CN111174691B - 磁性角度位置传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定可旋转部件上的磁体的角度位置的磁性位置传感器，包括：至少一个磁性传感器(30)，所述至少一个磁性传感器用于确定所述磁体的磁场的不同向量分量；存储器，所述存储器中存储有用表示所述磁体的不同角度位置的数据填充的查找表(34)，表示每个角度位置的所述数据与所述查找表(34)中的表示将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述向量分量的数据相关；其中所述磁性位置传感器被配置为使用由所述磁性传感器确定的所述向量分量和逻辑来从所述查找表(34)确定所述磁体的所述角度位置。

Description

磁性角度位置传感器
技术领域
本公开大体上涉及磁性位置传感器，所述磁性位置传感器具有安装在可旋转部件上的磁体并且被配置为检测可旋转部件的旋转位置。
背景技术
磁性位置传感器广泛用于以非接触方式确定部件的旋转位置。通常，在需要检测其旋转(即，角度)位置的可旋转部件上提供磁体。传感器通常包括具有微处理器的集成电路，所述集成电路相对于可旋转部件位于固定位置。集成电路确定由磁体发射的磁场的两个正交分量的振幅并将振幅传输到微处理器。因为磁分量是彼此正交的，所以这些振幅在磁体旋转时以正弦方式和余弦方式变化，并且因此可以由微处理器组合地用来确定部件在任何给定时间点的旋转角度。微处理器使用计算机算法，诸如CORDIC或(反正切)算法来从正弦信号和余弦信号确定角度位置。
然而，由于微处理器必须执行的计算而证明包括这些微处理器的位置传感器是可靠的耗费时间并且代价高昂。在位置传感器用于安全至上的应用中，诸如航空航天行业中的情况下情况尤其如此。
发明内容
本公开提供了一种用于确定可旋转部件上的磁体的角度位置的磁性位置传感器，所述磁性位置传感器包括：至少一个磁性传感器，所述至少一个磁性传感器用于确定所述磁体的磁场的不同向量分量；存储器(例如，非易失性存储器)，所述存储器中存储有用表示所述磁体的不同角度位置的数据填充的查找表，表示每个角度位置的所述数据与所述查找表中的表示将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述向量分量的数据相关；其中所述磁性位置传感器被配置为使用由所述磁性传感器确定的所述向量分量和逻辑来从所述查找表确定所述磁体的所述角度位置。
所述磁性位置传感器可以从查找表输出表示或基于角度位置的信号。该信号可以用来显示角度位置或基于角度位置而控制装置。
所述至少一个磁性传感器可以确定磁场的不同向量分量的振幅，并且查找表中的数据可以表示将由至少一个磁性传感器在所述角度位置处检测到的向量分量的振幅。
所述至少一个磁性传感器可以包括用于确定磁场的两个向量分量的磁性传感器。
所述至少一个磁性传感器可以被配置为确定磁场的向量分量，所述向量分量是基本上正交的向量分量。
所述向量分量中的一者可以随着磁体的角度位置的变化而以正弦方式变化并且另一者可以余弦方式变化。
磁性位置传感器可以包括所述磁体。
查找表可以用多个数据对填充，每个数据对包括磁体的角度位置而且还包括将由至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的磁场的不同向量分量的比。磁性位置传感器还可以包括用于确定磁场的不同向量分量的比的除法器，并且被配置为使用来自除法器的比和所述逻辑来在查找表中查找对应的角度位置。
除法器可以是模拟除法器。
查找表可以仅包括针对磁体的在大于-90度旋转到小于+90度旋转的范围内的角度位置的数据。
查找表可以用多个数据对填充，所述数据对中的每一者包括将在磁性位置传感器发生故障的情况下检测到的磁场的不同向量分量的比，以及指示磁性位置传感器具有故障的数据。如果检测到这些向量分量，则磁性位置传感器能够确定其具有故障并且可以例如通过控制显示器、灯或扬声器来向用户发送警示。磁性位置传感器可以包括使用来自除法器的比和所述逻辑来在查找表中查找角度位置的逻辑装置，诸如现场可编程门阵列或可编程逻辑装置(PLD)。可选地，磁性位置传感器以及因此逻辑装置可以不包括任何可编程装置。
任选地，微处理器不用来计算所述比或从该比计算角度位置。
查找表可以含有针对可旋转部件能够旋转的所有角度位置的比值以及对应的角度位置的数据对；并且查找表可以针对可旋转部件能够旋转的角度旋转的每一度包括至少一个这种数据对。查找表可以针对可旋转部件能够旋转的角度旋转的每几分之一度包括这种数据对。
查找表可以用多个数据三元组填充，每个数据三元组包括磁体的角度位置以及将由至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的磁场的不同向量分量。磁性位置传感器可以被配置为使用由至少一个磁性传感器确定的磁场的不同向量分量和所述逻辑来在查找表中查找对应的角度位置。
查找表可以针对可旋转部件能够旋转的角度旋转的每一度或每几分之一度包括至少一个这种数据三元组。
查找表可以包括针对磁体在360度旋转内的角度位置的数据。
多个数据三元组可以包括多个数据三元组，所述多个数据三元组包括磁体的相同角度位置但是包括磁场的向量分量的不同组合。认识到，在磁体的任何给定的角度位置，正弦信号和余弦信号的振幅可能存在某一变化，并且该特征允许这类容限。
查找表可以用多个数据三元组填充，所述数据三元组中的每一者包括将在磁性位置传感器发生故障的情况下检测到的磁场的不同向量分量，以及指示磁性位置传感器具有故障的数据。如果检测到这些向量分量，则磁性位置传感器能够确定其具有故障并且可以例如通过控制显示器、灯或扬声器来向用户发送警示。
本文中描述的查找表可以存储于在任何微控制器外部的专用存储器(诸如非易失性存储器)中。
任选地，本文中描述的磁性位置传感器不含任何复杂的集成电路。
微处理器和/或算术逻辑单元(ALU)和/或乘法器和/或浮点单元可以不用来计算磁体的角度位置。
本文中描述的磁性位置传感器可以不含除了磁性传感器、ADC、逻辑装置(例如，FPGA)和非易失性存储器之外的任何集成电路。预期磁性位置传感器可以包括具有逻辑装置而没有可编程装置的专用集成电路(ASIC)。上面存储了查找表的存储器，以及任选地ADC和/或磁性传感器可以是ASIC的一部分。
本文中描述的磁性位置传感器可以包括使用由至少一个磁性传感器确定的向量分量和所述逻辑来在查找表中查找角度位置的逻辑装置，诸如现场可编程门阵列或可编程逻辑装置(PLD)。
查找表可以含有表示每个角度位置的数据和表示将由至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的向量分量的相关数据。查找表可以针对在某一角度位置范围内的角度旋转的每一度或每几分之一度包括这种数据。
所述角度位置范围可以是至少45度、至少70度、至少90度、至少180度、至少270度或360度的范围。
查找表可以包括针对磁体能够旋转的所有角度位置的数据。
磁性位置传感器还可以包括用于从查找表接收角度位置的数模转换器或脉冲宽度调制器，其中所述数模转换器或脉冲宽度调制器被配置为产生与所接收的角度位置成正比的DC电压。
本公开还提供一种系统，所述系统包括：可旋转部件以及本文中描述的磁性位置传感器；其中磁体安装在可旋转部件上。任选地，所述系统可以是航空航天飞行器。
可旋转部件可以是可旋转轴。
本公开还提供了一种确定可旋转部件的角度位置的方法，所述方法包括：在可旋转部件上提供磁体；提供本文中描述的磁性位置传感器；使用所述至少一个磁性传感器来确定所述可旋转部件上的所述磁体的磁场的不同向量分量；以及使用所述确定的向量分量和逻辑来从所述查找表确定所述磁体的所述角度位置并且因此确定所述可旋转部件的所述角度位置。
本公开还提供了一种校准磁性位置传感器的方法，所述方法包括：在可旋转部件上提供磁体；提供本文中描述的磁性位置传感器；使可旋转构件旋转通过某一角度位置范围，同时使用所述至少一个磁性传感器来确定所述磁体的磁场的不同向量分量；将表示所述磁体在所述角度位置范围内的不同角度位置的数据记录在所述查找表中；以及针对每个所记录的角度位置，将表示由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处确定的所述向量分量的相关数据记录在所述查找表中。
致动器可以使可旋转构件旋转通过所述角度位置范围。
编码器可以提供磁体旋转的角度位置以供记录。
查找表可以是查找表并且可以在可旋转构件在旋转时确定磁场的两个不同向量分量。存储在查找表中的数据可以对应于将从以下步骤得到的数据：(a)针对每个所记录的角度位置，将向量分量的相应的确定的值绘制为二维空间中的点，其中所述空间的两个维度表示所述两个向量分量；(b)在所述空间中的零点周围限定圆形内边界，其中零点表示两个向量分量都是零的情况，在所述零点周围限定圆形外边界，其中内边界和外边界定位成使得绘制的点布置在内边界与外边界之间；(c)限定源自零点并穿过绘制的点中的一者的径向线；(d)确定位于径向线上并且在内边界与外边界之间的多个位置中的每一者指示二维空间中的针对与绘制的点中的所述一者的角度位置相同的角度位置的向量值；以及(e)用使向量值的这些不同组合中的每一者与角度位置相关联的数据填充所述查找表。
可以针对多个(例如，所有)绘制的点中的每一者执行以上步骤(c)到(e)。
所述方法可以包括确定二维空间中不在内边界与外边界之间的位置指示将在磁性位置传感器发生故障的情况下检测到的向量值。所述方法可以用向量值的这些组合并且还用指示磁性位置传感器处于故障状态的相关数据来填充查找表。
附图说明
现在将仅通过示例以及参考附图来描述各个实施方案，附图中：
图1A示出了已知的磁性位置传感器并且图1B示出了用于航空航天应用中的磁性位置传感器；
图2示出了由图1A的传感器检测到的磁场的正交的向量分量随着传感器中的磁体的旋转角度而变化的方式；
图3示出了示出常规磁性位置传感器的主要部件的框图；
图4示出了图2中的正交的向量分量的比随着磁体的旋转角度变化而变化的方式；
图5示出了根据本公开的实施方案并且具有1D查找表的磁性位置传感器的主要部件的框图；
图6是存储在图5的实施方案中的1D查找表中的数据的图形表示；
图7示出了根据本公开的另一实施方案并且具有2D查找表的磁性位置传感器的主要部件的框图；
图8是存储在图7的实施方案中的2D查找表中的数据的图形表示；
图9示出了用于填充1D或2D查找表26、34的设备的示意图；
图10以图形方式表示可以产用于2D查找表的数据的方式；
图11A和11B示出了2D查找表中的数据的不同表示；以及
图12示出了可以将数据分配给查找表存储器的方式。
具体实施方式
磁性位置传感器广泛用于诸如在汽车和航空航天行业中以非接触方式确定部件的旋转(即，角度)位置。
图1A示出了这种位置传感器的示例。磁体2提供在需要检测其旋转(即，角度)位置的可旋转部件4上。传感器包括具有处理器的集成电路6，集成电路6相对于可旋转部件4位于固定位置。图1B示出了航空航天应用中的位置传感器，其中磁体2提供在可旋转轴4上并且集成电路6位于相对于轴固定的部件上，诸如在印刷电路板8上。
如图1A中最佳地示出，集成电路6确定由磁体2发射的磁场B的两个正交的向量分量Bx、By的振幅并将振幅传输到处理器。因为磁分量Bx、By是彼此正交的，所以由磁分量Bx、By引起的信号的振幅随着磁体2的旋转角度变化而以正弦方式和余弦方式变化，如图2所示。
如从图2可见，磁体2的每个旋转角度呈现正弦信号与余弦信号的振幅的唯一组合。因此这些信号的组合可以用来确定磁体2的旋转角度并且因此确定可旋转部件4的旋转角度。
图3示出了示出常规磁性位置传感器的主要部件的框图。位置传感器包括在集成电路6中的用于检测来自磁体2的磁场的两个正交的向量分量Bx、By的磁性传感器10，诸如霍尔传感器。如上文所描述，这些磁性传感器10输出随着磁体2的角度位置变化而以正弦方式和余弦方式变化的信号。位置传感器包括用于将来自磁性传感器10的信号数字化的模数转换器(ADC)12。接着将数字化的信号发送到处理器14，处理器14包括用于从数字化的信号确定磁体2的角度位置的反正切算法。
如上文所描述，磁体2的每个旋转角度呈现正弦振幅与余弦振幅的唯一组合并且因此这些信号可以用来确定磁体2的旋转角度以及因此确定可旋转部件的旋转角度。这通过计算正弦信号与余弦信号的比而执行。图4示出了这个比随着磁体2的角度位置θ变化而变化的方式。反正切算法计算该比(即，tanθ)并且接着将角度位置θ确定为其arctan值(即，反正切)。
如图3所示，处理器14产生反映计算出的角度位置的信号并且接着将该信号传输到数模转换器(DAC)或脉冲宽度调制器(PWM)16。
然而，由于处理器必须执行的计算而证明包括这些处理器的位置传感器是可靠的耗费时间并且代价高昂。在传感器用于安全至上的应用中，诸如航空航天行业中的情况下情况尤其如此。
根据本公开的实施方案，提供了一种磁性位置传感器，所述磁性位置传感器具有磁体2，磁体2安装在需要检测其旋转(即，角度)位置的可旋转部件4上。所述位置传感器还包括相对于可旋转部件位于固定位置的磁性传感器，诸如霍尔传感器。例如，磁体可以提供在可旋转轴上，使得可以检测轴的角度位置。
图5示出了根据本公开的实施方案的磁性位置传感器的主要部件(除了磁体2之外)的框图。所述位置传感器包括用于检测来自磁体2的磁场的两个正交的向量分量Bx、By的磁性传感器20。磁性传感器20可以是霍尔传感器或磁阻传感器(诸如AMR、GMR、CMR或TMR传感器)。这些磁性传感器20输出随着磁体2的角度位置变化而以正弦方式和余弦方式变化的信号。位置传感器包括模拟除法器22，模拟除法器22类推地将以正弦方式变化的信号的振幅除以以余弦方式变化的信号的振幅(或反过来也一样)以便产生角度位置的正切(或反正切)，并且将表示该比的信号输出到模数转换器(ADC)24。ADC24将信号数字化并使用它来从一维(1D)查找表26确定可旋转部件的角度位置，1D查找表将在下文更详细地进行讨论。
如上文所描述并且如图2所示，磁体2的每个旋转角度呈现正弦振幅和余弦振幅的唯一组合并且因此这些信号可以组合地用来从正弦信号值与余弦信号值的比(或相反，从余弦与正弦比)确定磁体2的旋转角度(以及因此确定可旋转部件的旋转角度)。1D查找表26用与磁体2的相应角度位置相联系的正弦/余弦比的预定义值(或余弦/正弦比的预定义值)填充，这些比在所述相应角度位置处出现。这通过图6以图形方式表示，图6示出了随正弦与余弦比而变的磁体的角度位置。在该实施方案中，查找表26仅包括针对磁体2的在刚好-90度以上与刚好+90度以下之间的角度位置的数据。然而，预期取决于准许可旋转部件4在使用中旋转的角度范围，可以提供其他角度范围。将了解，查找表26包括多个数据对，其中每一对包括正弦与余弦比(或余弦与正弦比)以及磁体2的对应的角度位置，而不是图6中的图像数据。
位置传感器使用计算机逻辑来从正弦与余弦比(或余弦与正弦比)确定磁体2的角度位置，并且因此确定可旋转部件4的角度位置。例如，位置传感器可以包括使用比和简单的逻辑进行操作以从查找表26中查找对应的角度位置的逻辑装置，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑装置(PLD)。参考图5中的实施方案，逻辑装置可以管理ADC 24来获得正弦/余弦比(或余弦/正弦比)，并且接着从查找表26获得对应的角度位置。
查找表26可以含在外部存储器(例如，在微控制器存储器外部)，诸如非易失性存储器中。
根据本文中的实施方案，计算机处理器(或S/W)不用来计算正弦值与余弦值的比，或从该比(即，反正切或正切值)计算角度位置。换句话说，在实施方案中确定正弦与余弦比(或余弦与正弦比)后，该比用来在不执行任何进一步计算的情况下简单地在查找表26中查找角度位置。由于位置传感器不执行任何复杂的计算时，因此其为可靠的并且用于安全至上的技术中，诸如航空航天飞行器中。
在本公开的实施方案中，查找表26含有针对可旋转部件能够旋转的所有角度位置(或针对期望检测到可旋转部件的旋转的所有角度位置)的正弦值与余弦值的比以及对应的角度位置的数据对。查找表26可以针对可旋转部件4能够旋转的角度旋转的每一度(或每几分之一度)包括至少一个这种数据对。
因此，例如与仅将有限数目个这种数据点存储在位置传感器内的微处理器的存储器中，以及使用微处理器来在其之间内插未存储在查找表中的其他数据点相比，查找表是相对大的并且可以视为有点违反直觉。然而，发明人已经认识到在位置传感器中执行计算是不合需要的，因为传感器需要极度可靠，并且因此应提供覆盖所有感兴趣的角度位置的大的查找表，使得计算机逻辑可以用来确定角度位置。因此，本公开的实施方案将大的查找表存储于在任何微控制器外部的(相对大的)存储器中。存储器可以是查找表的专用存储器。实施方案不使用计算来在存储在查找表中的正弦/余弦比或角度位置之间内插正弦/余弦比或角度位置。
因此磁性位置传感器可以不含任何复杂的集成电路。
返回参考图5，将从查找表26获得的角度位置提供到数模转换器(DAC)或脉冲宽度调制器(PWM)28。DAC或PWM 28将信号转换为表示该信号的本将由电位计产生的信号(例如，与角度位置成正比的DC电压)。这使得实施方案的磁性位置传感器(即，非接触传感器)能够取代和仿效常规模拟电位计位置传感器。
可以通过校准方法用数据对来填充查找表26。换句话说，可旋转构件4可以旋转通过记录在查找表26中的各种角度位置并且在该等值处出现的正弦/余弦比可以与其对应的角度位置成对地记录在查找表26中。用于填充查找表26的该校准方法补偿位置传感器的部件中，诸如磁性传感器20或模拟除法器22中的任何误差。因此，由位置传感器在正常使用中确定的角度位置的整体误差减到最小。
当校准位置传感器中的查找表26时，用户能够为位置传感器选择和设置零角度位置。接着在查找表26中设置该零角度位置和对应的正弦/余弦比。还可以将相对于零角度位置的正角度位置和负角度位置以及其相应的比存储在查找表26中。
可选地，可以将角度位置和其对应的比存储在查找表26中并且用户可以电子地调整该存储的数据以便将选定的角度位置设置为零角度位置。接着调整其他角度位置以便相对于该零角度位置设置为正位置和/或负位置。
图7示出了根据本公开的使用二维(2D)查找表的实施方案的磁性位置传感器的主要部件(除了磁体2之外)的框图。所述位置传感器包括用于检测来自磁体2的磁场的两个正交的向量分量Bx、By的磁性传感器30。磁性传感器20可以是霍尔传感器或磁阻传感器(诸如AMR、GMR、CMR或TMR传感器)。这些磁性传感器30输出随着磁体2的角度位置变化而以正弦方式和余弦方式变化的信号。位置传感器包括用于将以正弦方式和余弦方式变化的信号中的每一者数字化的模数转换器(ADC)32a、32b。数字化的信号接着用来从2D查找表34确定可旋转部件4的角度位置，2D查找表将在下文更详细地进行讨论。
如上文所描述并且如图2所示，磁体2的每个旋转角度呈现正弦振幅与余弦振幅的唯一组合并且因此这些信号可以组合地用来确定磁体2的旋转角度(以及因此确定可旋转部件4的旋转角度)。
用可旋转部件4的不同角度位置填充2D查找表34。使存储在查找表34中的角度位置中的每一者与当磁体2在该角度位置处时出现的正弦信号和余弦信号的振幅相关。这通过图8以图形方式示出，在图8中x轴表示正弦信号的振幅，y轴表示余弦信号的振幅，并且共同地布置为圆的较深的框中的每一者表示查找表34中的数据录入点，查找表34含有角度位置，即，正弦与余弦值的比的反正切(或余弦与正弦值的比的正切)。将了解，查找表36包括数据点，而不是图8中的图像数据。
返回参考图7，位置传感器使用来自ADC 32a、32b的数字化的正弦信号和余弦信号来从2D查找表34确定磁体2的对应的角度位置。如先前实施方案中所描述，位置传感器使用计算机逻辑来确定磁体2的角度位置，并且因此确定可旋转部件4的角度位置。例如，位置传感器可以包括使用正弦值和余弦值以及简单的逻辑进行操作以从2D查找表34中查找对应的角度位置的逻辑装置，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑装置(PLD)。参考图7中的实施方案，逻辑装置可以管理ADC 32来获得正弦值和余弦值，并且接着从2D查找表34获得对应的角度位置。
查找表可以含在外部存储器(例如，在微控制器存储器外部)，诸如非易失性存储器中。
如关于较早的实施方案所描述，计算机处理器(或S/W)不用来从正弦值和余弦值计算角度位置。换句话说，在确定正弦值与余弦值后，该等值仅用来在不执行任何进一步计算的情况下在2D查找表34中查找角度位置。由于位置传感器不执行任何复杂的计算，因此其为可靠的并且用于安全至上的技术中，诸如航空航天飞行器中。
查找表34含有数据三元组，其中每个三元组包括针对可旋转部件能够旋转的所有角度位置(或针对期望检测到可旋转部件的旋转的所有角度位置)的正弦值、余弦值和对应的角度位置。2D查找表34可以针对可旋转部件4能够旋转的角度旋转的每一度包括至少一个这种数据三元组。查找表可以针对可旋转部件能够旋转的角度旋转的每几分之一度包括这种数据三元组。
可以将查找表34存储于在任何微控制器外部的(相对大的)存储器中。存储器可以是查找表34的专用存储器。实施方案不使用计算来将角度位置内插在存储在查找表中的那些角度位置之间。
磁性位置传感器可以不含任何复杂的集成电路。
返回参考图7，将从查找表34获得的角度位置提供到数模转换器(DAC)或脉冲宽度调制器(PWM)36。DAC或PWM 36将信号转换为表示该信号的本将由电位计产生的信号(例如，与角度位置成正比的DC电压)。这使得实施方案的磁性位置传感器(即，非接触传感器)能够取代和仿效常规模拟电位计位置传感器。
可以通过校准方法用数据三元组来填充查找表34，如关于本文中较早的实施方案所描述。可旋转构件4可以旋转通过记录在查找表34中的各种角度位置并且在该等角度值处出现的正弦值和余弦值可以与其对应的角度位置相关地记录在查找表34中。用于填充查找表34的该校准方法补偿位置传感器的部件中的任何误差。因此，由位置传感器在正常使用中确定的角度位置的整体误差减到最小。
当校准位置传感器中的查找表34时，用户能够为位置传感器选择和设置零角度位置。接着在查找表34中设置该零角度位置和对应的正弦值和余弦值。还可以将相对于零角度位置的正角度位置和负角度位置以及其相应的正弦值和余弦值存储在查找表34中。
可选地，可以将角度位置以及其对应的正弦值和余弦值存储在查找表34中并且用户可以电子地调整该存储的数据以便将选定的角度位置设置为零角度位置。接着调整其他角度位置以便相对于该零角度位置设置为正位置和/或负位置。
图7中所示的实施方案可以相对小并且较不容易出错，例如，因为模拟除法器(及其相关联的温度漂移)不存在。
由于2D查找表34使用单独的正弦值和余弦值，所以其能够在将要检测的大的角度位置范围内使用，例如与图4中所示的不连续的正切函数相对。使用2D查找表34的位置传感器可以监测可旋转部件在360度旋转内的角度位置。
图9示出了用于上述校准方法中以用于填充1D或2D查找表26、34的设备的示意图。该设备包括：用于使磁体2旋转的致动器40，用于提供由致动器40引起的磁体2的旋转的角度位置的编码器42，以及具有将要填充的查找表26、34的磁性位置传感器44。磁体2可以是与最终的磁性位置传感器44中提供的磁体相同的磁体或基本上相同的磁体。
所述方法包括使用致动器40来使磁体2在磁性位置传感器44期望在使用中检测到的角度范围内(例如，在360度内)旋转。在旋转期间，确定来自磁性传感器20、30的输出(即，正弦信号和余弦信号)连同其来自编码器42的对应的旋转角度。对于2D查找表34，将来自编码器42的每个角度位置连同来自磁性传感器30的对应的正弦值和余弦值一起记录在查找表34中，使得角度与正弦值和余弦值相关。对于1D查找表26，将来自编码器42的每个角度位置连同来自磁性传感器20的对应的正弦值与余弦值的比一起记录在查找表26中，使得角度与该比相关。
认识到，在磁体2的任何给定的角度位置处，正弦信号和余弦信号的振幅可能存在某一变化。因此，对于2D查找表34，可以针对任何给定的角度位置将正弦振幅和余弦振幅的多个不同组合记录在查找表中。图10示出了其示例。
图10以图形方式表示数据可以存储在2D查找表中的方式。x轴表示检测到的正弦信号的振幅并且y轴表示检测到的余弦信号的振幅，其方式与图8相同，不同之处在于在图10中所示的实施方案中，轴上的值表示来自图7的ADC 32a、32b的数字输出。图10中的中心位置50表示正弦值和余弦值都是零的情况(本文中称作“零点”)。如关于图9所描述，当磁体2旋转时，确定来自磁性传感器30的输出。在图10中，布置为围绕零点50的圆的多个小的圆形点52中的每一者表示在磁体2的特定旋转角度处来自磁性传感器30的正弦输出和余弦输出。当磁体2旋转时周期性地记录来自磁性传感器30的输出，这是多个点布置为圆的原因。
然而，如果将仅这些磁性传感器输出值连同其相应的角度位置一起存储在查找表34中，则将需要在与对其进行校准的条件非常类似的条件下操作磁性位置传感器44。为了避免这种情况，并且为了考虑在任何给定角度位置处的磁性传感器输出值的振幅的容限，可以针对磁体2的任何给定的角度位置将正弦振幅与余弦振幅的多个不同组合记录在查找表34中。这可以如下实现。
当将数据视为如图10所示表示时，可以将圆形内边界54视为提供在零点50(其表示正弦值和余弦值都是零的情况)周围并且可以将圆形外边界56视为提供在零点50周围，其中边界54、56定位成使得表示在校准期间来自磁性传感器的输出的多个点52布置在内边界与外边界之间。在内边界与外边界54、56之间的位置处落在任何给定径向线58(源自零点50)上的正弦值与余弦值的所有组合可以视为表示磁体2的相同角度位置。这个径向线58可以视为穿过在校准步骤中测量的点52中的每一者。因此，对于在校准步骤中测量的任何给定点52，落在穿过所述点52的径向线58上(在内边界与外边界54、56之间的位置处)的正弦值与余弦值的多个不同组合视为表示磁体2的与在校准步骤中测量的所述点52的角度位置相同的角度位置。接着用使正弦值与余弦值的这些不同组合中的每一者与角度位置相关联的数据来填充查找表34。可以针对在校准步骤中测量的点52中的每一者或至少一些重复这个操作。
当将数据视为如图10所示表示时，可以将没有落在内边界与外边界54、56之间的正弦值与余弦值的组合视为异常的并且表示磁性位置传感器44的故障状态。因此，可以将正弦值与余弦值的这些组合中的每一者存储在查找表34中，所述每一者与指示磁性位置传感器44存在故障的数据相关联。该故障数据由附图标记60表示。如果通过磁性传感器30输出正弦值与余弦值的这些组合中的一者，则磁性位置传感器44可以从查找表34检测到其具有故障。响应于这种情形，其可以输出控制显示器或其他输出工具以指示位置传感器44已经发生故障的信号。
图11A表示上文关于图10描述的查找表中的数据，其中存储在查找表34中的不同角度位置由边界54、56之间的阴影的变化表示。图11B示出了与图11A中相同的查找表的表示，不同之处在于存储在查找表34中的角度位置还通过绘制在第三维中而表示。在这些示例中，ADC的分辨率是12位，但是将了解，可以使用其他值。
图12示出了2D查找表34的实现方式。同时读取来自ADC 32a的“ADC1输出”70和来自ADC 32b(见图7)的“ADC2输出”72以从磁性传感器30获得正弦信号和余弦信号。这些ADC输出70、72可以合并以在地址总线74中形成存储器地址。数据总线76中的表示对应的旋转角度位置的数据与存储器地址相关联。查找表34可以是并行快闪存储器。
本文中描述的磁性位置传感器可以不含除了ADC、逻辑装置和非易失性存储器之外的任何集成电路。预期磁性位置传感器可以包括具有逻辑装置而没有可编程装置的专用集成电路(ASIC)。上面存储了查找表的存储器，以及任选地ADC和/或磁性传感器可以是ASIC的一部分。
尽管已经参考各种实施方案描述了本公开，但本领域技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，在形式和细节上可以作出各种改变。

Claims (14)

1.一种用于确定可旋转部件上的磁体的角度位置的磁性位置传感器，所述磁性位置传感器包括：
至少一个磁性传感器，所述至少一个磁性传感器用于确定所述磁体的磁场的不同向量分量；存储器，所述存储器中存储有用表示所述磁体的不同角度位置的数据填充的查找表，表示每个角度位置的所述数据与所述查找表中的表示将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述向量分量的数据相关；
其中所述磁性位置传感器被配置为使用由所述磁性传感器确定的所述向量分量和逻辑来从所述查找表确定所述磁体的所述角度位置；
其中所述查找表用多个数据对填充，每个数据对包括所述磁体的角度位置而且还包括将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述磁场的所述不同向量分量的比；并且
其中所述磁性位置传感器还包括用于确定所述磁场的所述不同向量分量的所述比的除法器，并且被配置为使用来自所述除法器的所述比和所述逻辑来在所述查找表中查找对应的角度位置。
2.一种用于确定可旋转部件上的磁体的角度位置的磁性位置传感器，所述磁性位置传感器包括：
至少一个磁性传感器，所述至少一个磁性传感器用于确定所述磁体的磁场的不同向量分量；存储器，所述存储器中存储有用表示所述磁体的不同角度位置的数据填充的查找表，表示每个角度位置的所述数据与所述查找表中的表示将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述向量分量的数据相关；
其中所述磁性位置传感器被配置为使用由所述磁性传感器确定的所述向量分量和逻辑来从所述查找表确定所述磁体的所述角度位置；
其中所述查找表用多个数据三元组填充，每个数据三元组包括所述磁体的角度位置以及将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述磁场的所述不同向量分量；并且其中所述磁性位置传感器被配置为使用由所述至少一个磁性传感器确定的所述磁场的所述不同向量分量和所述逻辑来在所述查找表中查找所述对应的角度位置。
3.如权利要求1或2所述的磁性位置传感器，其中所述至少一个磁性传感器被配置为确定所述磁场的向量分量，所述向量分量是基本上正交的向量分量。
4.如权利要求1所述的磁性位置传感器，其中所述查找表用多个数据对填充，所述数据对中的每一者包括将在所述磁性位置传感器发生故障的情况下检测到的所述磁场的所述不同向量分量的比，以及指示所述磁性位置传感器具有故障的数据。
5.如权利要求2所述的磁性位置传感器，其中所述查找表针对所述可旋转部件能够旋转的角度旋转的每一度或每几分之一度包括至少一个这种数据三元组。
6.如权利要求2或5所述的磁性位置传感器，其中所述多个数据三元组包括多个数据三元组，所述多个数据三元组包括所述磁体的相同角度位置但是包括所述磁场的所述向量分量的不同组合。
7.如权利要求2或5所述的磁性位置传感器，其中所述查找表用多个数据三元组填充，所述数据三元组中的每一者包括将在所述磁性位置传感器发生故障的情况下检测到的所述磁场的不同向量分量，以及指示所述磁性位置传感器具有故障的数据。
8.如权利要求1或2所述的磁性位置传感器，
其中所述查找表存储于在任何微控制器外部的专用存储器中；和/或
其中微处理器不用来计算所述磁体的所述角度位置；和/或
其中所述磁性位置传感器不含除了ADC、逻辑装置、磁性传感器或非易失性存储器之外的任何集成电路。
9.如权利要求1或2所述的磁性位置传感器，所述磁性位置传感器包括使用由所述至少一个磁性传感器确定的所述向量分量和所述逻辑来在所述查找表中查找所述角度位置的逻辑装置、现场可编程门阵列或可编程逻辑装置。
10.如权利要求1或2所述的磁性位置传感器，其中所述查找表含有表示每个角度位置的数据以及表示将由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处检测到的所述向量分量的相关数据，并且其中所述查找表针对在某一角度位置范围内的角度旋转的每一度或每几分之一度包括这种数据。
11.如权利要求1或2所述的磁性位置传感器，所述磁性位置传感器还包括用于从所述查找表接收所述角度位置的数模转换器或脉冲宽度调制器，其中所述数模转换器或脉冲宽度调制器被配置为产生与所述所接收的角度位置成正比的DC电压。
12.一种系统，所述系统包括：可旋转部件以及如权利要求1-11中任一项所述的磁性位置传感器；其中所述磁体安装在所述可旋转部件上；任选地其中所述系统是航空航天飞行器。
13.一种确定可旋转部件的角度位置的方法，所述方法包括：
在可旋转部件上提供磁体；
提供如权利要求1-11中任一项所述的磁性位置传感器；
使用所述至少一个磁性传感器来确定所述可旋转部件上的所述磁体的磁场的不同向量分量；以及
使用所述所确定的向量分量和逻辑来从所述查找表确定所述磁体的所述角度位置并且因此确定所述可旋转部件的所述角度位置。
14.一种校准磁性位置传感器的方法，所述方法包括：
在可旋转部件上提供磁体；
提供如权利要求1至11中任一项所述的磁性位置传感器；
使可旋转构件旋转通过某一角度位置范围，同时使用所述至少一个磁性传感器来确定所述磁体的磁场的不同向量分量；
将表示所述磁体在所述角度位置范围内的不同角度位置的数据记录在所述查找表中；以及
针对每个所记录的角度位置，将表示由所述至少一个磁性传感器在该角度位置处确定的所述向量分量的相关数据记录在所述查找表中。
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