CN108981757B - 磁性多媒体控制元件 - Google Patents

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Abstract

本公开一般地涉及磁性多媒体控制元件，具体地，涉及一种磁性传感器，该磁性传感器可包括一组元件来检测由磁体所生成的磁场的一组磁场强度，并且基于该组磁场强度确定对象相对于对象移动的多个自由度的状态。磁体可以连接至对象，使得磁体的中心与对象的旋转轴偏移，并且使得当对象处于非倾斜位置时，磁体相对于基本上垂直于旋转轴的方向成角度。当对象处于非倾斜位置时，磁性传感器可以基本以对象的旋转轴为中心。

Description

磁性多媒体控制元件
技术领域
本公开一般地涉及控制元件，具体地，涉及磁性传感器，以及包括磁性传感器的装置和系统。
背景技术
磁性传感器能够感测施加给磁性传感器的磁场的多个(例如，垂直)分量，诸如x分量、y分量和z分量。例如，在诸如汽车应用、工业应用或消费者应用的多种应用中，磁性传感器可用于检测连接至对象的磁体的移动、位置、旋转角度等。
发明内容
根据一些可能的实施方式，磁性传感器可包括一组元件，用以：检测由磁体所生成的磁场的一组磁场强度；以及基于一组磁场强度确定对象相对于对象移动的多个自由度的状态，其中，磁体连接至对象，使得当对象处于非倾斜位置时，磁体的中心从对象的旋转轴偏移，并且使得磁体相对于基本上垂直于旋转轴的方向成角度，并且其中，当对象处于非倾斜位置时，磁性传感器基本上以对象的旋转轴为中心。
根据一些可能的实施方式，一种装置可以包括：磁体，连接至能够相对于多个自由度定位的对象，其中，磁体连接至对象，使得磁体的中心从对象的旋转轴偏移，并且使得磁体相对于垂直于旋转轴的方向成角度；以及磁性传感器，基于由磁体所生成的磁场的一组磁场强度相对于多个自由度确定对象的状态，其中当对象处于非倾斜位置时，磁性传感器基本上以旋转轴为中心。
根据一些可能的实施方式，一种系统可以包括：对象，能够相对于多个自由度定位；磁体，不对称地连接至对象，使得磁体的中心从对象的旋转轴偏移，并且使得磁体相对于基本上垂直于旋转轴的方向成角度；以及磁性传感器，基于由磁体施加于磁性传感器的磁场相对于多个自由度确定对象的状态，当对象处于非倾斜位置时，磁性传感器基本上以旋转轴为中心。
附图说明
图1是本文中所描述示例性实施方式的概述的示图；
图2A和图2B是可实施本文中所描述系统和/或方法的示例性环境的示图；
图3是包括在图2的示例性环境中的磁性传感器的示例性元件的示图；
图4A至图4E是与本文中所描述的磁性传感器系统的示例性实施方式相关联的示图；以及
图5是用于使用本文中所描述磁性传感器系统确定对象的状态的示例性处理的流程图。
具体实施方式
参照附图进行示例性实施方式的以下详细描述。不同附图中的相同参考标号可以标识相同或类似的元件。
对象的倾斜位置、线性位置和旋转位置(本文中统称为对象的“状态“)可以在给定应用中是感兴趣的。例如，包括在车辆中的控制元件可以允许用户(例如，汽车的驾驶员)通过操纵控制元件的状态来控制车辆的一个或多个系统(例如，多媒体系统、导航系统、音频系统、电话系统等)。
在一些情况下，对象可以相对于四个自由度来定位：相对于第一方向(例如，x方向)的倾斜位置、相对于第二方向(例如，y方向)的倾斜位置、沿着第三方向的线性位置(例如，沿着z方向的“按钮”位置)以及旋转位置(例如，当相对于第一方向或第二方向不倾斜时、当相对于第一方向和/或第二方向倾斜时、当沿着第三方向处于按钮位置时、当沿着第三方向不处于按钮位置时等)。
在这种情况下，可以实施多个传感器系统(有时使用不同的感测原理)，以便检测对象的状态。例如，光学传感器系统(例如，包括光电二极管、光波导、发光二极管等的一对光学传感器系统)可用于检测对象相对于第一方向和第二方向的倾斜，包括一组触觉开关的传感器系统可用于检测沿着第三方向的位置(即，控制元件是处于按钮位置还是不处于按钮位置)，以及增量式光学编码传感器系统可用于检测对象的旋转位置。然而，实施这些多个传感器系统会伴随巨大的成本和/或复杂度。
本文中所描述的实施方式提供了一种磁性传感器系统，包括单个磁性传感器和单个磁体，该磁性传感器系统能够检测对象相对于四个自由度的状态：相对于第一方向的倾斜、相对于第二方向的倾斜、沿着第三方向的位置以及旋转位置(例如，在与第一方向和第二方向相关联的平面上)。
这里，由于需要单个磁性传感器和单个磁体，所以磁性传感器系统降低了复杂度和/或降低了成本(例如，与使用多个传感器系统来检测对象状态的实施方式相比)。此外，磁性传感器系统提供了对象状态的绝对编码，从而降低了复杂度和/或增加了检测对象状态的可靠性。此外，归因于使用了磁性感测原理，本文中所描述的磁性传感器系统增加了寿命(例如，归因于无接触，并且因此为无磨损操作)，增加了用于小型化的潜力，并且增加了例如相对于温度变化和灰尘的鲁棒性。
图1是本文中所描述的示例性实施方式100的概述的示图。如图1所示，对象可被定位于通过四个自由度所描述的状态，包括(1)相对于x方向的倾斜位置、(2)相对于y方向的倾斜位置、(3)相对于z方向的线性(或推动)位置以及(4)相对于(近似)xy平面的旋转位置。如上文所描述，对象的状态可以在给定应用中是感兴趣的，诸如当对象是控制元件的一部分时，该控制元件允许用户例如控制汽车中的系统。
进一步如图1所示，磁体可以不对称地连接至对象。例如，如图1的左部所示，磁体的中心可以从对象的旋转轴偏移特定距离。此外，如图1的右部所示，磁体可以被布置为使得磁体绕着磁体的中心旋转特定的磁体角度(即，使得分离磁体的极点的平面不垂直于x方向或y方向)。
进一步如图所示，磁性传感器可以相对于对象和磁体布置。例如，如图1的左部所示，磁性传感器可被布置为使得磁性传感器以旋转轴为中心(例如，当对象不倾斜时)。如进一步所示，磁性传感器可以被布置为使得磁性传感器与磁体分离特定距离的气隙(例如，当对象不倾斜时)。
在操作期间，磁性传感器可以感测由磁体所生成的磁场的分量(例如，x分量、y分量和z分量)。注意，在图1中，磁性传感器可以基于磁场的感测分量确定对象相对于四个自由度的状态。例如，磁性传感器可以基于映射信息来确定对象的状态，该映射信息将对象的可能状态与三维磁性空间内的磁场强度的对应集合相关联。这里，作为磁体相对于对象和磁性传感器的不对称安装的结果，可以唯一地在三维磁性空间中表示对象的每个可能状态。下文描述关于磁性传感器系统的布置和操作的附加细节。
以这种方式，包括单个磁性传感器和单个磁体的磁性传感器系统可以确定对象相对于多个自由度的状态。例如，多个自由度可以包括相对于第一方向的倾斜、相对于第二方向的倾斜、沿着第三方向的位置以及旋转位置(例如，在与第一方向和第二方向相关联的平面上)。
如文上所指示，图1仅仅被提供作为一个示例。其他示例也是可能的，并且可以不同于图1所描述的。
图2A和图2B是其中可实施本文所描述装置的示例性环境200的示图。如图2A所示，环境200可以包括可相对于倾斜中心210和旋转轴212(如下文所描述)定位(例如，经由倾斜、线性移动和/或旋转)的对象205、连接至(例如，机械连接)对象205的磁体215、磁性传感器220和控制器225。
对象205包括其状态(例如，倾斜位置、线性位置、旋转位置等)针对给定应用是感兴趣的对象。例如，对象205可以包括例如包括在车辆中的用于控制系统(诸如多媒体系统、导航系统、音频系统、电话系统等)的控制元件(例如，操纵杆、旋钮、刻度盘、方向盘、按钮或它们的任何组合)。在一些实施方式中，如下文所描述，对象205连接至(例如，附接至、耦合、固定、嵌入等)磁体215。
在一些实施方式中，对象205能够相对于第一方向(例如，x方向)和第二方向(例如，基本垂直于第一方向的方向，诸如y方向)倾斜，使得对象205可以处于多个位置。例如，如图2A所示，如果对象205不相对于x方向或y方向倾斜，则对象205可以处于非倾斜位置(T0)。如图所示，如果对象205相对于x方向在第一方向上倾斜(如图2A所示的左边方向)，则对象205可以处于第一x倾斜位置(Tx1)。如进一步所示，如果对象205相对于x方向在第二方向上倾斜(如图2A所示的右边方向)，则对象205可以处于第二x倾斜位置(Tx2)。类似地，虽然没有示出，但如果对象205相对于y方向在第一方向上倾斜(例如，进入图2A的页面)，则对象205可以处于第一y倾斜位置(Ty1)，以及如果对象205相对于y方向在第二方向上倾斜(例如，从图2A的页面出来)，则对象205可以处于第二y倾斜位置(Ty2)。换而言之，在一些实施方式中，对象205能够被定位于多个倾斜位置(例如，三个倾斜位置、五个倾斜位置、九个倾斜位置等)。例如，在示例性环境200中，对象205能够被定位于五个倾斜位置(例如，T0、Tx1、Tx2、Ty1和Ty2)。
在一些实施方式中，对象205能够沿着第三方向(例如，基本上垂直于x方向和y方向的方向，诸如z方向)被定位于至少两个线性位置。例如，如图2A所示，如果对象205不处于推动位置(例如，当控制元件没有按压到按钮位置)，则对象205可以沿着z方向处于第一线性位置(Pz1)。如进一步所示，如果对象205处于推动位置(例如，当控制元件被按压到按钮位置)，则对象205可以沿着z方向处于第二线性位置(Pz2)。
在一些实施方式中，仅当对象205被定位在倾斜位置T0时，对象205可以处于线性位置PZ2(即，仅当对象205不倾斜时才能够使能按钮)。备选地，在一些实施方式中，当对象205相对于x方向和/或y方向倾斜时，对象205可以处于推动位置。在一些实施方式中，对象205能够被定位于多个线性位置(例如，两个线性位置、三个线性位置、五个线性位置等)。例如，在示例性环境200中，对象205能够被定位于两个线性位置(例如，Pz1和Pz2)。
如图2B所示，在一些实施方式中，对象205能够绕着旋转轴212(例如，基本上与z方向平行(即，对齐)且穿过倾斜中心210的轴)旋转，使得对象205可以被定位于多个旋转位置。例如，对象205可以被定位于n(n>1)个旋转位置R1至Rn。在一些实施方式中，旋转位置的数目例如可以为8个、16个、32个、44个等。在图2B中，对象205处于32个可能旋转位置的特定旋转位置Rn。如图2A所示，在一些实施方式中，n个旋转位置中的每一个都可以绕着旋转轴212均匀隔开。备选地，n个旋转位置中的两个以上的旋转位置可以绕着旋转轴212不均匀地隔开。在一些实施方式中，当对象205处于任何倾斜位置和/或任何线性位置时，对象205可以处于n个旋转位置中的任一个。
在一些实施方式中，对象205可以处于多个状态中的一个，其中，每个状态与倾斜位置、线性位置和/或旋转位置相关联，例如，使用上文所描述的示例，假设在给定时间，对象205可以处于推动位置或非推动位置，并且在非推动位置中时，对象205还可以处于5个倾斜位置中的一个和32个旋转位置中的一个(假设当对象205处于推动位置时，倾斜位置和旋转位置不是感兴趣的)。在该示例中，对象205具有161个可能状态(例如，1+(32×5)＝161)。在一些实施方式中，如下文所描述，对象205的每个可能状态可以被映射到一组对应的磁场强度，以便允许基于感测由磁体215所产生的磁场的分量来确定对象205的状态。
如本文中所描述，磁体215包括连接至(例如，附接、耦合、固定等)对象205的磁体，使得磁体215的状态对应于对象205的状态。在一些实施方式中，磁体215包括形成北极(N)的第一半和形成南极(S)的第二半，使得磁体215包括一个极对。例如，如图2A和图2B所示，磁体215可以包括径向磁化的磁体，在磁体215的第一半上具有北极且在磁体215的第二半上具有南极。作为另一示例，磁体215可以包括轴向磁化的磁体，在磁体215的第一半上具有北极，其堆叠(例如，沿着x方向)在磁体215的第二半上的南极上(未示出)。附加地或备选地，磁体215可以包括偶极磁体(例如，偶极条形磁体、圆形偶极磁体、椭圆形偶极磁体等)、永久磁体、电磁体、磁带等。在一些实施方式中，不限制地，磁体215可以包括多于一个的极对。
在一些实施方式中，磁体215可以包括铁磁材料(例如，硬铁氧体)，并且可以产生磁场。在一些实施方式中，磁体215还可以包括稀土磁体，其归因于稀土磁体固有的高磁场强度而是有利的。在一些实施方式中，磁铁215可以是均匀磁化磁体，其具有150毫特斯拉(mT)至近似1400mT(诸如1000mT)的范围内的剩余电感(Br)。
在一些实施方式中，磁体215的尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、半径等)可以在近似1毫米(mm)至近似15mm的范围内，诸如3mm。作为一个具体示例，磁体215可以具有近似3mm的长度、宽度和高度(即，磁体215可以为3mm×3mm×3mm的立方体)。注意，虽然磁体215在图2A和图2B中被示为具有正方形形状，但磁体215可以具有另一种形状，诸如矩形形状、圆形形状、椭圆形形状、三角形形状、环形形状等。
在一些实施方式中，磁体215可以非对称方式连接至对象205。例如，如图2A和图2B所示，磁体215可以连接至对象205，使得磁体215的中心被布置为与旋转轴212偏移距离do。在一些实施方式中，距离do可以在近似0.2mm至近似5.0mm的范围内，诸如0.5mm。
如图2A进一步所示，磁体215可以被布置为使得倾斜中心210与磁体215的最近表面(例如，图2A中的上表面)相距轴向距离dm。在一些实施方式中，距离dm可以在近似5mm至近似30mm的范围内。在一些实施方式中，如本文所描述，可以选择距离dm，以便在对象205的状态之间提供足够的磁状态分离(例如，磁状态分离允许对象205的每个状态被可靠地映射和/或标识)。例如，假设对象205的每个倾斜位置Tx1、Tx2、Ty1和Ty2相对于旋转轴212具有近似5度的角度(在对应的倾斜方向上)，磁体215为3mm立方体，并且当磁体215在倾斜位置T0与中Tx1、Tx2、Ty1和Ty2的任一个之间移位至少1mm时实现足够的磁状态分离。在该示例中，可以选择距离dm近似为12.6mm，这使得磁体215在倾斜位置T0与任何其他倾斜位置之间移位至少1mm(例如，由于12.6mm×tan(5°)＝1.0mm)。在一些实施方式中，如图2A所示，可以选择距离dm，使得磁体215的表面延伸(例如，在z方向上)超出对象205的表面。备选地，可以选择距离dm，使得磁体215的表面与对象205的表面平齐，或者使得对象205的表面延伸超出磁体215的表面(未示出)。
如图2B所示，磁体215可以被布置为使得磁体215相对于x方向和y方向成角度(例如，相对于x方向和y方向具有磁体角度θM)。在一些实施方式中，磁体角度θM可以在近似10°至近似80°的范围内，诸如近似57°。
在一些实施方式中，如下文所描述，磁体215的不对称安装(例如，以距离do和磁体角度θM来布置)在对象205的状态之间提供了磁状态分离，使得对象205的状态可以可靠地通过磁性传感器220来标识。
磁性传感器220包括一个或多个用于感测用于确定对象205的状态(例如，基于磁体215相对于磁性传感器220的状态)的磁场的分量的装置。例如，磁性传感器220可以包括一个或多个电路(例如，一个或多个集成电路)，它们被操作以感测由磁体215所产生的磁场的x分量、由磁体215所产生的磁场的y分量以及由磁体215所产生的磁场的z分量(即，磁性传感器220可以是3D磁性传感器)。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括集成电路，该集成电路包括集成控制器225(例如，使得磁性传感器220的输出可以包括描述磁体215的状态和/或对象205的状态的信息)。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括感测元件，该感测元件被配置为感测由磁体215所产生的磁场的分量。在一些实施方式中，磁性传感器220能够感测近似150mT的磁场强度，以便增加杂散场鲁棒性(例如，与能够感测小于150mT的磁场强度的磁性传感器相比)。下文参照图3描述关于磁性传感器220的附加细节。
在一些实施方式中，磁性传感器220可以被布置为相对于215处于一定位置，使得磁性传感器220可以检测由磁体215所产生的磁场的分量。例如，如图2A所示，磁性传感器220可以被布置为使得磁性传感器220以旋转轴212为中心，在磁性传感器220与磁体215之间具有气隙距离(da)(例如，当对象处于倾斜位置T0时)。这里，磁性传感器220能够感测由磁体215所产生的磁场的x分量、y分量和z分量。
在一些实施方式中，磁性传感器220可以被配置有与基于磁场的感测分量确定对象205的状态相关联的映射信息。映射信息可以包括与状态相关联的信息(例如，标识与状态相对应的倾斜位置、线性位置和/或旋转位置的信息)以及与状态相对应的一组磁场强度，包括x方向上的磁场强度、y方向上的磁场强度和z方向上的磁场强度。映射信息可以包括用于多种状态的这种信息。例如，使用上文所描述的示例，映射信息可以包括与对象205的161个可能状态以及磁场强度的161个集合相关联的信息，每一个都对应于161个可能状态中的不同状态。在一些实施方式中，在与磁性传感器系统相关联的制造处理、与磁性传感器系统相关联的校准处理、与磁性传感器系统相关联的设置处理等期间，磁性传感器220可以被配置有映射信息。
在操作期间，磁性传感器220可以感测由磁体215所产生的磁场的x分量、由磁体215所产生的磁场的y分量和由磁体215所产生的磁场的z分量。然后，磁性传感器220可以将感测的磁场强度与映射信息进行比较，并且基于该比较确定对象的状态。例如，磁性传感器220可以标识包括在映射信息中的一组磁场强度，该映射信息匹配(例如，在阈值内)磁场的感测分量(例如，一组磁场强度，包括匹配磁场的感测x分量的x方向上的磁场强度、匹配磁场的感测y分量的y方向上的磁场强度以及匹配磁场的感测z分量的z方向上的磁场强度)。在该示例中，磁性传感器220可以确定对象205的状态作为与匹配的映射信息相对应的状态。
控制器225可以包括与确定对象205的状态相关联的一个或多个电路，并且提供与对象205的状态相关联的信息。例如，控制器225可以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225可以接收来自一个或多个传感器(诸如，一个或多个磁性传感器220)的输入信号，可以处理输入信号(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，并且向一个或多个其他设备或系统提供输出信号。例如，控制器225可以接收来自磁性传感器220的一个或多个输入信号，并且可以使用一个或多个输入信号来生成输出信息，该输出信息包括与磁体215连接的对象205的状态。
提供图2A和图2B所示装置的数目和布置作为示例。实际上，与图2A和图2B所示相比，可以存在附加的装置、更少的装置、不同的装置或者不同布置的装置。此外，图2A和图2B所示的两个以上的装置可以在单个装置内实施，或者图2A和图2B所示的单个装置可以被实施为多个分布式装置。附加地或备选地，一组环境200的装置(例如，一个或多个装置)可以执行如由另一组的环境200的装置所执行的所描述的一个或多个所述功能。
图3是包括在图2的示例性环境200中的磁性传感器220的示例性元件的示图。如图所示，磁性传感器220可以包括一组感测元件310、模数转换器(ADC)320、数字信号处理器(DSP)330、任选的存储器元件340和数字接口350。
感测元件310包括用于感测磁性传感器220中存在的磁场的分量(例如，由磁体215所生成的磁场)的元件。例如，感测元件310可以包括基于霍尔的感测元件，该感测元件基于霍尔效应进行操作。作为另一示例，感测元件310可以包括基于MR的感测元件，其元件由磁阻材料(例如，镍-铁(NiFe))组成，其中，磁阻材料的电阻可以取决于磁阻材料处存在的磁场的强度和/或方向。这里，感测元件310可以基于各向异性磁阻(AMR)效应、巨磁阻(GMR)效应、隧穿磁阻(TMR)效应等进行操作。作为一个附加示例，感测元件310可以包括基于可变磁阻(VR)的感测元件，其基于感应进行操作。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括多个感测元件310。例如，磁性传感器220可以包括被操作以感测磁场的x分量的第一感测元件310(例如，包括第一组竖直霍尔板)、被操作以感测磁场的y分量的第二感测元件310(例如，包括第二组竖直霍尔板)以及被操作以感测磁场的z分量的第三感测元件310(例如，包括一组横向霍尔板)。
ADC 320可以包括将来自一组感测元件310的模拟信号转换为数字信号的模数转换器。例如，ADC 320可以将从一组感测元件310接收的模拟信号转换为被DSP 330处理的数字信号。ADC 320可以向DSP 330提供数字信号。在一些实施方式中，磁性传感器220可以包括一个或多个ADC 320。
DSP 330可以包括数字信号处理设备或者数字信号处理设备的集合。在一些实施方式中，DSP 330可以接收来自ADC 320的数字信号，并且可以处理数字信号以形成输出信号(例如，去往图2A所示控制器225)，诸如与确定与可旋转对象一起旋转的磁体215的旋转角度相关联的输出信号。
任选的存储元件340可以包括只读存储器(ROM)(例如，EEPROM)、随机存取存储器(RAM)和/或另一种类型的动态或静态存储设备(例如，闪存、磁性存储器、光学存储器等)，其存储由磁性传感器220所使用的信息和/或指令。在一些实施方式中，任选的存储器元件340可以存储与由DSP 330所执行的处理相关联的信息。附加地或备选地，任选的存储元件340可以存储用于一组感测元件310的配置值或参数，和/或用于磁性传感器220的一个或多个其他元件(诸如ADC 320或数字接口350)的信息。
数字接口350可以包括接口，磁性传感器220经由该接口可接收来自诸如控制器225的另一设备的信息和/或向诸如控制器225的另一设备提供信息(参见图2A)。例如，数字接口350可以向控制器225提供由DSP 330所确定的输出信号，并且可进一步接收来自控制器225的信息。
提供图3所示的元件的数目和布置作为一个示例。实际上，与图3所示相比，磁性传感器220可以包括附加元件、更少的元件、不同的元件或不同布置的元件。附加地或备选地，磁性传感器220的一组元件(例如，一个或多个元件)可以执行描述为由磁性传感器220的另一组元件所执行的一个或多个功能。
图4A至图4E是与本文中所描述磁性传感器系统的一个示例性实施方式相关联的示图。图4A至图4E与本文中所描述的磁性传感器系统的示例性仿真400相关联。为了示例性仿真400的目的，如上文所描述，对象205可以被定位于五个倾斜位置(例如，T0、Tx1、Tx2、Ty1和Ty2，其中，T0、Tx1、Tx2、Ty1和Ty2中的每一个都近似为相对于T0倾斜5°)中的一个、两个线性位置(例如，Pz1和Pz2)中的一个和/或32个旋转位置(例如，R1至R32)中的一个。这里，如上文关于图2A所描述，假设对象205的161个状态在给定应用中是感兴趣的。此外，磁体215是具有1000mT的剩余感应的直径磁化3mm的立方体形状的磁体，其被布置为与旋转轴212相距0.876mm的距离do、与倾斜中心210相距12.6mm的距离dm(例如，以便提供磁体215至少1mm的倾斜位移)以及57°的磁体角度θM。最后，磁性传感器220以旋转轴212为中心，具有1.5mm的气隙距离da(例如，当对象205不倾斜时)。
图4A是示出在三维磁性空间中所映射的对象205的状态的一个示例性图形表示。在图4A中，每个符号环对应于不同的倾斜位置，并且每个环上的每个符号对应于不同的旋转位置。例如，如图所示，包括黑色正方形的环对应于倾斜位置T0，并且每个黑色正方形对应于当处于倾斜位置T0时对象205的32个可能旋转位置中的一个。如进一步所示，包括白色圆形标记的环对应于倾斜位置Tx1，并且每个标记对应于当处于倾斜位置Tx1时对象205的32个可能旋转位置中的一个。包括黑色圆形标记的环对应于倾斜位置Tx2，并且每个标记对应于当处于倾斜位置Tx2时对象205的32个可能旋转位置中的一个。如进一步所示，包括白色三角形的环对应于倾斜位置Ty1，并且每个标记对应于当处于倾斜位置Ty1时对象205的32个可能旋转位置中的一个。包括白色正方形标记的环对应于倾斜位置Ty2，并且每个标记对应于当处于倾斜位置Ty2时对象205的32个可能旋转位置中的一个。
在图4A中，通过三维磁性空间中的不同点来表示当对象205不处于推动位置时对象205的60个可能状态中的每一个(例如，当对象205处于线性位置Pz1时，五个倾斜位置中任一个处的32个旋转位置中的任一个)，其中，如图所示，通过x方向、y方向和z方向上的磁场强度来限定每个点。因此，对象205的每个状态可以被映射到不同组的磁场强度。在图4A中，在磁性空间中，给定点与每一个其他点隔离至少9.3mT，这是足够的磁状态分离以允许对象205的状态的可靠确定。在一些实施方式中，即使当对象205被定位于更多数目的旋转位置时，也可以类似地实现足够的磁状态分离(即，最小分离可以小于9.3mT，诸如近似1mT以上的分离)。例如，如果对象205能够以类似布置被定位于44个(例如，而非32个)旋转位置中，则存在222个可能状态(例如，由附加的旋转位置致使160个可能状态加上60个附加可能状态)中的每一个，在磁性空间中，给定点与每个其他点分离至少近似6.3mT，这可以是足够的磁状态分离以允许对象205的状态的可靠确定。
图4B、图4C和图4D是分别用于x方向、y方向和z方向上的磁场强度的与图4A相对应的一维磁性空间的示例性图形表示。
图4E与示例性仿真400相关联的仿真磁性传感器系统的试验结果450相关联。如图4E所示，试验结果450接近匹配图4A的示例性仿真400。
注意，上文所描述的磁性空间不包括当对象205处于推动位置时(例如，当对象205处于位置Pz2时)的感测磁场的表示。然而，当对象205处于推动位置时，与对象205不处于推动位置时相比，磁性传感器220处的磁场的z分量的强度可以被增加(例如，由于磁性传感器220与磁体215之间的气隙可以被减小)。在这种情况下，磁性传感器220可以基于确定磁场的z分量满足按钮阈值(例如，处于或高于特定的磁场强度)来确定对象205处于推动位置，其中，按钮阈值足够高使得在对象205不处于推动位置时不满足按钮阈值。在一些实施方式中，磁性传感器220可以首先确定对象205是否处于推动位置(例如，基于按钮阈值)，如果不处于，则可以基于与其他可能位置相关联的映射信息来确定状态。
如上文所指示，提供图4A至图4E仅仅作为示例。其他示例也是可能的，并且可以不同于关于图4A至图4E所描述的。
图5是用于使用本文所描述的磁性传感器系统确定对象205的状态的示例性处理500的流程图。在一些实施方式中，图5中的一个或多个处理方框可以通过磁性传感器220来执行。在一些实施方式中，图5的一个或多个处理方框可以通过另一设备或者与磁性传感器220分离或包括磁性传感器220的设备组(诸如控制器225)来执行。
如图5所示，处理500可以包括感测由磁体所生成的磁场的分量，其中，磁体连接至能够相对于多个自由度定位的对象(方框510)。例如，磁性传感器220可以感测由磁体215所生成的磁场的分量(例如，包括x分量、y分量和z分量)，其中，如上文所描述，磁体215连接至能够相对于多个自由度定位的对象205。
如图5进一步所示，处理500可以包括基于磁场的分量确定对象相对于多个自由度的状态(方框520)。例如，磁性传感器220可以基于磁场的分量确定对象205相对于多个自由度的状态。
在一些实施方式中，磁性传感器220可以基于针对磁性传感器220配置的按钮阈值和/或映射信息来确定对象205的状态。例如，假设对象205可处于推动位置或非推动位置，并且在于，当处于非推动位置时，对象205可以处于多个倾斜位置中的一个以及多个旋转位置中的一个(假设当对象205处于推动位置时，倾斜位置和旋转位置不是感兴趣的)。在该示例中，磁性传感器220可以将磁场的幅度与按钮阈值进行比较。这里，如果磁场的幅度满足按钮阈值(例如，如果幅度的值大于或等于按钮阈值)，则磁性传感器220可以确定对象205的状态为处于推动位置。
备选地，如果磁场的幅度不满足按钮阈值(例如，如果幅度的值小于按钮阈值)，则磁性传感器220可以确定对象205不处于推动位置(即，按钮不被使能)。然后，如上文所描述，磁性传感器220可以将磁场的分量与映射信息(该映射信息将一组磁场强度与对象205的特定状态相关联)进行比较，并且可以基于标识与磁场分量相匹配的一组磁场强度来确定对象205的状态。
作为另一示例，假设对象205可以处于推动位置或非推动位置，并且在于，当处于推动位置或非推动位置，对象205可以处于多个倾斜位置中的一个和多个旋转位置中的一个(假设当对象205处于推动位置时，倾斜位置和旋转位置是感兴趣的)。在该示例中，如上文所描述，磁性传感器220可以将磁场的分量与映射信息(该映射信息将一组磁场强度与对象205的特定状态相关联)进行比较，并且可以基于标识与磁场分量匹配的一组磁场强度来确定对象205的状态。
如图5进一步所示，处理500可以包括提供与对象的状态相关联的信息(方框530)。例如，磁性传感器220可以提供与对象205的状态相关联的信息。
在一些实施方式中，与对象205的状态相关联的信息可以包括标识对象205的状态的信息、标识磁场的一个或多个感测分量的磁场强度的信息、标识磁性传感器220的信息等。
在一些实施方式中，磁性传感器220可以向控制器225提供与对象205的状态相关联的信息(例如，使得可以基于对象205的状态来控制系统)。
尽管图5示出了处理500的示例性方框，但在一些实施方式中，与图5所描绘的相比，处理500可以包括附加方框、更少的方框、不同的方框或者不同布置的方框。附加地或备选地，可以并行地执行处理500的两个以上的方框。
本文中所描述的实施方式提供了一种传感器系统，包括单个磁性传感器和单个磁体，该传感器系统能够检测对象相对于多个自由度(例如，四个)的状态，诸如相对于第一方向的倾斜、相对于第二方向的倾斜、沿着第三方向的位置以及旋转位置。由于使用了单个磁性传感器和单个磁体，所以本文中所描述的传感器系统降低了复杂度和/或降低了成本(例如，与使用多个传感器系统来检测对象状态的实施方式相比)。此外，本文中所描述的传感器系统提供了对象状态的绝对编码，从而降低了检测对象状态的复杂度和/或增加了检测对象状态的可靠性。此外，归因于磁性感测原理的使用，本文中所描述的传感器系统增加了寿命(例如，归因于无接触并且因此无损耗的操作)、增加了小型化的潜力并且增加了例如针对温度和灰尘的鲁棒性)。
前面的公开提供了说明和描述，但并不旨在排他性的或者不旨在将实施方式限于所公开的精确形式。按照上文公开进行修改和变化是可能的，或者可以根据实施方式的实践来要求修改和变化。
本文中所描述的一些实施方式与阈值相关。如本文所使用的，满足阈值可以指代大于阈值、多于阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等的值。
即使在权利要求中叙述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但这些组合不旨在限制可能实施方式的公开。实际上，这些特征中的许多特征可以不在权利要求中具体叙述和/或在说明书中公开的方式来组合。尽管下文列出的每个从属权利要求仅从属于一个权利要求，但可能实施方式的公开包括每个从属权利要求与一组权利要求中的每一个其他权利要求的组合。
本文中使用的元件、动作或指示不应该被构造为关键性的或必要的，除非另外明确描述为如此。此外，如本文中所使用，数量词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文中所使用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关项目和不相关项目的组合等)，并且可与“一个或多个”互换使用。在仅期望一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文中所使用，术语“具有”等是开放性术语。此外，措辞“基于”旨在意指“至少部分地基于”，除非另有明确声明。

Claims (20)

1.一种磁性传感器，包括：
一组元件，用以：
检测由磁体所生成的磁场的一组磁场强度；并且
基于所述一组磁场强度确定对象相对于对象移动的多个自由度的状态，
所述磁体连接至所述对象，使得所述磁体的中心与所述对象的旋转轴偏移，并且使得当所述对象处于非倾斜位置时，所述磁体相对于垂直于所述旋转轴的方向成角度，并且
当所述对象处于所述非倾斜位置时，所述磁性传感器以所述对象的所述旋转轴为中心。
2.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述对象移动的多个自由度包括以下中的至少两个：
相对于x方向的倾斜位置；
相对于y方向的倾斜位置；
相对于z方向的线性位置；以及
绕着所述对象的所述旋转轴的旋转位置，
所述x方向垂直于所述y方向，
所述z方向垂直于所述x方向和所述y方向，并且
当所述对象处于非倾斜位置时，所述对象的所述旋转轴与所述z方向对齐。
3.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述对象的所述状态基于所述一组磁场强度来被映射到三维磁性空间中的点，
所述一组磁场强度包括x方向上的磁场强度、y方向上的磁场强度以及z方向上的磁场强度。
4.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述磁体的中心与所述磁体的旋转轴偏移的距离在0.2毫米到5.0毫米的范围内。
5.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述磁体相对于所述方向所成角度的角度在10度到80度的范围内。
6.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，与所述对象相关联的倾斜的中心到所述磁体的表面的距离在5毫米到30毫米的范围内。
7.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述磁体具有150毫特斯拉到1400毫特斯拉的范围内的剩余电感。
8.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述磁体具有1毫米至15毫米的范围内的尺寸。
9.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述磁性传感器感测近似150毫特斯拉的磁场强度。
10.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中，所述对象是包括在车辆中的控制元件。
11.一种装置，包括：
磁体，连接至相对于多个自由度被定位的对象，
所述磁体连接至所述对象，使得所述磁体的中心与所述对象的旋转轴偏移，并且使得所述磁体相对于垂直于所述旋转轴的方向成角度；以及
磁性传感器，用以：
基于由所述磁体所生成的磁场的一组磁场强度确定所述对象相对于所述多个自由度的状态，
当所述对象处于非倾斜位置时，所述磁性传感器以所述旋转轴为中心。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述多个自由度包括相对于x方向的倾斜位置、相对于y方向的倾斜位置、相对于z方向的线性位置以及相对于所述对象的所述旋转轴的旋转位置。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述对象的所述状态基于所述一组磁场强度来被映射到三维磁性空间中的点，
所述一组磁场强度包括x方向上的磁场强度、y方向上的磁场强度以及z方向上的磁场强度。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，与所述状态相关联的点和与另一状态相关联的另一点之间的磁状态分离大于或等于1毫特斯拉。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述磁体的中心与所述旋转轴偏移的距离近似等于0.9毫米。
16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述磁体相对于所述方向所成角度的角度近似等于57度。
17.根据权利要求11所述的装置，其中，从与所述对象相关联的倾斜的中心到所述磁体的表面的距离近似等于12.6毫米。
18.根据权利要求11所述的装置，其中，所述磁体具有近似等于1000毫特斯拉的剩余电感，并且所述磁性传感器感测近似150毫特斯拉的磁场强度。
19.根据权利要求11所述的装置，其中，所述对象与多媒体控制元件相关联。
20.一种系统，包括：
对象，相对于多个自由度被定位；
磁体，不对称地连接至所述对象，使得所述磁体的中心与所述对象的旋转轴偏移，并且使得所述磁体相对于垂直于所述旋转轴的方向成角度；以及
磁性传感器，基于由所述磁体施加于所述磁性传感器的磁场确定所述对象相对于所述多个自由度的状态，
当所述对象处于非倾斜位置时，所述磁性传感器以所述旋转轴为中心。
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