CN109586702A - 用于感测旋转主体的设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于感测旋转主体的设备，所述设备包括：多个待检测单元，设置在所述旋转主体上；至少两个感测线圈，被设置为面对所述多个待检测单元；振荡单元，包括分别连接到所述至少两个感测线圈以形成至少两个振荡电路的至少两个电容器；以及旋转信息计算器，被配置为对分别从所述至少两个振荡电路输出的至少两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。

Description

用于感测旋转主体的设备
本申请要求于2017年9月28日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0126178号韩国专利申请、于2017年11月17日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0154182号韩国专利申请和于2018年5月31日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0062965号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
本申请涉及一种用于感测旋转主体的设备。
背景技术
旋转主体已经用于诸如马达和可穿戴装置的轮式开关的各种装置中。已经存在使这样的装置更小和更薄的趋势。此外，这样的装置已经包括了用于感测旋转主体的位置和旋转主体的细小位移的感测电路。
发明内容
提供本发明内容以按照简化的形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步描述的所选择的发明构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种用于感测旋转主体的设备包括：多个待检测单元，设置在所述旋转主体上；至少两个感测线圈，面对所述多个待检测单元；振荡单元，包括分别连接到所述至少两个感测线圈以形成至少两个振荡电路的至少两个电容器；以及旋转信息计算器，被配置为对分别从所述至少两个振荡电路输出的至少两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
所述旋转信息计算器还可被配置为响应于所述第一计数值的增大而产生第一计数增大值，响应于所述第一计数值的减小而产生第一计数减小值，响应于所述第二计数值的增大而产生第二计数增大值，并且响应于所述第二计数值的减小而产生第二计数减小值。
所述旋转信息计算器还可被配置为基于所述第一计数增大值、所述第一计数减小值、所述第二计数增大值、所述第二计数减小值以及所述至少两个感测线圈之间的设置关系来计算所述旋转主体的所述旋转方向。
所述旋转信息计算器还可被配置为基于通过将所述第一计数值和所述第二计数值之间的差值与多个比较值进行比较产生的输出信号来计算所述旋转主体的旋转角度和所述旋转主体的角速度中的任意一者或两者。
所述多个比较值可以在所述差值的最大值与最小值之间。
所述多个比较值中的两个相邻的比较值之间的差可等于所述多个比较值中的与所述最大值相邻的比较值与所述最大值之间的差的两倍或者所述多个比较值中的与所述最小值相邻的比较值与所述最小值之间的差的两倍。
所述旋转信息计算器还可被配置为通过所述输出信号的高电平和低电平的区间间隔计算所述旋转主体的所述旋转角度。
所述旋转信息计算器还可被配置为基于所述输出信号的频率来计算所述旋转主体的所述角速度。
所述旋转信息计算器还可被配置为基于所述第一计数值与所述第二计数值之间的差值的最大值和最小值来计算所述旋转主体的角速度。
所述至少两个感测线圈中的每个的尺寸和所述至少两个感测线圈之间的间隔可等于用于感测所述旋转主体的旋转的目标感测角度的倍数。
所述多个待检测单元中的每个的尺寸和所述多个待检测单元之间的间隔可等于所述至少两个感测线圈的数量和所述至少两个感测线圈中的每个的尺寸的乘积。
在另一总体方面，一种用于感测旋转主体的设备包括：第一待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有第一相位的多个图案；第二待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有与所述第一相位不同的第二相位的多个图案；第一感测线圈，面对所述第一待检测单元；第二感测线圈，面对所述第二待检测单元；振荡器，包括连接到所述第一感测线圈以形成第一振荡电路的第一电容器和连接到所述第二感测线圈以形成第二振荡电路的第二电容器；以及旋转信息计算器，被配置为对从所述第一振荡电路输出的第一振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值，对从所述第二振荡电路输出的第二振荡信号的频率进行计数以产生第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
所述第一待检测单元的所述多个图案的区域和所述第二待检测单元的所述多个图案的区域可在所述旋转主体的轴向方向上彼此部分地重叠。
所述区域的尺寸可等于所述第一感测线圈和所述第二感测线圈的尺寸。
所述第一感测线圈和所述第二感测线圈的尺寸可等于用于感测所述旋转主体的旋转的目标感测角度。
所述第一待检测单元的所述多个图案中的一个图案的尺寸可等于所述第一感测线圈的所述尺寸的两倍，所述第二待检测单元的所述多个图案中的一个图案的尺寸可等于所述第二感测线圈的所述尺寸的两倍。
在另一总体方面，一种用于感测旋转主体的设备包括：多个待检测单元，设置在所述旋转主体上；至少两个振荡电路，结合到所述多个待检测单元并且被配置为分别输出具有随着所述旋转主体旋转而改变的频率的至少两个振荡信号；以及处理器，被配置为对所述至少两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
用于感测旋转主体的所述设备还可包括被配置为存储由所述处理器执行的指令的存储器，所述处理器还可被配置为执行所述指令以将所述处理器配置为对所述至少两个振荡信号的所述频率进行计数以产生所述第一计数值和所述第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的所述旋转方向。
所述至少两个振荡电路中的每个可随着所述旋转主体旋转顺序地结合到所述多个待检测单元中的每个。
所述处理器还可被配置为计算等于所述第一计数值与所述第二计数值之间的差的差值，将所述差值与多个比较值进行比较，基于所述比较的结果产生具有高电平区间与低电平区间交替的输出信号，并且基于所述输出信号来计算所述旋转主体的旋转角度和所述旋转主体的角速度中的任意一者或两者。
在另一总体方面，一种用于感测旋转主体的设备包括：第一待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有第一相位的多个图案；第二待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有与所述第一相位不同的第二相位的多个图案；两个振荡电路，结合到所述第一待检测单元和所述第二待检测单元并且被配置为分别输出具有随着所述旋转主体旋转而改变的频率的两个振荡信号；以及处理器，被配置为对所述两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
用于感测旋转主体的所述设备还可包括被配置为存储由所述处理器执行的指令的存储器，所述处理器还可被配置为执行所述指令以将所述处理器配置为对所述两个振荡信号的所述频率进行计数以产生所述第一计数值和所述第二计数值，并且基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的所述旋转方向。
所述两个振荡电路可包括：第一振荡电路，随着所述旋转主体旋转顺序地结合到所述第一待检测单元的所述多个图案中的每个并且不结合到所述第二待检测单元的所述多个图案中的任何一个图案；以及第二振荡电路，随着所述旋转主体旋转顺序地结合到所述第二待检测单元的所述多个图案中的每个并且不结合到所述第一待检测单元的所述多个图案中的任何一个图案。
所述处理器还可被配置为计算等于所述第一计数值与所述第二计数值之间的差的差值，将所述差值与多个比较值进行比较，基于所述比较的结果产生具有高电平区间与低电平区间交替的输出信号，并且基于所述输出信号来计算所述旋转主体的旋转角度和所述旋转主体的角速度中的任意一者或两者。
通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1A是示出用于感测旋转主体的设备的示例的示图，图1B是沿着垂直于图1A中示出的示例的X轴方向的方向截取的示图。
图2A是示出用于感测旋转主体的设备的另一示例的示图，图2B是沿着垂直于图2A中示出的示例的Z轴方向的方向截取的示图。
图3示出了图1A和图2A中示出的示例中的待检测单元与两个感测线圈之间的位置关系的示例。
图4是示出用于感测旋转主体的设备的另一示例的示图。
图5示出了图4中示出的示例中的待检测单元与两个感测线圈之间的位置关系的示例。
图6是示出旋转信息计算器的示例的框图。
图7示出了旋转信息计算器的主信号的示例。
图8示出了旋转信息计算器的主信号的另一示例。
图9是示出旋转信息计算器的另一示例的框图。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的附图标记表示相同的元件。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明及方便起见，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域已知的特征的描述。
这里所描述的特征可以以不同的形式实现，并且将不被解释为局限于这里所描述的示例。更确切的说，已经提供这里描述的示例仅仅是为了示出在理解本申请的公开内容之后将显而易见的实现这里所描述的方法、设备和/或系统的许多可行的方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，所述元件可直接“在”另一元件“上”、直接“连接到”另一元件或直接“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可能不存在介于它们之间的其他元件。
如这里使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。
尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切的说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里描述的示例中所称的的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间相对术语，以描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意图包含除了附图中描绘的方位之外装置在使用或操作时的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。装置也可按照其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定位，并对在这里使用的空间相对术语进行相应的解释。
这里使用的术语仅用于描述各种示例，并不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式也意图包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
图1A是示出用于感测旋转主体的设备的示例的示图，图1B是沿着垂直于图1A中示出的示例的X轴方向的方向截取的示图。
用于感测旋转主体的设备包括旋转主体10、待检测单元20、至少一个线圈单元30、旋转信息计算器40和基板50。
旋转主体10具有圆柱形形状，并且围绕圆柱形形状的中心轴旋转。旋转主体10利用金属和磁性材料中的任意一种或两种制成。
待检测单元20设置在具有圆柱形形状的旋转主体10上。待检测单元20包括多个图案。多个图案利用金属或磁性材料中的任意一种或两种制成。当待检测单元20和旋转主体10利用相同的材料制成时，待检测单元20附着到旋转主体10的侧表面并从旋转主体10的侧表面突出。当待检测单元20和旋转主体10利用不同的材料制成时，待检测单元20在一个示例中嵌在旋转主体10的侧表面中，或者在另一示例中附着到旋转主体10的侧表面并从旋转主体10的侧表面突出。待检测单元20以相等的间隔设置在旋转主体10的侧表面上。
线圈单元30在基板50上形成为电路图案。在一个示例中，线圈单元30是绕组型电感器线圈，在另一示例中，线圈单元30是螺线管线圈。
线圈单元30包括两个或更多个感测线圈31和32。两个或更多个感测线圈31和32包括第一感测线圈31和第二感测线圈32。第一感测线圈31和第二感测线圈32面对具有圆柱形形状的旋转主体10的侧表面，并且沿着旋转主体10的旋转方向设置。随着旋转主体10旋转，待检测单元20与第一感测线圈31和第二感测线圈32之间的重叠面积改变，引起第一感测线圈31和第二感测线圈32中的每个的电感改变。为了便于说明，将在下文中描述设置有两个感测线圈31和32的示例。然而，在另一示例中，可设置三个或更多个感测线圈。
旋转信息计算器40通过集成电路实现，安装在基板50上，并且电连接到第一感测线圈31和第二感测线圈32。旋转信息计算器40基于第一感测线圈31和第二感测线圈32中的每个的电感的随着旋转主体10旋转的变化来计算包括旋转主体10的旋转方向、旋转角度和角速度中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合的旋转信息。
图2A是示出用于感测旋转主体的设备的另一示例的示图，图2B是沿着垂直于图2A中示出的示例的Z轴方向的方向截取的示图。
由于图2A中示出的用于感测旋转主体的设备的示例与图1A中示出的用于感测旋转主体的设备的示例相似，因此将仅描述两个示例之间的差异。
与图1A中示出的示例不同，图2A中示出的第一感测线圈31和第二感测线圈32面对具有圆柱形形状的旋转主体10的底表面，并且沿着旋转主体10的旋转方向设置。随着旋转主体10旋转，第一感测线圈31和第二感测线圈32中的每个与待检测单元20之间的重叠面积改变，因此第一感测线圈31和第二感测线圈32中的每个的电感改变。
设置在具有圆柱形形状的旋转主体10上的待检测单元20利用金属和磁性材料中的任意一种或两种制成。当待检测单元20和旋转主体10利用相同的材料制成时，待检测单元20附着到旋转主体10的底表面并且从旋转主体10的底表面突出。当待检测单元20和旋转主体10利用不同的材料制成时，待检测单元20在一个示例中嵌在旋转主体10的底表面中，或者在另一示例中附着到旋转主体10的底表面并且从旋转主体10的底表面突出。待检测单元20以相等的间隔设置在旋转主体10的底表面上。
图3示出了图1A和图2A中示出的示例中的待检测单元与两个感测线圈之间的位置关系的示例。
参照图3，待检测单元20与第一感测线圈31和第二感测线圈32之间的重叠面积通过旋转主体10的旋转而改变。在图3中，旋转主体10沿着一个方向(例如，从左到右的方向)旋转。
详细地，通过旋转主体10的旋转，在第一状态State 1下，第一感测线圈31与待检测单元20重叠，并且第二感测线圈32不与待检测单元20重叠。在第二状态State 2下，第一感测线圈31和第二感测线圈32与待检测单元20重叠。在第三状态State 3下，第一感测线圈31不与待检测单元20重叠，第二感测线圈32与待检测单元20重叠。在第四状态State 4下，第一感测线圈31和第二感测线圈32不与待检测单元20重叠。
基于感测线圈中的每个的尺寸和感测线圈之间的间隔来确定待检测单元20中的每个的尺寸和待检测单元20之间的间隔。在一个示例中，待检测单元20中的每个的尺寸和待检测单元20之间的间隔被确定为感测线圈的数量与感测线圈中的每个的尺寸的乘积。详细地，当提供X个感测线圈并且感测线圈中的每个的尺寸等于目标感测角度时，待检测单元20中的每个的尺寸和待检测单元20之间的间隔等于目标感测角度与X的乘积。通常，设置在旋转360度的旋转主体上的待检测单元的数量是360/(待检测单元中的每个的尺寸+待检测单元之间的间隔)。
感测线圈中的每个的尺寸和感测线圈之间的间隔被确定为等于用于感测旋转主体的旋转的目标感测角度的倍数。
在一个示例中，感测线圈中的每个的尺寸和感测线圈之间的间隔被确定为等于用于感测旋转主体的旋转的目标感测角度。当待感测的旋转主体10的目标感测角度为3.75°时，感测线圈中的每个的尺寸为3.75°，感测线圈的中心之间的间隔为3.75°。在该示例中，当设置两个感测线圈时，待检测单元中的每个的尺寸和待检测单元之间的间隔是7.5°(＝2×3.75°)，并且待检测单元的数量是24(＝360/(7.5+7.5))。
在另一示例中，感测线圈中的每个的尺寸和感测线圈之间的间隔被确定为用于感测旋转主体的旋转的目标感测角度的两倍。当待感测的旋转主体10的目标感测角度为3.75°时，感测线圈中每个的尺寸为7.5°，感测线圈的中心之间的间隔为7.5°。在该示例中，当设置两个感测线圈时，待检测单元中的每个的尺寸和待检测单元之间的间隔是15°(＝2×7.5°)，并且待检测单元的数量是12(＝360/(15+15))。
在另一示例中，感测线圈中的每个的尺寸和感测线圈之间的间隔被确定为用于感测旋转主体的旋转的目标感测角度的十二倍。当待感测的旋转主体10的目标感测角度为3.75°时，感测线圈中的每个的尺寸为45°，感测线圈的中心之间的间隔为45°。在该示例中，当设置两个感测线圈时，待检测单元中的每个的尺寸和待检测单元之间的间隔是90°(＝2×45°)，并且待检测单元的数量是2(＝360/(90+90))。
图4是示出用于感测旋转主体的设备的另一示例的视图。
由于图4中示出的用于感测旋转主体的设备的示例与图1A中示出的用于感测旋转主体的设备的示例相似，因此将仅描述两个示例之间的差异。
参照图4，具有圆柱形形状的旋转主体10通过轴11连接到两个或更多个待检测单元21和22。两个或更多个待检测单元21和22包括第一待检测单元21和第二待检测单元22。第一待检测单元21和第二待检测单元22以不同的旋转方位连接到轴11，并且沿着相同的方向以相同的速度旋转。线圈单元30包括第一感测线圈31和第二感测线圈32。第一感测线圈31设置为面对第一待检测单元21，第二感测线圈32设置为面对第二待检测单元22。
第一待检测单元21和第二待检测单元22中的每个包括具有相同尺寸和相同间隔的多个图案。在图4中，第一待检测单元21和第二待检测单元22的突出部分对应于图案。第一待检测单元21的多个图案和第二待检测单元22的多个图案具有不同的相位。第一待检测单元21的多个图案的区域和第二待检测单元22的多个图案的区域在轴11的轴向方向上彼此重叠。重叠区域的尺寸与第一感测线圈31和第二感测线圈32的尺寸对应。
在一个示例中，第一待检测单元21的多个图案中的一个的尺寸是第一感测线圈31的尺寸的两倍，第二待检测单元22的多个图案中的一个的尺寸是第二感测线圈32的尺寸的两倍。第一感测线圈31和第二感测线圈32中的每个的尺寸等于用于感测旋转主体10的旋转的目标感测角度。
由于在图4中示出的示例中的第一待检测单元21的多个图案的区域和第二待检测单元22的多个图案的区域在轴11的轴向方向上彼此重叠，因此，与图1A中示出的示例相比，旋转主体10的直径减小。
图5示出了图4中示出的示例中的待检测单元与两个感测线圈之间的位置关系的示例。
参照图5，待检测单元20(即，第一待检测单元21和第二待检测单元22)与第一感测线圈31和第二感测线圈32之间的重叠面积通过旋转主体10的旋转而改变。在图5中，旋转主体10沿着一个方向(例如，从顶部到底部的方向)旋转。
详细地，通过旋转主体10的旋转，在第一状态State 1下，第一感测线圈31与待检测单元20重叠，并且第二感测线圈32不与待检测单元20重叠。在第二状态State 2下，第一感测线圈31和第二感测线圈32与待检测单元20重叠。在第三状态State 3下，第一感测线圈31不与待检测单元20重叠，第二感测线圈32与待检测单元20重叠。在第四状态State 4下，第一感测线圈31和第二感测线圈32不与待检测单元20重叠。
图6是示出旋转信息计算器的示例的框图，图7示出了旋转信息计算器的主信号的波形的示例。
将参照图6和图7详细地描述通过用于感测旋转主体的设备执行的用于感测旋转主体的旋转的方法。
旋转信息计算器40包括振荡器410、频率计算器420、变化检测器430、差值计算器440、校正计算器450和位移检测器460。频率计算器420、变化检测器430、差值计算器440、校正计算器450和位移检测器460以硬件实现，例如，通过专用集成电路(ASIC)或者一个或更多个处理器来实现。
振荡器410包括两个或更多个振荡电路411和412。两个或更多个振荡电路411和412包括第一振荡电路411和第二振荡电路412。第一振荡电路411包括第一感测线圈L1和第一电容器C1，第二振荡电路412包括第二感测线圈L2和第二电容器C2。在图6中，第一感测线圈L1和第二感测线圈L2对应于图1A、图2A和图4中示出的第一感测线圈31和第二感测线圈32。一对感测线圈和电容器形成振荡器的LC储能电路。第一振荡电路411和第二振荡电路412可实现为各种公知类型的振荡器中的任何一种。
当待检测单元20与第一感测线圈L1或31以及第二感测线圈L2或32之间的重叠面积通过旋转主体10的旋转而改变时，从第一振荡电路411和第二振荡电路412输出的振荡信号的频率改变。
频率计算器420接收从第一振荡电路411输出的第一振荡信号L_OSC以及从第二振荡电路412输出的第二振荡信号R_OSC。频率计算器420使第一振荡信号L_OSC和第二振荡信号R_OSC的频率的变化线性化，以产生第一计数值L_CNT和第二计数值R_CNT。在一个示例中，频率计算器420对第一振荡信号L_OSC和第二振荡信号R_OSC的频率进行计数，以产生第一计数值L_CNT和第二计数值R_CNT。
变化检测器430检测第一计数值L_CNT和第二计数值R_CNT中的变化。在一个示例中，变化检测器430以参考时间间隔Δt来检测第一计数值L_CNT和第二计数值R_CNT中的变化，以产生第一计数增大值L_inc、第一计数减小值L_dec、第二计数增大值R_inc和第二计数减小值R_dec。
在一个示例中，当第一计数值L_CNT增大时，变化检测器430确定第一计数增大值L_inc为1，当第一计数值L_CNT减小时，变化检测器430确定第一计数减小值L_dec为1，当第二计数值R_CNT增大时，变化检测器430确定第二计数增大值R_inc为1，当第二计数值R_CNT减小时，变化检测器430确定第二计数减小值R_dec为1。在其他情况下，变化检测器430确定第一计数增大值L_inc、第一计数减小值L_dec、第二计数增大值R_inc和第二计数减小值R_dec为0。
差值计算器440计算第一计数值L_CNT与第二计数值R_CNT之间的差，以产生差值Diff_val。校正计算器450将差值Diff_val的最大值Max和最小值Min存储在校正计算器450中，并输出最大值Max和最小值Min。
位移检测器460基于由变化检测器430产生的第一计数增大值L_inc、第一计数减小值L_dec、第二计数增大值R_inc和第二计数减小值R_dec的四个信号、由差值计算器440产生的差值Diff_val以及从校正计算器450输出的最大值Max和最小值Min来计算旋转主体的角速度、方向和旋转角度。
当待检测单元20与第一感测线圈31和第二感测线圈32之间的重叠面积如图3和图5中所示地变化时，如图7中所示，计算第一状态State 1至第四状态State 4中的第一计数值L_CNT、第二计数值R_CNT和差值Diff_val。
位移检测器460将差值Diff_val与第一比较值和第二比较值进行比较，以产生输出信号OUTPUT。第一比较值大于第二比较值，第一比较值和第二比较值在最小值与最大值之间。
第一比较值和第二比较值被确定为使得第一比较值与第二比较值之间的差等于最大值与第一比较值之间的差的两倍或者第二比较值与最小值之间的差的两倍。
在一个示例中，第一比较值等于(最大值(Max)×3+最小值(Min))/4，并且第二比较值等于(最大值(Max)+最小值(Min)×3)/4。
位移检测器460在差值Diff_val等于或大于第一比较值时产生具有高电平的输出信号OUTPUT，在差值Diff_val小于第二比较值时产生具有高电平的输出信号OUTPUT，在差值Diff_val小于第一比较值并且等于或大于第二比较值时产生具有低电平的输出信号OUTPUT。
位移检测器460通过输出信号OUTPUT的高电平和低电平的区间间隔中的每个来计算待检测单元的旋转角度。在一个示例中，位移检测器460通过输出信号OUTPUT的高电平的区间间隔来计算旋转角度，并通过输出信号OUTPUT的低电平的区间间隔计算旋转角度。
此外，位移检测器460测量输出信号OUTPUT的频率freq以计算角速度。在一个示例中，当角速度的式(r×Δθ)/Δt中的旋转主体的半径r为1时，角速度等于Δθ/Δt。当感测线圈中的每个的尺寸和感测线圈的间隔为3.75°时，角速度为7.5°×freq。这里，freq是与旋转角度Δθ的两倍对应的输出信号OUTPUT的频率。
此外，位移检测器460通过差值Diff_val以及差值Diff_val的最大值Max和最小值Min来计算角速度。当在角速度的式(r×Δθ)/Δt中的r为1并且Δt为1时，角速度等于Δθ。在该示例中，当计算对于Δt＝1的差值Diff_val中的变化量ΔDiff时，计算角速度。当感测线圈中的每个的尺寸以及感测线圈之间的间隔为3.75°时，对于1°的对应的差值Diff_val中的变化量k为(最大值(Max)-最小值(Min))/7.5°。因此，通过计算ΔDiff/k来计算角速度。
位移检测器460基于在将差值Diff_val与第一比较值和第二比较值以及至少两个感测线圈之间的设置关系进行比较的时间点检测的第一计数增大值L_inc、第一计数减小值L_dec、第二计数增大值R_inc和第二计数减小值R_dec来计算旋转主体的旋转方向。
在一个示例中，由于在图3中第一感测线圈31设置在左侧，第二感测线圈32设置在右侧，当第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec的信号顺序地在一个时间点为1000并且在下一个时间点为0100时，待检测单元的旋转方向是图3中的从左到右的方向。状态0000对应于旋转主体的停止状态并被忽略。
结果，当待检测单元在图3中从左向右旋转并移动时，第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec的信号按照1000→0100→0010→0001→1000的顺序变化，并且当待检测单元在图3中从右向左旋转并移动时，第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec的信号按照1000→0001→0010→0100→1000的顺序变化。
图8示出了旋转信息计算器的主信号的波形的另一示例。
由于图8中示出的示例中的主信号的波形与图7中示出的示例中的主信号的波形相似，因此将仅描述两个示例之间的差异。
当待检测单元20与第一感测线圈31和第二感测线圈32之间的重叠面积如图3和图5中所示出的改变时，如图8中所示，计算第一状态State 1至第四状态State 4中的第一计数值L_CNT、第二计数值R_CNT和差值Diff_val。
位移检测器460将差值Diff_val与第一比较值至第四比较值进行比较，以产生输出信号OUTPUT。第一比较值大于第二比较值，第二比较值大于第三比较值，第三比较值大于第四比较值，第一比较值至第四比较值在最小值与最大值之间。
第一比较值至第四比较值被确定为使得第一比较值与第二比较值之间的差、第二比较值与第三比较值之间的差以及第三比较值与第四比较值之间的差彼此相等，并且第一比较值与第二比较值之间的差、第二比较值与第三比较值之间的差以及第三比较值与第四比较值之间的差等于最大值与第一比较值之间的差的两倍或者第四比较值与最小值之间的差的两倍。
在一个示例中，第一比较值等于(最小值(Min)+范围差值(Range)×7/8)，第二比较值等于(最小值(Min)+范围差值(Range)×5/8)，第三比较值等于(最小值(Min)+范围差值(Range)×3/8)，第四比较值等于(最小值(Min)+范围差值(Range)×1/8)。范围差值Range等于最大值Max与最小值Min之间的差。
位移检测器460在差值Diff_val等于或大于第一比较值时产生具有低电平的输出信号OUTPUT，在差值Diff_val小于第一比较值且等于或大于第二比较值时产生具有高电平的输出信号OUTPUT，在差值Diff_val小于第二比较值且等于或大于第三比较值时产生具有低电平的输出信号OUTPUT，在差值Diff_val小于第三比较值且等于或大于第四比较值时产生具有高电平的输出信号OUTPUT，在差值Diff_val小于第四比较值时产生具有低电平的输出信号OUTPUT。
位移检测器460通过输出信号OUTPUT的高电平和低电平的区间间隔来测量待检测单元的角度的变化。
此外，位移检测器460测量输出信号OUTPUT的频率以计算角速度。
此外，位移检测器460基于第一计数增大值L_inc、第一计数减小值L_dec、第二计数增大值R_inc、第二计数减小值R_dec以及第一计数值L_CNT和第二计数值R_CNT的在将差值Diff_val与第一比较值至第四比较值进行比较的时间点的高电平和低电平来计算旋转主体的旋转方向。第一计数值L_CNT在第一计数值等于或大于第一计数值L_CNT的中值((最大值+最小值)/2)时具有高电平，并且在第一计数值小于第一计数值L_CNT的中值((最大值+最小值)/2)时具有低电平。同样地，第二计数值R_CNT在第二计数值等于或大于第二计数值R_CNT的中值((最大值+最小值)/2)时具有高电平，并且在第二计数值小于第二计数值R_CNT的中值((最大值+最小值)/2)时具有低电平。当第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec的信号顺序地为1000，并且第二计数值R_CNT在一个时间点为低电平时，待检测单元的旋转方向是图3中的从左到右的方向或图5中的从顶部到底部的方向。当第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec的信号顺序地为1000，并且第二计数值R_CNT在另一时间点为高电平时，待检测单元的旋转方向是图3中的从右到左的方向或图5中的从底部到顶部的方向。
当在当前时间点的第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec与前一个时间点的第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec相同时，可以确定当前时间点的旋转方向与在前一个时间点确定的旋转方向相同。
另外，当在当前时间点的第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec与在前一个时间点的第一计数增大值L_inc、第二计数增大值R_inc、第一计数减小值L_dec和第二计数减小值R_dec不同时，例如，当在当前时间点的{L_inc，R_inc，L_dec，R_dec}对应于前一个时间点的{L_dec，R_dec，L_inc，R_inc}时，确定当前时间点的旋转方向与前一个时间点确定的旋转方向相反。
当在图7中示出的示例性实施例和图8中示出的另一示例性实施例中使用具有相同形式的感测线圈和待检测单元时，与图7中示出的示例性实施例相比，可以通过增大图8中示出的另一示例性实施例中的比较值的数量来改善在图8中示出的另一示例性实施例中的感测敏感性。
图9是示出旋转信息计算器的另一示例的框图。
旋转信息计算器900包括存储器910和处理器920。存储器910存储指令，当由处理器920执行所述指令时，使得处理器920执行图6中的频率计算器420、变化检测器430、差值计算器440、校正计算器450和位移检测器460的功能。因此，处理器920包括频率计算器420、变化检测器430、差值计算器440、校正计算器450和位移检测器460。
旋转信息计算器900连接到图6中的振荡器410，以使旋转信息计算器900能够通过从振荡器410输出的第一振荡信号L_OSC和第二振荡信号R_OSC来计算旋转信息。
在上述示例中，可以通过振荡信号的频率的变化精确地感测旋转主体的细小位移。
执行本申请中描述的操作的图6中的旋转信息计算器40、振荡器410、第一振荡电路411、第二振荡器电路412、频率计算器420、变化检测器430、差值计算器440、校正计算器450和位移检测器460以及图9中的旋转信息计算器900、存储器910、处理器920、频率计算器420、变化检测器430、差值计算器440、校正计算器450和位移检测器460由硬件组件来实现，硬件组件被配置为执行本申请中描述的由硬件组件执行的操作。可用于执行本申请中描述的操作的硬件组件的示例在适当的情况下包括：感测线圈、电容器、控制器、传感器、产生器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器以及被配置为执行本申请中描述的操作的任意其他电子组件。在其他示例中，通过计算硬件(例如，通过一个或更多个处理器或计算机)来实现执行本申请中描述的操作的一个或更多个硬件组件。可通过一个或更多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或者被配置为以定义的方式响应并且执行指令以实现期望的结果的任意其他装置或装置的组合)来实现处理器或计算机。在一个示例中，处理器或计算机包括(或连接到)存储通过处理器或计算机执行的指令或软件的一个或更多个存储器。通过处理器或计算机实现的硬件组件可执行诸如操作系统(OS)和在OS上运行的一个或更多个软件应用的指令或软件，以执行本申请中描述的操作。硬件组件还可响应于指令或软件的执行来存取、操作、处理、创建和存储数据。为简单起见，单数的术语“处理器”或“计算机”可用于描述在本申请中所描述的示例，但在其他示例中，可使用多个处理器或多个计算机，或者处理器或计算机可包括多个处理元件或多种类型的处理元件，或者包括这二者。例如，可通过单个处理器或者两个或更多个处理器或者处理器和控制器来实现单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件。可通过一个或更多个处理器或者处理器和控制器来实现一个或更多个硬件组件，可通过一个或更多个其他处理器或者另一处理器和另一控制器来实现一个或更多个其他硬件组件。一个或更多个处理器或者处理器和控制器可实现单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件。硬件组件可具有任意一个或更多个不同的处理配置，其示例包括单处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多重处理装置、单指令多数据(SIMD)多重处理装置、多指令单数据(MISD)多重处理装置和多指令多数据(MIMD)多重处理装置。
用于控制计算硬件(例如，一个或更多个处理器或计算机)以实现如上所述的硬件组件的指令或软件可被编写为计算机程序、代码段、指令或其任意组合，以单独或共同地指示或配置一个或更多个处理器或计算机以操作为机用计算机或专用计算机来执行通过如上所述的硬件组件执行的操作。在一个示例中，指令或软件包括通过一个或更多个处理器或计算机直接执行的机器代码(诸如由编译器产生的机器代码)。在另一示例中，指令或软件包括使用解释器通过一个或更多个处理器或计算机执行的高级代码。可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的对应的描述(公开了用于执行通过如上所述的硬件组件执行的操作的算法)使用任意编程语言来编写指令或软件。
用于控制计算硬件(例如，一个或更多个处理器或计算机)以实现如上所述的硬件组件的指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构可被记录、存储或固定在一个或更多个非暂时性计算机可读存储介质中或上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及被配置为以非暂时性方式存储指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并且将指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供到一个或更多个处理器或计算机以使一个或更多个处理器或计算机可执行指令的任意其他装置。在一个示例中，指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，以通过一个或更多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行指令和软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构。
虽然本公开包括具体的示例，但是在理解本申请的公开内容之后将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种变化。这里所描述的示例将仅被理解为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为适用于其他示例中的相似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或通过其他组件或者其等同物替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可实现适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为包含于本公开中。

Claims (24)

1.一种用于感测旋转主体的设备，所述设备包括：
多个待检测单元，设置在所述旋转主体上；
至少两个感测线圈，面对所述多个待检测单元；
振荡单元，包括分别连接到所述至少两个感测线圈以形成至少两个振荡电路的至少两个电容器；以及
旋转信息计算器，被配置为：
对分别从所述至少两个振荡电路输出的至少两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且
基于所述第一计数值的变化和第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
2.根据权利要求1所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述旋转信息计算器还被配置为：
响应于所述第一计数值的增大而产生第一计数增大值；
响应于所述第一计数值的减小而产生第一计数减小值；
响应于所述第二计数值的增大而产生第二计数增大值；并且
响应于所述第二计数值的减小而产生第二计数减小值。
3.根据权利要求2所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述旋转信息计算器还被配置为基于所述第一计数增大值、所述第一计数减小值、所述第二计数增大值、所述第二计数减小值以及所述至少两个感测线圈之间的设置关系来计算所述旋转主体的所述旋转方向。
4.根据权利要求1所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述旋转信息计算器还被配置为基于通过对所述第一计数值和所述第二计数值之间的差值与多个比较值进行比较产生的输出信号来计算所述旋转主体的旋转角度和所述旋转主体的角速度中的任意一者或两者。
5.根据权利要求4所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述多个比较值在所述差值的最大值和最小值之间。
6.根据权利要求5所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述多个比较值中的两个相邻的比较值之间的差等于所述多个比较值中的与所述最大值相邻的比较值与所述最大值之间的差的两倍，或者等于所述多个比较值中的与所述最小值相邻的比较值与所述最小值之间的差的两倍。
7.根据权利要求4所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述旋转信息计算器还被配置为通过所述输出信号的高电平和低电平的区间间隔计算所述旋转主体的所述旋转角度。
8.根据权利要求4所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述旋转信息计算器还被配置为基于所述输出信号的频率来计算所述旋转主体的所述角速度。
9.根据权利要求1所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述旋转信息计算器还被配置为基于所述第一计数值与所述第二计数值之间的差值的最大值和最小值来计算所述旋转主体的角速度。
10.根据权利要求1所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述至少两个感测线圈中的每个的尺寸和所述至少两个感测线圈之间的间隔等于用于感测所述旋转主体的旋转的目标感测角度的倍数。
11.根据权利要求1所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述多个待检测单元中的每个的尺寸和所述多个待检测单元之间的间隔等于所述至少两个感测线圈的数量和所述至少两个感测线圈中的每个的尺寸的乘积。
12.一种用于感测旋转主体的设备，所述设备包括：
第一待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有第一相位的多个图案；
第二待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有与所述第一相位不同的第二相位的多个图案；
第一感测线圈，面对所述第一待检测单元；
第二感测线圈，面对所述第二待检测单元；
振荡器，包括：
第一电容器，连接到所述第一感测线圈以形成第一振荡电路；以及
第二电容器，连接到所述第二感测线圈以形成第二振荡电路；以及
旋转信息计算器，被配置为：
对从所述第一振荡电路输出的第一振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值，
对从所述第二振荡电路输出的第二振荡信号的频率进行计数以产生第二计数值，并且
基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
13.根据权利要求12所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述第一待检测单元的所述多个图案的区域和所述第二待检测单元的所述多个图案的区域在所述旋转主体的轴向方向上彼此部分地重叠。
14.根据权利要求13所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述区域的尺寸等于所述第一感测线圈和所述第二感测线圈的尺寸。
15.根据权利要求14所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述第一感测线圈和所述第二感测线圈的尺寸等于用于感测所述旋转主体的旋转的目标感测角度。
16.根据权利要求14所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述第一待检测单元的所述多个图案中的一个图案的尺寸等于所述第一感测线圈的所述尺寸的两倍，并且
所述第二待检测单元的所述多个图案中的一个图案的尺寸等于所述第二感测线圈的所述尺寸的两倍。
17.一种用于感测旋转主体的设备，所述设备包括：
多个待检测单元，设置在所述旋转主体上；
至少两个振荡电路，结合到所述多个待检测单元并且被配置为分别输出具有随着所述旋转主体旋转而改变的频率的至少两个振荡信号；以及
处理器，被配置为：
对所述至少两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且
基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
18.根据权利要求17所述的用于感测旋转主体的设备，所述设备还包括被配置为存储由所述处理器执行的指令的存储器，
其中，所述处理器还被配置为执行所述指令以将所述处理器配置为：
对所述至少两个振荡信号的所述频率进行计数以产生所述第一计数值和所述第二计数值，并且
基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的所述旋转方向。
19.根据权利要求17所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述至少两个振荡电路中的每个随着所述旋转主体旋转顺序地结合到所述多个待检测单元中的每个。
20.根据权利要求17所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述处理器还被配置为：
计算等于所述第一计数值与所述第二计数值之间的差的差值，
将所述差值与多个比较值进行比较，
基于所述比较的结果产生具有高电平区间与低电平区间交替的输出信号，并且
基于所述输出信号来计算所述旋转主体的旋转角度和所述旋转主体的角速度中的任意一者或两者。
21.一种用于感测旋转主体的设备，所述设备包括：
第一待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有第一相位的多个图案；
第二待检测单元，连接到所述旋转主体并且包括具有与所述第一相位不同的第二相位的多个图案；
两个振荡电路，结合到所述第一待检测单元和所述第二待检测单元并且被配置为分别输出具有随着所述旋转主体旋转而改变的频率的两个振荡信号；以及
处理器，被配置为：
对所述两个振荡信号的频率进行计数以产生第一计数值和第二计数值，并且
基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的旋转方向。
22.根据权利要求21所述的用于感测旋转主体的设备，所述设备还包括被配置为存储由所述处理器执行的指令的存储器，
其中，所述处理器还被配置为执行所述指令以将所述处理器配置为：
对所述两个振荡信号的所述频率进行计数以产生所述第一计数值和所述第二计数值，并且
基于所述第一计数值的变化和所述第二计数值的变化来计算所述旋转主体的所述旋转方向。
23.根据权利要求21所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述两个振荡电路包括：
第一振荡电路，随着所述旋转主体旋转顺序地结合到所述第一待检测单元的所述多个图案中的每个并且不结合到所述第二待检测单元的所述多个图案中的任何一个图案；以及
第二振荡电路，随着所述旋转主体旋转顺序地结合到所述第二待检测单元的所述多个图案中的每个并且不结合到所述第一待检测单元的所述多个图案中的任何一个图案。
24.根据权利要求21所述的用于感测旋转主体的设备，其中，所述处理器还被配置为：
计算等于所述第一计数值与所述第二计数值之间的差的差值，
将所述差值与多个比较值进行比较，
基于所述比较的结果产生具有高电平区间与低电平区间交替的输出信号，并且
基于所述输出信号来计算所述旋转主体的旋转角度和所述旋转主体的角速度中的任意一者或两者。
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