CN102954807B

CN102954807B - 磁性位置传感器、系统和方法

Info

Publication number: CN102954807B
Application number: CN201210297941.7A
Authority: CN
Inventors: 乌多·奥塞尔勒基纳; 费迪南德·卡斯汀格尔; 阿明·萨茨
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: CN102954807A; US10782127B2; US20140218013A1; DE102012214648A1; US20210003395A1; US8717010B2; DE102012214648B4; US11287252B2; US20130043863A1

Abstract

本发明公开了一种磁性位置传感器、系统和方法。在一个实施方式中，位置感测系统包括在沿z轴的方向具有偶极矩的磁场源；以及传感器模块，其沿y轴与偶极矩的中心间隔距离y0，并沿z轴与偶极矩的中心间隔距离z0，磁场源或传感器模块中的至少一个被配置为沿y=y0平面中的路径相对另一个移动，传感器模块被配置为根据梯度dBz/dx与梯度dBz/dy的比率来确定磁场源与传感器模块关于路径的相对位置，其中Bz是与永久磁体相关的磁场分量，且其中x轴、y轴和z轴成直角。

Description

磁性位置传感器、系统和方法

技术领域

本发明主要涉及传感器，特别涉及磁性位置传感器。

背景技术

磁性传感器可用于线性位置感测（即感测在一维度中的目标的位置）以及多维定位感测。永久磁体附接至目标，由磁性传感器测量磁体的磁场。

但是使用磁性传感器进行位置感测的常规方案存在一些缺点。一些方案没有多维度中感测位置的能力。其它解决方案不准确和/或需要复杂的数学计算，而用有限的硅面积难以进行这样的计算。

因此，需要改进的磁性位置传感器、感测系统和方法。

发明内容

本发明公开了磁性位置传感器、系统和方法。

在一个实施方式中，位置感测系统包括：磁场源，其在沿z轴的方向具有偶极矩；以及传感器模块，其沿y轴与偶极矩的中心分隔距离y0，并沿z轴与偶极矩的中心分隔距离z0，磁场源或传感器模块中的至少一个被配置为沿y=y0平面中的路径相对另一个移动，传感器模块被配置为根据梯度dBz/dx与梯度dBz/dy的比率来确定磁场源与传感器模块关于路径的相对位置，其中Bz是与永久磁体相关的磁场分量，且其中x轴、y轴和z轴成直角。

在一个实施方式中，位置感测系统包括：磁场源；以及传感器模块，其与所述磁场源分隔，磁场源或传感器模块中的至少一个被配置为沿路径相对另一个移动，传感器模块被配置为根据磁场源的磁场的第一分量与磁场源的磁场的第二分量的比率的非线性函数来确定磁场源相对于传感器模块的位置。

在一个实施方式中，一种感测物体的线性位置的方法包括：将永久磁体或传感器的中的一个耦合至所述物体，永久磁体在z方向被磁化；将传感器或所述永久磁体中的另一个布置为在y方向与永久磁体或传感器中的一个邻近但分隔；由传感器的第一传感器元件感测永久磁体的磁场分量Bz的x方向的变化；由传感器的第二传感器元件感测永久磁体的磁场分量Bz的y方向的变化；确定dBz/dx与dBz/dy的比率；以及根据比率确定物体在路径上的位置。

在一个实施方式中，一种感测物体的线性位置的方法包括：将永久磁体或传感器的中的一个耦合至物体，永久磁体在y方向被磁化；将传感器或永久磁体中的另一个布置为在z方向与永久磁体或传感器中的一个邻近但分隔；由传感器的第一传感器元件感测永久磁体的磁场分量Bx；由传感器的第二传感器元件感测永久磁体的磁场分量Bz；确定Bx与Bz的非线性函数；以及根据非线性函数确定物体在路径上的位置。

在一个实施方式中，一种位置感测系统包括：偶极磁体（dipolemagnet），其在z方向均匀磁化，且具有消失性八极矩（vanishingoctupolemoment）；传感器模块，其定位为与偶极磁体邻近但分隔，并包括多个传感器元件以感测偶极磁体的磁场的x、y和z分量，传感器模块被配置为根据磁场的x、y和z分量确定磁体与传感器模块的相对位置。

附图说明

由以下的对本发明不同实施方式的结合附图的详细说明，可更全面地理解本发明，其中：

图1是根据一个实施方式的磁体和传感器的框图。

图2是根据一个实施方式的磁体路径的图。

图3A是根据一个实施方式的磁场分量对距离的图。

图3B是根据一个实施方式的磁场分量对距离的比率图。

图3C是根据一个实施方式的距离误差对距离的图。

图4A是根据一个实施方式的传感器系统的图。

图4B是根据一个实施方式的传感器系统的图。

图5A是根据一个实施方式的磁场梯度对距离的图。

图5B是根据一个实施方式的距离误差对距离的图。

图6A是根据一个实施方式的传感器系统的框图。

图6B是根据一个实施方式的传感器系统的框图。

图7A是根据一个实施方式的传感器系统的图。

图7B是根据一个实施方式的传感器系统的图。

图7C是根据一个实施方式的传感器系统的图。

虽然本发明可经过各种修改和其它形式，但是其具体说明已通过举例的方式在附图中示出，并将详细介绍。然而应理解其目的不是将本发明限于所描述的特定实施方式。相反，将涵盖落入如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有的修改、等同方案和替代方案。

具体实施方式

实施方式涉及磁性位置传感器。

图1描绘了磁体100和被配置为感测磁体位置的传感器系统102。磁体100最普遍的是磁场源并在实施方式中可包括永磁体、电磁体、线圈绕组或一些其它配置。如图1中的定向，磁体在垂直（Z）方向被磁化，且传感器系统102感测磁体100在x轴的线性位置，但在其它实施方式中，这些方向和轴可以不同。整个本文中所使用的特定的轴、坐标系统和方向仅用于示例和方便说明，而不是固定在空间中。相反，x、y和z轴用于描述轴系统的三个垂直轴，其可以定向在任何空间方向，且可以相对于地球的坐标系固定、移动和/或旋转。

传感器系统102检测By和Bz分量，其中y是沿磁体路径的坐标，而z是垂直方向。传统的系统根据以下方程来估计y位置：

Xpos=m*arctan(By/Bz)

这些计算很复杂，而且该系统仅在传感器系统102位于路径正下方（没有任何y偏移）并且在精确的垂直距离时工作。即使这样，该方程只是近似值。此外，结果只在x的特定范围内为线性。因此，获得的结果不准确且计算复杂。

实施方式利用类似的磁性传感器配置，但作出某些提高系统的精度并降低其复杂性的假设。参照图2，传感器系统102放置在（0，0，0），且在一个实施方式中，磁体100沿所示的磁体路径移动，且在y方向具有偶极矩。因此在一个实施方式中，传感器系统102相对磁体路径在y方向偏移（shift）y0，且在z方向偏移z0。在其它实施方式中，磁体100固定在（0，0，0），而传感器系统102沿路径移动。

在一个实施方式中，传感器系统102包括至少两个的多个传感器元件。第一传感器元件检测Bx分量，而第二传感器元件检测Bz分量。传感器系统102计算Bx/Bz的比率，其与偶极的x位置成比例。如果磁体100是理想的偶极（dipole，偶极子），则x=z₀*(Bx/Bz)。

如果磁体100不是理想的（球形）偶极，则x=f(Bx/Bz)，其中f是非线性函数，其可以在传感器系统102中由二阶或更高阶的多项式或由查找表表示。在实践中，球形磁体可用于获取纯偶极，但也可使用其它磁体形状，包括圆柱（cylinder）、块（block）和其它合适的配置。在实施方式中，可以选择具有小或消失性八极矩形状，其非常近似偶极。对于均匀磁化，八极矩对磁体的特定纵横比（例如圆柱形磁体的长度与直径）消失（vanish）。较高的磁多极在Ausserlechner等人“Pick-UpSystemsforVibratingSampleMagnetometers:ATheoreticalDiscussionBasedonMagneticMultipoleExpansions，”Meas.Sci.Technol.5，213-225，1994中讨论，其全部内容通过引用的方式并入本文。

在用于x的上述方程中，可以看出参数y0不是一个因素。因此，系统在y方向相对装配公差是稳定的。此外，这意味着路径并不一定必须是如在图2中所示的与x轴平行的直线路径；在实施方式中，其在平面z=z0中可以是任意曲线。在这样的实施方式中，传感器102输出在x轴上的位置投影，即磁体位置的x坐标。

此外，实施方式可以单独检测Bx和Bz，然后计算比率。例如，这在传感器102包括霍尔效应器件的实施方式中可以成为有用的方法。此外，系统还可以检测与Bx/sqrt(Bx²+Bz²)成比例的余弦信号，和与Bz/sqrt(Bx²+Bz²)成比例的正弦信号。两者的比率也可以计算为Bx/Bz。在实施方式中，传感器102可以包括直接检测Bx/Bz和/或Bz/Bx的其它传感器元件。换言之，在不同的实施方式中，期望获得与Bx/Bz成比例的一些信号，并且这样的信号在一些实施方式中是来自传感器102还是在其它实施方式中由片上信号获得并不重要。

系统还独立于基板支持传感器102的定向。可以将半导体芯片与其平行于xy平面的主表面对准。在这种情况下，Bz是磁通密度的平面外分量，而Bx是在两个平面内分量中的一个。在一个实施方式中，可用常规的霍尔板（Hallplate）检测Bz，用垂直霍尔效应器件（verticalHalleffectdevice）检测Bx。

在实施方式中，传感器基板的顶面可以平行于xz平面。在这样的实施方式中，Bx和Bz都为磁通密度的平面内分量。然后两者都可用布置为相互垂直的垂直霍尔效应器件检测，或者用磁阻（xMR）条检测。例如，在一个实施方式中，使用具有垂直电流方向的各向异性磁阻（AMR）条，尽管在其它实施方式中，可使用巨磁阻（GMR）或其它xMR技术。

参照图3A，示出在y方向被磁化的具有10mm直径和1T剩磁的球形磁体的模拟结果。磁体沿平行于x轴的路径移动，y0=10mm和z0=10mm（也参照图2）。磁通密度Bx和Bz示于在图3A中。

可以看出，在中心的约+/﹣20mm之外的磁通密度Bx和Bz大于1mT，其可很容易通过像xMRs和/或霍尔效应器件的各种磁场传感器检测。在图3B中描绘的磁场的比率是线性的。

假设Bx-偏移（Bx-offset）的Bx传感器的零点误差=100μT，则位置估计的误差如图3C所示。在约x=+/﹣13mm时，X-估计的误差为﹣0.2mm。在约x=+/﹣20mm时，误差为约﹣0.7mm。如果x位置保持固定在例如约+/﹣20mm的较大值且Bx传感器的零点误差改变，则x位置的估计中的误差相对零点误差是线性的。

在其它实施方式中，横向霍尔板可单独用于实施梯度测量系统（gradiometricsystem）（其对均匀背景磁场是稳定的）。参照图4A，传感器系统400包括至少两个传感器元件402，如霍尔板。传感器元件402布置在基板或半导体芯片404上。至少一个传感器元件检测与磁体406的磁场相关的梯度dBz/dx，且至少一个其它传感器元件检测梯度dBz/dy。传感器系统400确定(dBz/dx)/(dBz/dy)的比率，其与磁体406的x位置成比例。传感器系统400可以单独检测梯度并确定它们的比率，或系统400可以检测Bz(x+del_x/2)和Bz(x–del_x/2)并估计dBz/dx≈(Bz(x+del_x/2)–Bz(x–del_x/2)/del_x，对于y方向类似地进行。如果磁体406是理想的偶极，如上所述，则x=y0*(dBz/dx)/(dBz/dy)。

如在其它实施方式中，可以使用理想的（即球形）磁体，或者在其它实施方式可使用其它形状。如果磁体406在z方向是理想的偶极，则梯度如下：

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; x} = \frac{- 3 B_{rem} V}{4 π} x \frac{x^{2} + y_{0}^{2} - 4 z_{0}^{2}}{{(x^{2} + y_{0}^{2} + z_{0}^{2})}^{2}}

且

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; y} = \frac{- 3 B_{rem} V}{4 π} y_{0} \frac{x^{2} + y_{0}^{2} - 4 z_{0}^{2}}{{(x^{2} + y_{0}^{2} + z_{0}^{2})}^{7 / 2}} .

从而：

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; x} / \frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; y} = \frac{x}{y_{0}} .

在实践中，当磁体406经过以下点，传感器系统可能面临问题：

2 | z_{0} | = \sqrt{x^{2} + y_{0}^{2}}

因为这两个梯度消失，且在以下方程发生除以零：

x = y_{0} \frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; x} / \frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; y} .

因此，在实施方式中，设计了2*abs(z0)<abs(y0)，选择z0=0。此外，在实施方式中，x轴和磁体406的路径之间的距离y0尽可能小，以便具有强磁场梯度，该距离受限于磁体406不与传感器系统400的传感器封装碰撞的要求。

类似于上文所讨论的，即使磁体406不是理想的偶极，则x=f((dBz/dx)/(dBz/dy))，其中f是可以由二阶或更高阶的多项式或查找表表示的非线性函数。

类似于所讨论的其它实施方式，参数z0不进入用于x的上述方程。由此，这些实施方式相对装配公差（assemblytolerance）是稳定的，这里是在z方向上。此外，路径不需要是平行于x轴的直线，且路径可以是在y=y0平面中的任意曲线。

如在其它实施方式中，系统400独立于基板404定向。在图4A中，安装有传感器元件402的基板404的主表面平行于xy平面。Bz是磁通密度的平面外部分，并可以由常规的横向霍尔板检测。沿x轴的Bz梯度由沿x轴放置的两个霍尔板检测，然后减去这些板的信号。由沿y轴放置的两个霍尔板检测沿y轴的梯度Bz，并且它们的信号被减去。这在这样的实施方式中对于将封装在传感器组件（sensorpackage）中的芯片（die）或基板404是有利的，所述传感器组件具有与磁体406相反的该组件的单侧上的传感器引线。

在图4B的实施方式中，基板404定向为安装有传感器元件402的主表面与xz平面平行。在该实施方式中，Bz是磁通密度的平面内分量，且可通用垂直霍尔元件或磁阻（xMR）条检测，如AMR、GMR或某种其它技术，作为传感器元件402。如图4B所示，传感器元件402位于相同的y坐标，且可以从麦克斯韦方程可以推导出Y﹣梯度：

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; y} = - \frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; x} - \frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; z},

并且

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; z} \approx \frac{B_{z} (0,0, Δ / 2) - B_{z} (0,0, - Δ / 2)}{Δ}

和

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; x} \approx \frac{B_{z} (Δ / 2,0,0) - B_{z} (- Δ / 2,0,0)}{Δ}

参照图5A，示出了在z方向磁化的具有10mm直径和1T剩磁的球形磁体的模拟结果。磁体沿平行于x轴的路径移动，并且y0=5mm和z0=10mm（也参照图2和图4B）。梯度dBz/dx和dBz/dy示于图5A中。

可以看出，两条曲线在x=+/﹣约0.02m具有零交点。此实施方式中的系统可在|x|<约15mm的区域操作，其中梯度的比率是x位置的线性函数，避免了零交点。

参照图5B，示出了具有20mm直径和1T剩磁的球形磁体的模拟结果。磁体的路径在x方向，并且y₀=13mm、z₀=0。传感器元件位于(x，y，z)=(1.3mm，0，0)、(﹣1.3mm，0，0)、(0，1.3mm，0)和(0，﹣1.3mm，0)，且x方向的梯度通过两个相反传感器元件的减法来近似。在x或y方向上的两个传感器元件之间的差被假定具有+/﹣25μT的零点误差，这会导致如图5B所示的x位置的估计中的误差。

对于|x|<15mm，误差小于+/﹣0.2mm，并且主要是由于梯度通过差来近似所引起的；因为这是系统误差，其可以通过对梯度比率运算的非线性函数提高。在大|x|处，根据传感器元件的确切偏移误差而出现不同的曲线。在实施方式中，在x估计中的这些误差可以通过使用强磁体（诸如具有较大的偶极矩并具有较大的剩磁和/或体积的磁体）或通过减少传感器元件的零点误差来减少。|x|<20mm的行程（stroke）的误差在+/﹣0.35mm范围内，且30mm的行程的误差在+/﹣1.5mm范围内。

通过在基板404上增加具有较小间隔的一个或多个额外的传感器元件402可以使实施方式更准确地。例如，上述实施方式具有间隔约2.6mm的布置在x轴上的两个霍尔板，以及具有间隔约2.6mm布置在y轴上的两个霍尔板。由于间隔相对较大，两个霍尔板信号的差异并没有非常精确地近似于梯度，在x=+/﹣5mm可有约+/﹣0.2mm的误差。在x轴和y轴中分别设置间隔约0.6mm的额外的霍尔板：它们的差异可用于获得梯度的更好近似。

在实施方式中，也可以在x轴上仅使用间隔约0.6mm的两个额外的传感器元件，并在y轴上使用间隔2.6mm的传感器，以如下地近似梯度的比率：

\frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; x} / \frac{&PartialD; B_{z}}{&PartialD; y} \approx \frac{B_{z} (0.3 mm, 0,0) - B_{z} (- 0.3 mm, 0,0)}{0.6 mm} \times \frac{2.6 mm}{B_{z} (0,13 mm, 0) - B_{z} (0, - 1.3 mm, 0)}

也可使实施方式适合于扩展的测量范围。例如，这可以通过检测Bz场（Bzfield）的最小值和最大值实现。在一个实施方式中，参照图6A的传感器系统600，垂直霍尔元件602和604用作Bx（602）或By（604）的切换器（switch）。传感器元件602和604感测由横向霍尔元件606感测的平面外分量Bz中的最小值和最大值。垂直霍尔元件602和604用作切换器可以扩展横向霍尔元件602和604的范围，且针对非常小的测量范围，可以优化元件602和604，因为仅切换限制（switchinglimit）由垂直霍尔元件602和604覆盖。在一些实施方式中，可以针对更大的测量范围设计感测平面外Bz分量的横向霍尔元件606。

通过确定Bz的最小值和最大值，参考图6A，传感器系统600可以确定信号位于哪个线性范围内，以便确定三个查找表608中的哪个用于线性化算法。第一查找表608a与小于Bz的最小值的传感器范围相关联，第二查找表608b与最小值和最大值之间的范围相关联，而第三查找表608c与大于上述最大值的范围相关联。

在另一实施方式中，参照图6B，差分装置（differentialarrangement）可以用来计算Bz的梯度。该梯度可用于局部最小值的检测，并为在三种不同的线性化表608a﹣c之间的切换器服务。在这样的实施方式中，所有的传感器元件602、604和606可以为横向的霍尔元件。

实施方式还涉及检测在三维空间中移动的元件的位置。这些实施方式依赖于位置估计随着增加的距离更好地工作的理论；换言之，相比于近场贡献（near-fieldcontribution），位置传感器更有利于场的远场近似。远场是场的偶极部分，而近场包括更高的多极部分。这表明，理想的磁体是垂直磁化的纯偶极。

如前所述，获得偶极的最简单的方法是通过使用球型磁体。如果使用理想的偶极磁体，则磁场是：

Bx=Brem*Volume/(4*Pi*r^5)*3*x*z

By=Brem*Volume/(4*Pi*r^5)*3*y*z

Bz=Brem*Volume/(4*Pi*r^5)*(2*z^2﹣x^2﹣y^2)

其中，r=sqrt(x^2+y^2+z^2)，其是x、y和z的非线性函数；在磁体中心x=y=z=0，Brem是磁体的剩磁，Volume是磁体的体积。因此，如果假定Brem*Volume为已知，针对三个未知数(x，y，z)，有三个方程。可以通过求解方程组来获得位置，这可以通过各种方式完成。

因此，该系统可以确定不只是单一坐标，而是所有三个x、y和z坐标。此外，该系统不会像传统的方案那样被磁体附近的不精确所困扰，因为磁场有没有较高阶多极贡献。无论磁体和传感器之间的距离多么大，场只有偶极。

磁体的运动可以在x或y方向或平行xy平面的平面内进行。运动可以包括Z成分（contribution），由此磁化方向并不需要如传统方案那样垂直于运动方向。

期望三维实施方式的传感器在宽动态范围内为高线性。因此，xMR元件和磁选机通常是不适合的。然而，可以使用霍尔器件，利用横向霍尔元件测量垂直于芯片表面的磁场分量，利用垂直霍尔器件测量平面内磁场分量。也可以在实施方式中结合软磁性元件（如球形）使用横向霍尔板。

在实践中，当移动磁体远离传感器，即在运动的最大行程时，磁场减弱。因此，系统易受外部磁场如电磁干扰（EMI）、地球磁场或其它机电设备的干扰，在实施方式中可以实施屏蔽。

参照图7A，半球形磁体702安装在与传感器706分隔的面板704的表面上。在实施方式中，面板704可以包括软磁性材料，如铁、钢或其它合适的材料，且具有高渗透性（permeable，磁导率），例如，μr>>1。因此，面板704作为磁镜，反射半球形磁体702以形成完整的球体。由此，节约了磁体702的相对较昂贵的材料，同时在传感器706上保持相同的磁场强度，且面板704屏蔽磁体702和传感器706免受外部磁场干扰。

在实施方式中，面板704和磁体702稳定地耦合，以使面板704随其位置待检测的主体而移动。在其它实施方式中，面板704可以是固定的，磁体702相对于面板704移动。在这些实施方式中，在面板704和702之间存在小的间隙以使磁体702可以移动。

虽然面板704被描绘为平的或矩形结构，但是不同的实施方式中，可以有其它形状，如弧形（arc）、中空圆柱或任何曲面等。在实施方式中在磁体702运动期间，磁体702和面板704之间的距离保持不变是有利的。实施方式还可包括多个面板704，如图7B及7C所示，由于相对板704的镜像效果，产生无限个偶极。

磁体702的形状和配置也可以不同。通常，磁体702具有可忽略的更高多极；换言之，磁体702可以成形为使八极（octupole）消失，这可在实施方式中通过在圆柱磁体中形成孔或凹槽来完成。

已在本文中描述了系统、器件和方法的各种不同的实施方式。这些实施方式仅以示例的形式给出，并不用于限制本发明的范围。此外，应理解的是，所描述的实施方式的各种特征可以各种方式组合以产生很多其他的实施方式。此外，虽然已经描述用于所公开的实施方式的各种材料、尺寸、形状、配置和位置等，但是除了这些已公开的外，在不超出本发明的范围的情况下，也可以采用其它材料、尺寸、形状、配置和位置等。

相关技术领域的普通技术人员能理解，本发明可包括比上述的任何单独实施方式中示例性说明的特征更少的特征。本文所描述的实施方式不意味着是本发明的各种特征可结合的方式的穷尽呈现。因此，实施方式不是特征的排他性组合；相反，本发明可包括选自不同单个实施方式的不同的单个特征的组合，如本技术领域的普通技术人员所理解的那样。

任何通过引用上述文件的结合被限制为与本文清楚公开的内容相矛盾的主题被排除在外。任何通过引用上述文件的结合进一步限制为包括在这些文件中权利要求并不通过引用方式而结合到本文。任何通过引用上述文件的结合进一步限制为在这些文件中的定义并不通过引用方式而结合到本文，除非已清楚地包括在本文中。

为了说明本发明的权利要求书，不适用35U.S.C.的第112部分、第六段的规定，除非在权利要求中采用了特定术语“用于…的装置”或“用于…的步骤”。

Claims

1.一种位置感测系统，包括：

磁场源，在沿z轴的方向具有偶极矩；以及

传感器模块，沿y轴与所述偶极矩的中心分隔距离y0，并沿z轴与所述偶极矩的中心分隔距离z0，所述磁场源或所述传感器模块中的至少一个被配置为沿y＝y0平面中的路径相对另一个移动，所述传感器模块被配置为根据梯度dBz/dx与梯度dBz/dy的比率来确定所述磁场源与所述传感器模块关于所述路径的相对位置，其中Bz是与永久磁体相关的磁场分量，且其中x轴、所述y轴和所述z轴成直角，

其中，所述传感器模块包括多个磁性传感器元件，并且

其中，所述多个磁性传感器元件中的第一磁性传感器元件检测与所述梯度dBz/dx有关的磁场分量的差异，且所述多个磁性传感器元件中的第二磁性传感器元件检测与所述dBz/dy梯度有关的磁场分量的差异。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个传感器元件包括霍尔元件。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个传感器元件包括被配置来感测Bz的霍尔元件。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述传感器模块还包括多个查找表，且其中Bz的最小值和最大值用于确定所述多个查找表中的合适的一个。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个传感器元件包括磁阻(xMR)传感器元件。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个传感器元件安装在基板的表面。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述基板的所述表面与xy平面平行。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述基板的所述表面与xz平面平行。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述多个传感器元件包括垂直霍尔元件或磁阻(xMR)元件中的一种。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁体的八极消失。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，两倍的z0的绝对值小于y0的绝对值。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁场源选自永久磁体、电磁体和线圈绕组。

13.一种位置感测系统，包括：

磁场源；以及

传感器模块，与所述磁场源在y轴方向上分隔距离y0，所述磁场源或所述传感器模块中的至少一个被配置为在y＝y0平面沿路径相对另一个移动，所述传感器模块被配置为根据所述磁场源的磁场的第一分量与所述磁场源的磁场的第二分量的比率的非线性函数来确定所述磁场源相对于所述传感器模块的位置。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述非线性函数避免饱和。

15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述传感器模块包括多个磁性传感器元件，所述多个磁性传感器元件包括霍尔元件或磁阻(xMR)元件中的至少一种。

16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述磁场源具有消失性八极。

17.一种感测物体的线性位置的方法，包括：

将永久磁体或传感器中的一个耦合至物体，所述永久磁体在z轴方向被磁化；

将所述传感器或所述永久磁体中的另一个布置为在y轴方向与所述永久磁体或所述传感器中的所述一个邻近并分隔距离y0；

由所述传感器的第一传感器元件感测所述永久磁体的磁场分量Bz的x轴方向的变化；

由所述传感器的第二传感器元件感测所述永久磁体的磁场分量Bz的y轴方向的变化；

确定dBz/dx与dBz/dy的比率；以及

根据所述比率确定所述物体在沿y＝y0平面中的路径上的位置，并且

其中，所述x轴方向、所述y轴方向和所述z轴方向成直角。

18.一种感测物体的线性位置的方法，包括：

将永久磁体或传感器的中的一个耦合至所述物体，所述永久磁体在y轴方向被磁化；

将所述传感器或所述永久磁体中的另一个布置为在z轴方向和y轴方向与所述永久磁体或所述传感器中的所述一个邻近并分隔；

由所述传感器的第一传感器元件感测所述永久磁体的磁场分量Bx；

由所述传感器的第二传感器元件感测所述永久磁体的磁场分量Bz；

确定Bx与Bz的非线性函数；以及

根据所述非线性函数确定所述物体在路径上的位置，

其中，x轴方向、所述y轴方向和所述z轴方向成直角。

19.一种位置感测系统，包括：

偶极磁体，在z轴方向均匀磁化且具有消失性八极矩；以及

传感器模块，定位为与所述偶极磁体邻近但在y轴方向分隔距离y0，并包括多个传感器元件以感测所述偶极磁体的磁场的x、y和z分量，

其中，所述偶极磁体或所述传感器模块中的至少一个被配置为沿y＝y0平面中的路径相对另一个移动，所述传感器模块被配置为根据所述磁场的x、y和z分量确定所述磁体与所述传感器模块的相对位置，并且

其中，x轴方向、所述y轴方向和所述z轴方向成直角。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括磁屏蔽元件，其相对于所述偶极磁体布置以产生偶极磁场。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述磁屏蔽元件具有大于1的相对磁导率。

22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述磁屏蔽元件具有选自面板、弧形和圆柱的形状。

23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述偶极磁体耦合至所述磁屏蔽元件。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述偶极磁体是半球形。

25.根据权利要求20所述的系统，其中，所述偶极磁体与所述磁屏蔽元件分隔。