的应用。

图57示出根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器。

图58示出根据本发明的示例性实施例的非接触扭矩感测装置的部件的示意性图示。

图59示出根据本发明的示例性实施例的感测装置的部件。

图60示出具有根据本发明的示例性实施例的传感器元件的线圈的配置。

图61示出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示出根据本发明的另一个示例性实施例的传感器。

图64示出根据本发明的示例性实施例的二次传感器单元组件的示例性实施例。

图65示出根据本发明的示例性实施例的一次传感器和二次传感器的几何配置的两种结构。

图66是用于说明二次传感器单元和传感器宿主之间的间隔优选尽可能小的示意性图示。

图67是示出一次传感器编码设备的实施例。

图68示出根据本发明的示例性实施例的用于电机运动的扭矩传感器的特征和性能。

图69示出根据本发明的示例性实施例的一次传感器、二次传感器以及信号调节和信号处理电子设备。

图70示出根据本发明的示例性实施例的信号调节和信号处理电子设备。

图71示出根据本发明的示例性实施例的一次传感器。

图72示出根据本发明的示例性实施例的一次传感器。

图73示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置的防护间隔。

图74示出根据本发明的示例性实施例的一次传感器材料配置。

图75示出根据本发明的示例性实施例的二次传感器单元。

图76示出根据本发明的示例性实施例的二次传感器单元。

图77示出根据本发明的示例性实施例的二次传感器单元的规格。

图78示出根据本发明的示例性实施例的二次传感器单元的结构。

图79示出根据本发明的示例性实施例的磁场传感器线圈配置。

图80示出根据本发明的示例性实施例的磁场传感器线圈配置。

图81示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图82示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图83示出根据示例性实施例的轴的磁化。

图84～87示出实现磁场检测器的有效利用的不同的传感器装置。

图88示出根据本发明的示例性实施例的磁化设备。

图89示出根据本发明的示例性实施例的磁化设备。

图90和91示出使用图89的磁化设备磁化的传感器装置的不同视图。

图92示意性地示出沿着图90和91所示的轴的延伸方向的磁化分布。

图93和94示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置的不同截面图。

图95和96示出根据示例性实施例的磁化设备。

图96示出根据本发明的示例性实施例磁化的传感器装置的不同视图。

图97和98示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图99和100示出根据示例性实施例针对编程单元的可磁化物体的不同配置。

图101示出图100所示的轴的表面的示意图。

图102和103示意性地示出包括具有沿着轴的长度方向的特征场分布的轴的传感器装置。

图104示出根据示例性实施例的用于磁化传感器装置的磁化设备。

图105示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图106示出针对根据示例性实施例的传感器装置周围的磁场分布的线圈配置。

图107示出根据示例性实施例的传感器装置。

图108示出具有不同幅值的磁场检测信号的空间依赖性。

图109示出针对磁编码区域产生的磁场的磁场检测线圈的配置。

图110示出与示出位置和传感器信号之间的关系的表相对应的检测线圈的空间分布。

图111和112示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图113示出根据示例性实施例的传感器系统。

图114示出根据示例性实施例的传感器系统。

图115和116示出根据本发明的示例性实施例的传感器系统。

图117示出根据示例性实施例的传感器系统。

图118示出根据示例性实施例的传感器系统。

图119示出根据示例性实施例的传感器系统。

图120示出将根据示例性实施例的磁场检测器的输出信号可视化的图。

图121示出根据示例性实施例的传感器系统的四个磁场检测器的归一化信号。

图122示出包括图118或者图119的位置传感器系统的绝对值和归一化检测值的表。

图123示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图124示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图125示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图126示出在图125的传感器装置的环境中检测到的磁场图案。

图127示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图128示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图129示出根据示例性实施例的另一个磁化设备和另一个传感器装置。

图130示出根据示例性实施例的另一个传感器装置。

图131示出图130的传感器装置的电子设备。

图132示出根据示例性实施例的磁化设备和传感器装置。

图133示出根据示例性实施例的传感器装置。

图134示出根据示例性实施例的传感器装置。

图135示出根据示例性实施例的磁化设备和传感器装置。

图136示出根据示例性实施例的磁化设备和传感器装置。

图137示出与工具组合的根据示例性实施例的传感器装置。

图138示出根据示例性实施例的传感器装置的线圈配置。

图139示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图140示出图139所示的四个磁场检测线圈的输出信号。

图141示出图139的传感器装置的两个通道的输出信号。

图142示出说明图139的传感器装置的两个通道的输出信号的绝对值的图。

图143示出说明图139的传感器装置的两个通道的值的归一化的图。

图144示出说明开始将四个不同的90°区间粘合在一起的与图139的传感器装置相关的图。

图145示出与图139的传感器装置相关的每隔第二个180°区间的翻转(flipping)。

图146示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图147示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图148示意性地示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置。

图149示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置的理想检测信号。

图150示出具有恒定偏移的传感器装置的检测信号

图151示出具有非恒定偏移的传感器装置的检测信号。

具体实施方式

本发明涉及具有例如轴的传感器元件的传感器，其中该传感器元件按照以下制造步骤制造：

-对传感器元件施加第一电流脉冲；

-其中施加第一电流脉冲使得在沿着传感器元件的纵向轴的第一方向上有第一电流流动；

-其中第一电流脉冲使得电流脉冲的施加在传感器元件中产生磁编码区域。

根据本发明的另一个示例性实施例，对传感器元件施加另外的第二电流脉冲。施加第二电流脉冲使得在沿着传感器元件的纵向轴的方向上有第二电流流动。

根据本发明的另一个示例性实施例，第一和第二电流脉冲的方向彼此相反。此外，根据本发明的又一示例性实施例，第一和第二电流脉冲中的每一个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可以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通和具有第二方向的第二磁通。第一磁通的半径大于第二磁通的半径。在具有非圆形截面的轴中，磁通不必是圆形的，但是可以具有基本与各个传感器元件的截面相对应并且适合各个传感器元件的截面的形式。

相信如果不对根据本发明的示例性实施例编码的传感器元件施加扭矩，则不存在磁场或者基本不存在可在外部检测到的磁场。当对传感器元件施加扭矩或力时，存在从传感器元件发出的通过合适的线圈可以检测到的磁场。这将在下面进一步详细地描述。

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芯区域的圆周表面。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芯区域中沿第一方向有第一电流流动。在该圆周表面的第二位置处第一电流脉冲从传感器元件放电。第二位置在第一方向上距第一位置某一距离处。根据本发明的示例性实施例，可以在圆周表面的第二位置或者第二位置附近将第二电流脉冲引入传感器元件，使得在传感器元件中的芯区域中或者芯区域附近沿第二方向存在第二电流流动。第二电流脉冲可以在该圆周表面的第一位置或者第一位置附近从传感器元件放电。

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。该轴的芯区域可以在轴内部沿其纵向延伸方向延伸，使得芯区域围绕轴的中心。轴的圆周表面是轴的外表面。第一和第二位置是在轴外部的不同的圆周区域。可以有构成这些区域的数量有限的接触部分。优选地，例如通过设置由黄铜环制成的电极区域作为电极来设置实际接触区域。此外，可以在轴周围环绕导体的芯以在例如没有绝缘的线缆的导体和轴之间提供良好的电接触。

根据本发明的示例性实施例，优选不在传感器元件的端面处对传感器元件施加第一电流脉冲和第二电流脉冲。第一电流脉冲可以具有40到1400安培之间或者60到800安培之间或者75到600安培之间或者80到500安培之间的最大值。电流脉冲可以具有最大值，使得对传感器元件进行合适的编码。然而，由于可以使用不同的材料以及传感器元件的形式不同并且传感器元件的尺寸不同，可以根据这些参数来调整电流脉冲的最大值。第二脉冲可以具有类似的最大值，或者可以具有比第一最大值小大约10％、20％、30％、40％或者50％的最大值。然而，第二脉冲还可以具有例如比第一最大值大10％、20％、40％、50％、60％或者80％的更高的最大值。

这些脉冲的持续时间可以是相同的。然而，第一脉冲可以具有比第二脉冲更长的持续时间。然而，第二脉冲还可以具有比第一脉冲更长的持续时间。

第一和/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，并且具有从最大值到脉冲基本结束的第二持续时间。根据本发明的示例性实施例，第一持续时间比第二持续时间长很多。例如，第一持续时间可以小于300ms，而第二持续时间大于300ms。然而，还可以第一持续时间小于200ms，而第二持续时间大于400ms。此外，根据本发明的示例性实施例的第一持续时间可以在20到150ms之间，而第二持续时间可以在180到700ms之间。

如上所述，不仅可以施加多个第一电流脉冲，还可以施加多个第二电流脉冲。传感器元件可以由钢制成，而钢可以包含镍。用于一次传感器或者传感器元件的传感器材料可以是如在DIN 1.2721或者1.4313或者1.4542或者1.2787或者1.4034或者1.4021或者1.5752或者1.6928中描述的50NiCr13或者X4CrNi13-4或者X5CrNiCuNb16-4或者X20CrNi17-4或者X46Cr13或者X20Cr13或者14NiCr14或者S155。

可以通过至少具有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者第一位置附近，并且第二电极位于第二位置或者第二位置附近。

根据本发明的示例性实施例，第一和第二电极中的每一个具有多个电极销(pin)。第一和第二电极中的每一个的多个电极销可以按圆周状排列在传感器元件周围，使得在轴的外圆周表面处的第一和第二位置处传感器元件在多个接触点与第一和第二电极的电极销接触。

如上所述，代替电极销，可以应用薄片(laminar)状或者二维的电极表面。优选地，电极表面适合轴的表面，使得可以保证电极和轴材料之间良好的接触。

根据本发明的另一示例性实施例，对传感器元件施加至少一个第一电流脉冲和至少一个第二电流脉冲，使得传感器元件具有磁编码区域，从而在与传感器元件的表面基本垂直的方向上传感器元件的磁编码区域具有磁场结构，使得沿第一方向存在第一磁通并且沿第二方向存在第二磁通。根据本发明的另一示例性实施例，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通以及具有第二方向和第二半径的第二圆形磁通。第一半径可以大于第二半径。

此外，根据本发明的另一示例性实施例，传感器元件可以具有在第一位置附近的第一销钉域以及在第二位置附近的第二销钉域。

可以按照根据本发明的示例性实施例的以下制造方法来制造销钉域。根据这种方法，为了形成第一销钉域，在第一位置或者第一位置附近，在传感器元件的圆周表面上施加第三电流脉冲，使得在第二方向上存在第三电流。第三电流在从第一位置沿第二方向偏移的第三位置从传感器元件放电。

根据本发明的另一示例性实施例，为了形成第二销钉域，在第二位置或者第二位置附近，在传感器元件的圆周表面上施加第四电流脉冲，使得在第一方向上存在第四电流。第四电流在从第二位置沿第一方向偏移的第四位置放电。

根据本发明的另一示例性实施例，提供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，在与第一传感器元件的表面基本垂直的方向上，第一传感器元件的磁编码区域具有磁场结构，使得在第一方向上存在第一磁通并且在第二方向上存在第二磁通。第一方向和第二方向可以彼此相反。

根据本发明的另一示例性实施例，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。第二传感器元件被配置为检测磁编码区域的变化。更准确地说，第二传感器元件被配置为检测从第一传感器元件的磁编码区域发出的磁场的变化。

根据本发明的另一示例性实施例，磁编码区域沿着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，磁编码区域不沿着整个第一传感器元件而仅沿着其一部分延伸。

根据本发明的另一示例性实施例，第一传感器元件具有第一传感器元件的材料的变化，该变化是由对第一传感器元件施加的至少一个电流脉冲或者浪涌引起的，用来改变磁编码区域或者用来产生磁编码区域。例如可以通过改变用来施加电流脉冲的电极系统和各个传感器元件的表面之间的接触电阻来引起材料的这种变化。这些变化可以是例如火刺(burnmark)或者颜色变化或者退火的标记。

根据本发明的另一示例性实施例，由于对传感器元件的外表面而不是其端面施加电流脉冲，因此这些变化在传感器元件的外表面处，而不在第一传感器元件的端面处。

根据本发明的另一示例性实施例，提供用于磁传感器的轴，其在横截面上具有沿相反方向运行的至少两个圆形磁环。根据本发明的另一示例性实施例，相信该轴是根据上述制造方法制造的。

此外，可以提供具有同心排列的至少两个圆形磁环的轴。

根据本发明的另一示例性实施例，可以提供根据以下制造步骤制造的用于扭矩传感器的轴，其中首先对轴施加第一电流脉冲。对轴施加第一电流脉冲，使得沿着轴的纵轴在第一方向上存在第一电流。第一电流脉冲使得电流脉冲的施加在轴中产生磁编码区域。这可以通过使用如上所述的电极系统并施加如上所述的电流脉冲来进行。

根据本发明的另一示例性实施例，可以提供电极系统，用来对扭矩传感器的传感器元件施加电流浪涌，该电极系统至少具有第一电极和第二电极，其中第一电极被配置为位于传感器元件的外表面上的第一位置。第二电极被配置为位于传感器元件的外表面上的第二位置。第一和第二电极被配置为在第一和第二位置施加并且至少一个电流脉冲放电，使得在传感器元件的芯区域内产生电流。该至少一个电流脉冲使得在传感器元件的一部分产生磁编码区域。

根据本发明的示例性实施例，电极系统包括至少两组电极，每一个电极组包括多个电极销。按圆形排列每一个电极的电极销，使得在传感器元件的外表面处传感器元件在多个接触点处与电极的电极销接触。

传感器元件的外表面不包括传感器元件的端面。

图1示出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截面的第一传感器元件或者轴2。第一传感器元件2基本沿着用X表示的方向延伸。在第一传感器元件2的中部有编码区域4。用附图标记10表示第一位置，第一位置表示编码区域的一端，用附图标记12表示第二位置，其表示编码区域或者要进行磁编码的区域4的另一端。箭头14和16表示电流脉冲的施加。如图1所示，在第一位置10附近或者靠近第一位置10的外部区域对第一传感器元件2施加第一电流脉冲。如稍后将进一步详细描述的，优选在靠近第一位置的多个点或者区域处，并且优选沿着第一位置10围绕第一传感器元件2的外表面，将电流引入第一传感器元件2。如箭头16所示，优选在沿着要编码的区域4的一端的多个位置处在第二位置12附近或靠近第二位置12处或者在第二位置12处从第一传感器元件2电流脉冲放电。如前面所描述的，可以连续施加多个电流脉冲，它们可以具有从位置10到位置12或者从位置12到位置10的交替方向。

附图标记6表示优选是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可以被配置为对第二传感器元件6输出的信号进一步进行处理，使得可以与对第一传感器元件2施加的扭矩相对应地从控制电路输出输出信号。控制电路8可以是模拟或者数字电路。第二传感器元件6被配置为检测第一传感器元件的编码区域4发出的磁场。

如上所述，相信如果不对第一传感器元件2施加应力或者力，则第二传感器元件6基本检测不到场。然而，在对二次传感器元件2施加应力或者力的情况下，编码区域发出的磁场发生变化，使得第二传感器元件6检测到从几乎不存在磁场到磁场的增大。

应当指出，根据本发明的其它示例性实施例，即使不对第一传感器元件施加应力，在第一传感器元件2的编码区域4外部或者附近也可能存在可检测到的磁场。然而，应当指出，对第一传感器元件2施加的应力引起编码区域4发出的磁场的变化。

下面，参考图2a、2b、3a、3b和4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。具体地，该方法涉及第一传感器元件2的磁编码区域4的磁化。

从图2a可以看出，对要进行磁编码的区域4的端区域施加电流I。如上所述的该端区域用附图标记10表示，其可以是第一传感器元件2的外表面上的圆周区域。电流I在用附图标记12表示的也称为第二位置的磁编码区域(或者要进行磁编码的区域)的另一个端区域从第一传感器元件2放电。该电流在第一传感器元件的外表面从第一传感器元件取出，优选在靠近位置12或者位置12附近的区域以圆周的方式取出。如位置10和12之间的虚线所示，在位置10或者沿着位置10引入第一传感器元件的电流I通过芯区域、或者平行于芯区域流动到位置12。换句话说，电流I流过在第一传感器元件2中要进行编码的区域4。

图2b示出沿着AA’的截面图。在图2b的示意性图示中，电流作为叉指向图2b的平面。这里，电流指向第一传感器元件2的截面的中心部分。相信具有如上面或者在下面所描述的形式并且具有如上面或者在下面所描述的最大值的电流脉冲的这种引入在该截面图中产生磁通结构20，磁通方向是一个方向，这里是顺时针方向。示出图2b所示的磁通结构20基本是圆形的。然而，磁通结构20可以被配置为第一传感器元件2的实际截面，例如可以是椭圆形的。

图3a和3b示出可以在图2a和2b所示的步骤之后应用的根据本发明的示例性实施例的方法的步骤。图3a示出具有第二电流脉冲的施加的根据本发明的示例性实施例的第一传感器元件，图3b示出沿着第一传感器元件2的BB’的截面图。

从图3a可以看出，与图2a相比，在图3a中，在位置12或者位置12附近将用箭头16表示的电流I引入传感器元件2，在位置10或者位置10附近将电流I从传感器元件2放电或取出。换句话说，在图3a中，在图2a中引入电流的位置电流放电，反之亦然。因此，在图3a中将电流I引入第一传感器元件2或者从第一传感器元件2电流I放电可以产生与图2a中相应的电流相反的通过要进行磁编码的区域4的电流。

在图3b中，在传感器元件2的芯区域中示出电流。从图2b和3b的比较可以看出，磁通结构22具有与图2b中的电流结构20相反的方向。

如前面所描述的，可以独立地应用或者连续应用图2a、2b、3a和3b所示的步骤。当首先执行图2a和2b所示的步骤、然后执行图3a和3b所示的步骤时，可以产生图4所示的通过编码区域4的截面图所示的磁通结构。从图4可以看出，将两个电流结构20和22一起编码到磁编码区域中。因此，在与第一传感器元件2的表面基本垂直的方向上，沿到传感器元件2的芯的方向，存在具有第一方向的第一磁通，然后在下面存在具有第二方向的第二磁通。如图4所示，磁通方向可以彼此相反。

因此，如果不对第一扭矩传感器元件2施加扭矩，则两个磁通结构20和22可以相互抵消，从而在编码区域外部基本没有磁场。然而，在对第一传感器元件2施加应力或者力的情况下，磁场结构20和22停止相互抵消，从而在编码区域的外部出现磁场，然后可以通过第二传感器元件6检测到该磁场。这将在下面进一步详细地进行描述。

图5示出根据本发明的示例性实施例的另一个示例性第一传感器元件2，其可以在按照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使用。从图5可以看出，第一传感器元件2具有编码区域4，优选根据图2a、2b、3a、3b和4所示的步骤和配置对编码区域4进行编码。

在位置10和12附近，设置销钉区域42和44。设置这些区域42和44用于避免编码区域4的磨损(fray)。换句话说，销钉区域42和44可以允许编码区域4更明确的开始和结束。

简而言之，可以通过以与例如参考图2a所描述的相同的方式在靠近第一位置10处或者第一位置10附近将电流38引入第一传感器元件2来配置第一销钉区域42。然而，在距靠近位置10或者在位置10处的编码区域的一端某一距离的第一位置30处从第一传感器元件2电流I放电。该另外的位置用附图标记30表示。该另外的电流脉冲I的引入用箭头38表示，其放电用箭头40表示。该电流脉冲可以具有与上述相同的形式、形状和最大值。

为了产生第二销钉区域44，在距靠近位置12或者位置12附近的编码区域4的一端某一距离的位置32处将电流引入第一传感器元件2。然后，在位置12处或者靠近位置12处从第一传感器元件2该电流放电。该电流脉冲I的引入用箭头34和36表示。

优选地，销钉区域42和44具有如下形式：这些销钉区域42和44的磁通结构与相邻的编码区域4中的相应的相邻的磁通结构相反。从图5可以看出，可以在编码区域4的编码或者完全编码之后针对第一传感器元件2对销钉区域进行编码。

图6示出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，可以在磁编码区域4的实际编码之前将销钉区域编码到第一传感器元件2中。

图7示出用于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中开始之后，该方法继续到步骤S2，如参考图2a和2b所描述的施加第一脉冲。然后，在步骤S2之后，该方法继续到步骤S3，如参考图3a和3b描述的施加第二脉冲。

然后，该方法继续到步骤S4，决定是否将销钉区域编码到第一传感器元件2中。如果在步骤S4中决定没有销钉区域，则该方法直接继续到步骤S7，该方法结束。

如果在步骤S4中决定要将销钉区域编码到第一传感器元件2中，则该方法继续到步骤S5，将第三脉冲沿箭头38和40所示的方向施加到销钉区域42并且如箭头34和36所示施加到销钉区域44。然后，该方法继续到步骤S6，对各个销钉区域42和44施加强制脉冲。对销钉区域42施加具有与箭头38和40所示的方向相反的方向的强制脉冲。此外，对于销钉区域44，对该销钉区域施加具有与箭头34和36相反的方向的强制脉冲。然后，该方法继续到步骤S7，该方法结束。

换句话说，优选地，施加两个脉冲以对磁编码区域4进行编码。这些电流脉冲优选具有相反的方向。此外，对销钉区域42并对销钉区域44施加分别具有相应的方向的两个脉冲。

图8示出对磁编码区域4和对销钉区域施加的脉冲的电流和时间关系图。图8中图的y轴的正方向表示流入x方向的电流，图8的y轴的负方向表示y方向上的电流。

从用于对磁编码区域4进行编码的图8可以看出，首先施加具有进入x方向的电流脉冲。从图8可以看出，该脉冲的上升沿非常尖锐，而与上升沿的趋势相比下降沿具有相对长的趋势。如图8所示，该脉冲可以具有大约75安培的最大值。在其它应用中，脉冲可以没有如图8所示得尖锐。然而，上升沿应当比下降沿陡，或者具有比下降沿短的持续时间。

然后，对编码区域4施加具有相反方向的第二脉冲。该脉冲可以具有与第一脉冲相同的形式。然而，第二脉冲的最大值还可以与第一脉冲的最大值不同。这样，脉冲的立即形状可以不同。

然后，为了对销钉区域进行编码，可以如参考图5和6所描述的对销钉区域施加与第一和第二脉冲类似的脉冲。可以对销钉区域同时施加这些脉冲，也可以对每一个销钉区域连续施加这些脉冲。如图8所示，这些脉冲可以具有与第一和第二脉冲基本相同的形式。然而，最大值可以更小。

图9示出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示例性实施例，其示出用于施加用于对磁编码区域4进行编码的电流脉冲的电极配置。从图9可以看出，可以在第一传感器元件2周围环绕没有隔离的导体，从图9可以看出，第二传感器元件2可以是具有圆形截面的圆形轴。为了保证导体在第一传感器元件2的外表面上紧密的配合，可以如箭头64所示的夹紧导体。

图10a示出根据本发明的示例性实施例的第一传感器元件的另一示例性实施例。此外，图10a示出根据本发明的示例性实施例的电极系统的另一示例性实施例。图10a所示的电极系统80和82与具有三角形截面的第一传感器元件2在要作为磁编码区域进行编码的区域4的每一面上的三角形第一传感器元件的每一相的两个接触点处接触。总体来说，在区域4的每一面有六个接触点。各个接触点可以彼此连接，然后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之间仅存在数量有限的接触点，并且如果施加的电流脉冲非常高，则电极系统的接触部和第一传感器元件2的材料之间的不同的接触电阻可能在第一传感器元件2与电极系统的接触点处产生火刺。这些火刺90可以是颜色变化，可以是焊点(spot)，可以是退火区域，或者可以仅仅是火刺。根据本发明的示例性实施例，增大接触点的数量或者甚至提供接触表面，从而可以避免这种火刺90。

图11示出根据本发明的示例性实施例的第一传感器元件2的另一示例性实施例，其是具有圆形截面的轴。从图11可以看出，磁编码区域在第一传感器元件2的端区域。根据本发明的示例性实施例，磁编码区域4不在第一传感器元件2的整个长度上延伸。从图11可以看出，磁编码区域4可以位于第一传感器元件2的一端。然而，应当指出，根据本发明的示例性实施例，从第一传感器元件2的外圆周表面而不从第一传感器元件2的端面100施加电流脉冲。

下面，详细描述所谓的PCME(“脉冲电流调制编码，Pulse-Current-Modulated Encoding”)感测技术，根据本发明的优选实施例，可以应用PCME感测技术来磁化根据本发明之后将被部分去磁的可磁化物体。下面，在扭矩感测的情况下部分描述PCME技术。然而，还可以在位置感测的情况下应用该原理。

在本说明中，使用多个缩写进行一些描述，这些说明可能难以阅读。虽然缩写“ASIC”、“IC”和“PCB”已经是市场标准定义，但是还有许多具体涉及基于磁致伸缩(magnetostriction)的NCT感测技术的术语。应当指出，在本说明中，当引用NCT技术或者PCME时，其是指本发明的示例性实施例。

表1示出在以下对PCME技术的描述中使用的索略语列表。

表1：索略语列表

基于磁原理的机械应力感测技术允许设计并生产可以在使用铁磁材料的情况下应用的宽范围的“物理参数传感器”(例如力感测、扭矩感测和材料诊断分析)。用来建立“基于磁原理”的传感器的最常用的技术是：感应差分位移测量(inductive differential displacement measurement)(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年中，多个不同的公司开发了自己的如何设计并如何生产基于磁原理的扭矩传感器的特定解决方案(即ABB、FAST、FrauenhoferInstitute、FT、Kubota、MDI、NCTE、RM、Siemens以及其它公司)。这些技术处于不同的开发阶段，并且在“如何工作(how-it-works)”、可获得的性能、系统可靠性和制造/系统成本方面各不相同。

这些技术中的一些在测量扭矩的情况下需要对轴进行机械变化(山形(chevron))，或者依赖于机械扭转效应(需要在扭矩下扭曲的长的轴)，或者对轴本身附着部件(将具有特定性质的环与轴表面进行应力配合)，或者在轴表面涂覆特定物质。还没有人掌握(几乎)可以应用于任何轴尺寸、获得严格的性能容限并且不基于已有技术专利的大容量制造过程。

下面，描述基于磁致伸缩原理的非接触扭矩(NCT)感测技术，其对用户提供具有先前无法获得的新的特征和改善的性能的整体宿主。这种技术使得可以实现高度集成(空间上小)、实时(高信号带宽)的扭矩测量，可靠并且能以可承受的成本以任何希望的数量进行生产。将这种技术称为：PCME(脉冲电流调制编码)或者横向磁致伸缩(magnetostrictiontransversal)扭矩传感器。

PCME技术可以在不对轴进行任何机械改变、或者不对轴附着任何部件的情况下应用于轴。最重要的是，PCME技术可以应用于任何轴直径(大多数其它技术对此都具有局限性)，并且在编码过程中不需要转动/旋转轴(非常简单并且成本低的制造过程)，这使得这种技术非常适合大容量应用。

下面描述磁场结构(传感器原理)。

传感器的寿命取决于“闭环(closed-loop)”磁场设计。PCME技术基于存储在彼此之上并且沿相反的方向运行的两个磁场结构。当不对轴(也称为传感器宿主(Sensor Host)或者SH)施加扭矩应力或者运动应力时，则SH表现为磁中性的(在SH外部不会感测到磁场)。

图12示出两个磁场存储在轴中并且以无限循环的方式运行。外磁场沿一个方向运行，而内磁场沿相反的方向运行。

图13示出PCME感测技术使用存储在彼此顶部的两个逆环流(Counter-Circular)磁场环(Picky-Back模式)。

当在PCME磁化的SH(传感器宿主或者轴)的两端施加机械应力(例如往复运动或者扭矩)时，则两个磁结构(或者环)的磁通线与施加的扭矩成比例的倾斜。

如图14所示，当不对SH施加机械应力时，磁通线沿其原始路径运行。当施加机械应力时，磁通线与施加的应力(例如线性运动或者扭矩)成比例地倾斜。

根据施加的扭矩的方向(相对于SH顺时针或者逆时针)，磁通线向右倾斜或者向左倾斜。在磁通线达到磁编码区域的边界的情况下，来自上层的磁通线将与来自下层的磁通线结合，反之亦然。这将形成良好控制的螺旋管(toroidal)形状。

这种磁结构的益处是：

□当对SH施加机械应力时，寄生磁场结构减小(几乎消除)(这产生更好的RSU性能)。

□当产生机械应力相关信号时，由于存在彼此互补(compliment)的两个“活动”层，因此传感器输出信号斜度(slope)更高。说明：当使用单层传感器设计时，在编码区域边界射出的“倾斜的”磁通线需要创建从一个边界侧到另一个边界侧的“返回通路”。这种作用影响利用二次传感器单元在SH外部可以获得多少信号来进行感测和测量。

□在应用PCME技术的情况下，几乎对SH(轴)的尺寸(dimension)没有限制。这种双层磁场结构可以适用于任何实心或者中空的轴尺寸。

□物理尺寸和传感器性能可以在非常宽的范围内进行编程，因此可以针对目标应用进行定制。

□这种传感器设计允许测量来自所有三维轴的机械应力，包括对轴施加的同轴(in-line)力(可以作为负载单元施加)。说明：更早的磁致伸缩传感器设计(例如来自FAST Technology)局限于仅在2维轴上灵敏，并且不能测量同轴力。

参考图15，当对SH施加扭矩时，来自两个反向圆形磁环的磁通线在传感器区域的边界处彼此连接。

当对SH施加机械扭矩应力时，则磁场不再围绕圆形运行，而是与施加的扭矩应力成比例地稍微倾斜。这使来自一个层的磁场线连接到另一层的磁场线，由此形成螺旋管形状。

参考图16，示出当对SH施加高水平的扭矩时磁通线如何形成斜向(angled)螺旋管结构的放大图示。

下面，描述PCM编码(PCME)过程的特征和优点。

根据本发明的来自NCTE的磁致伸缩NCT感测技术提供高性能感测特征，例如：

□传感器宿主不需要机械变化(可以按原样使用已有的轴)

□不需要对传感器宿主附加其它部件(因此在轴寿命期间没有部件可能衰退(fall off)或者改变＝高MTBF)

□在测量过程中，SH可以以任何希望的速度转动、往复运动或者移动(对rpm没有限制)

□非常好的RSU(转动信号均匀度，Rotational Signal Uniformity)性能

□良好的测量直线性(达到FS的0.01％)

□高的测量可重复性

□非常高的信号分辨率(高于14位)

□非常高的信号带宽(高于10kHz)

根据选择的磁致伸缩感测技术的类型以及选择的物理传感器设计，可以“按原样”使用机械功率传输轴(也称为“传感器宿主”或者简称“SH”)而不需要对其进行任何机械变化或者对轴附加任何部件。因此，将这称为“真正的”无接触扭矩测量原理，其允许轴在两个方向上以任意希望的速度自由转动。

这里描述的根据本发明的示例性实施例的PCM编码(PCME)制造过程提供了其它磁致伸缩技术无法提供的附加特征(这种技术的唯一性)：

□与可选磁致伸缩编码处理(例如来自FAST的“RS”过程)相比，信号强度大三倍。

□容易并且简单的轴加载处理(高的制造产量(through-putt))。

□在磁编码处理中不移动部件(低复杂性制造设备＝高MTBF，更低的成本)。

□处理允许NCT传感器进行“精细调节(fine-tuning)”以达到百分之零点几的目标准确度。

□制造过程允许在同一处理循环中对轴进行“预处理”和“后处理”(高制造产量)。

□感测技术和制造过程是比例度量(ratio-metric)的，因此可应用于所有轴或者管直径。

□在SH已经组装时，可以应用PCM编码过程(根据可接近性(accessibility))(维护友好)。

□最终的传感器对轴向轴运动不灵敏(实际允许的轴向轴运动取决于磁编码区域的实际“长度”)。

□当不对SH施加力(例如扭矩)时，磁编码SH保持中性，并且与非磁场无关。

□在所有三维轴上对机械力灵敏。

下面描述SH中的磁通分布。

PCME处理技术基于利用电流流过SH(传感器宿主或者轴)以获得理想的铁磁材料的永磁编码。为了获得理想的传感器性能和特征，需要非常特定并且良好地控制的电流。早前使用DC电流的试验由于不知道通过导体迁移的DC电流是多小的量以及多大的量而失败(在这种情况下“导体”是机械功率传输轴，也称为传感器宿主或者简称“SH”)。

参考图17，示出导体中假设的电流密度。

普遍假设当电流(DC)通过导体时，导体中的电流密度在导体的整个截面上是均匀分布的。

参考图18，示出在导体中形成联系电流路径的磁场的小电流。

我们的经验是当少量的电流(DC)通过导体时，在导体的中心处电流密度最高。这种情况的两个主要原因是：通过导体的电流产生在导体的中心将电流路径联系在一起的磁场，以及在导体的中心阻抗最低。

参考图19，示出导体中的典型的小电流的流动。

然而，实际上，电流不会沿“直”线从一个连接极流到另一个连接极(与空中的闪电的形状类似)。

在电流的特定水平，产生的磁场足够大以使铁磁轴材料持久磁化。当电流在SH的中心附近或者在SH的中心流动时，持久存储的磁场驻留在同一位置：在SH的中心附近或者在SH的中心。当现在施加机械扭矩或者线性力使轴振荡/往复运动时，则轴内部存储的磁场根据施加的机械力通过倾斜其磁通路径来进行响应。由于持久存储的磁场位于轴表面下方深处，因此可测量的效果非常小、不均匀并且因此不足以建立可靠的NCT传感器系统。

参考图20，示出饱和水平的导体中的均匀电流密度。

仅仅在饱和水平，电流密度(当施加DC时)在导体的整个截面上是均匀分布的。达到该饱和水平的电流的量相当高，并且主要受所使用的导体的截面和传导率(阻抗)影响。

参考图21，示出在导体的表面或者其下方迁移的电流(集肤效应(Skin-Effect))。

还普遍假设，当导体流过交流电流(例如射频信号)时，信号通过导体的表层，这称为集肤效应。选择的交流电流的频率限定集肤效应的“定位/位置”和深度。高频率的电流在导体(A)的表面或者其附近迁移，而较低频率(对于20mm直径的轴在5到10Hz区域内)的交流电流更多地穿透轴截面的中心(E)。此外，与在轴中心附近的非常低的AC频率的相对电流密度相比，在更高AC频率的电流占据的区域中相对电流密度更高(这是因为存在更大的空间可用来使电流流过)。

参考图22，示出当不同频率的交流电流通过导体时导电体的电流密度(相对于电流90度的截面)。

希望的PCME传感器技术的磁场设计是存储在位于彼此顶部上的两个层中(“Picky-Back”)并且沿彼此相反的方向(逆环流)运行的两个圆形磁场结构。

再次参考图13，示出希望的磁传感器结构，布置在彼此顶部上、沿彼此相反的方向运行的两个无限的磁环：逆环流“Picky-Back”场设计。

为了使这种磁场设计对施加到SH(轴)的机械应力高度敏感并且尽可能产生最大的传感器信号，所希望的磁场结构必须布置在轴表面附近最近的位置。将圆形磁场放置到靠近SH的中心将导致减小用户可获得的传感器输出信号斜度(由于与空气相比铁磁轴材料具有更高的磁导率，因此大多数传感器信号通过铁磁轴材料迁移)，并且提高了传感器信号的不均匀性(相对于轴转动和轴相对于二次传感器的轴向运动)。

参考图23，示出存储在轴表面附近和存储在轴的中心附近的磁场结构。

由于创建的磁场的极性经常变化并因此更多地作为退磁(Degaussing)系统动作，因此当使用AC(交流电流)时，可能难以获得希望的SH的持久磁编码。

PCME技术需要强电流(“单极(uni-polar)”或者DC，以防止擦除希望的磁场结构)在轴表面的正下方迁移(以保证传感器信号是均匀的并且在轴外部可测量)。除了逆环流之外，还需要形成“picky back”磁场结构。

可以通过将两个逆环流磁场结构在彼此之后存储到轴中来在轴中布置两个逆环流磁场结构磁场。首先将内层存储在SH中，然后通过使用较弱的磁力存储外层(防止不小心中和并删除内层)。为此，可以如在来自FAST技术的专利中所描述地，或者通过电流编码和“永”磁体编码的组合来应用已知的“永”磁体编码技术。

更简单并且更快速的编码处理“仅”使用电流来获得希望的逆环流“Picky-Back”磁场结构。这里，最具挑战性的部分是产生逆环流磁场。

均匀的电流产生相对于电流方向(A)以90度的角在导电体周围运行的均匀磁场。当并排布置两个导体(B)时，则两个导体之间的磁场看起来抵消彼此的效果(C)。虽然磁场仍存在，但是在很近地布置的两个导体之间不存在可检测(或者测量)到的磁场。当并排布置多个导电体(D)时，“可测量的”磁场看起来在“扁平(flat)”形状的导体表面的外部周围运行。

参考图24，示出了从有均匀电流流过的导体的截面看时的磁效应。

现在将“扁平”或者矩形形状的导体弯成“U”形。当电流通过“U”形导体时，则跟随“U”形的外部尺寸的磁场抵消“U”的内半部分的可测量效果。

参考图25，当电流流过导体时，“U”形导体内部的区域看起来是磁“中性”的。

当不对“U”形导体的截面施加机械应力时，看起来在“U”形内部不存在磁场(F)。但是，当弯曲或者扭曲“U”形导体时，磁场将不再跟随其原始路径(与电流成90度角)。根据施加的机械力，磁场开始轻微地改变其路径。这时，可以在“U”形内部和外部在导体表面感测并测量到由于机械应力而产生的磁场矢量。注意：这种现象仅仅应用于非常特定的电流水平。

这同样应用于“O”形导体设计。当均匀电流通过“O”形导体(管)时，“O”形导体(管)内部的可测量磁作用互相抵消(G)。

参考图26，当电流流过“O”形导体时，“O”形导体内部的区域看起来是磁“中性”的。

然而，当对“O”形导体(管)施加机械应力时，很明显在“O”形导体内部存在磁场。内反方向磁场(以及外磁场)开始关于施加的扭矩应力而倾斜。可以清楚地感测并测量到该倾斜的磁场。

下面，描述编码脉冲设计。

为了在SH内部获得希望的磁场结构(逆环流Picky-Back磁场设计)，根据本发明的方法的示例性实施例，使单极电流脉冲通过轴(或者SH)。通过使用“脉冲”，可以获得希望的“集肤效应”。通过使用“单极”电流方向(不改变电流的方向)，不会意外擦除产生的磁场效应。

对于获得希望的PCME传感器设计，所使用的电流脉冲的形状是最关键的。每一个参数必须是准确并且可重复控制的：电流上升时间、恒定电流导通(on)时间、最大电流幅值和电流下降时间。另外，电流在整个轴表面上均匀地进入并退出也是非常关键的。

下面，描述矩形电流脉冲形状。

参考图27，示出了矩形的电流脉冲。

矩形电流脉冲具有快速正上升沿和快速电流下降沿。当使矩形电流脉冲通过SH时，上升沿负责形成PCME传感器的目标磁结构，而矩形电流脉冲平坦的“导通”时间和下降沿的作用相反。

参考图28，示出了矩形电流编码脉冲宽度(恒定电流导通时间)和传感器输出信号斜度之间的关系。

在下面的例子中，使用了矩形电流脉冲在直径为15mm的14CrNi14轴中产生并存储逆环流“Picky-Back”场。该脉冲化电流的最大值大约为270安培。脉冲的“导通时间”通过电控制。因为编码脉冲的上升沿和下降沿的高频分量，该试验无法真正呈现真正的DC编码SH的效果。因此，当经过1000ms的恒定电流导通时间时，传感器输出信号斜度曲线最终在20mV/Nm以上变平。

在不使用电流脉冲快速上升沿(例如使用受控的倾斜(ramping)斜度)的情况下，传感器输出信号斜度将非常不好(低于10mV/Nm)。注意：在该试验中(使用14CrNi14)，信号磁滞(hysteresis)大约是FS(FS＝75Nm扭矩)信号的0.95％。

参考图29，示出了连续使用几个矩形电流脉冲而使传感器输出信号斜度增大。

当连续使用几个矩形电流编码脉冲时，可以提高传感器输出信号斜度。与其它编码脉冲形状相比，矩形电流脉冲的快速下降电流脉冲斜度防止传感器输出信号斜度达到最佳性能水平。意味着在仅对SH(或者轴)施加几个(2到10个)电流脉冲时，传感器输出信号斜度将不再增大。

下面，描述放电电流脉冲形状。

放电电流脉冲没有恒定电流导通时间并且没有快速下降沿。因此，在SH的磁编码中主要并且最能感知的效果是这种电流脉冲类型的快速上升沿。

如图30所示，当建立PCME传感器时，尖锐的电流上升沿和一般的放电曲线提供最好的结果。

参考图31，示出了通过标识正确的电流脉冲的PCME传感器输出信号斜度的优化。

在脉冲电流标度的下端(对于14CrNi14轴材料、15mm直径轴是0至75A)，放电电流脉冲类型不够强大以跨越在铁磁轴内部建立持续磁场所需的磁阈值。当增大脉冲电流幅值时，双环流磁场结构开始在轴表面下方形成。随着脉冲电流幅值的增大，可以获得的二次传感器系统的扭矩传感器输出信号幅值也增大。在大约400A至425A，获得了最佳PCME传感器设计(两个相反流动的磁区域达到彼此的最佳距离以及最佳传感器性能的正确的磁通密度)。

参考图32，示出了在编码脉冲期间具有最佳PCME电流密度和位置的传感器宿主(SH)截面。

当进一步增大脉冲电流幅值时，绝对的扭矩力相关的传感器信号幅值在一段时间内会进一步增大(曲线2)，同时总体PCME典型传感器性能降低(曲线1)。当通过900A的脉冲电流幅值(对于15mm直径轴)时，绝对的扭矩力相关的传感器信号幅值开始下降(曲线2)，同时现在PCME传感器性能非常差(曲线1)。

参考图33，示出了不同的并且增大的脉冲电流水平时传感器宿主(SH)截面和脉冲电流密度。

随着电流在SH中占据更大的截面，内圆形区域和外(轴表面附近)圆形区域之间的间隔变得更大。

参考图34，当逆环流“Picky-Back”场设计之间的间隔窄(A)时，将获得更好的PCME传感器性能。

在导致使二次传感器信号幅值减小的扭矩力下，希望的双重反向流动圆形磁场结构更不能建立闭环结构。

参考图35，使电流放电曲线变平也将增大传感器输出信号斜度。

当增大电流脉冲放电时间(使电流脉冲更宽)(B)时，传感器输出信号斜度将增大。然而，需要的电流的量非常大以减小电流脉冲的下降沿的斜度。使用大电流幅值(使用最佳值)和尽可能小的放电时间的组合来获得尽可能大的传感器输出信号斜度可能更可行。

下面，描述一次传感器处理框架下的电连接装置。

PCME技术(应当指出，术语“PCME”技术用于指代本发明的示例性实施例)依赖于在应当产生一次传感器的位置使大量脉冲调制电流通过轴。当轴表面非常干净并且具有高传导性时，多点铜或者金连接足以获得希望的传感器信号均匀性。重要的是到轴表面的每一个连接点的阻抗是相同的。当线缆接合主电流连接点(I)之前保证线缆长度(L)一致时，这可以最佳地获得。

参考图36，示出了到轴表面的简单多点电连接。

然而，在大多数情况下，仅仅通过保证每一个连接点处的阻抗相等并恒定就可以获得可靠并且可重复的多点电连接。使用弹簧推动的尖锐的连接器将穿透轴表面处的可能的氧化或者隔离层(可能是由指印产生的)。

参考图37，示出了多通道、电连接固定件，使用弹簧加载的接触点。

当处理轴时，最重要的是以尽可能均匀的方式将电流注入轴中并从轴中抽出电流。上述附图示出几个由轴周围的固定件保持的彼此绝缘的电连接器。将该装置称为轴处理保持夹具(Shaft-Processing-Holding-Camp，或者SPHC)。在SPHC中所需的电连接器的数量取决于轴的外径。外径越大，需要越多的连接器。导电体之间的间隔从一个连接点到下一个连接点必须是相同的。将这种方法称为对称“焊点”接触。

参考图38，示出增大电连接点的数量有助于脉冲调制电流的进入和退出的作用。这还将增大所需要的电控系统的复杂性。

参考图39，示出了如何打开SPHC使得容易进行轴加载的例子。

下面，描述一次传感器处理的框架下的编码方案。

可以通过使用在转动轴处应用的永磁体或者使用流过轴的所希望的区间的电流来进行一次轴的编码。当使用永磁体时，需要非常复杂的连续过程来在轴中布置两个层在彼此顶部的闭环磁场。当使用PCME过程时，电流必须以尽可能对称的方式进入轴并从轴退出以获得希望的性能。

参考图40，在计划的感测编码区域的边界处放置两个SPHC(轴处理保持夹具)。脉冲电流(I)通过一个SPHC进入轴，而脉冲电流(I)在第二SPHC处退出轴。然后，两个SPHC之间的区域变为一次传感器。

该特定传感器处理将产生单场(SF，Single Field)编码区域。这种设计的一个优点(与下面描述的那些设计相比)是这种设计对相对于二次传感器装置的位置的任何轴向移动不敏感。这种设计的缺点是当使用轴向(或者同轴)放置的MFS线圈时，系统对杂散磁场(例如地磁场)敏感。

参考图41，双场(DF，Dual Field)编码区域(意为具有相反极性的并排的两个独立运行的传感器区域)可以抵消当使用轴向(或者同轴)放置的MFS线圈时的均匀杂散磁场的作用。然而，这种一次传感器设计还缩短了轴向方向上的轴移动的容许范围(相对于MFS线圈的位置)。使用PCME技术存在两种方式来产生双场(DF)编码区域。在彼此之后产生磁编码区间的连续过程，以及同时产生两个磁编码区间的同轴过程。

连续双场设计的第一处理步骤是对一个传感器区间进行磁编码(与单场过程相同)，两个SPHC之间的间隔必须是所希望的一次传感器区域的最终长度的一半。为了简化对该处理的说明，我们将放置在最终一次传感器区域的中央的SPHC称为中央SPHC(C-SPHC)，将位于中央SPHC左侧的SPHC称为：L-SPHC。

参考图42，连续双场编码的第二处理步骤将使用位于一次传感器区域中央的SPHC(称为C-SPHC)和位于中央SPHC的另一侧(右侧)的第二SPHC，称为R-SPHC。重要的是中央SPHC(C-SPHC)中的电流方向在两个处理步骤中相同。

参考图43，最终的一次传感器区域的性能取决于可以将两个编码区域相对于彼此布置得多近。这依赖于所使用的中央SPHC的设计。C-SPHC的同轴空间接触尺寸越窄，双场PCME传感器的性能越好。

图44示出根据本发明的另一个示例性实施例的脉冲施加。可以从上述图中看出，对轴的三个位置施加脉冲。由于电流I进入轴的中间电极两侧的电流分布，在横向(lateral)电极处离开轴的电流仅仅是在中间电极处进入的电流的一半，即1/2。示出电极是环，其尺寸被配置为轴的外表面的尺寸。然而，应当指出，可以使用其它电极，例如在本文中稍后描述的包括多个销电极的电极。

参考图45，示出了当不对轴施加扭矩或者线性运动应力时双场PCME传感器设计的两个传感器区间的磁通方向。相反流动的磁通环彼此不相互作用。

参考图46，当沿特定的方向施加扭矩力或者线性应力时，则磁通环开始在轴内部以增大的倾斜角度运行。当倾斜的磁通到达PCME区段边界时，则磁通线与反向流动的磁通线相互作用，如图所示。

参考图47，当施加的扭矩方向变化(例如从顺时针变为逆时针)时，PCM编码轴内部的反向流动磁通结构的倾斜角度也变化。

下面，描述用于轴处理的多通道电流驱动器。

在无法保证到轴表面的电流路径绝对相同的阻抗的情况下，则可以使用电流控制的驱动器级来克服该问题。

参考图48，示出了用于小直径传感器宿主(SH)的六通道同步脉冲电流驱动器系统。随着轴直径的增大，电流驱动器通道的数量也增大。

下面，描述Bras环接触和对称“焊点”接触。

当轴直径相对小并且轴表面干净而且在希望的感测区域没有任何氧化物时，则可以选择简单的“Bras”环(或者铜环)接触方法来处理一次传感器。

参考图49，可以使用利用焊接连接到电配线的与轴表面紧密配合的Bras环(或者铜环)。两个Bras环(或者铜环)之间的区域是编码区域。

然而，可获得的RSU性能非常可能大大低于使用对称“焊点”接触方法时的性能。

下面，描述热点(Hot-Spotting)的概念。

标准单场(SF)PCME传感器具有非常差的热点性能。SF PCME传感器区段(当施加扭矩时)的外部磁通轮廓(profile)对附近环境中可能的变化(相对于铁磁材料)非常敏感。由于没有很好地限定SF编码传感器区段的磁边界(没有“销钉”)，它们可以向在PCME感测区域附近放置铁磁材料的方向“延伸”。

参考图50，PCME处理磁化感测区域对靠近感测区域边界的铁磁材料非常敏感。

为了降低热点传感器敏感度，必须通过销钉其来更好地限定PCME传感器区段边界(可以使其不再移动)。

参考图51，示出了具有在感测区域一侧一个的两个“销钉场区域”的PCME处理后的感测区域。

通过将销钉区域很近地布置在感测区域的每一侧，感测区域边界被销钉到特定位置。当铁磁材料靠近感测区域时，可能对销钉区域的外边界有影响，但是对感测区域边界有非常有限的影响。

根据本发明的示例性实施例，存在多种方式可以对SH(传感器宿主)进行处理以得到单场(SF)感测区域和感测区域一侧一个的两个销钉区域。在彼此之后处理每一个区域(连续处理)或者同时处理两个或三个区域(同轴处理)。同轴处理提供更均匀的传感器(减小的寄生场)，但是需要更高水平的电流以达到目标传感器信号斜度。

参考图52，示出了为了减小(或者甚至消除)热点而在主感测区域的每一侧具有销钉区域的单场(SF)PCME传感器的同轴处理的例子。

由于传感器中央区域已经被销钉，因此双场PCME传感器对热点的作用较不敏感。然而，可以通过在双场传感器区域的每一侧布置销钉区域来进一步减小其余的热点敏感度。

参考图53，示出了每一侧具有销钉区域的双场(DF)PCME传感器。

当销钉区域不被允许或者不可能(例如：有限的轴向间隔可用)时，则感测区域必须磁屏蔽外部铁磁材料的影响。

下面，说明转动信号均匀度(RSU)。

根据目前的理解，RSU传感器性能主要依赖于进入和退出SH表面的电流有多圆周均匀以及电流进入和退出点之间的物理空间。电流进入和退出点之间的间隔越大，RSU性能越好。

参考图54，当各个圆周布置的电流进入点之间的间隔相对于轴直径相对大(并且圆周布置的电流退出点之间的间隔同样大)时，导致非常差的RSU性能。在这种情况下，PCM编码区段的长度必须尽可能大，否则建立的磁场将在圆周上不均匀。

参考图55，通过加宽PCM编码区段，圆周磁场分布在电流进入和电流退出点之间的一半距离处变得更均匀(最终几乎完美)。因此，PCME传感器的RSU性能在电流进入/电流退出点之间的一半距离的点处是最好的。

接下来，描述NCT传感器系统的基本设计问题。

在不了解PCM编码技术的具体细节的情况下，这种感测技术的终端用户需要知道一些允许在其应用中应用并使用这种感测概念的设计细节。下面的篇幅描述基于磁致伸缩的NCT传感器的主要元件(例如一次传感器、二次传感器和SCSP电子设备)、各个部件如何以及当将这种技术集成到已有产品中时需要进行那些选择。

原则上，PCME感测技术可以用于生产独立(stand-alone)的传感器产品。然而，在已有的工业应用中，“独立”产品几乎没有空间可用。PCME技术可以在已有产品中应用，而不需要重新设计最终产品。

在将独立扭矩传感器装置或者位置检测传感器装置应用于电机传输系统的情况下，可能需要整个系统进行大的设计变化。

下面，参考图56，示出了PCME传感器在引擎的轴处的可能位置。

图56示出了根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器例如在汽车的齿轮箱中可能的配置位置。图56的上部示出根据本发明的示例性实施例的PCME扭矩传感器的配置。图56的下部示出如在本发明的示例性实施例中没有集成在齿轮箱的输入轴中的独立传感器装置的配置。

从图56的上部可以看出，根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器可以集成到齿轮箱的输入轴中。换句话说，一次传感器可以是输入轴的一部分。换句话说，可以对输入轴进行磁编码使其本身成为一次传感器或者传感器元件。二次传感器即线圈例如可以容纳在靠近输入轴的编码区域的承载(bearing)部分中。由此，为了在电源和齿轮箱之间设置扭矩传感器，不需要中断输入轴，并且不需要在进入电机的轴和进入齿轮箱的另一个轴之间设置分立的扭矩传感器，如图56的下部所示。

由于将编码区域集成在输入轴中，可以提供扭矩传感器而不需要对例如汽车的输入轴进行任何变化。例如在允许在飞机上使用之前每一个部分必须经过严密测试的飞机的各个部分中，这变得非常重要。根据本发明的这种扭矩传感器也许甚至不需要在飞机或者涡轮中的轴中包含这种严密的测试，这是因为直接轴没有发生变化。此外，对轴的材料不产生磁作用。

此外，从图56可以看出，因为在退出电源的轴和到齿轮箱的输入轴之间的分立独立扭矩传感器的设置变得明显，根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器可以允许减小齿轮箱和电源之间的距离。

接下来，说明传感器部件。

如图57所示，根据本发明的示例性实施例，非接触磁致伸缩传感器(NCT传感器)可以包括三个主功能元件：一次传感器、二次传感器以及信号调节和信号处理(SCSP，Signal Conditioning & Signal Processing)电子设备。

根据应用的类型(容量和质量要求、目标制造成本、制造处理流程)，顾客可以选择购买各个部件在其自己的管理下建立传感器系统，或者可以转包各个模块的生产。

图58示出非接触扭矩感测装置的部件的示意性图示。然而，这些部件还可以在非接触位置感测装置中实现。

在年度生产目标以几千为单位的情况下，将“一次传感器磁编码处理”集成到顾客制造处理中可能效率更高。在这种情况下，顾客需要购买专用的“磁编码设备”。

在制造过程的成本和集成度很关键的大容量应用中，一般NCTE仅提供所需要的各个基本部件和设备来建立非接触传感器：

□IC(表面安装封装，专用电子电路)

□MFS线圈(作为二次传感器的一部分)

□传感器宿主编码设备(对轴施加磁编码＝一次传感器)

根据需要的容量，可以提供已经组装在框架上的MFS线圈，如果希望，可以用连接器电附着到配线接头(harness)。同样，可以提供完全以PCB格式工作的SCSP(信号调节和信号处理)电子设备，将MFS线圈嵌入或者不嵌入PCB中。

图59示出传感器装置的部件。

从图60可以看出，需要的MFS线圈的数量取决于期望的传感器性能和实际传感器设计的机械容差(tolerance)。在具有完美的传感器宿主(SH或者磁编码轴)和来自不希望的杂散磁场的最小干扰的设计良好的传感器系统中，仅需要2个MFS线圈。然而，如果SH相对于二次传感器位置沿径向或者轴向移动大于几十毫米，则需要增加MFS线圈的数量以获得希望的传感器性能。

下面，说明控制和/或评价电路。

根据本发明的示例性实施例，SCSP电子设备包括NCTE专用IC、多个外部无源和有源电子电路、印刷电路板(PCB)和SCSP壳体或者外壳。根据要使用SCSP单元的环境，需要适当地密封外壳。

根据应用的具体需要，(根据本发明的示例性实施例的)NCTE提供多个不同的专用电路：

□基本电路

□具有集成电压调节器的基本电路

□高信号带宽电路

□可选高压和短路保护装置

□可选故障检测电路

图61示出单通道低成本传感器电子设备解决方案。

从图61可以看出，可以设置例如包括线圈的二次传感器单元。例如，如图60所示，这些线圈被布置为用于感测施加扭矩时从一次传感器单元即传感器轴或者传感器元件发出的磁场的变化。二次传感器单元连接到SCST中的基本IC。基本IC经由电压调节器连接到正供电电压。基本IC还连接到地。基本IC被配置为向SCST外部提供模拟输出，该输出对应于由对传感器元件施加的应力引起的磁场的变化。

图62示出集成有故障检测的双通道短路保护系统设计。这种设计包括5个ASIC装置并提供高度的系统安全性。故障检测IC识别在传感器系统的任意位置何时有配线破损、MFS线圈的故障或者“基本IC”的电子驱动器级的故障。

接下来，说明二次传感器单元。

根据图63所示的一个实施例，二次传感器可以包括下列元件：一到八个MFS(磁场传感器，Magnetic Field Sensor)线圈、对齐和连接板、具有连接器的配线接头以及二次传感器壳体。

可以将MFS线圈安装到对齐板上。通常，对齐板允许以合适的方式焊接/连接每一个MFS线圈的两个连接配线。配线接头连接到对齐板。然后，在与MFS线圈和配线接头完全组装的情况下，嵌入二次传感器壳体，或者由二次传感器壳体保持。

MFS线圈的主要元件是核心配线，其必须用没有确定形状的材料制造。

根据使用二次传感器单元的环境，需要用保护材料覆盖组装的对齐板。当环境温度变化时，该材料不能在MFS线圈上产生机械应力或者压力。

在工作温度不超过+110摄氏度的应用中，顾客可以将SCSP电子设备(ASIC)布置在二次传感器单元(SSU，sencondary sensor unit)内部。虽然ASIC装置可以在+125摄氏度以上的温度下工作，但是将变得更难补偿温度相关的信号偏移和信号增益变化。

推荐的MFS线圈和SCSP电子设备之间的最大线缆长度是2米。当使用合适的连接线缆时，可以得到达10米的距离。为了避免多通道应用中的信号串话(signal-cross-talk)(两个独立的SSU在相同的一次传感器位置工作＝冗余传感器功能)，应当考虑SSU和SCSP电子设备之间的专门的屏蔽线缆。

当计划生产二次传感器单元(SSU)时，生产商必须决定需要通过转包购买SSU的哪个/哪些部分并且在内部(in-house)要进行哪些制造步骤。

下面，描述二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者标准传输系统中时，系统制造商具有从以下选择的几个选项：

□定制的SSU(包括配线接头和连接器)。

□选择的模块或者部件；可以在顾客的管理下进行最终的SSU组件和系统测试。

□仅必须的部件(MFS线圈或者MFS核心配线、专用IC)，在内部生产SSU。

图64示出二次传感器单元组件的示例性实施例。

接下来，说明一次传感器设计。

可以将SSU(二次传感器单元)布置在磁编码SH(传感器宿主)外部，或者在SH是中空的情况下，布置在SH内部。可得到的传感器信号幅值具有相同的强度，但是布置在中空的轴内部时具有更好的信噪比(signal-to-noise)性能。

图65示出一次传感器和二次传感器的几何配置的两种结构。

当对SH(轴)的直并且平行的区间应用磁编码处理时，可以获得改善的传感器性能。对于具有15mm到25mm的直径的轴，磁编码区域的最佳最小长度是25mm。如果可以将该区域制造为长45mm(增加防护(Guard)区域)，则传感器性能将进一步得到改善。在复杂的高度集成的传输(齿轮箱)系统中，难以找到这种空间。在更理想的情况下，磁编码区域可以是14mm短，但是这承受了可能无法获得所有的希望的传感器性能的风险。

如图66所示，根据本发明的示例性实施例，应当保持SSU(二次传感器单元)和传感器宿主表面之间的间隔尽可能小以获得尽可能好的信号品质。

接下来，描述一次传感器编码设备。

在图67中示出例子。

根据将选择那种磁致伸缩感测技术，需要相应地处理并对待传感器宿主(SH)。这些技术彼此大不相同(ABB、FAST、FT、Kubota、MDI、NCTE、RM、Siemens、...)，所需要的处理设备也大不相同。一些可用的磁致伸缩感测技术不需要对SH进行任何实际的变化，而仅仅依赖于磁处理(MDI、FAST、NCTE)。

虽然MDI技术是两阶段(phase)处理，FAST技术是三阶段处理，NCTE技术是一阶段处理，但是将其称为PCM编码。

应当知道，在磁处理之后，传感器宿主(SH或轴)变成了“精确测量”装置，并且必须相应地进行处理。在将处理后的SH小心地放置在其最终位置时，磁处理应当是最后的步骤。

在以下情况下，磁处理应当是顾客的产品处理(内部磁处理)的整体部分：

□高生产量(例如几千)

□重或者难处理的SH(例如高运输成本)

□非常特定的品质和检查要求(例如国防应用)

在所有其它情况下，由有资质并获得授权的转包商，例如NCTE，对SH进行磁处理可能更符合成本效率。对于“内部制造”的磁处理，需要专用的制造设备。这种设备可以是完全手动、半自动或者全自动工作的。根据复杂度和自动化水平，设备的成本从20k欧元到500k欧元以上不等。

例如，可以在电机运动领域中作为非接触扭矩传感器应用这里公开的非接触扭矩工程技术。

所谓的PCME感测技术还可以应用于已有的输入/输出轴，以例如10kHz的信号带宽以及例如0.01％或者更小的可重复性测量例如绝对扭矩(和/或其它物理参数，例如位置、速度、加速度、弯曲力、剪力、角度等等)。系统的总电流消耗可以在8mA以下。

图68示出所描述的技术的示例性实施例的特征和性能。

所谓的一次传感器系统可以是对水、齿轮箱油和非腐蚀/非铁磁材料有抵抗力的。例如，当固体或者中空的铁磁轴用在电机(运动)应用中时，这种技术可以应用于该固体或者中空的铁磁轴(例子是50NiCr13、X4CrNi13-4、14NiCr13或者S155、FV520b等等)。

在输入/输出轴(所谓的一次传感器)上不需要进行机械变化，也不需要将任何部件附着或者粘连(glue)到轴。当应用所描述的技术时，输入/输出轴可以保持其所有机械性质。

在典型的电机运动编程中，大约20个工作日足够将扭矩感测技术应用于新的应用。对于已经开发的系统，转用供应时间一般少于3天(重组处理后的一次传感器等)。

下面，描述根据本发明的示例性实施例的扭矩传感器的三个主要模块。

感测系统可以包括三个主建立块(或者模块)：一次传感器、二次传感器以及信号调节和信号处理电子设备。

一次传感器是可以设置在功率传输轴处的磁编码区域。编码处理可以仅进行“一”次(在功率传输轴最终组装之前)，并且可以是持久的。还可以将功率传输轴表示为传感器宿主，并且用铁磁材料制造。通常，包含大约2％到6％的镍的工业用钢是用于传感器系统的好的示例性基础。一次传感器可以将对传感器宿主施加的物理应力的变化变换为可以在磁编码区域的表面处检测到的磁信号(signature)的变化。传感器宿主可以是实心或者中空的。

图69示出这种一次传感器的例子。

也在图69中示出的所谓的二次传感器可以包括多个(一个或多个)磁场传感器装置，其可以布置在最接近传感器宿主的磁编码区域。然而，磁场传感器装置不需要接触传感器宿主，从而传感器宿主可以沿任意方向自由转动。二次传感器可以将(由一次传感器产生的)磁场的变化转换为电信息或者信号。这种系统可以使用也可以在苛刻的环境中(例如在油中)使用的无源磁场传感器装置(例如线圈)，并且可以在宽的温度范围内工作。

在图69和图70中示出的信号调节和信号处理电子设备可以驱动磁场传感器线圈，并且可以对用户提供标准格式的信号输出。信号调节和信号处理电子设备可以通过双绞线缆(仅两个配线)连接到磁场传感器线圈，并且可以布置直到2米远处，并且距离磁场传感器线圈更远。该传感器阵列的信号调节和信号处理电子设备可以是定制设计的，并且可以具有5mA的典型电流消耗。

下面，描述一次传感器设计，也就是说磁编码区域的设计。

磁编码处理可以相对灵活，并且可以应用于具有从2mm或者更小到200mm或者更大的范围内的直径的轴。传感器宿主可以是中空的，或者是实心的，可以在中空的轴外部和内部相同地检测信号。

在传感器宿主可以转动的传感器系统中，编码区域可以布置在沿着传感器的任意位置，尤其当选择的位置属于均匀(圆形)形状，并且直径不会变化几毫米。编码区域的实际长度可以取决于传感器宿主直径、环境、希望的系统的性能。在许多情况下，与较短的编码区域相比，长的编码区域可以提供更好的结果(改善的信噪比)。

图71和图72示出具有不同长度的磁编码区域的例子。

例如，对于具有小于10mm的直径的传感器宿主，磁编码区域可以是25mm或者更小，并且可以是10mm短或者更短。对于30mm直径的轴，磁编码区域可以是60mm长。

从图73可以看出，编码区域可以具有距离布置在编码区域处或附近的其它铁磁物体的几毫米的间隔(“防护间隔”)。当轴直径的形状在编码区域的任意一侧变化时，这同样有效。

从图74可以看出一次传感器材料的示例性规格。

下面，描述二次传感器单元的示例性实施例，尤其是磁场传感器线圈尺寸。

图75和图76示出二次传感器单元。

非常小的感应器(inductor)(也称为磁场传感器)可以用于检测来自一次传感器的磁信息。这些线圈的尺寸和规格可以针对具体的感测技术和目标应用进行配置。

可以使用不同尺寸的磁场传感器(例如6mm的主体长度或者4mm的主体长度)，并且可以区分在不同温度范围(直到125℃的标准温度范围和直到210℃的高温度范围)内的应用。

在图77的表中列出示例性尺寸。

4mm和6mm线圈的电性能非常类似，其中一个稍长，另一个具有稍大的直径。用于制造线圈的配线相对细(例如包括绝缘的直径为0.080mm)，因此在某些情况下是脆弱(delicate)的。

在适合两个轴向对齐的磁场传感器线圈的应用(例如补偿杂散地磁场的作用)中，可以将其布置在专门加工(mill)的PCB(印刷电路板)内。这种类型的组件(在图78中示出的包装(pot)之前的具有两个磁场传感器线圈)可以保证磁场传感器线圈正确的对齐，并且可以提供合理的机械保护。

需要多少个磁场传感器线圈以及应当将其布置在何处(相对于编码区域)取决于应用中可用的实际间隔以及更检测和/或要消除哪个物理参数。在典型的传感器设计中，使用成对的线圈(参见图78)允许进行差分测量并且补偿干扰杂散磁场的影响。

下面，更详细地描述二次传感器设计，也就是说磁场传感器配置。

根据传感器环境和目标系统性能，可以仅使用一个磁场传感器线圈或者使用九个或者更多磁场传感器线圈来建立传感器系统。

仅使用一个磁场传感器线圈在没有杂散磁场的固定测量系统中可能是合适的。当需要高的传感器性能和/或传感器环境复杂(例如存在干扰杂散磁场和/或干扰铁磁元件在传感器系统附近移动)时，九个磁场传感器线圈可能是好的选择。

图79示出示例性磁场传感器配置。

具体存在三个轴方向，据此可以在磁编码区域附近布置磁场传感器线圈：轴向(也就是说与传感器宿主平行)、径向(也就是说从传感器宿主表面指出)和切向。磁场传感器线圈的轴方向和相对于编码区域的准确位置定义检测(测量)哪个物理参数以及抑制(抵消)哪个参数。

在编码区域处或者附近仅有有限的轴向间隔可用来布置磁场传感器线圈(参见图79，情况A)的情况下，可以稍微偏离编码区域的中心沿径向布置磁场传感器线圈(参见图79中的选项B)。

从图80可以看出，当有限的轴向间隔可用时，则可以使用具有“背负式(piggy-bag)”磁场传感器线圈的单磁场传感器线圈以消除平行干扰杂散磁场(例如地磁场)的影响。

在典型的传感器设计中，可以在传感器宿主的轴向方向上(平行于传感器宿主)布置并且与磁编码区域的中心对称地布置二次传感器单元(面对相同的方向的两个磁场传感器线圈)。

参考图81，可调节尺寸可以是两个磁场传感器线圈(SSU₁)之间的间隔以及传感器宿主表面和磁场传感器线圈表面(SSU₂)之间的间隔。当改变SSU₂时，传感器系统的信号输出将以距离的平方发生变化(意味着当传感器宿主表面之间的间隔增大时，输出信号迅速变小)。SSU₂可以基本为0mm，也可以是6mm或者更大，其中输出信号的信噪比在较小的数值时更好。

两个轴向放置的磁场传感器线圈之间的间隔是磁编码区域设计的函数。在典型的传感器设计中，SSU₁可以是14mm。可以将间隔减小几毫米。

图82示出在齿轮箱应用中使用的示例性磁场线圈保持件。第二磁场传感器线圈对可以提高传感器处理轴失速(run out)(在操作过程中轴的径向移动)的能力。

图83示出可磁化轴8300，其中在轴附近布置编程配线8301。

然而，在编程配线8301和轴8300之间没有直接的接触。在对编程配线8301施加了可以是直流电流或者交流电流(例如具有快上升沿和慢下降沿的脉冲)的电流之后，在可磁化轴8300内部形成磁场分布8302。

图84示出具有可磁化轴8300和沿着轴8300的一部分形成的磁编码区域8401的传感器装置8400。

此外，设置多个磁场检测器8402。如在图84中通过箭头8403进一步示出的，轴8300是往复运动的。

将磁场检测器8402进行分组以形成三个独立的组的磁场检测器8402，其中每一组连接到评价单元8404中对应的一个。当轴8300往复运动时，磁编码区域8401在位于磁编码区域8401附近的磁场检测线圈8402中的相应的一个中产生磁场检测信号。评价单元8404可以评价该信号，然后作为输出信号输出。

图85示出对所有线圈8402设置公共评价单元8404的配置，即传感器装置8500。因此，图85的实施例在构造上非常简单。

图86示出另一个传感器装置8500，其与图85的传感器装置的不同之处在于仅沿着可往复运动的轴8300的延伸方向的一部分设置容纳磁场检测器8402的线圈板。因此，需要的线圈8402的数量减少。

图87示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置8700。

从图87可以看出，对两个不同的评价单元8404共同设置磁场检测线圈8402中的一个。设置开关单元8701用来选择性地对图87所示的左评价单元8404或者右评价单元8404分配磁场检测线圈8402中的中心的一个。因此，通过共享公共线圈8402，可以减少需要的线圈的数量。

例如，由图84到87的评价单元8404中的相应的一个评价其信号的两个线圈8402可以用来抵消例如杂散磁场或者地磁场的影响的偏移。为此，共同处理，例如相加或者相减，线圈8402产生的信号。

从图87可以看出，对输出单元8702提供评价单元8404的输出。

下面，参考图88，描述根据本发明的示例性实施例的磁化设备8800。

磁化设备8800被配置为用于磁化位于磁化设备8800的环境中的可磁化轴8300。为此，设置编程配线8801，并且以如下形式形成编程配线8801：当将编程配线8801置于可磁化轴8300附近并且对磁化配线8801施加电编程信号时，可磁化轴8300被磁化，从而沿着可磁化物体8300的延伸方向形成具有不同的磁极性的至少两个磁编码区域。因此，可以将电流I注入编程配线8801，编程配线8801以如下方式被弯曲：弯曲的编程配线8801的不同部分具有不同流动方向的电流I。因此，沿着可磁化物体8300的延伸方向，电流I对可磁化物体8300的相邻部分的磁化影响是不同的，这在可磁化物体8300的延伸方向上产生不同的磁编码部分。

从图88还可以看出，磁化设备8800包括：供电单元8802，其耦合到编程配线8801并且被配置为对编程配线8801提供电编程信号。根据所描述的实施例，编程信号包括电流脉冲，施加该电流脉冲使得在沿着编程配线8801的方向上存在电流。从图88可以看出，编程脉冲具有上升沿8803和下降沿8804，其中上升沿8803比下降沿8804陡。

可选地，还可以施加具有不同极性和/或幅值的第二电流脉冲。

根据所描述的实施例，编程配线8801与可磁化物体8300没有欧姆接触，使得在没有到编程配线8801的导电连接的情况下通过施加电编程信号来磁化磁化物体8300。从图88可以看出，编程配线8801在编程部分是以回纹形状的形式缠绕的，从而当施加电编程信号8803、8804时使其位于可磁化物体8300的不同部分附近。

图89示出根据示例性实施例的磁化设备8900。

在图89的情况下，编程单元包括第一编程配线8901和第二编程配线8902，两者都是缠绕或者弯曲的，使得当施加电编程信号时两个编程配线8901和8902中的每一个部分地包围可磁化物体8300。

因此，编程配线8901和8902以如下方式被形成：当将编程配线8901、8902置于可磁化物体8300附近并且对编程配线8901、8902施加电编程信号时，可磁化物体8300被磁化，从而沿着可磁化物体8300的延伸方向形成预定磁图案作为至少两个磁编码区域9000、9001。

这在图90和图91中可以看到。因此，在图90和图91中，沿着轴8300的延伸方向两个磁编码区域9000和9001被定义为具有不同极性的区域。

两个编程配线8901、8902定义的磁图案是周期性重复的，并且提供正弦函数，如图92所示。

区域9000和9001形成的磁图案具有沿着可磁化轴9000的延伸方向恒定的周期性。然而，由于两个配线8901、8902的环具有不同的长度，因此这两个配线8901、8902定义的正弦函数的波长不同。

再次参考图89，由第一编程配线8901和/或第二编程配线8902形成的配置本身可用作磁传感器装置。当对弯曲的配线8901、8902施加电流信号时，在其环境中产生空间依赖和角度依赖的磁场。只要保持对第一配线8901和/或对第二配线8902施加电流信号，则可以用一个或多个检测线圈(未示出)对磁场图案进行采样以检测被激励的配线的位置和/或角度。因此，第一配线8901和/或第二配线8902可以用作磁探测器。

图93示出根据示例性实施例的传感器装置9300。

该传感器装置9300包括图91所示的轴8300，其中在连接通过编程配线8901和8902被磁化的磁化区域的边界线区域中定义死区9301。图93所示的轴8300被配置为沿着与图93的纸面垂直的方向往复运动。布置两个磁场检测器9302以在轴8300往复运动时测量磁场检测信号，从而图92所示的正弦函数沿着往复运动方向移动。

图94示出也具有死区9301的轴8300，但是其被配置为随着基本垂直于图94的纸面定向的转动轴转动。

因此，可能发生检测器9302中的一个位于靠近死区9301，这可能使得在相应的时间段中无法捕获允许确定转动轴8300的与运动相关的物理参数的值的信号。因此，沿着轴8301的圆周方向布置三个磁场检测线圈9302，使得在每一个时刻至少两个磁场检测线圈9302接收有意义的信号，即足够远离死区9301被定位。

图95示出根据示例性实施例的磁化设备9500。

该磁化设备9500包括第一磁化配线9501和第二磁化配线9502，每一个被设计为回纹形状的磁化配线。沿着编程配线9501、9502的延伸方向，编程配线9501、9502的几何形状都是对称或者单调的，然而具有不同的重复率或者循环率。

图96示出另一个轴8300，其中围绕管状轴8300的圆周，可以沿着圆周方向区分四个磁编码区域9600至9603。

从图97和图98可以看出，即使在轴8300的圆周周围布置四个磁编码区域9600至9603的情况下，也可能发生位于轴8300周围的检测线圈9302中的一个位于靠近死区9301。这在往复运动但是非转动轴的情况下可以通过在相应选择的位置布置线圈9302来避免。然而，在转动轴的情况下，应当设置足够大的数量的线圈9302，使得可以得出有意义的结果，其可以允许得出例如力、扭矩或者位置的物理参数。

从图99可以看出，可以围绕圆形轴8300以圆形的方式布置磁化配线的不同的环9900。

然而，如从图100可以看出的，还可以使用椭圆形磁化配线10000。这可以产生图101的磁编码区域10100的图案，当考虑线圈的配置时这可以减少死区9301的问题。

如图101所示，图100的椭圆形配置可以提供磁编码区域10100的畸变图案。这有助于减少或者消除死区9301的问题。

配线的任何其它几何配置也是可以的。

从图102可以看出，可磁化轴8300的磁编码区域10200可以有沿着纵向轴的分布，其是对于沿着延伸方向不同的振荡具有不同的周期性的正弦振荡的序列。因此，通过沿着图102的轴8300沿着多个位置测量磁场检测信号，可以基于相位信息并基于图102的振荡磁化特性的波长信息来得出位置。

与图102的正弦振荡相比，图103示出具有与锯齿函数10300等同的磁场分布的磁化轴8300，锯齿函数10300具有不同的齿之间的距离，该距离从左到右沿着轴8300的延伸方向增大。

图104示出磁化设备10400，其中布置有基本是圆环的磁化配线8801，沿着可磁化轴8300的延伸方向磁化配线8801彼此间的距离增大。

在图104的配置中，通过第一供电单元8802对两个环供应磁化电能，从另一个编程单元8802对磁化配线8801的第二组环提供电能。

在图105中，示出如下的配置：对不同的供电单元8802分配磁化配线8801的不同的环，使得“偶数”环连接到第一供电单元8802，“奇数”环连接到第二供电单元8802。

参考图102至图105，还可以沿着传感器的延伸方向应用对数函数。

图106示出正弦波10600，其表示磁化轴8300的空间依赖的磁化分布。图106示出以正弦波10600的基本90°的距离彼此分离的两个磁场检测器8402。因此，磁场检测器8402检测到的磁场信号的相位差是波长的四分之一。磁场检测器8402测得的信号的组合允许得出往复运动轴8300的当前位置，其中正弦波10600随着轴8300往复运动。

图107示出具有磁编码区域10700的轴8300，磁编码区域10700包括多个子区域(在图107中未示出)，使得在磁编码区域10700中包括具有不同极性的磁化的不同部分。此外，沿着磁编码区域10700和轴8300的纵向延伸方向布置四个磁场检测线圈8402。

如将在以下描述的，这四个磁场检测线圈8402可以进行检测以允许提供独立于轴的绝对测量参数的归一化的检测值。

图108示意性地示出两种情况下的磁场检测信号的空间依赖性，即第一种情况是获得大的幅值10800，第二种情况是获得小的幅值10801。换句话说，图108的示意性图示示出位于具有磁编码区域10700的往复运动轴8300附近的线圈8402的检测的信号依赖于多个参数，例如线圈8402距轴8300的距离、磁编码区域10700的磁化的幅值、线圈8402的截面面积等等。因此，线圈8402检测到的绝对值可能产生不是非常有意义的结果，这是因为这些结果依赖于多个(部分不可控的)外部参数。

图109示意性地示出表示磁编码区域10700中的磁化的空间分布的正弦波10900以及在形成磁编码区域10700的轴的往复运动过程中在特定点处沿着正弦波10900的延伸方向的线圈8402的布置。

下面，参考图110，说明允许根据如图107和图109所示的配置得出有意义的归一化检测信号的归一化方案，该归一化检测信号允许计算往复运动的轴8300的当前位置。

为此，在图110和相应的表中用字母A、B、C、D表示图107、109所示的四个线圈8402。

虽然线圈8402通常在空间上是固定的而轴8300通常是往复运动的，但是为了简单，图110示出正弦波10900(表示沿着轴的磁化分布)是固定的而示出线圈8402在轴8300的往复运动期间改变位置的系统。然而，这仅仅是定义坐标系统的问题。

在第一种情况下，将四个线圈8402布置在位置A、B、C、D处，其中在距彼此正弦波振荡10900的90°或者四分之一波长的距离处布置相邻的线圈8402。在这种情况下，第二线圈B检测到最大的磁场值，第四线圈D检测到最小的磁场值。因此，分别将线圈B和D接收到的检测信号归一化为例如“1”的上归一化值和例如“0”的下归一化值的值。其余线圈A、C的检测值保持在线圈B、D的检测值之间，并且在往复运动轴8300的当前往复运动状态下各自具有0.5的值。

在往复运动轴8300移动了正弦波振荡10900的45°的工作状态下，四个线圈8402分别位于相应的位置A’、B’、C’、D’处。在这种工作状态下，两个线圈A’和B’具有检测到的磁信号的最大值，因此被归一化为值“1”。在45°处，线圈C’和D’各自具有四个检测线圈8402中的相同的最小值，从而将其值归一化为0。

在进一步移动到45°和90°之间的第三位置之后，线圈8402到达位置A”、B”、C”、D”。当然，由于仅轴8300是往复运动的而线圈8402是固定的，因此线圈8402的位置相对于研究室系统保持恒定。

在所描述的情况下，第一线圈A”具有检测信号的最大值，因此将其归一化为“1”。第三线圈C”具有最小的检测值，因此将其归一化为“0”。第二线圈B”具有大约0.7的检测值，第四线圈D”具有大约0.3的检测到的磁场的值。

因此，使用四个线圈A至D，由于检测值不再依赖于偏移值或者例如线圈距离、磁化幅值等的参数，因此可以得出有意义的归一化检测值。

从图110可以看出，线圈A至D的四个计算的值可以与预先存储在查询表中的元组进行比较，其中线圈A至D的检测值的每4个元组允许得出往复运动轴8300的当前位置。

如图111所示，不同的磁编码区域，例如正弦振荡磁化10900，可以沿着轴8300的纵向延伸方向延伸，这对于往复运动轴8300的纵向位置检测是有用的。可选地，如图112所示，正弦磁化10900还可以沿着圆周方向延伸，这对于转动轴8300的角位置检测是有用的。

图113示出设置多个扭矩感测线圈以提供由相应的电子设备评价的信号的配置。此外，围绕轴的圆周，布置连接到各个电子设备的多个轴向负载传感器以检测对轴施加的轴向负载。因此，建立提供模拟扭矩信号和模拟实际负载信号两者的传感器。

图114示出包括用于确定往复运动轴的位置信息的两个线性位置传感器的配置。

图115示出图114/113的系统的不同连接的配置。

图116示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置的主从配置。

图117示出说明传感器信号处理电子设备的另一个框图。

下面，参考图118，描述根据示例性实施例的位置传感器11800。

位置传感器11800包括具有在其上产生的正弦振荡编码磁场10700的往复运动轴8300。这通过示出沿着轴8300的延伸方向的磁编码区域10700产生的磁场传感器信号的曲线图11801示出。

磁场检测线圈8402沿着往复运动轴8300在相应的位置处捕获磁场值并将检测信号输出到多路复用器11802，多路复用器11802将线圈8402的模拟信号一个接一个传送到模拟数字转换器11803。处理单元11804定义由多路复用器11802选择要读出的通道地址并且输出绝对角度(线性位置)值作为其输出。

因此，图118的实施例是大规模线性位置传感器。相对于磁编码物体(在图118的情况下是具有磁编码区域10700的圆形轴8300)识别磁场传感器阵列8402的绝对位置包括使用图118的情况下的径向定向的磁场传感器线圈8402。

与此相比，图119所示的传感器系统11900使用轴向定向的磁场传感器线圈8402。

图118和图119的实施例的优点是信号非常大，而这些阵列对不希望的杂散磁场的影响更不敏感。磁场传感器线圈8402应当足够小以配合在给定空间上并排的所需要的线圈(其可以是磁信号的75％)。

图118和图119的实施例的另一个优点是由相同的电子设备评价所有线圈8402，在该情况下是四个。这可以通过对所有线圈8402公共设置的多路复用器11802和ADC 11803来实现，从而可以以低费用制造传感器阵列11800和11900。

图120示出说明图118或图119的四个磁场传感器装置8402的输出信号的图12000。

沿着横坐标12001绘制轴8300的转动角度或者线性位置。沿着图12000的纵坐标12002绘制四个磁场传感器装置8402的输出信号的幅值。换句话说，图120的曲线图示出在磁编码轴8300上的一个特定位置处四个MFS线圈8402的输出信号。对于大规模线性位置传感器设计和转动角度传感器设计，该信号图案是相同的。

下面，参考图121，描述根据本发明的示例性实施例的图12100。

沿着横坐标12101再次绘制往复运动或者转动轴8300的转动角度或者线性位置。沿着纵坐标12102绘制四个磁场传感器装置8402的归一化信号。

该“归一化”意为，对于每一个转动角度或者线性位置，检测最大检测信号的值并将其设置为值“1”，估计最小的检测值的值并将其设置为“0”。然后，在0和1之间的该归一化标度上重新计算其它两个磁场传感器线圈8402的检测信号，从而可以获得图121的归一化信号。

这种变换可以使测量结果独立于偏移和绝对幅值。

图122示出绘制有磁场传感器线圈12200的绝对检测值的表。此外，绘制有转换后的幅值12201。因此，可以将测得的信号12200或者转换后的幅值信号12201的每四个元组明确地分配给相应的正弦波或者角位置值12202。因此，值12200或者12201可以用作估计可移动轴8300的当前位置的基础。

图123示出用于产生磁编码轴的另一种方案。

根据该实施例，可磁化材料的轴8300转动(参见弧形箭头12300)，并且使其进入永磁体12301和12302的环境中。通过采取该措施，可以形成磁编码区域12303和12304。

然后，图123的配置可以用作位置传感器。通过使用具有相应幅值的适当数量的永磁体12301、12302，还可以产生(准)正弦形状的磁场图案，如图118或者图119所示。

回到如图89所示的类型的磁化方案，图124示出在轴8300的直径D和磁化配线8901的相邻绕组之间的距离x之间应当存在相应的关系。优选x小于或者基本等于D，从而获得基本没有畸变的磁场。

使用以上描述的磁化方案和归一化方案，可以补偿例如距离、老化、偏移等的影响，从而可以提供磁位置或者角位置传感器。

下面，参考图125，描述当测量磁场以估计位置或者角位置时的其它问题和相应的解决方案。

从图125可以看出，通过对磁化配线8901施加电流可以产生轴8300的磁化。

然而，除了与轴8300圆周相邻的配线8901的各个部分之外，配线8901还包括在图125的配置中从左指向右沿着轴8300纵向延伸的部分。

如图126所示，这种磁化的后果是，除了磁化的正弦部分之外，另外还有源自与轴8300基本平行地延伸的配线8901的部分的线性增加的偏移贡献12600，使得这些区间中的电流产生扰动磁场分量12600。

为了消除或者减轻该问题，参考图127和图128说明两种解决方案。

在图127的配置中，在磁化配线8901的相邻的环之间设置磁场屏蔽元件12700。将这些屏蔽元件12700布置在两个连续的环之间以及配线8901和轴8300之间的位置。

与此相比，图128示出在磁化配线8901的两个相邻的环之间但是在配线8901外部设置磁场屏蔽元件12800的配置。

屏蔽元件12700和12800可以作为可以用软铁制造的螺钉(bolt)或者环来实现。

图129示出作为具有孔12901的环12900设置软铁屏蔽元件12900的另一个解决方案，磁化配线8901通过孔12901延伸。

图130示出具有在其附近布置的磁场检测器8402的磁化轴8300。将线圈8402嵌入壳体13000中。

然而，在壳体13000轻微倾斜的情况下，如附图标记13001所示出的，信号可能发生畸变。

为了避免这种问题，可以使用图131的配置。图131示出除了四个线圈8402之外还可以使用第五附加线圈13100。可以在差分放大器13102中比较两个外线圈8402和13100的检测信号。通过可以包括电容器和/或电阻器的集成元件13101传送差分放大器13102的输出，然后将其用作控制信号来消除由于壳体13000的倾斜而产生的扰动影响。

换句话说，可以计算校正函数，并且可以使用该校正函数来消除这种人为故障。

下面，描述与绝对转动角度位置传感器相关的方面。如图132所示，磁编码信号13200可以与传感器宿主轴平行(同轴)地通过传感器宿主8300。通过这样做，对传感器宿主表面相对小的区间13201进行磁编码。

这种编码技术可以允许产生可靠并且高分辨率的非接触转动角度传感器。

原则上，仅需要一个MFS装置9302(沿切线方向布置在磁编码区域13201附近)以检测传感器宿主8300的转动运动。然而，当使用差分(两个)MFS线圈9302的方法(如图133所示)时，产生的转动传感器信号可以更线性，并且消除平行的杂散磁场(例如地磁场，这里也称为EMF)。

代替“沿切线方向”布置MFS线圈9302，可以相对于轴表面“径向地”布置线圈9302。然而，由于可以在轴表面附近布置整个线圈体，因此使用“切向”MFS朝向可以获得更好的结果。

根据与传感器宿主8300平行地运行的编码配线8901的长度，该非接触转动角度传感器可以容许轴向轴运动(参见图134)。编码配线8901越长，轴向轴运动将越可能。

当仅使用一个编码配线8901时，实际角测量范围相对地被限制到大大小于90°的角度。准确的测量范围还依赖于编码信号规格(电流越大，PCME信号越陡，则测量范围将增大)。

利用在编码过程中(期间)编码信号的回传(return-pass)，感测区域的希望的物理尺寸可以增大，并且通过这种测量线性度增大(参见图135)。此外，角测量范围可以增大到90°的角度以上。

代替使用布置在感测宿主8300的表面附近的(绝缘的)电配线8901，还可以例如通过物理电接触13600(参见图136)使编码信号通过传感器宿主8300本身来实现磁编码。

与之前相同，可以通过在轴表面附近布置一个或多个MFS线圈9302来检测并且测量转动轴运动。

下面，描述与小角度位置传感器的应用有关的方面。

可以在需要检测并准确地测量小转动位置的变化的情况下使用上面描述的“转动”位置传感器。过去，使用电位计(potentiometer)解决方案，或者在后来的实例中，使用光学编码器。

在允许的情况下，还可以使用持久固定在转动轴处的永磁体。使用一个或两个霍尔效应传感器，可以检测并测量轴的转动。

在所有这些情况下，需要对转动轴进行物理变化，例如需要对轴附着一些部件。此外，可选解决方案的复杂性更高并且其成本也更高。

-自动节流(throttle)位置(一般用电位计来进行)

-电动自行车转向轮位置(一般用电位计来进行)

与其它方案相比，本解决方案的优点如下：

-绝对转动位置测量

-非常宽的工作温度范围(-50℃至+250℃)

-真正的非接触解决方案(不对轴附着任何部件)

-从+/-5°到+/-60°的角度的可调节FS测量范围

-FS的非常高的信号线性度和0.01％的可重复性

-对水、油、沙或者其它磨蚀(abrasive)材料不敏感

-非常小的物理空间要求并且容易改进

-传感器宿主可以没有限制地转动而不会使位置传感器损坏

-由于这是不用维护的传感器设计，因此对于振动和轮换没有限制

接下来，说明紧固工具中的绝对线性位置测量。

有许多应用可以使用这里公开的绝对线性位置感测技术。下面描述其中一些示例，图137示出一个实施例。

-紧固工具位置：这里公开的绝对线性位置传感器检测并测量工具位的移动(在半自动或者全自动紧固工具中)，如此该传感器可以准确地确定在组装过程中螺丝或者螺钉何时到达最后的正确位置。

-液压或者气压致动器：存在几乎无限的使用液压或者气压致动器的应用。它们的范围从在移动设备中(在卡车、农业设备和车辆、施工车辆、例如升降机的重型车辆以及街道清洁车辆中)的使用到在固定设备(采矿和钻探设备、起重机、升降机和电梯、举重和工业过程街道设备)中的使用。

图138示出关于作为围绕轴8300的磁场检测器如何布置一个或多个线圈9302的两个选项。

图139示出根据本发明的示例性实施例的大规模线性位置传感器13900。

装置13900与图118所示的装置11800的区别之处在于四个磁场传感器装置8402分别成对地连接到第一信号通道单元13901和第二信号通道单元13902。因此，在信号通道单元13901、13902中以公共的方式进行对相应的两对磁场传感器装置8402的传感器信号的评价。

因此，图139允许进行大规模线性位置传感器信号处理并且对信号偏移变化和信号增益变化进行补偿。

使用的四个磁场传感器线圈8402中的一些现在彼此连接，这导致对于其它电子信号处理活动仅需要两个输出信号(所有都可读)。

图140示出说明图139的四个磁场传感器装置8402的输出信号的图14000。

换句话说，图140示出表示四个独立的磁场传感器线圈8402的信号输出的图14000。垂直线14001标记可以布置磁场传感器线圈板的位置和四个磁场传感器输出信号彼此的关系。

图141所示的图14100示出图139的两个通道13901和13902的输出信号。

沿着横坐标14101以度为单位绘制角度。沿着纵坐标14102绘制信号输出。

两个曲线14103和14104是两个通道13901和13902的输出信号。因此，在四个独立的磁场传感器线圈信号中，仅剩下两个信号。这两个相对的信号14103和14104现在不受任何信号偏移漂移的影响，这是因为观察到差分信号：来自线圈1的信号减去来自线圈3的信号，来自线圈2的信号减去来自线圈4的信号。通过从彼此中(在其间具有180°角度的间隔的两个的组中)减去线圈信号，可以消除或者至少可以大大抑制偏移。

图142示出说明来自第一通道13901和来自第二通道13902的信号的图14200。

现在，将来自第一通道13901和来自第二通道13902的信号馈入数字处理单元(参见MCU 11804)。该数字处理单元将这两个正弦波转换为绝对值数字。要获得的效果与信号整流器(rectifier)的行为类似。

图143说明示出单个输出信号14302的图14300。

具有沿着纵坐标14301绘制的值的单个输出信号14302是相对于图142的信号B归一化图142的信号A的结果，或者当B大于A时，相对于A归一化B。在数字计算器(number cruncher)(数字处理器)内部进行该处理。

图144示出绘制曲线14401的图14400。

通过逻辑提问(if＞0)，数字信号处理器能够一起通过具有正确的极性(正或者负)和需要的偏移的四个独立(90°长)的区间。

图145示出绘制曲线14501的图14500。

这可以通过每隔180°区间进行翻转来获得。

图146示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置14600。

设备14600包括具有T形截面图的柱14601。在沿着柱14601的各个位置形成磁编码传感器部分14602。具有四线圈8402传感器块14603以成对的方式连接到线圈8402的两个信号调节和信号处理(SCSP)电路14604、14605。读取头14603可以沿着柱14601的延伸方向滑动，可以基于磁编码部分14602检测位置。

如图146中的虚线所示，柱14601可以弯曲(例如沿着圆形轨道)。

例如，可以作为位置传感器来实现装置14600，用于检测连接到传感器块14603并且沿着弯曲轨道移动的起重机的驱动器室的位置。可以在T形柱14601的上部和/或下部设置磁编码区域14602。

图147示出根据本发明的示例性实施例的传感器轴14700的截面图。

与图93相比，图147的传感器装置不仅仅包括两个而是包括三个磁编码传感器区域14701、14702和14703。此外，可以在14701至14703的相邻部分之间的边界处设置没有足够准确的传感器信息的部分9301。

当存在扰动磁体14704时，部分14703可能受到扰动，其余两个传感器部分14701和14702可以用来检测位置和/或角度，从而提供允许具有更准确的传感器的一定的冗余。

因此，由于沿着轴14700的圆周布置多于两个的传感器部分14701至14703，因此图147的传感器配置提供一些冗余。这使得传感器装置14700相对于扰动更鲁棒。

当使用装置14700检测位置时，可以应用游标状(nonius-like)测量原理。在与示出可以通过磁编码部分的特定数量来区分图90的两行传感器部分9001和9000的图90和图91类似的视图中，沿着垂直于图147的纸面的方向的磁编码部分的数量在区间A和区间B之间相差一个半(onehalf)，在区间A和区间C之间相差一个半，在区间B和区间C之间相差一个。这可以允许根据传感器区域14701至14703中的两个或者三个得出明确的位置信息。

图148示出根据本发明的示例性实施例的传感器装置14800的示意性图示。

可以平行于并且沿着集成有多个磁传感器的读取头14801的延伸方向布置各个磁编码部分9000、9001。

磁编码部分9000、9001中相邻的两个之间的距离D在相邻的两个传感器部分9000、9001之间以递增的方式增大。

换句话说，没有距离直接彼此相邻地布置第一和第二磁编码部分9000、9001。彼此以距离d布置第二和第三磁编码部分9000、9001。彼此以距离2d布置第三和第四磁编码部分9000、9001，等等。用附图标记n-1和n表示的一行的最后两个传感器9000、9001具有仍然小于传感器元件9000、9001中的任意一个的宽度X的距离。

这种构造允许将游标原理应用于装置14800。换句话说，两个相邻的传感器部分9000、9001之间的距离可以是线性递增的。

图149示出在没有畸变的理想情况下的传感器信号。

图150示出具有恒定偏移I₀的信号。

图151示出导致非恒定偏移I₀的畸变。

通过在机械上硬化传感器(如在下面所说明的)，可以避免图150和图151所示的偏移，从而可以观察到图149的状况。

然而，当使用未硬化的传感器时，可以应用自适应软件例程，代替绝对传感器值使用相对传感器值进行计算。换句话说，通过应用数学模型可以消除图150和图151所示的人为故障。

图149所示的理想传感器特性可以允许在传感器信号和地址也就是说要检测的位置之间具有明确的相关性。如图150和图151所示，在畸变的情况下，可以进行测量值的相对比较，也就是说各个测量值相对于彼此的关系。

因此，在使用之前硬化这里描述的传感器中的一个所使用的铁磁材料是有利的。这使得材料对于读取和写入的影响更鲁棒。这种硬化可以是由回火(temper)引起的机械硬化。这可以帮助轴抵抗扰动磁场。

以下过程可以用来硬化传感器。

首先，可以提供铁磁轴，例如圆柱形轴。

其次，可以例如通过使铁磁轴达到900℃的温度进行回火，之后例如通过将该铁磁轴放入浸入油浴中迅速冷却，来硬化铁磁轴。

之后，再次对硬化的轴进行回火以进行退火，例如可以加热到大大低于900℃的温度，例如700℃。这可能对材料的结晶结构有影响。

然后，可以用任何适当处理磁化材料(例如如图28或者图30所示对轴施加脉冲)。

可选地，可以使用轴的金属涂覆(例如铬涂覆)，这尤其对液压和气压气缸有利。使用这种铬材料，也可以进行磁编码。因此，可以在磁化轴之前进行这种铬涂覆。

应当指出，术语“包括”不排除其它元件或者步骤，“一”或者“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。

Claims (30)

1.一种用于磁化可磁化物体的磁化设备，所述磁化设备包括：

编程单元，其以如下方式被形成：当将编程单元置于可磁化物体附近并且对编程单元施加电编程信号时，可磁化物体被磁化，使得沿着可磁化物体的延伸方向形成具有不同的磁极性的至少两个磁编码区域。

2.根据权利要求1所述的磁化设备，还包括：

供电单元，其耦合到编程单元，并被配置为对编程单元提供电编程信号。

3.根据权利要求2所述的磁化设备，

其中供电单元被配置为通过对编程单元施加第一电流脉冲来提供电编程信号，其中施加第一电流脉冲使得沿着编程单元在第一方向上存在第一电流。

4.根据权利要求3所述的磁化设备，

其中供电单元被配置为通过对编程单元施加第二电流脉冲来提供电编程信号，其中施加第二电流脉冲使得沿着编程单元在第二方向上存在第二电流。

5.根据权利要求3或4所述的磁化设备，

其中第一电流脉冲和/或第二电流脉冲具有上升沿和下降沿，其中上升沿比下降沿陡。

6.根据权利要求4或5所述的磁化设备，

其中第一方向与第二方向相反。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的磁化设备，

其中编程单元被配置为当施加电编程信号时在与可磁化物体具有或者没有欧姆连接的情况下磁化可磁化物体。

8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的磁化设备，

其中编程单元被配置为通过电流或者电压作为电编程信号来磁化可磁化物体。

9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的磁化设备，

其中编程单元包括缠绕或者弯曲的编程配线，以便当施加电编程信号时至少部分围绕或接触可磁化物体。

10.根据权利要求9所述的磁化设备，

其中编程配线以包括基本回纹形状的形式、基本螺旋形状的形式和基本环形形状的形式的组中的至少一种形式缠绕或者弯曲。

11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的磁化设备，

其中编程单元包括至少两个缠绕或者弯曲的编程配线，使得当施加电编程信号时至少两个编程配线中的每一个部分围绕可磁化物体。

12.根据权利要求11所述的磁化设备，

其中供电单元耦合到至少两个编程配线中的每一个，以便对至少两个编程配线中的每一个施加电编程信号。

13.根据权利要求1～12中的任意一项所述的磁化设备，

其中编程单元以如下方式被形成：当将编程单元置于可磁化物体附近并且对编程单元施加电编程信号时，可磁化物体被磁化，使得沿着可磁化物体的延伸方向形成预定磁图案作为至少两个磁编码区域。

14.根据权利要求13所述的磁化设备，

其中预定磁图案是包括正弦函数、锯齿函数和步进函数的组中的至少一个或者组合。

15.根据权利要求13或14所述的磁化设备，

其中预定磁图案是周期性重复图案。

16.根据权利要求14或15所述的磁化设备，

其中预定磁图案是沿着可磁化轴的延伸方向周期性变化的重复图案。

17.根据权利要求1～16中的任意一项所述的磁化设备，

其中至少两个磁编码区域沿着可磁化物体的纵向延伸方向和/或圆周延伸方向布置。

18.根据权利要求11～17中的任意一项所述的磁化设备，

其中至少两个编程配线被配置为沿着可磁化物体的延伸方向形成不同的预定磁图案作为至少两个磁编码区域。

19.一种磁化可磁化物体的方法，所述方法包括：

将编程单元置于可磁化物体附近；

对编程单元施加电编程信号，使得可磁化物体被磁化，以根据编程单元的形状沿着可磁化物体的延伸方向形成具有不同的磁极性的至少两个磁编码区域。

20.一种用于磁感测可移动物体的物理参数的传感器装置，所述传感器装置包括：

至少两个磁编码区域，其沿着可移动物体的延伸方向被形成并且具有不同的磁极性，至少两个磁编码区域通过根据权利要求19所述的方法和/或使用根据权利要求1～18中的任意一项所述的磁化设备制造。

21.根据权利要求20所述的传感器装置，还包括：

至少一个磁场检测器，其被配置为检测由至少两个磁编码区域产生的表示物理参数的磁场。

22.根据权利要求21所述的传感器装置，

其中至少一个磁场检测器包括包含以下元件的组中的至少一个：

线圈；

霍尔效应探测器；

巨磁共振磁场传感器；以及

磁共振磁场传感器。

23.根据权利要求20～22中的任意一项所述的传感器装置，

其中可移动物体是包括圆形轴、管、盘、环和非圆形物体的组中的至少一个。

24.根据权利要求20～23中的任意一项所述的传感器装置，

其中可移动物体是包括引擎轴、可往复工作气缸和推拉杆的组中的一个。

25.根据权利要求20～24中的任意一项所述的传感器装置，

其被配置作为包括位置传感器、力传感器、扭矩传感器、速度传感器、加速度传感器和角度传感器的组中的一个。

26.根据权利要求20～25中的任意一项所述的传感器装置，

其中至少两个磁编码区域是可移动物体的纵向磁化区域。

27.根据权利要求20～26中的任意一项所述的传感器装置，

其中至少两个磁编码区域是可移动物体的圆周磁化区域。

28.根据权利要求20～27中的任意一项所述的传感器装置，

其中至少两个磁编码区域中的每一个是由沿第一方向定向的第一磁通区域和沿第二方向定向的第二磁通区域形成的，其中第一方向和第二方向相反。

29.根据权利要求28所述的传感器装置，

其中在可移动物体的截面图中，存在具有第一方向和第一半径的第一圆形磁通以及具有第二方向和第二半径的第二圆形磁通，其中第一半径大于第二半径。

30.根据权利要求20～29中的任意一项所述的传感器装置，

其中可移动物体具有至少100mm、尤其是至少1m的长度。

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