CN107036516B - 利用磁传感器使用笛卡儿坐标用于位置检测 - Google Patents

利用磁传感器使用笛卡儿坐标用于位置检测 Download PDF

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Abstract

一种磁传感器可感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量。该磁传感器可感测对应于所述磁场的第二轴的第二磁场分量。该磁传感器可确定限定与所述磁体相关联的可移动物体的潜在位置的信息。潜在位置中的每个潜在位置可由针对第一磁场分量的第一磁场范围和针对第二磁场分量的第二磁场范围限定。该磁传感器可基于第一磁场分量、第二磁场分量和限定潜在位置的所述信息来标识可移动物体的位置。该磁传感器可基于标识可移动物体的位置来提供输出。

Description

利用磁传感器使用笛卡儿坐标用于位置检测
背景技术
磁传感器可用于基于由磁体产生的磁场确定与磁体连接的可移动物体的位置。例如，磁传感器可用于确定可移动物体的线性位置、可移动物体的角位置、可移动物体在二维平面上的位置、可移动物体在三维空间中的位置等等。
发明内容
根据一些可能的实施方式，磁传感器可包括一个或多个感测元件，一个或多个感测元件配置成：感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量；感测对应于磁场的第二轴的第二磁场分量；确定限定与磁体相关联的可移动物体的潜在位置的信息，其中潜在位置中的每个潜在位置可以通过针对第一磁场分量的第一磁场范围和针对第二磁场分量的第二磁场范围来限定；基于第一磁场分量、第二磁场分量和限定潜在位置的信息标识可移动物体的位置；以及基于标识可移动物体的位置提供输出。
根据一些可能的实施方式，一种系统可包括磁传感器，该磁传感器配置成：感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量；感测对应于磁场的第二轴的第二磁场分量；确定限定与磁体连接的可移动物体的潜在位置的信息，其中潜在位置中的每个潜在位置可以通过针对第一磁场分量的第一磁场范围和针对第二磁场分量的第二磁场范围来限定；基于第一磁场分量或第二磁场分量和限定潜在位置的信息标识可移动物体的位置；以及提供包括标识可移动物体的位置的信息的输出。
根据一些可能的实施方式，磁传感器可包括一个或多个感测元件，一个或多个感测元件配置成：感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量；感测对应于磁场的第二轴的第二磁场分量；感测对应于磁场的第三轴的第三磁场分量；确定限定与磁体相关联的可移动物体的潜在位置的信息，其中潜在位置中的每个潜在位置可以通过针对第一磁场分量的第一磁场范围、针对第二磁场分量的第二磁场范围和针对第三磁场分量的第三磁场范围来限定；基于第一磁场分量、第二磁场分量或第三磁场分量和限定潜在位置的信息标识可移动物体的位置；以及基于标识可移动物体的位置提供输出。
附图说明
图1是本文中描述的示例实施方式的概述的图；
图2是其中可实施本文中描述的装置的示例环境的图；
图3是在图2的示例环境中包括的磁传感器的示例部件的图；
图4A-4D是示出磁传感器的感测元件的示例布置的说明性表示；
图5是用于基于一组磁场分量和限定可移动物体的潜在位置的信息标识可移动物体的位置的示例过程的流程图；
图6A和6B是与在图5中示出的示例过程相关的示例实施方式的图；
图7A和7B包括限定磁体的潜在位置的信息的示例图形表示；以及
图8包括可用以确定磁传感器的覆盖度和错误检测能力的方式的示例图形表示。
具体实施方式
示例实施方式的以下详细描述参考附图。不同附图中的相同参考标记可标识相同或相似的元件。
磁传感器可配置成感测由与可移动物体连接的磁体生成的磁场的分量。可移动物体可在二维平面内、在三维空间内等等绕轴线性地移动。方便地，磁体（和磁场）可与可移动物体一起移动。对于本公开内容的剩余部分，假设磁体遵循可移动物体的运动（即，磁体与可移动物体对应地移动）。这可以通过在磁体和可移动物体之间提供连接（例如，机械连接）来实现。假设磁体和可移动物体之间的非滑动条件，则磁体的位置对应于可移动物体的位置。
在一些情况下，由磁传感器感测的磁场的分量可与笛卡尔坐标系相关。例如，所感测的分量可包括对应于x轴的x分量、对应于y轴的y分量、和/或对应于z轴的z分量。可移动物体的位置可基于所感测的移动磁场的分量来确定。然而，确定位置可基于极坐标系，意味着与磁场相关联的一组角度需要根据所感测的磁场的（笛卡尔）分量来计算。例如，与x-y平面相关联的角度、与x-z平面相关联的角度、和/或与y-z平面相关联的角度可用于基于极坐标系确定位置。在一些实施方式中，可基于所感测的磁场的（笛卡尔）分量计算所述一组角度，该（笛卡尔）分量基于评估一组三角函数。
然而，根据与笛卡尔坐标系相关联的所感测的分量计算与极坐标系相关联的所述一组角度引入许多问题。一个这种问题是基于所述一组计算的角度确定的位置的错误可能由于感测的个体磁场分量中存在的错误而难以确定。换句话说，由于所述一组角度是基于所感测的磁场分量计算的，因此所感测的个体分量中存在的错误可能被混合和/或混淆，使得所确定的位置中的错误难以确定。
此外，使用基于与笛卡尔坐标系相关联的所感测的分量的角度计算导致共同引起的错误。类似地，由于位置的确定基于使用感测的分量确定的、与极坐标系相关联的所述一组角度，因此没有机会执行与所确定的位置相关联的似真性检查。
另一问题是，为了计算所述一组角度，所感测的磁场分量应精确地彼此正交，以便准确地得出所述一组角度。因此，配置成感测磁场每个分量的磁传感器的感测元件需要在磁传感器的装配和操作期间精确地定位，这可能难以保证。附加问题是，计算所述一组角度可能要求对所述一组三角函数的评估，其可能需要包括磁传感器中的附加部件和/或具有这种能力的微控制器。
本文中描述的实施方式可涉及一种磁传感器，其被配置成基于对应于轴系的一组所感测的（由磁体产生的）磁场的分量（即，在不把所述一组所感测的分量转换到极坐标的情况下）确定与磁体连接的可移动物体的位置。在一些实施方式中，所感测的磁场分量可对应于笛卡尔坐标系的轴（例如，x轴、y轴、z轴等）和/或一个或多个其它轴（例如，不正交于x轴、y轴和/或z轴的轴）。以这种方式确定可移动物体的位置提高磁传感器的覆盖度、磁传感器的错误检测、和/或磁传感器的似真性检查能力。
图1是本文中描述的示例实施方式100的概述的图。为了示例实施方式100的目的，假设可移动物体被定位成绕二维平面中的旋转点旋转，使得可移动物体是二维平面上的N个潜在位置（例如，P1到PN）中的一个。另外，假设磁体附着于可移动物体，使得由磁体生成的磁场对应于可移动物体来移动。最后，假设磁传感器配置成标识可移动物体的位置，并且磁传感器包括一组感测元件，其中每个感测元件配置成感测对应于M个轴（例如，x轴、y轴、z轴、不正交于x轴、y轴和/或z轴的轴等）中的一个的磁场分量。
如图1中并且通过参考标记105示出的，磁传感器的每个感测元件可感测磁场的对应磁场分量。例如，第一感测元件可感测对应于第一轴的磁场分量（例如，B1），第二感测元件可感测对应于第二轴的磁场分量（例如，B2），第M感测元件可感测对应于第M轴的磁场分量（例如，BM），以此类推。
如通过参考标记110示出的，在感测磁场分量之后，磁传感器可（例如基于磁传感器所存储的信息）确定限定可移动物体的潜在位置的信息。在一些实施方式中，限定潜在位置的信息可包括标识对应于所述一组M个轴中的每个轴的一组磁场范围的信息，其中所述一组磁场范围可唯一地对应于潜在位置。照此，磁传感器可通过将所感测的磁场分量与限定潜在位置的所述一组磁场范围进行比较来确定可移动物体是否在潜在位置中，其示例以下被描述。
如通过参考标记115示出的，磁传感器可基于限定潜在位置的信息和所感测的磁场分量来标识可移动物体的位置。例如，如所示出的，磁传感器可将所感测的磁场分量B1与对应于第一轴的与位置P1相关联的磁场范围进行比较。如所示出的，基本比较，磁传感器可确定所感测的磁场分量B1不在对应于第一轴的与位置P1相关联的磁场范围内。照此，磁传感器可确定可移动物体不在位置P1中。
如另外示出的，磁传感器可将所感测的磁场分量B1与对应于第一轴的与位置PN相关联的磁场范围进行比较。如所示出的，基本比较，磁传感器可确定所感测的磁场分量B1在对应于第一轴的与位置PN相关联的磁场范围内。为了示例实施方式100的目的，假设磁传感器类似地确定所感测的磁场分量B2到BM处于与位置PN相关联的对应于第二轴到第M轴的磁场范围内。照此，磁传感器可确定可移动物体在位置PN中。如通过参考标记120示出的，基于标识可移动物体的位置，磁传感器可输出（例如，向控制器输出）指示可移动物体在位置PN中的信息。
在一些实施方式中，M个轴中的一个或多个可与笛卡尔坐标系相关联。例如，M个轴可包括x轴、y轴和/或z轴。附加或替换地，所述一个或多个轴可包括不基于笛卡尔坐标系的一个或多个轴，诸如不正交于笛卡尔坐标系的两个轴（例如，xy轴、yz轴、xz轴等）和/或处于笛卡尔坐标系的两个轴（例如，xy轴、yz轴、xz轴等）之间的轴。以这种方式，磁传感器可基于对应于轴系的一组所感测的磁场分量在不把所述一组所感测的分量转换到极坐标的情况下确定与磁体连接的可移动物体的位置。
特别地，虽然本文中描述的一些实施方式在确定绕旋转点旋转的可移动物体的位置的上下文中被描述，但是在一些实施方式中，位置的确定可适用于以另一方式（诸如线性地、在二维平面内、在三维空间内等等）移动的可移动物体。
图2是其中可实施本文中描述的装置的示例环境200的图。如图2中示出的，环境200可包括可移动物体210、磁体220、磁传感器230和控制器240。
可移动物体210可包括能够相对于磁传感器230移动的物体。例如，可移动物体210可包括能够线性地移动、在二维平面内移动、在三维空间内移动、绕旋转点旋转等等的物体。作为示例，可移动物体可包括但不限于控制杆、杠杆（例如，变速杆、转向信号杆等）、可移动和/或可旋转旋钮等等。在一些实施方式中，可移动物体210可与磁体220（例如，机械地）连接，使得磁体220的移动对应于可移动物体210的移动。
在一些实施方式中，可移动物体210可改为与磁传感器230（例如，机械地）连接，并且磁体220不移动。另外，实施方式可包括两个可移动物体210，其中第一可移动物体210与磁传感器230连接，并且第二可移动物体210与磁体220连接。这种设置可用于借助于例如控制两个可移动物体210的移动的互连机械系统来增强或减小磁体220和磁传感器230之间的距离的改变。
磁体220可包括被定位成与可移动物体210一起移动的一个或多个磁体。在图2中示出的示例环境200中，磁体220包括形成北极（N）的第一半以及形成南极（S）的第二半，使得磁体220包括一个极对。在一些实施方式中，磁体220可包括多于一个的极对。虽然磁体220在图2中被示出为矩形，但是在一些实施方式中，磁体220可具有另一形状，诸如方形形状、圆形形状、椭圆形形状等等。假设在可移动物体210和磁体220之间存在非滑动关系，则可移动物体210的移动将对应于磁体220的移动。
附加或替换地，磁体220可包括偶极磁体（例如，偶极条形磁体、圆形偶极磁体、椭圆形偶极磁体等）、永磁体、电磁体、两种或更多种类型的磁体的组合（例如，永磁体和电磁体的组合等）、磁带等等。磁体220可由铁磁材料（例如，硬铁氧体）组成，并且可产生磁场。磁体220可另外包括稀土磁体，其可以具有由稀土磁体的固有高磁场强度导致的优点。如以上描述的，在一些实施方式中，磁体220可附着于可移动物体210或与可移动物体210耦合，通过磁传感器230确定针对可移动物体210的位置。
磁传感器230可包括一个或多个装置，其用于检测磁场分量以供确定磁体220的位置之用。例如，磁传感器230可包括一个或多个电路（例如，一个或多个集成电路）。在一些实施方式中，磁传感器230可相对于磁体220被放置在一位置处，使得磁传感器230可检测由磁体220生成的磁场分量。一般地，由磁体220生成的静态磁场是足够的。然而，在一些实施方式中，可能有利的是，部署动态磁场或静态磁场和生成的动态磁场的组合。磁传感器230然后可确定所感测的磁场是由磁体220生成的，还是外部磁场。
在一些实施方式中，磁传感器230可包括感测元件，该感测元件配置成感测存在于磁传感器230处的磁场分量的幅值，诸如移动磁场的x分量、移动磁场的y分量、移动磁场的z分量、移动磁场的xy分量、移动磁场的yz分量、移动磁场的xz分量等等的幅值。例如，磁传感器230可包括实施为桥（例如，半桥、全桥、惠斯通桥等）的感测元件，其中每个桥可用作对应于磁场分量的感测元件。
在一些实施方式中，集成电路可包括集成控制器（例如，使得磁传感器230的输出可包括描述磁体220和可移动物体210的位置的信息）。关于磁传感器230的附加细节以下关于图3来描述。
控制器240可包括与基于由磁体220产生的移动磁场确定可移动物体210的位置相关联的一个或多个电路。例如，控制器240可包括一个或多个电路（例如，集成电路、控制电路、反馈电路等）。控制器240可从一个或多个传感器（诸如一个或多个磁传感器230）接收输入信号，可处理该输入信号（例如，使用模拟信号处理器、数字信号处理器等），以生成输出信号，并且可提供输出信号到一个或多个其它设备或系统。例如，控制器240可从磁传感器230接收一个或多个输入信号，并且可使用该一个或多个输入信号来生成标识可移动物体210的位置的输出信号。
图2中示出的装置的数目和布置作为示例被提供。在实践中，可存在附加装置、更少装置、不同装置或与图2中示出的装置不同地布置的装置。另外，图2中示出的两个或更多个装置可被实施在单个装置内，或者图2中示出的单个装置可被实施为多个、分布的装置。附加或替换地，环境200的一组装置（例如，一个或多个装置）可执行被描述为由环境200的另一组装置执行的一个或多个功能。
图3是在图2的示例环境200中包括的磁传感器230的示例部件的图。如所示出的，磁传感器230可包括感测元件310、模数转换器（ADC）320、数字信号处理器(DSP)330、可选存储器部件340和输出接口350。
感测元件310可包括用于感测存在于磁传感器230处的磁场（例如，由磁体220产生的磁场）的分量的幅值的一个或多个装置。例如，感测元件310可包括基于霍尔效应进行操作的霍尔传感器。作为另一示例，感测元件310可包括由磁阻材料（例如，镍铁（NiFe））组成的磁阻（MR）传感器，其中磁阻材料的电阻可取决于存在于磁阻材料处的磁场的强度和/或方向。在这里，感测元件310可基于各向异性磁阻（AMR）效应、巨磁阻（GMR）效应、隧道磁阻（TMR）效应或另一类型的以磁阻为基础的传感器（xMR）来测量磁阻。作为附加示例，感测元件310可包括基于感应进行操作的传感器，诸如可变磁阻（VR）传感器或线圈。
ADC 320可包括模数转换器，该模数转换器将来自一个或多个感测元件310的模拟信号转换成数字信号。例如，ADC 320可将从一个或多个感测元件310接收的模拟信号转换成要由DSP 330处理的数字信号。ADC 320可提供数字信号到DSP 330。在一些实施方式中，磁传感器230可包括一个或多个ADC 320。
DSP 330可包括数字信号处理设备或数字信号处理设备的集合。在一些实施方式中，DSP 330可从ADC 320接收数字信号，并且可处理该数字信号以形成输出信号（例如，目的地为如图2中示出的控制器240），诸如与确定可移动物体210的位置相关联的输出信号。
可选存储器部件340可包括只读存储器（ROM）（例如，EEPROM）、随机存取存储器（RAM）、和/或另一类型的动态或静态存储设备（例如，闪速存储器、磁存储器、光存储器等），其存储信息和/或指令用于由磁传感器230使用。在一些实施方式中，存储器部件340可存储与由DSP 330执行的处理相关联的信息。在一些实施方式中，存储器部件340可存储针对感测元件310的可配置值或参数，和/或针对磁传感器230的一个或多个其它部件（诸如ADC320或输出接口350）的信息。
输出接口350可包括一接口，磁传感器230可经由该接口从另一设备（诸如控制器240（例如，见图2））接收信息和/或提供信息到该另一设备。例如，输出接口350可提供由DSP330确定的输出信号到控制器240，并且在一些实施方式中可从控制器240接收信息。在一些实施方式中，输出接口可包括数字接口或模拟接口。
图3中示出的部件的数目和布置作为示例被提供。在实践中，磁传感器230可包括附加部件、更少部件、不同部件或与图3中示出的部件不同地布置的部件。附加或替换地，磁传感器230的一组部件（例如，一个或多个部件）可执行被描述为由磁传感器230的另一组部件执行的一个或多个功能。
图4A-4D是示出磁传感器230的感测元件310的示例布置400的说明性表示。在一些实施方式中，如以上描述的，磁传感器230可包括感测元件310，其中每个感测元件配置成感测存在于磁传感器230处的移动磁场的分量。
在一些实施方式中，磁传感器230的感测元件310可被布置成感测对应于笛卡尔坐标系的轴的磁场分量。例如，如图4A中示出的，第一组感测元件310（例如，在图4A中用“Bx”标记的、配置成感测相对于半导体表面平行的磁场分量的第一对垂直霍尔板）可定位成感测对应于笛卡尔坐标系的x轴的磁场的x分量。如图4A中另外示出的，第二组感测元件310（例如，在图4A中用“By”标记的第二对垂直霍尔板）可定位成感测对应于笛卡尔坐标系的y轴的磁场的y分量。在一些实施方式中，如图4A中图示的，磁传感器230可以是二维（2D）传感器（例如，由于磁传感器230的感测元件310配置成感测由磁体220产生的磁场的两个分量）。
作为另一示例，如图4B中示出的，磁传感器230可包括关于图4A描述的第一组感测元件310和第二组感测元件310，并且还可包括另一感测元件310（例如，在图4B中用“Bz”标记的、配置成感测相对于半导体表面垂直的磁场分量的横向霍尔板），其可配置成感测对应于笛卡尔坐标系的z轴的磁场的z分量。在一些实施方式中，如图4B中图示的，磁传感器230可以是三维（3D）传感器（例如，由于磁传感器230的感测元件310配置成感测由磁体220产生的磁场的三个分量）。
在一些实施方式中，磁传感器230的感测元件310可布置成感测对应于不与笛卡尔坐标系的轴正交的轴（本文中被称为非笛卡尔轴）的磁场分量。例如，如图4C中示出的，第一组感测元件310（例如，在图4C中用“Bx”标记的第一对垂直霍尔板）可定位成感测对应于笛卡尔坐标系的x轴的磁场的x分量。如图4C中另外示出的，第二组感测元件310（例如，在图4C中用“By”标记的第二对垂直霍尔板）可定位成感测对应于笛卡尔坐标系的y轴的磁场的y分量。如图4C中另外示出的，第三组感测元件310（例如，在图4C中用“Bxy”标记的第三对垂直霍尔板）可定位成感测磁场的xy分量，该xy分量对应于处于与x轴和y轴相关联的平面上的xy轴，其中xy轴可处于正交的x和y轴之间的一角度处，诸如45度角、30度角、60度角等等（如在以下描述的图4C和4D中示出的）。
虽然图4C的非笛卡尔轴对应于包括x轴和y轴的平面，但是在另一示例中，非笛卡尔轴可包括另一轴，诸如处于对应于y轴和z轴的平面上的yz轴（例如，其中yz轴可处于正交的y轴和z轴之间的一角度处），不处于对应于任何对笛卡尔轴（例如，线性无关轴）的平面上的轴等等。
如图4D中示出的，在一些实施方式中，磁传感器230可包括第一组感测元件310、第二组感测元件310、和关于图4C描述的第三组感测元件，并且还可包括配置成感测对应于笛卡尔坐标系的z轴的磁场的z分量的另一感测元件310（例如，在图4D中用“Bz”标记的横向霍尔板）。照此，在一些实施方式（如图4中图示）中，磁传感器230可配置成感测多于三个磁场分量（例如，x分量、y分量、z分量和xy分量）。
在一些实施方式中，磁传感器230可包括感测元件310，该感测元件310配置成感测对应于一个或多个非笛卡尔轴的磁场分量，以便提高磁传感器230的似真性检查能力和/或增加磁传感器230的多样性（diversity），如以下描述的。
附加或替换地，磁传感器230可包括感测元件310，该感测元件310配置成感测对应于一个或多个非笛卡尔轴的磁场分量，以便提供磁传感器230的冗余（例如，在磁传感器230的感测元件310失效、经历错误等等的情况下）。在一些实施方式中，冗余还可通过引入与一个或多个轴相关联的非线性范围（例如，以便增加磁体220的一对潜在位置之间的距离）来实现。附加或替换地，冗余可通过以下来实现：使与磁场相关联且对应于特定轴的电流跨感测元件310对角地（例如，从一个角到另一角）流动，以便使感测元件310的灵敏度相对于特定轴倾斜。这允许磁场相对于特定轴而不同，甚至在一对潜在位置将通常共享针对特定轴的磁场范围的情况下也如此。
在一些实施方式中，对应于磁场分量的轴可相对于对应于磁场的一对其它分量的一对其它轴线性相关。如果轴可被限定为一对其它轴的线性组合，则该轴被认为是线性相关的。否则，该轴被限定为线性无关。例如， 以上关于图4C和4D描述的xy轴可被认为是相对于x轴和y轴线性相关的，其中，例如xy轴被限定为x轴和y轴的组合，使得xy轴相对于包括x轴和y轴的平面上的x轴和y轴两者处于四十五度角。
附加或替换地，对应于磁场分量的轴可相对于对应于磁场其它分量的其它轴是线性无关的。例如，非笛卡尔轴可被认为是相对于x轴和y轴线性无关的，其中，例如非笛卡尔轴不能被限定为x轴和y轴的组合。
如以上指示的，图4A-4D仅仅被提供作为示例。换句话说，与示例布置400相关联的所有配置、位置、定向、关系等等仅仅被提供作为示例，以促进对感测元件310可如何定位在磁传感器230中的理解。其它示例是可能的，并且可不同于关于图4A-4D所描述的内容。
图5是用于基于一组磁场分量和限定可移动物体210的潜在位置的信息来标识可移动物体210的位置的示例过程500的流程图。在一些实施方式中，图5的一个或多个过程块可由磁传感器230执行。在一些实施方式中，图5的一个或多个过程块可由与磁传感器230分离或包括磁传感器230的另一设备或一组设备（诸如控制器240）执行。
如图5中示出的，过程500可包括感测沿着一组对应轴的由磁体产生的磁场的一组磁场分量（块510）。例如，磁传感器230可感测沿着一组对应轴的由磁体220产生的磁场的一组磁场分量。
在一些实施方式中，磁传感器230可感测磁传感器230的感测元件310配置成感测的磁场分量。例如，假设磁传感器230包括如关于图4D描述的那样布置的感测元件310，则磁传感器230可感测磁场的x分量、磁场的y分量、磁场的xy分量和磁场的z分量。
如图5中另外示出的，过程500可包括：确定限定与磁体相关联的可移动物体的潜在位置的信息（块520）。例如，磁传感器230可确定限定与磁体220相关联的可移动物体210的潜在位置的信息。在一些实施方式中，磁传感器230可在磁传感器230感测所述一组磁场分量时（例如，之前、之后、与其同时）确定标识潜在位置的信息。
可移动物体210的潜在位置可包括对应于磁体220可物理位于的两个或更多个位置（即，可移动物体210可移动到的两个或更多个位置）的可移动物体210的两个或更多个位置。例如，在变速应用中，可移动物体210并且因此磁体220的潜在位置可对应于变速杆（即，可移动物体210）可物理位于的两个或更多个可能位置。
在一些实施方式中，描述潜在位置的信息可包括一组磁场范围，其中每个磁场范围对应于由磁传感器230感测的磁场的分量。与潜在位置相关联的所述一组磁场范围可以唯一地限定潜在位置（即，使得没有其它潜在位置通过相同的一组磁场范围来限定）。限定所述一组潜在位置的信息可包括多组磁场范围，其中每组对应于磁体220的不同潜在位置。
作为示例，限定第一潜在位置的信息可包括针对磁场的x分量的第一磁场范围、针对磁场的y分量的第一磁场范围、和针对磁场的xy分量的第一磁场范围，而限定第二潜在位置的信息可包括针对磁场的x分量的第二磁场范围、针对磁场的y分量的第二磁场范围、和针对磁场的xy分量的第二磁场范围。在一些实施方式中，两个或更多个潜在位置可共享针对磁场分量的相同磁场范围，但不可共享针对所有磁场分量的相同磁场范围。
在一些实施方式中，限定潜在位置的信息可由相对于包括第一轴和第二轴的平面的二维区域来图形表示。例如，当相对于x轴和y轴绘图（其中二维区域的各侧可对应于限定潜在位置的针对x分量和y分量的磁场范围）时，限定潜在位置的信息可由方形区域、矩形区域等等来图形表示，如以下关于图7A和7B描述的。
附加或替换地，限定潜在位置的信息可通过由第一轴、第二轴和第三轴限定的空间内的三维空间来图形表示。例如，当相对于x轴、y轴和z轴绘图（其中三维空间的各侧可对应于限定潜在位置的针对x分量、y分量和z分量的磁场范围）时，限定潜在位置的信息可由立方空间、三维矩形空间等等来图形表示。
在一些实施方式中，磁传感器230可基于由磁传感器230存储或可访问的信息来确定限定潜在位置的信息。例如，作为与磁传感器230相关联的传感器设置过程的结果，磁传感器230可存储或有权访问限定所述一组潜在位置的信息。
传感器设置过程可包括用于标识限定潜在位置用于给定传感器应用的信息的过程。传感器设置过程的第一步骤可包括例如限定磁体220的移动和/或磁传感器230的位置用于给定传感器应用（例如，物理布置可移动物体210、磁体220和磁传感器230）。传感器设置过程的第二步骤可包括评估（例如，经由实际测量，经由模拟）初始磁场值用于针对可移动物体210的所有潜在位置的每个磁场分量。传感器设置过程的第三步骤可包括限定对应于每个初始磁场值的磁场范围（例如，用于计及灵敏度、偏置漂移、噪声、量化等）。以这种方式，可标识限定每个潜在位置的二维区域和/或三维空间。
在一些实施方式中，传感器设置过程可包括确定一对二维区域和/或三维空间是否重叠和/或在彼此的阈值距离内。在这里，如果任何对的二维区域和/或三维空间重叠和/或在彼此的阈值距离内，则传感器设置过程可包括调整和/或修改磁体220的移动和/或磁传感器230的位置，以及重复传感器设置过程。当传感器设置过程适当地完成以使得每个潜在位置由唯一一组磁场范围限定时，磁传感器230可存储限定潜在位置的信息。在一些实施方式中，如以下更详细描述的，磁传感器230可将所感测的磁场分量与限定潜在位置的信息进行比较，以便标识磁体220的位置并且因此标识可移动物体210的位置。
如图5中另外示出的，过程500可包括基于所述一组磁场分量和限定潜在位置的信息标识可移动物体的位置（块530）。例如，磁传感器230可基于所述一组磁场分量和限定潜在位置的信息来标识可移动物体210的位置。在一些实施方式中，在磁传感器230感测磁场分量之后，磁传感器230可标识可移动物体210的位置。附加或替换地，在磁传感器230确定限定潜在位置的信息之后，磁传感器230可标识可移动物体210的位置。
在一些实施方式中，磁传感器230可基于将所感测的磁场分量与限定潜在位置的信息进行比较来标识可移动物体210的位置。例如，假设第一潜在位置由对应于沿着第一轴的磁场分量的第一磁场范围和对应于沿着第二轴的磁场分量的第二磁场范围限定。在该示例中，磁传感器230可感测沿着第一轴的磁场分量和沿着第二轴的磁场分量。磁传感器230然后可将所感测的沿着第一轴的磁场分量与第一磁场范围进行比较，并且将所感测的沿着第二轴的磁场分量与第二磁场范围进行比较。
在这里，如果所感测的沿着第一轴的磁场分量在第一磁场范围内并且如果所感测的沿着第二轴的磁场分量在第二磁场范围内，则磁传感器230可将可移动物体210的位置标识为由第一磁场范围和第二磁场范围限定的位置。
可替换地，如果所感测的沿着第一轴的磁场分量不在第一磁场范围内，和/或如果所感测的沿着第二轴的磁场分量不在第二磁场范围内，则磁传感器230可确定磁体210不在由第一磁场范围和第二磁场范围限定的位置。在这种情况下，磁传感器230然后可将所感测的磁场分量与限定其它潜在位置的磁场范围进行比较，直到磁传感器230标识出可移动物体210的位置为止。在一些实施方式中，如果磁传感器230不能标识可移动物体210的位置（例如，当所感测的磁场分量不在针对任何潜在位置的一组对应磁场范围内时），则磁传感器230可指示错误，提供磁传感器230不能标识位置的指示，和/或提供其它信息，诸如标识最近潜在位置的信息、标识所感测的磁场分量的信息等等。
在一些实施方式中，磁传感器230可基于单个感测的磁场分量来标识可移动物体210的位置，其示例以下关于图7A来描述。附加或替换地，磁传感器230可使用一个或多个磁场分量作为关于一个或多个其它磁场分量的似真性检查，其示例以下关于图7B来描述。
如图5中另外示出的，过程500可包括基于标识可移动物体的位置来提供输出（块540）。例如，磁传感器230可基于标识可移动物体210的位置来提供输出。在一些实施方式中，当磁传感器230标识出可移动物体210的位置时，磁传感器230可提供输出。附加或替换地，当磁传感器230接收到磁传感器230要提供输出的指示时，磁传感器230可提供输出。
在一些实施方式中，磁传感器230可提供与标识磁体220的位置相关联的信息，诸如标识可移动物体210的位置的信息、指示磁体220在潜在位置中的信息、标识所感测的磁场分量的信息等等。
以这种方式，磁传感器230可基于对应于轴系的一组感测的磁场分量（即，在不把所述一组感测的分量转换到极坐标的情况下）来标识与磁体220连接的可移动物体210的位置。另外，磁传感器230可降低处理资源的消耗和/或减少与标识可移动物体210的位置相关联的时间量，这是由于例如基于所述一组所感测的分量来标识可移动物体210的位置不要求评估任何三角函数。
虽然图5示出过程500的示例块，但是在一些实施方式中，过程500可包括附加块、更少块、不同块或与图5中描绘的块不同地布置的块。附加或替换地，过程500的两个或更多个块可并行执行。
图6A和6B是与在图5中示出的示例过程相关的示例实施方式600的图。如图6A的上部分中示出的，磁体220与可移动物体210连接，并且可移动物体210可绕旋转点旋转，使得可移动物体210在三个潜在位置（例如，P1、P2或P3）之一中。如图6A的中部分示出的，存在于磁传感器230处的磁场可对应于磁体220的位置而在P1、P2或P3处不同。如另外示出的，磁传感器230定位成接近可移动物体210并且配置成感测由磁体220生成的磁场的x分量和y分量。
如图6A的下部分中的表格中示出的，假设磁传感器230存储限定P1、P2和P3的信息。限定P1的信息可指示P1由针对磁场的x分量的1450微特斯拉(μT) 到1550μT的磁场范围（例如，标识为Bx)和针对磁场的y分量的1650μT 到1750μT的磁场范围（例如，标识为By)限定。如另外示出的，限定P2的信息可指示P2由针对磁场的x分量的1650μT到1750μT的磁场范围和针对磁场的y分量的-50μT 到50μT的磁场范围限定。如还示出的，限定P3的信息可指示P3由针对磁场的x分量的1450μT到1550μT的磁场范围和针对磁场的y分量的-1750μT 到-1650μT的磁场范围限定。
如图6B中示出的，在给定时间，磁传感器230可感测存在于磁传感器230处的磁场的x分量（例如，Bx=1540μT）以及存在于磁传感器230处的磁场的y分量（例如，By=-1725μT）。如另外示出的，磁传感器230可确定（例如，基于由磁传感器230存储的信息）限定P1、P2和P3的信息。
如另外示出的，磁传感器230可基于所感测的磁场分量和限定P1、P2或P3的信息来标识可移动物体210的位置。例如，如关于P1示出的，磁传感器230可将所感测的磁场的x分量与针对x分量的P1磁场范围进行比较，并且可确定所感测的x分量在针对x 分量的P1磁场范围内（例如，Bx:1450μT≤1540μT≤1550μT =是）。如另外示出的，磁传感器230可将所感测的磁场的y分量与针对y分量的P1磁场范围进行比较，并且可确定所感测的y分量不在针对y分量的P1磁场范围内（例如，By:1650μT≤-1725μT≤1750μT =否）。照此，磁传感器230可确定可移动物体210不在P1。
类似地，如关于P2示出的，磁传感器230可将所感测的磁场的x分量与针对x分量的P2磁场范围进行比较，并且可确定所感测的x分量不在针对x 分量的P2磁场范围内（例如，Bx:1650μT≤1540μT≤1750μT=否）。照此，磁传感器230可确定可移动物体210不在P2。
如关于P3示出的，磁传感器230可将所感测的磁场的x分量与针对x分量的P3磁场范围进行比较，并且可确定所感测的x分量在针对x分量的P3磁场范围内（例如，Bx:1450μT≤1540μT≤1550μT=是）。如另外示出的，磁传感器230可将所感测的磁场的y分量与针对y分量的P3磁场范围进行比较，并且可确定所感测的y分量在针对y分量的P3磁场范围内（例如，By:-1750μT≤-1725μT≤-1650μT =是）。照此，磁传感器230可确定可移动物体210位于位置P3。
如另外示出的，基于标识可移动物体210的位置，磁传感器230可向控制器240提供指示可移动物体210处于位置P3的输出。以这种方式，磁传感器230可在不把所述一组所感测的分量转换到极坐标的情况下标识可移动物体210的位置。
如以上指示的，图6A和6B仅仅被提供作为示例。其它示例是可能的，并且可不同于关于图6A和6B所描述的内容。
图7A和7B包括限定磁体的潜在位置的信息的示例图形表示700。为了图7A的目的，假设磁传感器230包括感测元件310，该感测元件310定位成感测磁场的x分量、磁场的y分量和在x分量和y分量之间处于四十五度的磁场的xy分量，如以上关于图4C描述的。
如图7A中示出的，并且如浅遮蔽“所有位置”的外方形区域所图示的，磁传感器230或许能够感测针对与每个方向相关联的总体范围的磁分量。例如，如所示出的，磁传感器230或许能够感测针对近似-2050μT到2050μT的范围的x分量、y分量和xy分量。
如图7A中另外示出的，并且如由三个深遮蔽 “有效位置”的方形区域图示的，限定可移动物体210的三个潜在位置（例如，上位置、中位置和下位置）的信息可相对于对应于x分量的Bx轴和对应于y分量的By轴来表示。在这里，每个潜在位置可由二维区域（例如，方形、矩形等）来描述，其中二维区域的每侧对应于针对潜在位置的特定磁场分量的磁场范围。如所示出的，存在于磁传感器230处的磁场由指向每个二维区域的虚箭头表示。在这里，磁传感器230可确定：当所感测的磁场分量落在表示潜在位置的二维区域内时，可移动物体210处于潜在位置。
在一些实施方式中，限定位置的针对分量的磁场范围可由与该分量相关联的总体磁场范围的百分比表示。例如，基于传感器设置过程，磁传感器230可存储如下信息：该信息指示与潜在位置相关联的针对磁场的x分量的磁场范围被描述为在可由磁传感器230感测的总体磁场范围的传感器设置过程±5% (即，总共10%)期间测量的磁场的x分量。
在一些实施方式中，磁传感器230可基于两个感测的磁场分量和限定潜在位置的信息来标识可移动物体210的位置。例如，磁传感器230可通过确定所感测的磁场的x分量和所感测的磁场的y分量落在哪个二维区域（由一对磁场范围限定）内来标识可移动物体210的位置，如以上关于示例实施方式600描述的。
附加或替换地，磁传感器230可基于单个感测的磁场分量和限定潜在位置的信息来标识磁体220的位置。例如，由于图7A的二维区域的x分量重叠和/或几乎重叠，因此磁传感器230可仅基于与磁场的y分量相关联的磁场范围来标识磁体220的位置（例如，因为所感测的磁场的y分量对于每个潜在位置是唯一的）。在该示例中，所感测的x分量可用作似真性检查，但这当如在该示例中那样针对x方向的磁场范围的变化不显著（如与针对y分量的磁场范围的变化相比）时可能是不可靠的。然而，在该情况下，磁传感器230可基于所感测的磁场的xy分量执行似真性检查。在这里，使用所感测的磁场的xy分量，似真性检查是可能的，因为每个潜在位置沿着xy轴被唯一地标识（即，在关于xy轴的任何位置之间不存在重叠）。
如图7B中所示出的，将检测范围扩展到更广的一组潜在位置示出单独使用所感测的磁场的y分量可能不足以标识可移动物体210的位置。在该示例中，可能需要x分量和y分量来标识可移动物体210的位置。另外，位置的不同标识需要两个所感测的分量的组合，并且这可使用x分量和xy分量或者y分量和xy分量来实现。
特别地，虽然在潜在位置由二维区域限定的上下文中描述与图7A和7B相关联的实施方式，但是在其它实施方式中，潜在位置可由三维空间（例如，立方体、矩形等）限定，并且磁传感器230可应用类似技术来确定可移动物体210在三维空间内的位置，诸如当磁传感器230包括如以上关于图4C和4D描述的感测元件310时。
如以上指示的，图7A和7B仅仅被提供作为示例。其它示例是可能的，并且可不同于关于图7A和7B所描述的内容。
图8包括可以之确定磁传感器230的覆盖度和错误检测能力的方式的示例图形表示800。为了图8的目的，假设磁传感器230包括感测元件310，该感测元件310定位成感测磁场的x分量和磁场的y分量，如以上关于图4A描述的。另外，假设磁体220的潜在位置由总体区域（被标识为浅遮蔽的大方形）内的二维区域（被标识为深遮蔽的小方形）以类似于以上关于示例图形表示700描述的方式的方式来限定。
如所示出的，磁传感器230的覆盖度可基于总体区域和二维区域来确定。如所示出的，磁传感器230的覆盖度可以是95% (例如, 覆盖度=1–有效区域/总体区域；总体区域=100%×100% =10000%；有效区域=5(10%×10%)= 500%；覆盖度=100%×(1-10000%/500%)=95%)。换句话说，在该示例中，磁传感器230将检测到与标识磁体220的位置相关联的错误存在95%的概率。而且，任何错误容易被检测到并且在没有附加测量的情况下被检测到，因为可基于所感测的磁场分量和限定潜在位置的信息来标识错误。例如，当所感测的分量不与对应于潜在位置的任何组的磁场范围匹配时，磁传感器230可检测错误。
如以上指示的，图8仅仅被提供作为示例。其它示例是可能的，并且可不同于关于图8所描述的内容。
本文中描述的实施方式可涉及一种磁传感器，其配置成基于对应于轴系的一组感测的磁场分量（即，在不把所述一组感测的分量转换到极坐标的情况下）来确定与磁体连接的可移动物体的位置。在一些实施方式中，所感测的磁场分量可对应于笛卡尔坐标系的轴（例如，x轴、y轴、z轴等）和/或一个或多个其它轴（例如，不正交于x轴、y轴和/或z轴的轴）。以这种方式确定可移动物体的位置提高磁传感器的覆盖度、磁传感器的错误检测、和/或磁传感器的似真性检查能力。
前述公开内容提供说明和描述，但不旨在是详尽的或把实施方式限制到所公开的精确形式。修改和变化根据以上的公开内容是可能的，或可从实施的实践获取修改和变化。
即使特征的特定组合被记载在权利要求中和/或被公开在说明书中，这些组合也不旨在限制可能实施方式的公开内容。事实上，许多这些特征可以按照未在权利要求中特别记载和/或未在说明书中公开的方式进行组合。虽然下面所列的每个从属权利要求可直接从属于仅一个权利要求，但是可能实施方式的公开内容包括每个从属权利要求与权利要求组中的每个其它权利要求的组合。
本文中使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要，除非如此明确描述。而且，如本文中使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可与“一个或多个”可互换地使用。此外，如本文中使用的，术语“组”旨在包括一个或多个项目（例如，相关的项目、无关的项目、相关的项目和无关的项目的组合等），并且可与“一个或多个”可互换地使用。在旨在仅一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。而且，如本文中使用的，术语“具有”或类似术语旨在是开放式术语。另外，短语“基于”旨在表示“至少部分基于”，除非另外明确阐明。

Claims (20)

1.一种磁传感器，包括：
一个或多个感测元件，配置成：
感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量；
感测对应于所述磁场的第二轴的第二磁场分量；
确定限定与所述磁体相关联的可移动物体的潜在位置的信息，其中所述可移动物体围绕轴线性移动，并且所述磁体与所述可移动物体一起移动，
潜在位置中的每个潜在位置由针对第一磁场分量的第一磁场范围和针对第二磁场分量的第二磁场范围限定；
基于第一磁场分量、第二磁场分量和限定所述潜在位置的所述信息来标识可移动物体的位置；以及
基于标识可移动物体的位置来提供输出。
2.权利要求1的磁传感器，其中当标识可移动物体的位置时所述一个或多个感测元件配置成：
确定第一磁场分量在对应于所述潜在位置中的特定潜在位置的第一磁场范围内；
确定第二磁场分量在对应于所述特定潜在位置的第二磁场范围内；以及
基于确定第一磁场分量在第一磁场范围内并且第二磁场分量在第二磁场范围内来把所述位置标识为所述特定潜在位置。
3.权利要求2的磁传感器，其中所述一个或多个感测元件当提供所述输出时：
基于把所述位置标识为所述特定潜在位置来提供可移动物体处于有效位置的指示。
4.权利要求1的磁传感器，其中所述一个或多个感测元件还配置成：
感测对应于磁场的第三轴的第三磁场分量；以及
其中所述一个或多个感测元件当标识可移动物体的位置时被配置成：
基于第一磁场分量、第二磁场分量、第三磁场分量和限定所述潜在位置的所述信息来标识所述可移动物体的位置，
其中所述潜在位置中的每个潜在位置还由针对第三磁场分量的第三磁场范围限定。
5.权利要求4的磁传感器，其中第一轴基本上正交于第二轴和第三轴，并且第二轴基本上正交于第三轴。
6.权利要求4的磁传感器，其中第一轴基本上正交于第二轴，并且第三轴在由第一轴和第二轴形成的平面上与第一轴或第二轴成X度，其中0<X<90。
7.权利要求4的磁传感器，其中第三轴不是与第一轴和第二轴线性无关的。
8.权利要求7的磁传感器，其中第三磁场分量提供与标识可移动物体的位置相关联的冗余。
9.权利要求4的磁传感器，其中所述一个或多个感测元件包括一种类型的感测元件，所述类型的感测元件被配置成感测相对于所述一个或多个感测元件的表面基本上平行的磁场的分量。
10.权利要求9的磁传感器，其中所述类型的感测元件包括基于霍尔的传感器、基于磁阻的传感器（xMR）或基于感应的传感器。
11.一种系统，包括：
磁传感器，被配置成：
感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量；
感测对应于所述磁场的第二轴的第二磁场分量；
确定限定与所述磁体连接的可移动物体的潜在位置的信息，其中所述可移动物体围绕轴线性移动，并且所述磁体与所述可移动物体一起移动，
所述潜在位置中的每个潜在位置由针对第一磁场分量的第一磁场范围和针对第二磁场分量的第二磁场范围限定；
基于第一磁场分量或第二磁场分量和限定所述潜在位置的所述信息来标识所述可移动物体的位置；以及
提供输出，所述输出包括标识所述可移动物体的位置的信息。
12.权利要求11的系统，其中磁传感器当标识可移动物体的位置时被配置成：
确定第一磁场分量在对应于所述潜在位置中的特定潜在位置的第一磁场范围内；
确定第二磁场分量在对应于所述特定潜在位置的第二磁场范围内；以及
基于确定第一磁场分量在第一磁场范围内并且第二磁场分量在第二磁场范围内来把所述位置标识为所述特定潜在位置。
13.权利要求11的系统，其中磁传感器配置成基于以下各项中的至少一项来感测第一磁场分量和第二磁场分量：霍尔效应、隧道磁阻（TMR）效应、巨磁阻（GMR）效应、各向异性磁阻（AMR）效应或可变磁阻（VR）效应。
14.权利要求11的系统，其中第一轴基本上正交于第二轴。
15.权利要求11的系统，其中磁传感器包括在单个集成电路上包括的一个或多个感测元件。
16.权利要求11的系统，其中所述磁体包括永磁体、电磁体、永磁体和电磁体的组合，
所述磁体产生静态磁场或动态磁场。
17.一种磁传感器，包括：
一个或多个感测元件，配置成：
感测对应于由磁体产生的磁场的第一轴的第一磁场分量；
感测对应于所述磁场的第二轴的第二磁场分量；
感测对应于所述磁场的第三轴的第三磁场分量；
确定限定与所述磁体相关联的可移动物体的潜在位置的信息，其中所述可移动物体围绕轴线性移动，并且所述磁体与所述可移动物体一起移动，
所述潜在位置中的每个潜在位置由针对第一磁场分量的第一磁场范围、针对第二磁场分量的第二磁场范围、和针对第三磁场分量的第三磁场范围限定；
基于第一磁场分量、第二磁场分量、或第三磁场分量和限定所述潜在位置的所述信息来标识所述可移动物体的位置；以及
基于标识所述可移动物体的位置来提供输出。
18.权利要求17的磁传感器，其中第一轴基本上正交于第二轴和第三轴，并且第二轴基本上正交于第三轴。
19.权利要求17的磁传感器，其中第一轴基本上正交于第二轴，并且第三轴基本上不正交于第一轴或第二轴。
20.权利要求17的磁传感器，其中所述一个或多个感测元件包括一种类型的感测元件，所述类型的感测元件被配置成感测相对于所述一个或多个感测元件的表面基本上垂直的磁场的分量。
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