CN103376051B - 角度位置感测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于感测转轴的角度位置范围的传感器。该传感器包括指示电路和调节电路，该指示电路用于响应双极磁铁装置的转动产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，双极磁铁装置被附接在该转轴上并且适合于与所述转轴一起转动；该调节电路用于调节该两状态信号以补偿传感器的操作条件的变化。当转轴在角度位置范围内时，该两状态信号在第一信号状态，而当转轴超出该角度位置范围时，该两状态信号在第二信号状态。响应操作条件的变化，传感器的两状态信号的宽度和/或偏移可被调节以进行补偿。

Description

角度位置感测装置及方法
技术领域
本发明一般涉及位置感测装置，并且更具体地涉及探测转轴的角度位置范围的感测装置及方法。
背景技术
使用位置感测装置来探测转轴的角度位置在行业中是已知的。
传统上，使用机械接触式位置感测装置来探测转轴的角度位置。然而，机械接触式位置感测装置具有一些缺点，包括机械磨损、测角精度和可靠性低以及没有自诊断能力。
已有建议使用电子感测装置来探测转轴的特定角度位置。然而，所建议的电子感测装置会面临设计可行性和在遇到操作条件(或环境)变化时会面临表现不佳的缺陷。
因此，有必要提供一种位置感测装置，该位置感测装置克服了现有的位置感测装置在探测转轴角度位置时存在的缺陷和不足。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种用于感测转轴的角度位置范围的传感器，该传感器包括：
指示电路，用于响应双极磁铁装置的转动产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置被附接在所述转轴上并且适合于与所述转轴一起转动；以及
调节电路，用于调节所述两状态信号以补偿所述传感器操作条件的变化；
其中，当所述转轴在所述角度位置范围内时，所述两状态信号在第一信号状态，而当所述转轴超出所述角度位置范围时，所述两状态信号在第二信号状态。
在第二个方面，本发明提供一种用于感应转轴的角度位置范围的方法，在该转轴上安装有磁铁装置，该方法包括以下步骤：
响应双极磁铁装置的转动产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置被附接在所述转轴上并且适合于与所述转轴一起转动；以及
调节所述两状态信号以补偿所述传感器的操作条件的变化；
其中，当所述转轴在所述角度位置范围内时，所述两状态信号在第一状态信号，而当所述转动超出所述角度位置范围时，所述两状态信号在第二信号状态。
仍然在第二方面，该方法进一步包括以下步骤：
产生一个或多个参考电压；
在实地使用时将所感应到的电压与参考电压中的一个或多个进行比较；
基于就地使用时的比较结果产生第一状态信号输出或第二状态信号输出在第三方面，本发明提供一种用于感应转轴的角度位置范围的方法，在该转轴上安装有磁铁装置，该方法包括以下步骤：
在模拟或校准程序中当双极磁铁装置正绕着转轴转动时，产生函数线；
基于在模拟或校准程序中的函数线产生一个或多个参考电压；
在实地使用时使转轴转动一角度；
响应由实地使用时磁铁装置的转动所产生的磁通量的变化，感应电压；
在实地使用时将所感应到的电压与参考电压中的一个或多个进行比较；
基于就地使用时的比较结果，产生第一状态信号输出或第二状态信号输出。
在第三方面，本发明提供一种用于感测转轴的角度位置范围的传感器，该传感器包括：
指示电路，用于响应双极磁铁装置的转动产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置被附接在所述转轴上，并且适合于与所述转轴一起转动；
存储装置，用于提供至少两个参考电压点，所述至少两个参考电压点具有第一参考电压点和第二参考电压点，代表一线性函数线上的两个电压点；
感测装置，用于响应当所述双极磁铁绕所述转轴转动时沿两维的磁通密度变化产生所感应到的电信号；以及
比较装置，用于将所感应到的电信号与所述两个参考电压点进行比较；
其中，当所感测到的电信号的电压与所述第一电压参考点或所述第二参考电压点相等时，所述指示电路产生所述第一信号状态，当所感测到的电信号的电压超出所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间的范围(或在所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间的范围之外)，所述指示电路产生所述第二信号状态。
在第四方面，本发明提供一种用于感测转轴的角度位置范围的传感器，该传感器包括：
指示电路，用于响应双极磁铁装置的转动产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置被附接在所述转轴上，并且适合于与所述转轴一起转动；
阈值电路，用于提供曲线形函数线上的阈值电压；以及
感测装置，用于响应当所述双极磁铁绕所述转轴转动时沿一维的磁通量变化产生所感测到的电信号；
其中，当所感测到的电信号的电压高于(或低于)或等于所述阈值电压时，所述指示电路产生第一信号状态，而当所感测到的电信号的电压低于(或高于)所述阈值电压时，所述指示电路产生第二信号状态。
通过提供以上传感器和相应的方法，本发明克服了上面所提及的现有技术中的缺陷。
附图说明
参考附图对本发明实施例进行描述，其中：
图1描述了根据本发明的位置感测系统100，示出位置感测系统100中的转轴108的侧视图；
图2描述了图1的位置感测系统100，示出图1所示的转轴108的俯视图；
图3描述了位置感测系统100，示出图2中所示的转轴108沿图2中的线A-A的截面图；
图4A-B描述了图1-3中的磁铁装置102和感测装置104的更详细的结构；
图5A描述了位置感测系统100中的处理线路106的一个实施例的更详细结构；
图5B描述了位置感测系统100中的处理线路106的另一个实施例的更详细结构；
图6描述了图5中所示的处理单元504的更详细的结构；
图7A-C示出使用两条函数线的校准(或模拟)程序或步骤，响应沿两维的磁通量变化和/或磁场变化产生这两条函数线；
图8A-B示出使用一条函数线的校准(或模拟)程序或步骤，响应沿一维的磁通量变化和/或磁场变化产生这一条函数线；
图9A-B示出使用正两状态信号107或负两状态信号107’来表明图1-3中所示出的转轴108的转动范围；以及
图10示出发动机控制系统900，其中图1-3中示出的处理线路106的输出111被用于控制汽车中的发动机。
具体实施方式
现参考具体实施例，在附图中示出其示例。在具体实施例的详细描述中，方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“左边”、“右边”等参考附图所描述的方向来使用。由于本发明实施例的部件可被设置成许多不同的方向，方向性术语被用作辅助说明的目的而决不是限制。尽可能地，所有附图中使用的相同或相似的标记和符号表示相同或相似的部分。
图1描述根据本发明的位置感测系统100，示出位置感测系统100中的转轴108的侧视图。
在图1中，位置感测系统100包括磁铁装置102、感测装置104和处理线路106。感测装置104通过连接109与处理线路106电连接，而磁铁装置102被安装到转轴108上并且适合于绕转轴108的轴(或轴心)112(如图3中所示)与转轴108一起转动。感测装置104位于磁铁装置102的上方，在面向图1的方向上相互共平面，并且与磁铁装置102分隔开一距离D(或空隙)183。当磁铁装置102绕转轴108的轴112转动时，磁铁装置102可对感测装置104所在的位置(或探测位置)产生磁通密度变化，进而产生磁场变化。当感测装置104受到磁铁装置102的磁通密度变化的影响时，感测装置104可产生电信号(例如PWM，SENT等)。作为示例性的实施例，感测装置104可包括霍尔效应电路，用于响应由磁通密度变化所引起的磁场变化而产生电信号。感测装置104将所感应到的电信号输送到处理线路106，处理线路106响应所述感应到的电信号，进而在其输出端(即，连接111)处产生两状态信号110。
如图1中所示，转轴108可沿其纵向(或其长度方向)成直线地移动，并且也可以绕轴112(如图3中所示)转动。当转轴108沿其纵向成直线地移动时，处理线路106在其输出端111保持其两状态信号的输出状态。换句话说，对于转轴108的直线运动，处理线路106不改变在输出111上两状态信号的输出状态，因为感测装置104不能从转轴的直线运动中探测到任何磁通密度变化和/或磁场变化。然而，当转轴108绕其轴112转动时，处理线路106可根据转轴108的转动角度，在其输出端111处，于V高和V低之间改变两状态的电压输出。换句话说，处理线路106响应转轴108的转动角度，在V高和V低之间转换其两状态输出111。
图2描述了图1的位置感测系统100，示出转轴108的俯视图。在转轴108的俯视图中，感测装置104应被示出位于磁铁装置102的上方(隔开距离183D)。为了更好地说明本发明的原理，感测装置104示意性地位于图2中的转轴108侧边，但使用虚线129来反映磁铁装置102和感测装置104之间的上述实际位置关系。
如图2中所示，磁铁装置102具有沿转轴108纵向(或长度方向)上的长度L以确保当转轴108沿其纵向成直线地移动时感测装置104始终在磁铁装置102的有效的探测区域内。虚线114表示沿转轴108的纵向上的中心线，而虚线115和117限定了所关心的转动范围(-L1,+L1)。换句话说，当转轴108绕轴112向左转动和向右转动时，纵向(或长度方向)上中心线114分别朝虚线115和117转动。
图3描述了图2的位置感测装置100，示出沿图2中的线A-A的转轴108的截面图。
如图3中所示，转轴108可从其中心位置(由转轴108上的直径方向上的中心线113示出)朝左转动直到转轴108到达其左转动界限–Lm(由虚线121示出)或者朝右转动直到转轴108到达其右转动界限+Lm(由虚线123示出)。直径方向上的中心线113经过并切割转轴108的轴(或轴心)112。因此，两条虚线121和123限定转轴108的整个转动的活动范围(–Lm,+Lm)。在整个转动的活动范围(–Lm,+Lm)内，两条虚线115和117限定转轴108内部的转动活动范围，或称为转动范围(–L1,+L1)。在图3中所示的具体实施例中，整个转动的活动范围和内部的转动活动范围关于转轴108的轴112和转轴108上的中心线113对称安排。换言之，相对于轴112和直径方向上的中心线113而言，–Lm和–L1之间的转动范围分别等于+Lm和+L1之间的转动范围。然而，非对称设置的转动活动范围对本领域技术人员来说也是可能的。此外，将转轴108的整个转动活动范围(–Lm,+Lm)扩大到360度也是可能的。为了清楚地限定图1-3中的部件之间的位置关系，应当注意的是转轴108直径方向上的中心线113是经过轴112的直线并且垂直于沿转轴108纵向上的中心线114(参见图2)。
协同工作时，感测装置104和处理线路106可探测转轴108的角度位置并且在输出端111上产生两状态指示信号107。具体地说，当转轴108在转动范围(–L1,+L1)内时，处理线路106可产生第一信号状态(如图3中示出的高电压状态V高或如图9B中示出的低电压状态V低)；当转轴108在转动范围(–L1,+L1)之外(或超出该转动范围)时，处理线路106产生第二信号状态(如图3中示出的低电压状态V低或如图9B中示出的高电压状态V高)。然后，两状态指示信号107通过处理线路106的输出111(如图10所示)被输送到ECU(发动机控制单元)。
图4A描述了图1-3中所示的磁铁装置102和感测装置104的一个实施例。如图4A中所示，磁铁装置102包括具有南极和北极的磁铁304A，磁铁304A的南极被附接在转轴108的表面上，感测装置104的前表面305和磁铁304A北极的表面被设置为相互面对。磁铁304A的南极和北极与转轴108的轴112和转轴108直径方向上的中心线113对齐。感测装置104与磁铁304A分隔开一距离(或空隙)183D并且与磁铁304A共平面。如图2中所示，磁铁304A具有长度L和沿转轴108纵向上的中心线114。为了更加有效地探测来自磁铁304A的磁通量变化，作为一个实施例，感测装置104的感测点与磁铁304A的共平面与中心线114对齐。
感测装置104包括感测元件302，该感测元件可以是霍尔效应传感器或磁阻(magneto-resistive)传感器，在暴露于旋转(或变化)磁场时能产生电信号。更具体地，霍尔效应传感元件302可以是载流的半导体膜(current-carrying semi-conductormembrane)，可以在受到垂直于膜表面的磁通密度变化/磁场变化时产生垂直于电流方向的电压。如图4A中所示，磁通密度/磁场在空隙183内沿三维坐标303(Bx,By,Bz)变化。感测装置104通常被设计为探测沿Bx或By中的一维或两维的磁场变化。感测元件302可被配置设在对由转动的磁铁304A引起的磁通密度变化/磁场变化敏感和灵敏的探测位置。在图4A中，B代表磁通密度；Bx表示沿轴108的直径向方向(the radial direction)上并且垂直于感测元件302的磁通密度测量；而By表示与轴108相切(tangential to)并且与感测元件302共平面的磁通密度测量。
图4B详细描述了磁铁装置102的一个实施例。在图4B中，磁铁装置102和感测装置104与图4A中示出的磁铁装置和感测装置相同，除了磁铁304B的极性方向与图4A中的磁铁304A的方向不同之外。如图4B中所示，磁铁装置102包括具有北极和南极的磁铁304B，磁铁304B的北极被附接在转轴108的表面上，感测装置104的表面305和磁铁304B的南极的表面被设置为相互面对。磁铁304B的北极和南极与转轴108的轴112和转轴108上的中心线对齐。根据与图4A所描述的原理相同，磁场在空隙内沿三个维度303(Bx,By,Bz)变化。感测装置104被设计为探测沿Bx或By中的一维或两维的磁场变化。
图5A详细描述了位置感测系统100中的处理线路106的一个实施例。如图5A所示，处理线路106包括模拟/数字转换线路502、处理单元(或数字处理单元)504和指示电路(或两状态指示电路)508，所有这些线路都通过连接503、505和507电连接在一起。模拟/数字转换线路502通过连接109与感测装置104电连接，该模拟/数字转换线路502从感测装置104接收模拟电子信号作为输入、将该模拟电子信号处理(或转)成数字电子信号，并且将数字化的电子信号通过连接503输送到处理单元504。然后，处理单元504处理数字化的电子信号从而确定转轴108是否在转动范围(–L1,+L1)内。基于处理单元504的确定，当转轴108在转动范围(–L1,+L1)内时，处理单元504将指示电路508的两状态输出111设置成第一信号状态(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)；当转轴108在转动范围(–L1,+L1)之外(或超出该转动范围)时，处理单元504将指示电路508的两状态输出111设置成第二信号状态(如图3中所示出的低电压状态V低或如图9B中所示出的高电压状态V高)。
更具体地，指示电路508的两状态输出111可根据连接505和507上出现的两个控制信号来设置；也就是，根据连接505上的状态控制信号(具有第一控制信号状态和第二控制信号状态)和连接507上的触发信号(或触发脉冲)，指示电路508被设置在高电压状态(V高)或低电压状态(V低)。当数字处理单元504将触发脉冲输送到连接507上并且将状态控制信号输送到连接505上，指示电路508被设置成与出现在连接505上的状态控制信号相同的电压状态。当触发信号没有被输送到连接507上时，指示电路508保持其当前的输出状态，而不受出现在连接505上状态控制信号的影响。作为一个实施例，指示电路508的逻辑功能可以通过使用J-K寄存器或D寄存器来实现。
因此，当处理单元504确定转轴108在转动范围(–L1,+L1)时，处理单元504将第一控制信号状态(高控制状态信号或低控制状态信号)输送到连接505上并且将触发信号输送到连接507上，这将指示电路508设置成第一信号状态(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)。当处理单元504确定转轴108在转动范围(–L1,+L1)之外(或超出该转动范围)时，处理单元504将第二控制信号状态(低控制状态信号或高控制状态信号)输送到连接505并且将触发信号输送到连接507上，这将指示电路508设置成第二信号状态(如图3中所示出的低电压状态V低或如图9B中所示出的高电压状态V高)。
图5B详细描述了位置感测系统100中的处理线路106的另一个实施例。如图5B中所示，处理线路106’包括处理装置(或模拟处理装置)924和极性线路928。模拟处理装置924具有输入和输出，其输入与连接109相连，接收和处理模拟电子信号；而其输出通过连接925与极性线路928连接。该极性线路928具有输出端，与连接111相连。
处理装置924从感测装置104接收电子信号并且处理该电子信号，从而当转轴108在转动范围(–L1,+L1)内时，产生第一状态触发信号；并且当转轴108在转动范围(–L1,+L1)之外(超出该转动范围)时，产生第二状态触发信号。响应第一状态控制信号，极性线路928被设置成第一状态信号(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)；响应第二状态控制信号，极性线路928被设置成第二状态信号(如图3中所示出的低电压状态V低或如图9B中所示出的高电压状态V高)。处理装置924包括阀值电路，用于设置阀值电压。
更具体地，使用与图8A-B的描述相关的校准(或模拟)程序获得阈值电压。然后，经校准的(或已模拟)而获得的阈值电压被设置在模拟处理装置924内。当感测装置104所感应到的电压大于或等于阈值电压时，模拟处理线路925产生第一状态控制信号从而将极性线路928设置成第一状态信号(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)。当感测装置104所感应到的电压小于阈值电压时，模拟处理线路925产生第二状态控制信号从而将极性线路928设置成第二状态信号(如图3中所示出的低电压状态V低或如图9B中所示出的高电压状态V高)。
模拟处理装置924可使用低通滤波器或其他类似的模拟电路装置来实现。
图6描述了图5中所示的处理单元504更详细的结构。如图6中所示，处理单元504包括处理器(或CPU)602、寄存器604、存储装置606、输入/输出线路608和总线610。处理器602、寄存器604、存储装置606和输入/输出线路608分别通过连接603、605、607和609与总线610相连。存储装置606可存储程序(即，一指令系列)、参数(例如，如图7B和8A中所示出的参考电压)和数据(包括数字化的电子信号)，寄存器604可存储(或缓冲存储)参数和数据，而输入/输出线路608可接收至处理单元504的输入信号，并且可将处理单元504内的信号发送出处理单元504(如发送到连接505和507)。寄存器604可基于保存在该寄存器中的内容为一个或多个CPU操作周期提供和保持信号状态，以便处理器602可在CPU操作周期内执行操作。
通过执行储存在存储装置606中的程序，处理器(或CPU)602可控制寄存器604、存储装置606和输入/输出线路608的操作，并且可对寄存器604和存储装置606上执行读/写操作。输入/输出线路608可从模拟/数字转换线路502处接收输入信号并且将输出信号发送到指示电路508。为了执行比较逻辑运算，处理器(或CPU)602包括具有比较器612的逻辑运算单元(未示出)，逻辑运算单元具有比较器612，该比较器可执行输入613和615这两个来源的比较操作以在输出617上产生比较结果。处理器(或CPU)602可基于输出617上的比较结果确定后续操作。更具体地，基于该比较结果，处理器(或CPU)602可产生所期望的状态控制信号和触发信号(或触发脉冲)并且将它们发送到连接505和507上。
图7A描述了在校准(或模拟)程序中，感测装置104响应空隙183中沿Bx和By维度的磁通密度变化和/或磁场变化而产生的符合两条函数线(740,706)的输出。具体地说，当磁铁装置102绕转轴108的轴(或轴心)112持续转动时，感测装置104对由磁铁装置102产生的分别沿Bx和By维度的磁通密度变化和/或磁场变化产生响应，并且根据沿Bx和By维度的磁通密度变化和/或磁场变化，产生符合余弦形函数线704和正弦形曲函数线706的电信号(或输出电压)。当磁铁装置102绕轴112持续转动时，如果感测装置104的输出(连接109处)被输送到示波器，那么，这两条函数线704和706可从示波器中观察到。在如图7A中所示的坐标系中，X坐标表示转轴108的旋转角的变化，而Y坐标表示余弦形函数线704和正弦形函数线706上的电压变化。作为一个实施例，感测装置104可通过使用商业可获得的3D霍尔感应装置来实现，但仅仅使用其在两维(即，X和Y维度)上的处理能力。这种使用市场上现成电路做法节省了电路设计成本并且降低了电路设计时间。
图7B描述了在校准(或模拟)程序中产生的符合线性函数722的电压输出，该校准(或模拟)程序在安装或实地使用位置感测系统100之前进行。在执行校准(或模拟)程序时，处理装置(如包括处理单元504的处理线路106)处理符合余弦形函数线704和正弦形函数线706(图7A中所示)的两组模拟电子信号以产生符合线性函数线722的电压输出。应当理解的是图7B中所示的电压变化是与沿X和Y维的磁通密度变化Bx和By成比例的输出/电子信号。在如图7B中所示的线性函数线722的坐标系中，X坐标表示转轴108上的旋转角的变化，Y坐标表示线性函数线722上的电压变化。
具体地，在处理线路106中，模拟/数字转换线路502从感测装置104接收两组模拟电子信号(符合余弦形函数线704和正弦形函数线706)，将它们转换成两组数字电子信号，并且将这两组数字化的电子信号输送到处理单元504(通过处理单元504中的输入/输出线路608)。在接收两组数字化的电子信号之后，处理单元504中的处理器(CPU)602将它们储存到存储装置606中，然后将这两组数字化的电子信号转换成符合如图7B中所示的线性函数线722的一组电子信号。处理单元504中的处理器(CPU)602通过使用如下一套数学公式对这两组数字化的电子信号进行转换：
(1)输出电压.1(V.1)＝角度的函数＝m x(角度)+b＝m xθ+b
(2)tan(θ)＝sin(θ)/cos(θ)＝Bx/By
(3)θ＝arctan(θ)＝arc(sin(θ)/cos(θ))＝arc(Bx/By)
(4)输出电压.1(V.1)＝m x arc((sin(θ)/cos(θ))+b＝m x arc(Bx/By)+b
(5)输出电压.2(V.2)＝m x arc(k x(sin(θ)/cos(θ))+b＝m x arc(k x(Bx/By))+b
在上述五个数学公式所反映的步骤中，m，b和k是三个校准/模拟的线性函数的常数，其中m表示线性函数的斜率，b限定与所测量的角度有关的输出的起始点；而为了使函数线722的线性精确地反映在操作条件变化时的角度位置范围，k是用来调节/补偿函数线722的常数；sin(θ)和cos(θ)分别表示图7A中所示的函数线706和704；等式(4)表示由图7B中的函数线722所示的电压输出；而等式(5)表示使用常数k调节/补偿的电压输出。当k＝1时，公式(4)等于公式(5)。响应操作条件的变化，通过设置不同的常数k，函数线722上的两个参考电压被调节/补偿以便两状态信号的宽度和偏移(或位置偏移)可以被调节/补偿。
为了将线性函数输出转换成二状态输出，在校准(或模拟)程序中，处理器(CPU)602在线性函数线722的电压输出上确认两个参考电压点(或两个参考电压)Vf1和Vf2。具体地，如图7B中所示，两个参考电压Vf1和Vf2的确认分别与对应虚线115(-L1)和117(+L1)的两个转动角位置有关。为了保持输出电压在虚线115和117与虚线113对应的中心旋转角对称，处理器(CPU)602可首先确认与转轴108上的中心虚线113有关的中心参考电压Vc。然后，处理器(CPU)602根据中心参考电压Vc确认关于中心参考电压Vc对称设置的两个参考电压Vf1和Vf2。
图7C描述了基于校准(或模拟)程序中的线性函数线722形成具有第一信号状态(高电压V高)和第二信号状态(低电压V低)的两状态信号107的方案。如图7C中所示，通过将等于或在两个参考电压点(或电压)之间的线性函数线722上的所有电压点(或电压)匹配(或指定)为第一两状态信号(高电压V高)，并且通过将小于第一参考电压Vf1或大于第二参考电压Vf2的线性函数线722上的所有电压点匹配(或指定)为第二两状态信号(低电压V低)从而形成两状态信号107。当校准(或模拟)的输出被送到示波器时，如图7B-C所示的电子信号还可以从示波器中观察到。
作为另一个的实施例，在校准(或模拟)程序中，处理器602确认线性函数线722上的两对电压点，每一对电压点聚集在一起(例如间隔开0.2度)。然后，处理器602将第一参考电压Vf1指定(或匹配)为第一对电压点并且将第二参考电压Vf2指定(或匹配)为第二对电压点。这样的方案具有能够使用现有的3D霍尔装置现有功能来实现具体实施例的优点，从而节省了成本并且缩短了设计时间。
在图7A-C中，为了应对(或抵消)位置感测系统100的操作条件的变化(包括包括空隙的变化，环境温度的变化，以及所使用部件参数的变化)，两状态信号107的宽度和偏移(或位置偏移)可通过调节线性函数线722进行补偿，这引起中心参考电压Vc和两个参考电压Vf1和Vf2的调节/补偿。此处，两状态信号107的偏移是指与转轴108的转动角相关的两状态信号107的相对位置。
在校准(或模拟)程序中产生这两个参考电压Vf1和Vf2之后，它们被储存入内存装置606中，以便处理器602在位置感测系统100以后的实地使用中，使用这两个参考电压来探测转轴108的转动范围。
应当注意的是，通过使用等式(1)-(5)所反映的步骤，如图7A中所示函数曲线704和706的两个输出被转换成如图7B中所示的线性函数线722一个输出。应当理解的是，使用一个线性函数722的输出将角度范围转换成两状态信号并不受到，或较少地受到由空隙变化、温度效应或磁铁故障所产生的磁通密度变化的影响，这使得探测的精确度得到改善。应当进一步理解的是，两状态信号107与中心线113相关的对称性还可以使用图7A-7C中所示的方案方便有效地地进行调节和保持。
图8A描述了在校准(或模拟)程序中，使用图7A中所示的函数线(704或706)产生阈值参考电压712(或714)。具体地，当磁铁装置102绕转轴108的轴112持续转动时，感测装置104响应由磁铁装置102产生的沿By维的磁通密度变化/磁场变化产生符合正弦形线706的电信号。
在执行校准(或模拟)程序时，处理装置(例如处理线路106)处理符合正弦形线706(图7A中所示)的模拟电子信号以产生阈值电压712。具体地说，在处理线路106内部，模拟/数字转换线路502从感测装置104接收模拟电子信号(符合正弦形线706)，将它们转换成数字电子信号，并且将数字化的电子信号输送到处理单元504中的输入/输出线路608。在接收数字化的电子信号之后，处理单元504中的处理器(CPU)602将它们储存入存储装置606，并且随后使用如下数学公式(7)将数字化的电子信号转换成阈值电压712(或714)：
(6)阈值电压712＝(电压最大值715–电压最小值716)x(百分比值)
在本发明中，百分比值选为70％。
图8B描述了基于在校准(或模拟)程序中产生的正弦形线706，以形成具有第一信号状态(高电压V高)和第二信号状态(低电压V低)的两状态信号107的方案。基于数学公式(6)，图5A中所示的数字处理线路106(或图5B中所示的模拟处理线路106’)通过将等于或大于阈值电压712的正弦形线706正半个周期上的所有电压点(或电压)匹配(或指定)为第一信号状态(高电压V高)并且通过将小于阈值电压712的正弦形线706正半个周期上的所有电压点(或电压)匹配(或指定)为第二信号状态(低电压V低)，从而产生两状态信号107。当校准(或模拟)输出被传送到示波器时，图8A-B中所示的电子信号可以从示波器中观察到。
虽然与图8A-B相关的校准(模拟)程序使用了正弦形线706的正半周期上所感应到的电信号，应当注意的是，本发明的原理也可以应用于正弦形线706的负半周期上所感应到的电信号。当使用正弦形线706的负半周期时，阈值电压712应当使用如下数学公式(7)：
(7)阈值电压714＝(电压最大值718–电压最小值720)x(百分比值)
基于数学公式(7)，图5A所示的数字处理线路106(或图5B中所示的模拟处理线路106’)通过将等于或小于阈值电压714的正弦形线706负半周期上的所有电压点(或电压)匹配(或指定)为第一信号状态(高电压V高)和将大于阈值电压714的正弦形线704负半周期上的所有电压点(或电压)匹配(或指定)为第二信号状态(低电压V低)从而产生二进制状态信号107。
在图8A-B中，为了应对(或抵消)位置感测系统10的操作条件的变化(包括包括空隙的变化，环境温度的变化，以及所使用部件参数的变化)，两状态信号107的宽度可以通过调节阈值电压412的值来补偿。根据一个实施例，在校准(或模拟)程序中所产生的阈值电压712(或714)被储存入存储装置606中以便处理单元602可在以后实地使用时使用阈值电压712(或714)来探测转轴108的转动范围。根据另一个实施例，在校准(或模拟)程序中所产生的阈值电压712(或714)被设置入模拟处理装置924以便模拟处理装置924可在以后实地使用时使用它来探测转轴108的转动角。
虽然在图8A-B中，基于阈值的两状态信号只对能宽度而不能对偏移提供调节/补偿，但它使用比基于线性函数的霍尔装置(即多维霍尔装置)更为简单的电路结构(如1维速度霍尔装置)。
应当注意的是图8A-B通过使用正弦形线706的输出来说明校准(或模拟)程序。与图8A-B相关的原理还可以应用于余弦形线704的输出(如图7A中所示)，因为，与周期性的正弦形线706相比较，如果余弦形线704移动90度，周期性的余弦形线704将与周期性的正弦形线706相一致。所以，同样的原理也适用余弦形线704的输出。在本发明中，通过使用处理线路106来执行校准(或模拟)程序。然而，对于本领域技术人员，任何类似的处理装置都可以被用于执行校准(或模拟)程序。
应当注意的是，电子非接触式感测装置不可避免地要遇到制造和/或运转中的操作条件的变化，包括但不限于，空隙的变化、环境温度变化、和所使用部件的参数变化。为了提高和改善测量的精确性，尤其为了探测汽车上的齿轮轴的空档位置范围，具有调节/补偿能力是关键性的。而使用两状态信号来表示角度位置范围是进行调节/补偿(包括宽度和/或偏移)的基础。为了便于位置感测系统100的维修，在实地使用时，可通过执行储存在处理线路106中的校准(或模拟)程序来执行校准(或模拟)步骤。在实地使用时，还可以通过重新编程来设置处理线路106中的参考电压来执行调节/补偿两状态信号。
图9A-B说明了正两状态信号107或负两状态信号107’都可被用于来表示转轴108的转动范围(-L1,+L1)。
具体地，如图9A中所示，当转轴108在转动范围(-L1,+L1)内时，处理线路106(或处理线路106’)将指示电路508(或极化线路928)设置在如线907所示的高电压状态V高；当转轴108超出转动范围(-L1,+L1)(或在转动范围之外)时，数字处理线路106(或处理线路106’)将指示电路508(或极化线路928)设置在如线909所示的低电压状态V低。
或者，如图9B所示，两状态信号107’可以是倒转的两状态信号107。因此，在图9B中，当转轴108在转动范围(-L1,+L1)内时，处理线路106(或处理线路106’)将指示电路508(或处理线路106’)设置在如线917所示的低电压状态V低；当转轴108超出转动范围(-L1,+L1)(或在转动范围之外)时，处理单元504将指示电路508设置在如线919所示的高电压状态V高。
图10描述了发动机控制系统900，其中处理线路106(或处理线路106’)的两状态输出111被用于控制汽车中的发动机。在图10中，发动机控制系统900包括感测装置104，处理线路106和ECU(发动机控制单元)902。在发动机控制系统900中，转轴108被用作变速杆，并且转动范围(-L1,+L1)反映变速杆的空档位置范围。
如图10中所示，ECU(发动机控制单元)902从处理线路106(或处理线路106’)接收连接111上的两状态信号作为其输入，并且从汽车的离合器传感电路(未示出)接收输入903。输入903指示汽车的离合器是否被踩压。当ECU902基于连接111上的两状态信号探测到变速杆停留在空档位置范围有了一时间段时(例如5秒)，它关闭汽车的发动机，以节省汽油。当ECU902基于连接903上的输入探测到汽车的离合器正被踩压，ECU902基于连接111上的两状态信号探来判断测变速杆是否在空档位置范围内。ECU902只在变速杆在空档位置范围内时启动发动机。因此，变速杆的空档位置范围的探测精度对保证汽车的合理操作来说是非常重要的。
应当理解的是，当位置感测系统107被用于探测汽车中的变速杆的空挡位置范围时，较窄的和/或对称的二进制状态信号107是尤其理想的。
在实地使用时，如图5A中所示的数字处理线路106(或如图5B中所示的模拟处理线路106’)响应转轴108的转动，使用以下步骤将指示电路508(或极化线路928)设置成第一信号状态和第二信号状态：
在实地使用时，根据一个实施例，当转轴108转动一角度时，感测装置104响应由磁铁装置102产生的沿X维和/或Y维的磁通密度变化和/或磁场变化产生电子信号。所感应到的电压符合图7A-C或图8A-B的描述。
对于使用图7A-C所描述的程序(或方法)获得所感应到的输出，感测装置104分别产生符合余弦形线704和正弦形线706的两个电信号。一旦接收到这两个电信号，处理器(CPU)602通过使用图7A-C的等式(1-5)将它们转换成一个所感应到的电压。因此，所感应到的电压应当符合图7B中所示的线性函数线722。对于使用图8A-B的程序获得所感应到的输出，感测装置104产生一个符合余弦形线704或正弦形线706的电信号，并且将该电信号传送到处理器(CPU)602。因此，所感应到的电压应当符合图7A中所示的余弦形线704或正弦曲线706。
当使用图7A-C所描述的程序(或方法)获得所感应到的电压时，处理器(CPU)602将所感应到的电压与两个参考电压Vf1和Vf2进行比较。在比较时，如果所感应到的电压值等于两个参考电压Vf1和Vf2值中的一个，或者在两个参考电压Vf1和Vf2值之间，处理器(CPU)602在连接505和507上分别产生相应的状态控制信号和触发信号以将指示电路508设置成第一信号状态(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)。如果所感应到的电压值小于第一参考电压Vf1或大于第二参考电压Vf2，处理器(CPU)602分别在连接505和507上产生相应的状态控制信号和触发信号以将指示电路508设置成第二信号状态(如图3中所示出的低电压状态V低或如图中9B中所示出的高电压状态V高)。
当使用图8A-B所描述的程序(或方法)获得所感应到的电压时，处理器(CPU)602将所感应到的电压与阈值电压712(或714)进行比较。如果所感应到的电压值等于或大于阈值电压712(或所感应到的电压值等于或小于阈值电压714)，处理器(CPU)602分别在连接505和507上产生相应的状态控制信号和触发信号以将指示电路508设置成第一信号状态(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)。如果所感应到的电压值小于阈值电压712(或所感应到的电压值大于阈值电压714)，处理器(CPU)603分别在连接505和507上产生相应的状态控制信号和触发信号以将指示电路508设置成第二信号状态(如图3中所示出的低电压状态V低或如图9B中所示出的高电压状态V高)。
在比较过程中，在处理器(CPU)602的控制下，两个参考电压Vf1和Vf2或两个阈值电压712和714储存在处理单元504中的寄存器604中。所感应到的电压被输送到比较器612的输入613，而两个参考电压Vf1和Vf2，或两个阈值电压712和714中的一个被输送到比较器612的输入615。处理器(CPU)602获得由比较器612的输出617产生的比较结果。基于来自输出617的比较结果，处理器(CPU)602在连接505和506上产生状态控制信号和触发信号。
执行用于设置指示电路508的步骤的程序(或指令集)可以被储存在存储装置606中，并能够被处理器(CPU)60执行。
在实地使用时，根据另一个实施例，当转轴108正转动一角度时，感测装置104响应由磁铁装置102产生的沿一维(X维和/或Y维)的磁通密度变化和/或磁场变化产生电子信号。所感应到的电子信号符合图8A-B的描述。
当感测装置104所感应到的电信号的电压大于或等于阈值电压，模拟处理装置924产生第一状态控制信号以将极化线路928设置成第一状态信号(如图3中所示出的高电压状态V高或如图9B中所示出的低电压状态V低)。当感测装置104所感应到的电信号小于阈值电压时，模拟处理装置925产生第二状态控制信号以将极性线路设置成第二状态信号(如图3中所示出的低电压状态V低或如图9B中所示出的高电压状态V高)。
为了降低ECU系统的成本，期望的是简化该系统的控制单元的结构。达到这种期望的一个事项(或条件)是在该控制单元处将处理线路106或感测装置104的输入转换成两状态逻辑输入。这种转换可以由带有机械开关的传感器来实现，缺点是测量精度低和可靠性差。本发明提供通过利用二维霍尔技术(基于线性的)或速度传感器(基于阈值的)技术的结构以能够实现两状态逻辑输入信号，提高了设计可行性和测量精度和可靠性。
对本领域技术人员来说可以对本文所描述的实施例进行各种改变和变型而不脱离本发明的精神和范围，这是显然的。因此，本说明书意图覆盖各种改变和变型，如果这样的改变和变型在随附的权利要求和其等同物的范围内。

Claims (44)

1.一种用于感测转轴(108)的角度位置范围的传感器，包括：
感测装置(104)，用于通过响应双极磁铁装置(102)的转动感测磁通密度变化产生电信号，所述双极磁铁装置(102)被附接在所述转轴(108)上，并且适合于与所述转轴一起转动；
输出，用于基于由所述感测装置(104)产生的所述电信号提供一线性函数线(722)；
指示电路(508，928)，用于基于所述线性函数线(722)产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号；以及
调节电路(504)，用于调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿所述传感器操作条件的变化；
其中，当所述转轴在所述角度位置范围内时，所述两状态信号在第一信号状态，而当所述转轴超出所述角度位置范围时，所述两状态信号在第二信号状态。
2.根据权利要求1所述的传感器，所述传感器进一步包括：
存储装置(604)，用于提供至少两个参考电压点，所述至少两个参考电压点具有第一参考电压点和第二参考电压点，代表所述线性函数线(722)上的两个电压点；以及
比较装置(602)，用于将所感测到的电信号与所述至少两个参考电压点进行比较；
其中，当所感测到的电信号的电压与所述第一电压参考点或所述第二参考电压点相等时，所述指示电路(508)产生所述第一信号状态；
其中所述感测装置(104)响应当所述双极磁铁装置(102)绕所述转轴(108)转动时沿两维的所述磁通密度变化产生所述所感测到的电信号。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中：
当所述电信号的电压在所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间范围内，所述指示电路(508)产生所述第一信号状态。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中：
当所感测到的电信号的电压超出所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间的范围，所述指示电路(508)产生所述第二信号状态。
5.根据权利要求3所述的传感器，其中：
当所感测到的电信号的电压在所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间的范围之外，所述指示电路(508)产生所述第二信号状态。
6.根据权利要求1所述的传感器，进一步包括：
存储装置(604)，用于提供至少两对参考电压点，所述至少两对参考电压点具有第一对参考电压点和第二对参考电压点代表所述线性函数线(722)上的四个电压点，其中所述第一对参考电压点被指定为具有第一电压值，而所述第二对参考电压点被指定为具有第二电压值；
其中所述感测装置(104)响应双极磁铁装置(102)绕所述转轴(108)转动时沿两维的磁通密度变化产生所感测到的电信号；以及
比较装置(602)，用于将所述所感测到的电信号与所述第一指定的电压值和所述第二指定的电压值进行比较；
其中，当所感测到的电信号的电压所述第一指定的电压值或所述第二指定的电压值相等时，或者当所感测到的电信号的电压是在所述第一指定的电压值和所述第二指定的电压值之间的范围内时，所述指示电路(508)产生第一信号状态；
其中，当所感测到的电信号的电压小于所述第一指定的电压值或大于所述第二指定的电压值时，所述指示电路(508)产生第二信号状态。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的传感器，其中：
所述感测装置(104)与所述双极磁铁装置(102)的双极磁铁(304A,304B)物理上分隔开一距离或空隙。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中：
响应当所述双极磁铁(304A,304B)绕所述转轴转动360度时沿两维的磁通密度变化，所述线性函数线(722)在安装或使用所述传感器之前在操作状态下被校准/模拟。
9.根据权利要求7所述的传感器，其中：
响应所述转轴(108)的角度位置的变化，所述两状态信号在所述第一信号状态和所述第二状态信号之间转换。
10.根据权利要求7所述的传感器，其中：
所述转轴的所述角度位置范围是变速杆上的空挡位置范围。
11.根据权利要求7所述的传感器，其中：
所述调节电路(504)调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿所述传感器的操作条件的变化，所述操作条件的变化包括空隙的变化、环境温度变化以及所述传感器中所使用的部件参数的变化。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中：
所述调节电路(504)产生K比例系数以调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿空隙的变化、环境温度变化以及所述传感器中所使用的部件参数的变化。
13.一种用于感测转轴(108)的角度位置范围的传感器，包括：
双极磁铁装置(102)，包括双极磁铁(304A,304B)，所述双极磁铁(304A,304B)的南极或北极被径向地附接在转轴(108)上，所述双极磁铁装置(102)适合于与所述转轴一起转动；
感测装置(104)，其面向所述双极磁铁(304A,304B)的南极或北极并用于通过响应所述双极磁铁装置(102)的转动感测磁通密度变化产生电信号；
输出，用于基于由所述感测装置(104)产生的所述电信号提供曲线形函数线(704,706)；
指示电路(508，928)，用于基于所述曲线形函数线(704,706)产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号；
阈值电路(604，924)，用于提供曲线形函数线(704,706)上的阈值电压；以及
调节电路(504)，用于调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿所述传感器操作条件的变化；
其中，当所感测到的电信号的电压高于或等于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第一信号状态，而当所感测到的电信号的电压低于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第二信号状态，或者
当所感测到的电信号的电压低于或等于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第一信号状态，而当所感测到的电信号的电压高于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第二信号状态。
14.根据权利要求13所述的传感器，其中：
所述感测装置(104)与所述双极磁铁物理上分开一距离或空隙。
15.根据权利要求13所述的传感器，其中：
响应当所述双极磁铁绕所述转轴转动时的一维磁通量变化，所述阈值电压、所述曲线形函数线(704,706)在安装或使用所述传感器之前在操作状态下被校准。
16.根据权利要求13所述的传感器，其中：
所述转轴的所述角度位置范围是变速杆上的空档位置范围。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的传感器，其中：
响应所述转轴(108)的角度位置变化，所述两状态信号在所述第一信号状态和所述第二信号状态之间转换。
18.根据权利要求17所述的传感器，其中：
所述调节电路(504)通过监测和更新符合所述曲线形函数线(704,706)的电子信号的最小和最大峰值来调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿操作条件的变化，所述操作条件的变化包括空隙变化、环境温度变化和所使用的部件参数的变化。
19.根据权利要求18所述的传感器，其中：
所述调节电路(504)产生阈值系数以调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿操作条件的变化，所述操作条件的变化包括空隙变化、环境温度变化和所述传感器中所使用部件参数的变化。
20.一种用于感测转轴的角度位置范围的方法，在所述转轴上安装有双极磁铁装置，所述方法包括以下步骤：
响应双极磁铁装置的转动，产生一线性函数线(722)；
基于所述线性函数线(722)产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置被附接在所述转轴上并且适合于与所述转轴一起转动；以及
调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿传感器的操作条件的变化；
其中，当所述转轴在所述角度位置范围内时，所述两状态信号在第一状态信号，而当所述转动超出所述角度位置范围时，所述两状态信号在第二信号状态。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：
产生一个或多个参考电压；
在实地使用时将所感测到的电压与所述一个或多个参考电压中的一个或多个进行比较；
基于在就地使用时所产生的比较结果，产生第一信号状态和第二信号状态输出。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述产生步骤：
如果所述转轴在所述角度位置范围内，产生第一信号状态输出；如果所述转轴超出所述角度位置范围，产生第二信号状态输出。
23.一种用于感测转轴的角度位置范围的方法，在所述转轴上安装有双极磁铁装置，所述方法包括以下步骤：
在模拟或校准程序中，当所述双极磁铁装置绕所述转轴转动时，产生至少一线性函数线；
基于模拟或校准程序中的所述线性函数线，产生一个或多个参考电压；
在实地使用时，转动所述转轴一角度；
响应实地使用时由所述双极磁铁装置的转动所产生的磁通量变化，感测电压；
在实地使用时，将所感测到的电压与所述一个或多个参考电压中的一个或多个进行比较；
基于实地使用时的比较结果，产生第一信号状态和第二信号状态输出。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述产生步骤：
如果所述转轴在所述角度位置范围内，产生第一信号状态输出；如果在实地使用时所述转轴超出所述角度位置范围，产生第二信号状态输出。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括步骤：
响应模拟或校准程序中或者响应在实地使用时的传感器的操作条件变化，调节所述一个或多个参考电压。
26.根据权利要求21-25中任一项所述的方法，其中：
所述一个或多个参考电压是所述线性函数线上的两个参考电压。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述两个参考电压的每一个对应所述线性函数线上的一对电压点。
28.根据权利要求27所述的方法，其中：
响应沿两维的磁通密度的变化，感测所述电压。
29.一种用于感测转轴(108)的角度位置范围的传感器，包括：
指示电路(508)，用于响应双极磁铁装置(102)的转动产生一线性函数线(722)；
基于所述线性函数线(722)产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置(102)被附接在所述转轴(108)上，并且适合于与所述转轴一起转动；
存储装置(604)，用于提供至少两个参考电压点，所述至少两个参考电压点具有第一参考电压点和第二参考电压点，代表一线性函数线(722)上的两个电压点；
感测装置(104)，用于响应当所述双极磁铁装置(102)绕所述转轴(108)转动时沿两维的磁通密度变化产生所感测到的电信号；以及
比较装置(602)，用于将所感测到的电信号与所述至少两个参考电压点进行比较；
其中，当所感测到的电信号的电压与所述第一电压参考点或所述第二参考电压点相等时，所述指示电路(508)产生所述第一信号状态，当所感测到的电信号的电压超出所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间的范围，所述指示电路(508)产生所述第二信号状态。
30.一种用于感测转轴(108)的角度位置范围的传感器，包括：
指示电路(508)，用于响应双极磁铁装置(102)的转动产生一线性函数线(722)；
基于所述线性函数线(722)产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号，所述双极磁铁装置(102)被附接在所述转轴(108)上，并且适合于与所述转轴一起转动；
存储装置(604)，用于提供至少两个参考电压点，所述至少两个参考电压点具有第一参考电压点和第二参考电压点，代表一线性函数线(722)上的两个电压点；
感测装置(104)，用于响应当所述双极磁铁装置(102)绕所述转轴(108)转动时沿两维的磁通密度变化产生所感测到的电信号；以及
比较装置(602)，用于将所感测到的电信号与所述至少两个参考电压点进行比较；
其中，当所感测到的电信号的电压与所述第一电压参考点或所述第二参考电压点相等时，所述指示电路(508)产生所述第一信号状态，当所感测到的电信号的电压在所述第一参考电压点和所述第二参考电压点之间的范围之外，所述指示电路(508)产生所述第二信号状态。
31.根据权利要求29或30所述的传感器，进一步包括：
存储装置(604)，用于提供至少两对参考电压点，所述至少两对参考电压点具有第一对参考电压点和第二对参考电压点代表线性函数线(722)上的四个电压点，其中所述第一对参考电压点被指定为具有第一电压值，而所述第二对参考电压点被指定为具有第二电压值；
感测装置(104)，用于响应当双极磁铁装置(102)绕所述转轴(108)转动时沿两维的磁通密度变化产生所感测到的电信号；以及
比较装置(602)，用于将所述所感测到的电信号与所述第一电压值和所述第二电压值进行比较；
其中，当所感测到的电信号的电压与所述第一指定的电压值或所述第二指定的电压值相等时，或者当所感测到的电信号的电压是在所述第一指定的电压值和所述第二指定的电压值之间的范围内时，所述指示电路(508)产生第一信号状态；
其中，当所感测到的电信号的电压小于所述第一指定的电压值或大于所述第二指定的电压值时，所述指示电路(508)产生第二信号状态。
32.根据权利要求29或30所述的传感器，其中：
所述感测装置(104)与双极磁铁(304A,304B)物理上分隔开一距离或空隙。
33.根据权利要求32所述的传感器，其中：
响应当所述双极磁铁(304A,304B)绕所述转轴转动360度时沿两维的磁通密度变化，所述线性函数线(722)在安装或使用所述传感器之前在操作状态下被校准/模拟。
34.根据权利要求33所述的传感器，其中：
响应所述转轴(108)的角度位置的变化，所述两状态信号在所述第一信号状态和所述第二状态信号之间转换。
35.根据权利要求33所述的传感器，其中：
所述转轴的所述角度位置范围是变速杆上的空挡位置范围。
36.根据权利要求33所述的传感器，其中：
调节电路(504)调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿所述传感器的操作条件的变化，所述操作条件的变化包括空隙的变化、环境温度变化以及所述传感器中所使用的部件参数的变化。
37.根据权利要求36所述的传感器，其中：
所述调节电路(504)产生K比例系数以调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿空隙的变化、环境温度变化以及所述传感器中所使用的部件参数的变化。
38.一种用于感测转轴(108)的角度位置范围的传感器，包括：
双极磁铁装置(102)，包括双极磁铁(304A,304B)，所述双极磁铁(304A,304B)的南极或北极被径向地附接在转轴(108)上，所述双极磁铁装置(102)适合于与所述转轴一起转动；
指示电路(508)，用于响应所述双极磁铁装置(102)的转动产生具有第一信号状态和第二信号状态的两状态信号；
阈值电路(604，924)，用于提供曲线形函数线(704,706)上的阈值电压；以及
感测装置(104)，其面向所述双极磁铁(304A,304B)的南极或北极并用于响应当所述双极磁铁(304A,304B)绕所述转轴(108)转动时沿一维的磁通量变化产生所感测到的电信号；
其中，当所感测到的电信号的电压高于或等于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第一信号状态，而当所感测到的电信号的电压低于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第二信号状态，或者
当所感测到的电信号的电压低于或等于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第一信号状态，而当所感测到的电信号的电压高于所述阈值电压时，所述指示电路(508)产生第二信号状态。
39.根据权利要求38所述的传感器，其中：
所述感测装置(104)与所述双极磁铁物理上分开一距离或空隙。
40.根据权利要求39所述的传感器，其中：
响应当所述双极磁铁绕所述转轴转动360度时的一维磁通量变化，所述阈值电压、所述曲线形函数线(704,706)在安装或使用所述传感器之前在操作状态下被校准。
41.根据权利要求40所述的传感器，其中：
所述转轴的所述角度位置范围是变速杆上的空档位置范围。
42.根据权利要求38-41中任一项所述的传感器，其中：
响应所述转轴(108)的角度位置变化，所述两状态信号在所述第一信号状态和所述第二信号状态之间转换。
43.根据权利要求42所述的传感器，其中：
调节电路(504)通过监测和更新符合所述曲线形函数线(704,706)的电子信号的最小和最大峰值来调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿操作条件的变化，所述操作条件的变化包括空隙变化、环境温度变化和所使用的部件参数的变化。
44.根据权利要求43所述的传感器，其中：
所述调节电路(504)产生阈值系数以调节所述两状态信号的宽度和/或偏移以补偿操作条件的变化，所述操作条件的变化包括空隙变化、环境温度变化和所述传感器中所使用部件参数的变化。
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