CN109870247A

CN109870247A - 感测系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具

Info

Publication number: CN109870247A
Application number: CN201711246907.6A
Authority: CN
Inventors: 庞永达; 刘春华; 刘许洋
Original assignee: University of Hong Kong HKU
Current assignee: University of Hong Kong HKU
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: CN109870247B

Abstract

本公开涉及感测系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具。提供了一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括的噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。

Description

感测系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具

技术领域

本公开涉及感测(sensing)系统、测量方法以及包括感测系统的检测系统和交通工具，更具体的，涉及一种可以实现一种或多种功能的感测系统，测量对象的温度、电流和旋转速度等的方法，以及包括所述感测系统的检测系统和交通工具。

背景技术

就可靠性和安全性而言，能量存储系统和牵引系统是诸如电动汽车等电动交通工具(EV)的关键部件。对于包括混合电动交通工具(HEV)、插入式混合电动交通工具(PHEV)、以及全电动交通工具的各种电动交通工具，电池组件(Battery pack)是最常用的能量存储系统。对于HEV，基于飞轮(Flywheel-based)的能量存储系统(FESS)也受到广泛关注。另一方面，电机是牵引系统的关键部件。现今，在EV中通常使用永磁同步电机(PMSM)。

需要合适准确地监测EV的能量存储系统和牵引系统，以确保其操作的可靠性和安全性。尤其是，需要测量下列中的一个或多个参数：EV电池组的充放电流，EV电机的驱动电流，EV电池组的温度，EV电机的温度，EV电机的旋转速度，以及HEV中飞轮的高速转速。

在现有技术中，为了测量上述电流、温度、转速等，至少通过三种传感器来单独测量电流、温度、转速。另外，现有的测量技术还在成本、安全性和可靠性方面存在下述的缺点以待改进。

在现有的EV应用技术中，通常采用热电偶和电阻温度计来测量温度。然而，两者都需要繁重且高成本的预先校正或再校正来建立准确的温度-电压或者温度-电阻转移函数，以维持热电偶和电阻温度计的测量精度。这导致较高的维护成本。因此，这样的技术不适于EV中长期可靠的温度测量。

此外，在EV中，常使用分流器(Shunt)来测量电流。然而，这是一种侵入式的方法。由于分流器承载高电流，因此其需要被稳固地安装并确保其被电隔离，以保护乘客安全。另一方面，常常使用电流互感器(current transformer)来以非侵入的方式测量AC电流。然而，电流互感器尺寸大，功耗高。而且，其频率带宽被限制于低于几kHz。另外，可使用传统的电流钳(current clamp)来以非接触的方式测量流过线缆的电流。然而，这要求在导体周围有接入电流钳的空间。这在很多情况下是不可行的，尤其是在线缆被表面安装的情况下。因此，对于EV的电流测量，有必要发展出一种可替代上述现有电流测量方法的、非侵入的、可测量交直流的电流测试技术。

传统上，使用光学旋转编码器(Optical rotatory encoders)来准确测量转速并具备很高的分辨率。然而，光学旋转编码器易受灰尘等影响，并也受限于其过大尺寸和高功耗。另外，还存在使用霍尔器件的旋转传感器，其检测磁场变化，并产生电信号。然而，霍尔效应传感器由于其较高的抖动噪声和低信噪比而不能适应于高转速的工作情况。

总之，在现有技术中，存在对能够减轻或者消除上述缺点的新的感测技术的需求。

发明内容

本发明的一些实施例的目的之一在于，提供一种多功能的感测系统和测量方法，其能够利用单个传感器测量例如(但不限于)EV中的上述的温度、电流和转速中的一个或多个。其能够有效地监测EV的能量存储系统和牵引系统。

根据本公开一些实施例的感测系统可以实现低成本制造，并可以有效地实现长期可靠的测量。根据本公开一些实施例的感测系统可以应用于多种交通工具或检测系统中，以检测感兴趣的前述温度、电流、转速等中的一个或多个。

根据本公开一些实施例的感测系统可以方便灵活地配置在交通工具中，或者可以方便灵活地配置在检测系统中。可以方便地在空间不足的应用环境中进行参数的检测。

根据本公开的一个方面，提供了一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。

根据本公开一个方面，提供了一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；电流源(101)，用于向所述MR传感器单元施加偏置电流；第三路径(115)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及处理单元，被配置用于根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。

根据本公开一个方面，提供了一种测量对象的温度的方法，所述方法包括：通过磁阻MR传感器单元感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；通过第一路径从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度；以及根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为在所述MR传感器单元两端生成的电压。

根据本公开另一方面，提供了一种测量对象的旋转速度的方法，包括：向所述MR传感器单元施加偏置电流，所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；通过磁阻MR传感器单元(101)感测与待测量对象相关联的磁场；通过第三路径(115)从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。

根据本公开的一个方面，还提供了一种交通工具，其包括根据任意实施例所述的感测系统。

根据本公开的一个方面，还提供了一种检测系统，其包括根据任意实施例所述的感测系统。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理，在附图中：

图1示出了根据本公开一些实施例的感测系统的示意图；

图2示出了根据本公开一些实施例的感测系统的操作方法的示例的流程图；

图3示出了根据本公开一些实施例的超低噪声AC耦合差分前置放大器的示意图；

图4示出了根据本公开一些实施例的用于通过恒流法测量MR传感器单元的电阻值的电路配置的示意图；

图5A示出了根据本公开一些实施例的处理单元的示例性框图；

图5B示出了根据本公开一些实施例的用于温度测量的处理逻辑的示意图；

图6示出了根据本公开一些实施例的用于电流测量的MR感测单元的布置；

图7示出了根据本公开一些实施例的用于EV电池组或电机驱动的电流测量的电路配置的示意图；

图8A示出了根据本公开一些实施例的HEV中的飞轮模型的基本布局；

图8B示出了根据本公开一些实施例的用于HEV中飞轮的转速测量的MR感测单元的布置的示意图；

图9示出了根据本公开一些实施例的用于HEV中飞轮的转速测量的电路配置的示意图；

图10A示出了根据本公开一些实施例的EV中的电机的截面示意图；

图10B示出了根据本公开一些实施例的用于电机的转速测量的MR感测单元的布置的示意图；

图11示出了根据本公开另一实施例的感测系统的示意图；

图12示出了根据本公开另一实施例的感测系统的操作方法的示例的流程图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

以下结合附图详细地描述本公开的具体实施例。但应理解，对实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不是对本申请所要求保护的发明的限制。除非另有具体说明或者上下文或其原理明示或者暗示，在示例性实施例中的组件和步骤的相对布置、表达式和数值等不作为对本申请所要保护的发明的限制。在本说明书中，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本文中所用的术语，仅仅是为了描述特定的实施例，而不意图限制本公开。应理解的是，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本发明的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

在本公开中，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的序数词是为了避免构成要素的混淆而标记的，而不用于在任何方面上的优先次序。

热噪声普遍存在于导体中。当温度在绝对零度以上，导体内部的电荷载流子的热运动将会产生热噪声(又称约翰逊噪声)。热噪声可以通过导体两端产生的噪声电压来表征。本发明的发明人认识到，理论上，由导体热噪声导致的噪声电压的能量频谱分布不受频率的影响，从而可以导体两端的热噪声的功率谱来确定绝对温度值。

在低于几GHz的频率范围下，约翰逊(Johnson)噪声的功率谱密度(以下，也简称为噪声PSD)可以由约翰逊-奈奎斯特公式来表示：

S_vT＝4k_BTR_B

其中，S_vT表示功率谱密度的理论值，k_B表示玻尔兹曼常数(k_B＝1.3806×10^-23J/K)，T表示绝对温度(单位为开尔文，K)，R_B表示导体的电阻值(单位为欧姆，Ω)。

但是，在实际测量约翰逊噪声的功率谱密度的过程中，不可避免会存在测量偏差(S_bg)。实际测量的功率谱密度(S_v)可以表示为：

S_vT＝S_v-S_bg。

测量偏差(S_bg)可以通过预先校准过程来确定。从而可以通过测量功率谱密度(S_v)和电阻(R_B)来确定绝对温度(T)：

然而，在一般的利用导体进行约翰逊噪声测温时，存在测量偏差较大，需要频繁校准，精度不高等问题。

另一方面，由于噪声导致的电压(即，噪声电压)幅度较小，其需要被高精度地放大以对其进行频谱的处理(例如，在数字域中)，这也是一个挑战。

基于上述认识，本发明的发明人提出了新颖的如上所述的以及下面将更详细说明的利用磁阻MR传感器测量对象的温度以及其他参数的技术。

图1示出了根据本公开一些实施例的感测系统的示意图。如图1所示，感测系统100可以包括：磁阻(MR)传感器单元101、第一路径111以及处理单元109。

磁阻(MR)传感器单元101可以包括磁阻MR元件。在一个示例中，磁阻(MR)传感器单元101可以被配置为线性磁阻传感器，例如各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器或者隧穿磁阻(TMR)传感器等。

在另一个示例中，磁阻(MR)传感器单元101可以以桥形式(例如，惠斯通(Wheatstone)桥)形式配置，如图1所示。桥可以具有至少两个分支。每个分支都具有磁阻MR元件1011。在图1所示的示例中，每个分支还可以具有与磁阻MR元件通过两者间的公共节点连接的电阻元件1013。MR元件的示例可以包括例如各向异性磁阻(AMR)元件、巨磁阻(GMR)元件或者隧穿磁阻(TMR)元件等。

磁阻(MR)传感器单元101可以用于感测与待测量对象相关联的磁场。例如，磁阻(MR)传感器单元101可以与待测量对象相邻地设置，以感测与待测量对象相关联的磁场。磁阻(MR)传感器的尺寸一般较小，对于磁阻(MR)传感器单元101的设置位点没有特别的限制，只要使得其能够感测相关的磁场即可。

第一路径111可以具有第一输入和第二输入。第一路径111可以用于从所述MR传感器单元接收电信号(第一电信号，例如电压)，以及产生与第一电信号对应的第一数字信号。这里，所述第一电信号可以为所述MR传感器单元的两端处的电压。

需要说明的是，由于噪声(例如，热噪声)的存在，所述MR传感器单元两端的电压至少就测量对象的温度而言是包含噪声的电压(也简称为含噪电压)；或者说，所述电压包括与噪声对应的噪声电压。替代地，在某些情况下，所述MR传感器单元两端的电压也可能是噪声电压本身(例如在无电偏置(例如，偏置电流)施加于MR传感器单元的情况下)。因此，在本申请文件中，在提及含噪电压时，其也指代或者包含噪声电压。在下文，在就测量对象的温度进行说明时，也常常将所述MR传感器单元两端的电压称为含噪电压。因此，第一电信号可以被认为包括与噪声对应的噪声电压。

在一个示例性的实现方式中，如图1所示，第一路径111可以包括差分放大器105a。差分放大器105a可以具有第一输入(例如，正相输入)和第二输入(例如，反相输入)，分别作为第一路径111的第一输入和第二输入。差分放大器105a接收所述MR传感器单元两端的电压(作为所述第一电信号)，放大所述电压，以产生放大的电压(即，放大的第一电信号)。第一路径111还可以包括ADC模块，用于将放大的电压转换为第一数字信号。作为一个示例，ADC模块可以包括例如差分ADC驱动106和ADC 108a。

处理单元109可以根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所计算的噪声功率谱密度(以下也称作噪声PSD)以及所述MR传感器单元的电阻值(在某些情况下也称作桥电阻值)确定待测量对象的温度。在本公开的实施例中，在很多情况下，MR传感器单元可以被视为两端部件。

在本公开的一些实施例中，优选地，所述含噪电压是在无电偏置施加于所述MR传感器单元的情况下在所述MR传感器单元两端生成的，以消除诸如散粒噪声和1/f噪声。在一些实施例中，在此情况下在所述MR传感器单元两端生成的电压可以被视为噪声电压。例如，含噪电压可以是在所述MR传感器单元没有偏置电流从其流过的情况下跨所述MR传感器单元生成的。

这里，优选地，ADC 108a可以采用例如高速ADC，来将放大的含噪电压转换为12位(12-bit)数字信号。所述高速ADC可以采用例如可以从Analog Devices Inc.商业获得的型号为AD9226的高速ADC。作为一个示例，ADC的采样率可以设置为例如1M SPS(采样每秒)，并可以在1.024毫秒(ms)内连续捕获1024个采样点。

处理单元109接收ADC转换后的数字信号(第一数字信号)，并根据该数字信号计算噪声功率谱密度，从而计算待测量对象的温度。处理单元109可以以FPGA(例如，高速FPGA)来实现，然而本公开不限于此。例如，处理单元109也可以以专用集成电路(ASIC)、通用处理单元(CPU)等来实现。

在一个替代的示例中，如图1所示，第一路径111可以包括第一子路径1111和第二子路径1113。第一子路径1111包括第一差分放大器105a，用于差分地放大在所述MR传感器单元两端的含噪电压(第一电信号)，以产生放大的含噪电压。第一子路径1111还包括第一ADC模块，用于将放大的含噪电压转换为数字信号。同样地，第一ADC模块可以包括例如差分ADC驱动106和ADC 108a。

类似地，第二子路径1113包括第二差分放大器105a，用于放大跨所述MR传感器单元的含噪电压(第一电信号)，以产生放大的含噪电压。第二子路径1113还包括第二ADC模块，用于将第二差分放大器放大的含噪电压转换为数字信号。同样地，第二ADC模块可以包括例如差分ADC驱动106和ADC 108a。

在这种情况下，所述第一数字信号包括分别从所述第一子路径和第二子路径得到的数字信号两者。处理单元109可以根据该第一数字信号，计算噪声功率谱密度，并根据所计算的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度。

在一个实施例中，如图5A和5B所示的，处理单元109可以包括互相关计算部1091，用于对来自第一和第二子路径的数字信号在频域计算二者的互功率谱密度CPSD。处理单元109可以还包括PSD计算部1093，用于基于所述互功率谱密度CPSD，计算在选定的带宽上的功率谱密度CPSD的幅度，以确定所述噪声功率谱密度。处理单元109可以还包括温度计算部1095，用于基于所述噪声功率谱密度和所述MR传感器单元的电阻值计算待测量对象的温度。稍后将结合附图5A和5B进行更具体的说明。

在一些实施例中，感测系统100还包括电流源102，用于向所述MR传感器单元提供恒定电流(也称作偏置电流)I1。稍后将结合图4进一步说明电流源102的具体实施例。在这种情况下，在一些实施例中，在所述MR传感器单元两端产生含噪电可以包括偏置电流导致的电压以及噪声导致的电压(也即，噪声电压)，如稍后将结合图11说明的。

在一些实施例中，感测系统100还可以被配置用于测量MR传感器单元的电阻值。在这样的实施例中，感测系统100还可以包括第二路径113。第二路径113可以具有第一输入和第二输入。第二路径113可以将通过其第一输入和第二输入从所述磁阻MR传感器单元接收的第二电信号放大，以产生放大的第二电信号，以及将所述放大的第二电信号转换为第二数字信号。处理单元109还被配置用于根据第二数字信号确定所述MR传感器单元的电阻值。

在一些实施例中，如图1所示，所述第二电信号可以为在偏置电流流过所述磁阻MR传感器单元的情况下磁阻MR传感器单元101两端处的电压。这里，由于磁阻MR传感器单元101两端处的电压被提供到第二路径以确定磁阻MR传感器单元101的电阻值，因此在这种情况下，磁阻MR传感器单元101两端处的电压是否含噪(噪声电压)并不重要。

在一个具体实现方式中，如图1所示，第二路径113可以包括高阻抗差分放大器(A3)105b和ADC 108b。高阻抗差分放大器105b可以具有第一输入(例如，正相输入)和第二输入(例如反相输入)，分别作为所述第二路径的第一输入和第二输入。高阻抗差分放大器105b可以用于对通过第一输入和第二输入而输入的信号(第二电信号)进行放大，以产生放大的信号。ADC 108b将高阻抗差分放大器提供的放大的信号转换为数字信号(第二数字信号)。处理单元109可以基于所述数字信号，确定MR传感器单元的电阻值。

在一些实施例中，感测系统100还可以包括开关单元。如图1所示，开关单元可以包括第一和第二开关S1和S2，分别连接在MR传感器单元的一端和电流源102之间，以及在所述MR传感器单元的另一端和基准低电位(例如，地)之间。优选地，可以在MR传感器单元所处的从高电位到基准低电位的路径中，设置二极管(D1)，以避免或抑制反向电流，提供对MR传感器单元以及其他部件的保护。

开关单元还可以包括第三开关S3和第四开关S4，用于将所述MR传感器单元的两端处生成的电压(含噪电压)提供到第一路径。在图1所示第一路径111具有基本相同的两个子路径的实施例中，第三开关S3和第四开关S4被配置用于将所述MR传感器单元的两端处生成的电压提供到第一子路径和第二子路径两者。

还应理解，在包含电流源102的情况下，在某些实施例中，在测量温度时，也可以将开关S1和S2关断(OFF)，从而将传感器单元101与电流偏置隔离开，从而在传感器单元101的两端处生成含噪电压。如前所述的，这种情况下的含噪电压也可以被视为与噪声对应的噪声电压。在其他的某些实施例中，在测量温度时，也可以将开关S1和S2导通(ON)，从而在传感器单元101的两端处生成含噪电压。

在一些实施例中，开关单元还可以包括第五开关S5，连接在所述MR传感器单元的一端和所述第二路径的第一输入之间。开关单元还可以包括第八开关S8，连接在所述MR传感器单元的另一端与所述第二路径的第二输入之间。第五开关(S5)和第八开关(S8)用于将第二电信号提供到第二路径。

在另一实施例中，感测系统100还可以被配置用于测量对象的旋转速度。这里，待测量对象能够旋转，并可以导致变化的磁场。该磁场可以被视为所述与待测量对象相关联的磁场。作为示例，待测量对象可以是电机，例如EV应用中常见的电机，诸如同步电机等，例如永磁体同步电机等。所述与待测量对象相关联的磁场可以是电机的杂散磁场。然而应理解，本发明并不限于此。

在这样的实施例中，感测系统100还可以包括第三路径115，用于将从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于第三电信号产生计数信号。在一些实现方式中，所述第三电信号可以为在电偏置(例如，偏置电流)施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点(例如，节点1015)处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点(例如，节点1017)处的电压，如图1中所示。处理单元109可以还被配置用于根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度。

在这样的实施例中，开关单元还可以包括第九开关S9，连接在所述第一分支和所述第三路径的第一输入之间。开关单元还可以包括第十开关S10，连接在所述第二分支与所述第三路径的第二输入之间。第九开关S9和第十开关S10可以用于将所述第三电信号提供到所述第三路径。

尽管上面以电机为例进行了说明，但显然，本发明不限于此，而是可以适用于多种待测量对象能够旋转并可以导致作为所述与待测量对象相关联的磁场的变化的磁场的情况。例如，待测量对象可以是HEV中的飞轮。而所述与待测量对象相关联的磁场可以是额外提供的偏置磁场。在后者的情况下，根据本公开实施例的感测系统还可以包括提供偏置磁场的装置(803)，待测量的对象可以被置于所述偏置磁场中。

在一个具体实现方式中，如图1所示，第三路径115可以包括高阻抗差分放大器105c和信号处理装置117。高阻抗差分放大器105c可以具有第一输入(端)和第二输入(端)，分别作为所述第三路径的第一输入和第二输入。高阻抗差分放大器105c用于对通过第一输入和第二输入而输入信号(第三电信号)进行放大，以产生放大信号。信号处理装置117接收所述放大信号，并产生计数信号。在一个具体实现方式中，如图1所示，信号处理装置117可以包括滤波器103和比较器104。滤波器103可以是例如但不限于低通滤波器。比较器104可以将滤波后的信号与参考电位Vref进行比较，从而生成计数信号。处理单元109可以用于基于所述计数信号，确定所述待测量对象的旋转速度。例如，处理单元109可以对该计数信号的脉冲进行计数，从而确定转速。

在一些实施例中，感测系统100还可以被配置用于测量流过对象的电流。所述待测量对象可以是导体(例如线缆或者绕组线圈等)，其适于电流从其流过，如稍后将结合图6更详细说明的。在这种情况下，所述与待测量对象相关联的磁场可以是流过所述导体的电流引起的磁场。

在这样的实施例中，感测系统100还可以包括第四路径116。第四路径116可以用于从所述磁阻MR传感器单元接收第四电信号，以及产生与所述第四电信号对应的第三数字信号。所述第四电信号可以为在电偏置(如偏置电流)施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第三节点(例如，节点1115)处的电压和所述桥的第二分支中的第四节点(例如，节点1117)处的电压。处理单元109还被配置用于根据所述第三数字信号，确定流过所述待测量对象的电流的大小和方向。在一个具体实现方式中，第四路径116可以用于将在电偏置施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下从所述磁阻MR传感器单元接收的第四电信号放大，以产生放大的第四电信号，以及将所述放大的第四电信号转换为第三数字信号。

在这样的实施例中，开关单元还可以包括第六开关S6，连接在所述桥的第一分支中的节点和所述第二路径的第一输入之间。开关单元还可以包括第七开关S7，连接在所述桥的所述第二分支中的节点与所述第二路径的第二输入之间。第六开关S6和第七开关S7可以用于将所述第四电信号提供到第四路径。

第四路径116的配置可以与第二路径113基本相同。在图1所示的示例中，第二路径113和第四路径116被配置为同一路径。因此，这里不再对第四路径116进行重复的说明。容易理解的是，在替代的实施例中，在需要时，也可以利用设置单独的第四路径116。

应理解，尽管在图1中，桥的第一分支和第二分支被示出为不同的分支，然而在其他的示例中，也可以使用同一分支来进行检测确定MR传感器单元的电阻值或流过所述待测量对象的电流。另外，尽管在图1的示例中示出了惠斯通电桥式配置的MR传感器单元，然而本发明不限于此。本领域技术人员根据本公开的教导，可以适当地采用其他形式配置的MR传感器单元。

另外，尽管在图1中，处理单元109被示出为涉及一个或多个路径，然而应理解，本公开不限于此。例如，也可以为一个或多个路径分别提供对应的处理部或者公共的处理部，来实现对应的功能即可。在这种情况下，可以将这些处理部视作共同构成处理单元109。

处理单元109可以发送控制信号到各个开关S1-S10，来控制各开关的导通/关断(ON/OFF)。开关S1-S10可以由例如晶体管驱动的继电器来实现。处理单元109还可以向显示器110提供所检测的温度、电流、转速等，以在显示器上显示给用户。

根据本公开的不同实施例，处理单元109其全部或者部分可以以软件、硬件、固件或者其组合来实现。

图2示出了根据本公开一些实施例的感测系统的操作方法的示例的流程图。

在框201，判断是否测量温度。在“是”的情况下，过程前进至框202。

在框202，开关S3、S4导通，其他开关(如果有的话)都关断。在框203，确定噪声PSD203。在一些实施例中，可选地，在框204，开关S1、S2、S5和S8导通，其他开关(如果有的话)都关断。在框205，检测磁阻MR传感器的电阻值。

这里，MR传感器单元101被视为双端电阻。在确定噪声PSD时，可以不对MR传感器单元101施加偏置电流，以消除诸如散粒噪声和1/f噪声。从而，仅开关S3和S4导通，将MR传感器连接到第一路径111中的前置放大器(preamplifier)105a。如下面将结合图11说明的，本公开不限于此；也可以在对MR传感器单元101施加偏置电流的情况下，来确定噪声PSD。

在桥电阻测量205中，开关S1、S2、S5和S8导通，从而MR传感器单元101连接到恒流源102和第二路径113中的高阻抗差分放大器105b。从而，检测磁阻MR传感器的电阻值。

另一方面，在框201处为“否”的情况下，在框206，判断是否是测量转速。在“否”的情况下，过程进行到框207。

在框207，开关S1、S2、S6和S7导通，其他开关(如果有的话)关断。于是，在框208，MR传感器单元101作为场传感器以测量电流。

在框206为“是”的情况下，过程进行到框209。在框209，开关S1、S2、S9和S10导通，其他开关(如果有的话)关断。于是，在框210，MR传感器单元101作为场传感器以进行旋转检测。

图2所示的方法还可以包括框211，其中将开关S1-S10(如果有的话)关断，以减少功耗。

图3示出了根据本公开一些实施例的AC耦合差分前置放大器的示意图。在本公开的一些实例中，为确定噪声PSD，使用超低噪声差分前置放大器作为放大器105来放大跨MR传感器单元的含噪电压，例如，将其放大1000或更高倍。这里，优选地，使用两路前置放大器(两个子路径)，以通过互相关排除线缆噪声。

作为示例，图3中示出了AC耦合的低噪声差分前置放大器的示意图。该前置放大器包括三个级联的增益级。第一级为AC耦合的差分输入(V_INL和V_INR)-差分输出的电压放大器，其电压增益为大约100。在该示例中，使用一对大面积的JFET晶体管对301(例如，可从InterFET Crop.商业获得的型号为IF3602的JFET晶体管)作为第一级。JFET晶体管对301分别通过电阻R₃和R₄连接到电源电位V_DD。可以通过电阻的比，(R₅+R₆+R₇)/R₅，来设置第一级的电压增益。

第二级接收第一级的差分输出，并利用单位增益(unity gain)生成单端输出。在第二级中使用超低噪声精确运算放大器302b(A3)(例如，可以从Linear Technology商业获得的LT1028)。

第三级可以包括彼此并行连接的四个放大器302c(A6-A7)，提供约10倍的另外增益。在第三级中，使用低噪声轨到轨(rail-to-rail)运算放大器(例如，可以从TexasInstruments商业获得OPA4140)作为放大器A4-A7，从而产生放大的含噪电压。顺带提及，在本申请文件中，在附图中通常使用符号A加数字，如A4-A11来标识放大器。

图3中还示出了差分放大器302a、电阻R1-R22、电容C1-6、二极管D2和D3等。应理解，图3所示的电路结构仅仅作为一个示例性的示例，而不是对本公开的范围限制。本领域普通技术人员根据图3所示的结构足以明了该电路的操作、实现、功能或作用，因此在此不在超过足以使本领域技术人员明了本公开的要旨的程度上对电路细节进行说明。另外，本领域技术人员还将明了可以适用的其他放大器。

图4示出了根据本公开一些实施例的用于通过恒流方法测量MR传感器单元的电阻(也称作桥电阻)的电路配置的示意图。在测量桥电阻时，MR传感器单元101被视为双端电阻器(图4的R_B)。通过精确恒流源作为电流源102对MR传感器单元101(R_B)供电。

如图4所示，电流源102可以包括电压基准源401。电压基准源401具有第一输入端、用于接收电源电压(V_DD)的第二输入端、以及用于提供基准电压(V_{ref_10})的输出端。电压基准源401可以是例如可以从Texas Instruments商业获得的型号为REF102的电压基准源。电流源102可以包括输出节点405。

电流源102还包括运算放大器402a。运算放大器402a(A8)具有正相输入端和反相输入端以及输出端。运算放大器402a的输出端与反相输入端相连并与电压基准源401的第一输入端相连，其正相输入端与所述输出节点相连。运算放大器402a可以是例如可以从Texas Instruments商业获得的型号为OPA211的放大器。

电流源102还包括电阻器R24，连接在电压基准源的输出端和所述输出节点之间。电阻器R24可以用于对电流进行定标(scaling)。例如，可以通过V_{ref_10}/R₂₄的比来设定例如10μA的恒定电流。跨MR传感器单元的电压(或者，MR传感器单元两端的电压)被由三个低噪声精确运算放大器402b(A9-A11)构成的高阻抗放大器(例如，第二路径中的高阻抗放大器105b)放大。这里，运算放大器402b可以是例如可从Texas Instruments商业获得的型号为OPA37的放大器。

图4还示出了电阻R₂₅-R₃₁。可以通过电阻的比(1+2×R₂₆/R₂₅)×R₃₀/R₂₈来设置例如约10倍的放大器增益。从而，放大的电压信号根据电阻-电压转移函数:V_OUT＝I_source×10×R_B，与MR传感器单元的桥电阻成比例。

之后，在第二路径113中，可以使用12位ADC 108b以10k SPS的采样率将放大的电压信号转换为数字信号。之后，处理单元109可以根据该数字信号确定MR传感器单元101的桥电阻。

图5A示出了根据本公开一个实施例的处理单元的示例性框图。图5B示出了示出了根据本公开一些实施例的用于温度测量的处理逻辑的示意图。

在一个实施例中，如5A所示的，处理单元109可以包括互相关计算部1091，用于对来自第一和第二子路径的数字信号在频域计算二者的互功率谱密度CPSD。处理单元109可以还包括PSD计算部1093，用于基于所述互功率谱密度CPSD，计算在选定的带宽上的功率谱密度CPSD的幅度，以确定所述噪声功率谱密度。处理单元109可以还包括温度计算部1095，用于基于所述噪声功率谱密度和所述MR传感器单元的电阻值计算待测量对象的温度。

图5B示出了一个更具体的实现方式。在框503，处理单元109从第一路径111中的高速ADC 108a接收从含噪电压转换而来的数字信号(501)(例如，来自于两个子路径的数字信号)。

之后，在框1091，对来自第一和第二子路径的数字信号在频域计算二者的互功率谱密度CPSD。在一个更具体实现方式中，在框504，对该数字信号进行窗口化处理，例如汉宁(Hanning)窗口处理。之后，在框505，执行快速傅里叶变换(TFT)以获得频率分量的幅度。之后，在框506，进行两路信号的互相关处理，以去除各路径的彼此独立的操作，从而得到互功率谱密度(CPSD)。

之后，在框1093，基于所述互功率谱密度CPSD，计算在选定的带宽上的功率谱密度CPSD的幅度，以确定所述噪声功率谱密度。在一个更具体实现方式中，在框507，利用短期移动平均来对CPSD序列(例如，100个)求平均。之后，在框508，计算CPSD的幅度，以识别每个频率分量的强度。之后，在框509，对频带进行选择。例如，可以选择在20kHz至200kHz的频率范围上的CPSD阵列的数据。由于Johnson噪声与频率无关，因此在所选择的频带上，噪声PSD理论上是平的。接着，在框510，通过对选定的频带(带宽)上CPSD数据进行平均，确定噪声PSD(Sv)。

之后在框1095/513，基于所述噪声功率谱密度和所述MR传感器单元的电阻值计算待测量对象的温度。这里，在框511，可以通过例如第二路径113的高阻抗放大器105b和ADC108b获得数字信号(502)。在框512，可以通过电阻-电压转移函数确定MR传感器单元的电阻(桥电阻)R_B。

在框1095/513，可以通过下式计算绝对温度(以开尔文(K)为单位)

这里，S_bg表示背景本底噪声，其作为所测量的噪声PSD(S_v)和理论噪声PSD(S_vT)之间的实际差。应当注意，背景本底噪声(S_bg)近乎是常数，其可以在标准测量之前通过预校准步骤预先确定。

根据本公开的实施例的感测系统，考虑到一般磁阻MR传感器的最大工作温度范围，可以测量在-60℃至200℃的范围的温度。

图6示出了根据本公开一些实施例的用于电流测量的MR感测单元的布置。在电流测量中，MR传感器单元101可以作为磁场传感器工作。如图6所示，MR传感器单元101被与线缆601(例如单核线缆)邻近地设置。线缆601可以是例如单核线缆，但不限于此。线缆601可以与EV的电池组或者电机驱动相连。流过线缆的电流(I)可以根据毕奥-萨伐尔定律(Bio-Savart law)与磁场强度(B)正相关，如下式所示。

这里，μ₀表示自由空间的导磁率(即，1.26×10^-6N/A²)，而r表示电力线(powercable)601和MR传感器单元101之间的距离。在某些实施例中，由于MR传感器单元101在单个方向上感测磁场，因此需要预校准操作，来获得电流-电压转移曲线，以用于电流测量。在此，可以使用有理多项式模型(rational polynomial model)来拟合MR传感器单元的转移曲线，以确保电流测量的精度。

图7示出了根据本公开一些实施例的用于EV电池组和电机驱动的电流测量的电路配置的示意图。如图7所示，开关S1和S2导通，MR传感器单元被恒流源102施加电流偏置，例如10μA。MR传感器单元产生与流过电缆601的电流对应的差分电压信号。开关S6和S7导通，从而差分电压信号被输入到第二路径113中的高阻抗放大器A3(105b)。这里，与图4所示的高阻抗差分放大器类似的，包括三个精确运算放大器402b。之后，放大的电压信号被ADC108b以例如10kSPS(采样每秒)的采样率转换为数字信号。处理单元109接收该数字信号，并通过预定的电流-电压转移函数(转移曲线)来确定电流值。

在本公开的某些实施例中，MR传感器单元的工作带宽可以被设置为直至1MHz，因此可以测量AC电流和DC电流。注意，如果在预校正过程中在不同温度下拟合了电流-电压转移曲线(例如将其存储在例如处理单元的存储器中)，那么可以通过在此公开的技术，可以减轻或者消除MR传感器单元的温度漂移效应。

根据本公开的一些实施例，还可以通过MR传感器单元101来检测磁场变化，从而检测飞轮/电机(例如，同步电机)等的转速。在此情况下，MR传感器单元101作为磁场传感器，并且其产生与飞轮/电机的旋转对应的周期性电压信号。该电压信号可以由第三检测路径115中的放大器105c(例如，高阻抗AC耦合的放大器)放大至设定的幅度。放大的信号被滤波器(例如，截止频率(cut-off frequency)为50kHz的低通滤波器)滤波。之后，所得到的滤波后的电压信号被与参考信号Vref进行比较，以生成脉冲信号(例如，方波信号)。处理单元109可以对该脉冲信号进行计数，从而确定飞轮/电机的转速。

图8A示出了根据本公开一些实施例的HEV中的飞轮模型的基本布局。图8B示出了根据本公开一些实施例的用于HEV中飞轮的转速测量的MR感测单元的布置的示意图。图9示出了根据本公开一些实施例的用于HEV中飞轮的转速测量的电路配置的示意图。下面结合图8A、8B和9进行说明。

如图8A所示意性地示出的，飞轮801一般可以被设计成形为平的实心圆柱，在其周缘上形成有均匀的轮齿(或者，齿)801a。飞轮接合到轴802。在飞轮旋转，其蓄积动能或者释放能量。

如图8B所示，在利用根据本公开的感测系统测量飞轮的旋转时，可以在飞轮齿801a附近设置用于提供偏置磁场的装置(例如，偏置磁体803)，以提供辅助(偏置)磁场。一般地，该偏置磁场远远强于环境磁场。旋转的有齿飞轮由于其与偏置磁体803之间位置的变化，导致在偏置磁体803和飞轮801之间的磁场发生变化。磁场的变化频率等于轮齿经过偏置磁体的频率。这里，将MR传感器单元101设置在偏置磁体和飞轮之间，优选地，设置在二者之间的中心位置附近。MR传感器单元感测在飞轮旋转切向方向上的磁场扰动，并相应产生正弦电压信号。该信号的每一脉冲对应于飞轮齿的通过。从而，可以如下确定飞轮的转速(ω_F)。

这里，f_F表示用于飞轮旋转检测的传感器电压信号的频率，单位为Hz，和N表示飞轮的齿的数目。一般情况下表，齿的数目可以设置为60，但不限于此。这里，上式中60表示从以秒为单位计的频率到rpm(转每分钟)单位换算系数，也即一分钟包含60秒。

根据本公开的技术，可以实现对于直至超过10000RPM(转/分钟)的高速旋转的可靠测量。

另外，应当理解，对于其它的实施例，取决于飞轮(flywheel)的材料、轮齿形状和传感器放置位置等，也可能不需要提供偏置磁场的偏置磁体。理论上，旋转的由导磁材料(例如，钢等)形成的飞轮齿可以在飞轮周围产生周期性的散乱磁场，但是这种磁场的强度取决于飞轮齿材料的磁通密度、飞轮齿深度和间距等。对于满足强磁性和飞齿深度大等设计要求的飞轮，飞轮周围将会产生强度较大的周期性散乱磁场，所以可以不需要放置偏置磁铁。反之，如果飞轮的材料导磁性较弱并且飞轮齿的深度较小，则飞轮齿产生的磁场强度就会非常弱，容易受周围环境磁场的干扰，尤其在可能产生电磁干扰(ElectromagneticInterference,EMI)的电动汽车环境中；因此对于这种情况，可以设置偏置磁体，来提供偏置磁场。

如图9所示，MR传感器单元101的输出信号被测量放大器(instrument amplifier)901a(例如，可以从Analog Devices商业获得的AD620)放大，例如放大约10倍。增益可以通过外部增益电阻器R_g的值来设定。接着，可以通过两极(two pole)低通滤波器901b来去除频率超过10kHz的谐波噪声。两极低通滤波器901b可以利用例如Sallen-Key拓扑来实现，如图9所示。该滤波器的截止频率可以通过下式来设置:

之后，通过电压比较器902(例如，可以从Texas Instruments商业获得的LM397)，将滤波后的电压信号与参考电压Vref进行比较。参考电压可以通过连接在电源电压VDD和基准低电位(例如，地)之间电阻分压网络设置，但不限于此(例如，也可以通过基准电压源芯片来设定)。在图9中示出了串联的电阻R₃₄和可调电阻R₃₅。例如，可以基于R₃₄/(R₃₄+R₃₅)的比来设置参考电压。处理单元109对比较器输出的计数信号(V_out)的脉冲进行计数，确定其频率(f_F)，并从而确定飞轮的转速。

图9中还示出了电阻R₉、R₃₂-R₃₅、电容C₈以及基准电位V_{ref_1}等。

图10A示出了根据本公开一些实施例的EV中的电机的截面示意图。图10B示出了根据本公开一些实施例的用于电机的转速测量的MR感测单元的布置的示意图。

如图10A所示，通常，在用于EV的电机(特别是永磁体电机)中，永磁体1003被牢靠地固定到圆柱形转子1004，以在气隙1005中产生强的磁通量(作为非限制性示例，高于1特斯拉(Tesla))。被激励定子绕组1002以与旋转永磁磁场相同的频率产生转动磁场。这些磁场的泄露导致在定子表面1001外的杂散磁场(stray magnetic field)。可以将MR传感器单元101设置于定子磁轭外，以检测杂散磁场，如图10B所示。

由于杂散磁场的频率与转子上的永磁体磁极旋转的频率相同，因此，诸如同步电机等电机的转速(ω_M)可以通过下式来根据杂散磁场的频率确定：

这里，f_M表示用于PMSM旋转检测的传感器电压信号的频率(以Hz为单位)，而p表示磁体磁极对的数目。需要注意的是，对于PMSM转速测量的对MR传感器单元产生的信号的信号处理与图9中所示的基本相同，在此省略了对其再次详细说明。这里，同样的，上式中60表示从以秒为单位计的频率到rpm(转每分钟)单位换算系数，也即一分钟包含60秒。

根据本公开的实施例，可以通过感测杂散磁场来可靠地测量电机(诸如永磁体同步电机(PMSM)等电机)的转速。

图11示出了根据本公开另一实施例的感测系统的示意图。图11所示的感测系统1100的结构和部件与图1所示的感测系统1100的结构以及对应部件基本相同，并以相同的附图标记来表示相同的部件。二者的不同之处在于，在感测系统1100中，省略了开关S1和S2。应理解，图中所示的开关仅仅作为形象的示例，也可以采用任何适当形式配置的开关。

上面就感测系统1100的结构和部件所进行的说明可以同样地或者适应性地适用于感测系统1100的结构以及对应部件，在此不再重复说明。

在感测系统1100中，在操作时，可以持续对MR传感器单元101施加偏置电流(这里，偏置电流)。处理单元109可以基于MR传感器单元101两端处的含噪电压来确定噪声PSD并从而进一步确定对象的温度。从而，可以同时进行噪声PSD的确定和MR传感器单元的电阻的测量。上面结合图1、图3和图4所描述的噪声PSD的确定和MR传感器单元的电阻的测量可以同样地或者适应性地适用于本实施例。并且上面结合图5-图10B所描述的内容也可以同样地或者适应性地适用于本实施例。因此，在此不再对其进行重复说明。

图12示出了根据本公开实施例的感测系统1100的操作方法的示例的流程图。在框201，判断是否测量温度。在“是”的情况下，过程前进至框202。在框202，开关S3、S4、S5和S8导通，其他开关(如果有的话)都关断。在框205，确定噪声PSD以及测量桥电阻。

另一方面，在框201处为“否”的情况下，在框204，判断是否测量旋转速度。在“否”的情况下，过程进行到框205。

在框205，开关S6和S7导通，其他开关(如果有的话)关断。于是，在框206，MR传感器单元101作为场传感器以测量电流。

在框204为“是”的情况下，过程进行到框207。在框207，开关S9和S10导通。于是，在框208，MR传感器单元101作为场传感器以进行旋转检测。

图12所示的方法还可以包括框209，其中将开关S3-S10(如果有的话)关断，以减少功耗。

至此，还应理解，本公开还提供了一种测量对象的温度的方法。所述方法可以包括：通过磁阻MR传感器单元感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；通过第一路径从所述MR传感器单元接收包括与噪声对应的噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度；以及至少根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为在所述MR传感器单元两端生成的电压。

在一个实施例中，所述磁阻MR传感器单元以桥形式布置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件。

在一个实施例中，所述第一电信号是在无偏置电流施加于所述MR传感器单元的情况下在所述MR传感器单元的两端生成的电压。

在一个实施例中，所述方法还包括：向所述MR传感器单元施加偏置电流；从所述磁阻MR传感器单元接收第二电信号；产生与所述第二电信号对应的第二数字信号；以及根据第二数字信号确定所述MR传感器单元的电阻值，其中，所述第二电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述磁阻MR传感器单元两端处的电压。

在一个实施例中，所述第一路径包括第一子路径(1111)和第二子路径(1113)。每一个子路径都包括：差分放大器，用于放大所述第一电信号，以产生放大的第一电信号；和ADC模块，用于将放大的第一电信号转换为数字信号，其中所述第一数字信号包括分别从所述第一子路径和第二子路径得到的数字信号。

在一个实施例中，根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度包括：对从第一子路径和第二子路径得到的数字信号在频域计算二者的互功率谱密度CPSD，以及基于所述互功率谱密度CPSD，计算在选定的带宽上的功率谱密度CPSD的幅度，以确定所述噪声功率谱密度。

在一个实施例中，至少根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度包括：根据所确定的噪声功率谱密度、所述MR传感器单元的电阻值以及背景本底噪声确定待测量对象的温度。所述背景本底噪声表示所确定的噪声功率谱密度与理论噪声功率谱密度之间的差。

还应理解，本公开还提供了一种测量对象的旋转速度的方法，包括：向所述MR传感器单元施加偏置电流，所述磁阻MR传感器单元以桥形式布置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；通过磁阻MR传感器单元(101)感测与待测量对象相关联的磁场；通过第三路径(115)从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。

在一个实施例中，所述方法还包括：提供偏置磁场，所述待测量的对象被置于所述偏置磁场中。所述待测量对象相关联的磁场为所述偏置磁场。

在一个实施例中，所述第三路径包括：高阻抗差分放大器(105c)，具有第一输入和第二输入，分别作为所述第三路径的第一输入和第二输入，所述高阻抗差分放大器用于对通过第一输入和第二输入而输入的第三电信号进行放大，以产生放大的第三电信号；以及信号处理装置，其接收所述放大的第三电信号，并产生所述计数信号。

在一个实施例中，所述待测量对象可以是下列中的一种：飞轮，其由导磁的金属材料形成，并且在其周缘具有均匀的齿；以及电机。

另外，如前所述的，根据本公开一些实施例的感测系统可以应用于多种交通工具或检测系统中，以检测感兴趣的前述温度、电流、转速等中的一个或多个。例如，根据本公开某些实施例的感测系统的部件可以以分布式结构应用于交通工具(例如，电动汽车等)中。例如，当测量高速飞轮(High-speed flywheel)的转速时，磁阻式传感器单元可以设置于飞轮齿的边缘附近，而开关和信号处理系统可以集成为一个单独的系统，或者集成为一个子系统来受交通工具的控制单元(Vehicle Control Unit,VCU)来调度。另一方面，根据本公开的实施例的感测系统可以应用作为便携式电动汽车性能监测系统或监测设备，通过测量电动汽车关键部件的温度、电流和转速等参数，来分析电动汽车的性能状态并可能进行故障诊断和预测异常。例如，可判断电动汽车常见的异常症状：1)车载电池在充电或者工作状态下的过流和过热现象；2)电动机驱动器的过流现象(尤其是在重载状况下)；3)电动机过热现象等等。

至此，应理解，本申请还公开了以下。

项目1.一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。

项目2.如项目1所述的感测系统，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件。

项目3.如项目1所述的感测系统，其中所述第一电信号是在无偏置电流施加于所述MR传感器单元的情况下在所述MR传感器单元的两端生成的电压。

项目4.如项目1所述的感测系统，所述感测系统还包括：电流源(102)，用于向所述MR传感器单元施加偏置电流；以及第二路径(113)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第二电信号，以及产生所述第二电信号对应的第二数字信号，其中，所述第二电信号为在所述偏置电流流过所述磁阻MR传感器单元的情况下所述磁阻MR传感器单元两端处的电压，并且其中，所述处理单元还被配置用于根据第二数字信号确定所述MR传感器单元的电阻值。

项目5.如项目4所述的感测系统，所述感测系统还包括开关单元，所述开关单元包括：第三和第四开关(S3，S4)，用于将所述第一电信号提供到第一路径，以及第五开关(S5)和第八开关(S8)，用于将第二电信号提供到第二路径。

项目6.如项目5所述的感测系统，其中所述开关单元还包括：第一和第二开关(S1，S2)，分别连接在所述MR传感器单元的一端和所述电流源之间以及在所述MR传感器单元的另一端和基准低电位之间。

项目7.如项目4-6中任一项所述的感测系统，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件，所述感测系统还包括：

第三路径(115)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号，

其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压，

其中所述处理单元还被配置用于根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度。

项目8.如项目7所述的感测系统，其中所述开关单元还包括：第九开关(S9)和第十开关(S10)，用于将所述第三电信号提供到所述第三路径。

项目9.如项目7所述的感测系统，还包括：提供偏置磁场的装置(803)，所述待测量的对象被置于所述偏置磁场中，其中所述待测量对象相关联的磁场为所述偏置磁场。

项目10.如项目5或6所述的感测系统，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件，所述感测系统还包括：

第四路径(116)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第四电信号，以及产生与所述第四电信号对应的第三数字信号，

其中所述第四电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第三节点处的电压和所述桥的第二分支中的第四节点处的电压，并且

其中所述处理单元还被配置用于根据所述第三数字信号，确定流过所述待测量对象的电流的大小和方向。

项目11.如项目10所述的感测系统，其中所述开关单元还包括：第六开关(S6)和第七开关(S7)，用于将所述第四电信号提供到所述第四路径。

项目12.如项目10所述的感测系统，其中所述第四路径与所述第二路径是同一路径。

项目13.如项目1所述的感测系统，其中所述第一路径包括：差分放大器，用于放大所述第一电信号，以产生放大的第一电信号；和ADC模块，用于将放大的第一电信号转换为所述第一数字信号。

项目14.如项目1所述的感测系统，其中所述第一路径包括：第一子路径(1111)和第二子路径(1113)，每一个都包括：

差分放大器，用于放大所述第一电信号，以产生放大的第一电

信号；和ADC模块，用于将放大的第一电信号转换为数字信号，

其中所述第一数字信号包括分别从所述第一子路径和第二子路径得到的数字信号。

项目15.如项目14所述的感测系统，其中所述处理单元包括：互相关计算部(1091)，用于对从第一和第二子路径得到的数字信号在频域计算二者的互功率谱密度CPSD；PSD计算部(1093)，用于基于所述互功率谱密度CPSD，计算在选定的带宽上的功率谱密度CPSD的幅度，以确定所述噪声功率谱密度；以及温度计算部(1095)，用于基于所述噪声功率谱密度和所述MR传感器单元的电阻值计算待测量对象的温度。

项目16.如项目4所述的感测系统，其中所述第二路径包括：高阻抗差分放大器(105b)，用于对第二电信号进行放大，以产生放大的第二电信号；ADC(108b)，用于将所述放大的第二电信号转换为所述第二数字信号。

项目17.如项目7所述的感测系统，其中所述第三路径包括：高阻抗差分放大器(105c)，用于对第三电信号进行放大，以产生放大的第三电信号；信号处理装置，其接收所述放大的第三电信号，并产生所述计数信号。

项目18.如项目10所述的感测系统，其中所述第四路径包括：高阻抗差分放大器(105b)，用于对第四电信号进行放大，以产生放大的第四电信号；ADC(108b)，用于将所述放大的第四电信号转换为所述第三数字信号。

项目19.如项目4所述的感测系统，其中所述电流源包括：电压基准源(401)，具有第一输入端、用于接收电源电压的第二输入端、以及用于提供基准电压(V_{ref_10})的输出端；输出节点(405)；运算放大器(402a)，具有正相输入端和反相输入端以及输出端，其输出端与反相输入端相连并与电压基准源的第一输入端相连，其正相输入端与所述输出节点相连；以及电阻器(R24)，连接在电压基准源的输出端和所述输出节点之间。

项目20.如项目5-11中任一项所述的感测系统，其中各开关由晶体管驱动的继电器形成，并受处理单元的控制。

项目21.如项目1所述的感测系统，其中所述处理单元被配置用于：根据所确定的噪声功率谱密度、所述MR传感器单元的电阻值以及背景本底噪声确定待测量对象的温度。

项目22.如项目7所述的感测系统，其中所述待测量对象是下列中的一种：飞轮，其由导磁的金属材料形成，并且在其周缘具有均匀的齿；以及电机。

项目23.一种感测系统，包括：磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；电流源(101)，用于向所述MR传感器单元施加偏置电流；第三路径(115)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及处理单元，被配置用于根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。

项目24.如项目23所述的感测系统，还包括：提供偏置磁场的装置(803)，所述待测量的对象被置于所述偏置磁场中，其中所述待测量对象相关联的磁场为所述偏置磁场。

项目25.如项目23所述的感测系统，其中所述第三路径包括：高阻抗差分放大器(105c)，具有第一输入和第二输入，分别作为所述第三路径的第一输入和第二输入，所述高阻抗差分放大器用于对通过第一输入和第二输入而输入的第三电信号进行放大，以产生放大的第三电信号；以及信号处理装置，其接收所述放大的第三电信号，并产生所述计数信号。

项目26.如项目23所述的感测系统，其中所述电流源包括：电压基准源(401)，具有第一输入端、用于接收电源电压的第二输入端、以及用于提供基准电压(V_{ref_10})的输出端；输出节点(405)；运算放大器(402a)，具有正相输入端和反相输入端以及输出端，其输出端与反相输入端相连并与电压基准源的第一输入端相连，其正相输入端与所述输出节点相连；以及电阻器(R24)，连接在电压基准源的输出端和所述输出节点之间。

项目27.如项目23所述的感测系统，其中所述待测量对象是下列中的一种：飞轮，其由导磁的金属材料形成，并且在其周缘具有均匀的齿；以及电机。

项目28.一种测量对象的温度的方法，所述方法包括：通过磁阻MR传感器单元感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；通过第一路径从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度；以及根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，其中所述第一电信号为在所述MR传感器单元两端生成的电压。

项目29.如项目28所述的方法，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件。

项目30.如项目28所述的方法，其中所述第一电信号是在无偏置电流施加于所述MR传感器单元的情况下在所述MR传感器单元的两端生成的电压。

项目31.如项目28所述的方法，还包括：向所述MR传感器单元施加偏置电流；以及从所述磁阻MR传感器单元接收第二电信号；产生与所述第二电信号对应的第二数字信号；以及根据第二数字信号确定所述MR传感器单元的电阻值，其中，所述第二电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述磁阻MR传感器单元两端处的电压。

项目32.如项目28所述的方法，其中所述第一路径包括：第一子路径(1111)和第二子路径(1113)，每一个都包括：

项目33.如项目32所述的方法，其中根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度包括：对从第一子路径和第二子路径得到的数字信号在频域计算二者的互功率谱密度CPSD，以及基于所述互功率谱密度CPSD，计算在选定的带宽上的功率谱密度CPSD的幅度，以确定所述噪声功率谱密度。

项目34.如项目28所述的方法，其中根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度包括：根据所确定的噪声功率谱密度、所述MR传感器单元的电阻值以及背景本底噪声确定待测量对象的温度。

项目35.一种测量对象的旋转速度的方法，包括：向所述MR传感器单元施加偏置电流，所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件；通过磁阻MR传感器单元(101)感测与待测量对象相关联的磁场；通过第三路径(115)从所述磁阻MR传感器单元接收第三电信号，以及基于所述第三电信号产生计数信号；以及根据所述计数信号确定所述待测量对象的旋转速度，其中所述第三电信号为在偏置电流施加于所述磁阻MR传感器单元的情况下所述桥的第一分支中的第一节点处的电压和所述桥的第二分支中的第二节点处的电压。

项目36.如项目35所述的方法，还包括：提供偏置磁场，所述待测量的对象被置于所述偏置磁场中，其中所述待测量对象相关联的磁场为所述偏置磁场。

项目37.如项目35所述的方法，其中所述第三路径包括：高阻抗差分放大器(105c)，具有第一输入和第二输入，分别作为所述第三路径的第一输入和第二输入，所述高阻抗差分放大器用于对通过第一输入和第二输入而输入的第三电信号进行放大，以产生放大的第三电信号；信号发生装置，其接收所述放大的第三电信号，并产生所述计数信号。

项目38.如项目35所述的方法，其中所述待测量对象是下列中的一种：飞轮，其由导磁的金属材料形成，并且在其周缘具有均匀的齿；以及电机。

项目39.一种交通工具，其包括根据项目1-27中任一项所述的感测系统。

项目40.一种检测系统，其包括根据项目1-27中任一项所述的感测系统。

以上已经描述了本公开的各种实施例，但是上述说明仅仅是示例性的，并非穷尽性的，并且本发明也不限于所公开的各种实施例。在此公开的各实施例可以适当地任意组合，而不脱离本发明的精神和范围。根据本发明在此的教导，相关技术领域的普通技术人员可以容易地想到许多修改和变化，这些修改和变化也被涵盖在本发明的精神和范围内。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种感测系统，其特征在于，包括：

磁阻MR传感器单元(101)，用于感测与待测量对象相关联的磁场，所述MR传感器单元包括磁阻MR元件；

第一路径(111)，用于从所述MR传感器单元接收包括噪声电压的第一电信号，以及产生与所述噪声电压对应的第一数字信号；以及

处理单元(109)，被配置用于根据所述第一数字信号确定噪声功率谱密度，并根据所确定的噪声功率谱密度以及所述MR传感器单元的电阻值确定待测量对象的温度，

其中所述第一电信号为所述MR传感器单元的两端处的电压。

2.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件。

3.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，其中所述第一电信号是在无偏置电流施加于所述MR传感器单元的情况下在所述MR传感器单元的两端生成的电压。

4.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，所述感测系统还包括：

电流源(102)，用于向所述MR传感器单元施加偏置电流；以及

第二路径(113)，用于从所述磁阻MR传感器单元接收第二电信号，以及产生所述第二电信号对应的第二数字信号，

其中，所述第二电信号为在所述偏置电流流过所述磁阻MR传感器单元的情况下所述磁阻MR传感器单元两端处的电压，并且

其中，所述处理单元还被配置用于根据第二数字信号确定所述MR传感器单元的电阻值。

5.如权利要求4所述的感测系统，其特征在于，所述感测系统还包括开关单元，所述开关单元包括：

第三和第四开关(S3，S4)，用于将所述第一电信号提供到第一路径，以及

第五开关(S5)和第八开关(S8)，用于将第二电信号提供到第二路径。

6.如权利要求5所述的感测系统，其特征在于，其中所述开关单元还包括：

第一和第二开关(S1，S2)，分别连接在所述MR传感器单元的一端和所述电流源之间以及在所述MR传感器单元的另一端和基准低电位之间。

7.如权利要求4-6中任一项所述的感测系统，其特征在于，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件，

所述感测系统还包括：

8.如权利要求7所述的感测系统，其特征在于，其中所述开关单元还包括：

第九开关(S9)和第十开关(S10)，用于将所述第三电信号提供到所述第三路径。

9.如权利要求7所述的感测系统，其特征在于，还包括：

提供偏置磁场的装置(803)，所述待测量的对象被置于所述偏置磁场中，

其中所述待测量对象相关联的磁场为所述偏置磁场。

10.如权利要求5或6所述的感测系统，其特征在于，其中所述磁阻MR传感器单元以桥形式配置，所述桥具有至少两个分支，每个分支都具有磁阻MR元件，

所述感测系统还包括：