CN112041687A - 用于旋转机械的反向检测 - Google Patents

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CN112041687A CN201880092886.3A CN201880092886A CN112041687A CN 112041687 A CN112041687 A CN 112041687A CN 201880092886 A CN201880092886 A CN 201880092886A CN 112041687 A CN112041687 A CN 112041687A
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Abstract

本发明提供了一种旋转感测系统及其使用方法。该系统可包括与控制器(116)通信的单个接近传感器(114)。该接近传感器(114)可包括具有大致平面的感测面(120f)的传感器头(120)和容纳在传感器头(120)内的感测元件(122)。该感测元件(122)可被配置为响应于接收到驱动电流而产生磁场(124)。该传感器(114)还可被配置为响应于旋转通过所产生的磁场(124)的目标(104)的预定特征而输出信号(302、402、608)，并且信号(302、402、608)可包括具有在非零峰值振幅之前出现的第一脉冲部分和在非零峰值振幅之后出现的第二脉冲部分的脉冲(306、406、612)。该控制器(116)可被配置为接收信号(302、402、608)，检测脉冲的第一部分与第二部分之间的非对称性，并且基于所检测到的对称性来确定目标的旋转方向。

Description

用于旋转机械的反向检测
背景技术
传感器可用于多种行业以监测装备。例如，传感器可用于通过输出可用于确定旋转速度的信号来监测旋转机器部件(例如，轴、齿轮、凸轮等)。可将所测量的旋转速度与目标进行比较以识别异常操作条件，诸如超速(旋转速度大于目标最大速度)和欠速(旋转速度小于目标最小速度)。
测量旋转速度的两个或更多个传感器也可用于测量旋转方向。测量旋转机器部件的旋转方向可能是有益的，因为在与预期旋转方向相反的旋转方向上操作旋转机器部件可导致对机器的损坏。
发明内容
一般来讲，提供了使用传感器(诸如接近传感器)来检测旋转部件的旋转方向的系统和方法。
在一个实施方案中，提供了一种感测系统，并且该感测系统可包括传感器和与传感器电通信的控制器。该传感器可包括传感器头和容纳在传感器头内的线圈。该传感器头可具有大致平面的感测面，并且线圈可被配置为响应于驱动电流而产生磁场。该传感器还可被配置为响应于旋转通过所产生的磁场的目标的预定特征而输出信号。该信号可包括脉冲，该脉冲具有在非零峰值振幅之前出现的第一部分和在非零峰值振幅之后出现的第二部分。该控制器可被配置为接收信号，检测脉冲的第一部分与脉冲的第二部分之间的非对称性，并且基于所检测到的非对称性来确定目标围绕旋转轴线的旋转方向。
该感测系统可包括单个传感器或多个传感器，并且传感器可具有多种配置。在一个实施方案中，该传感器可为接近传感器。当感测系统包括多个传感器时，控制器可被配置为接收由每个传感器输出的信号，并且独立于其他信号来对于每个信号确定目标的旋转方向。
在另一个实施方案中，该系统可包括目标。该传感器相对于目标定位，使得感测面的第一法线相对于目标的外表面的第二法线以非零角度取向，第二法线旋转地偏离目标特征。
在另一个实施方案中，非零角度的量值可在约8°至约16°的范围内。在某些示例性实施方案中，非零角度的量值可为约12°。在另外的实施方案中，非零角度的量值可采用其他值而不受限制。
在另一个实施方案中，系统可包括目标，并且目标特征可关于等分线基本上对称。
在另一个实施方案中，控制器可被配置为确定第一脉冲部分的第一斜率和第二脉冲部分的第二斜率，并且基于第一斜率和第二斜率的相对量值来确定旋转方向。
在其他方面，该系统可包括目标，并且目标特征可从目标的外表面突出。控制器可被配置为当第一斜率的量值大于第二斜率的量值时将旋转方向确定为第一旋转方向，并且当第一斜率的量值小于第二斜率的量值时将旋转方向确定为与第一旋转方向相反的第二旋转方向。
在另一个实施方案中，该系统可包括目标，并且目标特征可从目标的主体的外表面凹入。控制器可被配置为当第一斜率的量值小于第二斜率的量值时将旋转方向确定为第一方向，并且当第一斜率的量值大于第二斜率的量值时将旋转方向确定为与第一旋转方向相反的第二旋转方向。
还提供了用于感测旋转目标的旋转方向的方法。在一个实施方案中，该方法可包括相对于具有预定目标特征的目标定位传感器。传感器可具有包括大致平面的感测面的传感器头，并且感测面的第一法线可相对于目标的外表面的第二法线以非零角度取向，第二法线旋转地偏离目标特征。该方法还可包括由容纳在传感器头内的线圈响应于驱动电流而产生磁场。该方法可另外包括由传感器响应于目标特征旋转通过所产生的磁场而输出信号。信号可包括脉冲，脉冲具有在非零峰值振幅之前出现的第一部分和在非零峰值振幅之后出现的第二部分。该方法还可包括由与传感器电通信的控制器接收信号。该方法可另外包括由控制器检测脉冲的第一部分与脉冲的第二部分之间的非对称性。该方法还可包括由控制器基于所检测到的非对称性来确定目标围绕旋转轴线的旋转方向。
在另一个实施方案中，非零角度的量值可在约8°至约16°的范围内。在某些示例性实施方案中，非零角度的量值可为约12°。在另外的实施方案中，非零角度的量值可采用其他值而不受限制。
在另一个实施方案中，目标特征可关于等分线基本上对称。
在其他方面，该方法还包括由控制器确定第一脉冲部分的第一斜率和第二脉冲部分的第二斜率，并且由控制器基于第一斜率和第二斜率的相对量值来确定旋转方向。
在另一个实施方案中，该方法可包括当目标特征从目标的外表面突出时，当第一斜率的量值大于第二斜率的量值时，由控制器将旋转方向确定为第一旋转方向，并且当第一斜率的量值小于第二斜率的量值时，由控制器将旋转方向确定为与第一旋转方向相反的第二旋转方向。
在其他方面，该方法可包括当目标特征从目标的外表面凹入时，当第一斜率的量值小于第二斜率的量值时，由控制器将旋转方向确定为第一旋转方向，并且当第一斜率的量值大于第二斜率的量值时，由控制器将旋转方向确定为与第一旋转方向相反的第二旋转方向。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
图1是示出包括旋转感测系统的操作环境的一个示例性实施方案的图示，该旋转感测系统包括具有传感器头的单个接近传感器和具有从目标主体突出的目标特征的旋转目标；
图2A是示出包含图1的目标和旋转感测系统的操作环境的示例性实施方案的示意图，其示出了目标在第一方向或第二方向上旋转，其中传感器头的法向量与目标主体的法向量基本上对准；
图2B是振幅随时间变化的曲线图，其示出了由图2A的单个接近传感器输出的包括对称脉冲的示例性波形；
图3A是示出包含图1的目标和旋转感测系统的操作环境的示例性实施方案的示意图，其示出了目标在第一旋转方向上旋转，并且传感器头的法向量相对于目标主体的法向量以非零角度定位；
图3B是振幅随时间变化的曲线图，其示出了由图3A的单个接近传感器输出的包括非对称脉冲的示例性波形；
图4A是示出包含图1的目标和旋转感测系统的操作环境的示例性实施方案的示意图，其示出了目标在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转，并且传感器头的法向量相对于目标主体的法向量以非零角度定位；
图4B是振幅随时间变化的曲线图，其示出了由图3A的单个接近传感器输出的包括非对称脉冲的示例性信号波形；
图5是图3B的放大视图，其示出了示例性第一非对称脉冲；
图6A是示出包含具有带凹口的目标特征的目标和图1的旋转感测系统的操作环境的示例性实施方案的示意图，其示出了带凹口的目标在第一旋转方向上旋转，其中传感器头的法向量相对于目标主体的法向量以非零角度定位；
图6B是振幅随时间变化的曲线图，其示出了由图6A的单个接近传感器输出的包括非对称脉冲的示例性波形；
图7A是示出包含图6A的带凹口目标和图1的旋转感测系统的操作环境的示例性实施方案的示意图，其示出了带凹口目标在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转，并且传感器头的法向量相对于目标主体的法向量以非零角度定位；
图7B是振幅随时间变化的曲线图，其示出了由图7A的单个接近传感器输出的包括非对称脉冲的示例性波形；并且
图8是示出用于测量采用单个接近传感器的目标的旋转方向的方法的示例性实施方案的流程图。
应注意，附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本文所公开的主题的典型方面，因此不应视为限制本公开的范围。
具体实施方式
传感器可用于多种行业以监测装备。例如，测量旋转机器部件的旋转方向可能是有益的，因为如果部件在与预期旋转方向相反的方向上旋转，则机器可被损坏。在一个方面，旋转机器部件可为涡轮(诸如用于发电的气体涡轮)的转子。在另一方面，旋转机器部件可为齿轮，诸如动力传动系统的齿轮。接近传感器可用于测量旋转速度，然而，为了测量旋转机器部件的旋转方向，可组合使用两个或更多个接近传感器。一般来讲，每个接近传感器均可产生磁场，并且当目标特征(例如，齿轮的齿)穿过其磁场时，产生包括脉冲的电信号。当第一传感器在第二传感器之前发射信号时，其可用于确定旋转方向。
然而，需要使用两个或更多个接近传感器来确定旋转方向可增加监测的成本和复杂性。因此，提供了改善的旋转方向测量，其允许单个接近传感器准确地确定旋转机器部件的旋转方向。旋转方向测量结果可由被定位成与目标成一定角度的单个接近传感器采集。在该取向中，与当目标特征远离接近传感器旋转时相比，当目标特征朝向接近传感器旋转时，目标特征穿过的磁场的强度是不同的。因此，与当目标特征远离接近传感器旋转时相比，当目标特征朝向接近传感器旋转时，由接近传感器产生的脉冲的形状是不同的，这被称为非对称性。通过检测脉冲中的非对称性，可确定目标旋转方向。
本文讨论了用于使用接近传感器测量旋转机器部件的旋转方向的感测系统和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可与产生磁场的其他传感器一起采用而不受限制。
图1示出了包含旋转感测系统102和目标104的操作环境100的一个示例性实施方案。目标104可包括目标主体106和目标特征110。目标主体106可被配置为围绕目标轴线A在旋转方向D上(例如，顺时针或逆时针)旋转。在某些实施方案中，目标特征110可关于等分线112大致对称。如图所示，目标特征110从目标主体106的外表面突出。然而，在另选的实施方案中，目标特征可从目标主体的外表面凹入。
旋转感测系统102可包括与控制器116通信的接近传感器114。接近传感器114可包括容纳感测元件122的传感器头120。传感器头120可包括大致平面的感测面120f(例如，面向目标104的表面)。感测元件122可被配置为响应于接收到驱动电流而产生磁场124。接近传感器114还可被配置为输出信号波形(在本文中被称为信号126)，该信号波形具有和目标104与感测元件122之间的距离变化相关的振幅。旋转感测系统102还可与电源(未示出)(诸如电源插座、发电机、电池等)通信以用于向接近传感器114和控制器116供应电力。
在使用中，接近传感器114可邻近目标104定位。在一个方面，传感器头120可被定位成使得目标特征110旋转通过磁场124。在另一方面，接近传感器114可相对于目标104以预定角度θ定位。角度θ可为被限定在传感器头120的法向量(在本文中称为传感器法线130)与目标主体106的法向量(在本文中称为目标法线132)之间的角度。在某些实施方案中，角度θ的量值可在约8°至约16°的范围内。在某些示例性实施方案中，角度θ的量值可为约12°。在另外的实施方案中，该非零角度的量值可采用其他值而不受限制。在这样定位后，由感测元件122输出的信号126可包括随着目标特征110在磁场124内移动更靠近感测元件122时振幅上升并且随着目标特征110在磁场124内移动远离感测元件122时振幅下降的脉冲。
如下文更详细地讨论，当角度θ不为零时，信号126内的脉冲可关于其峰值不对称。控制器116可被配置为接收信号126并且检测这种非对称性。控制器116还可被配置为基于所检测到的非对称性来检测目标104围绕旋转轴线A的旋转方向。这样，与需要至少两个接近传感器的现有方法相比，可使用来自单个接近传感器114的接近测量结果来确定目标104的旋转方向。
在某些实施方案中，接近传感器114可耦接到框架或其他固定夹具(未示出)。框架可被配置为支撑接近传感器114以将传感器头120相对于目标104定位在期望位置和角度θ处。
目标104可为被配置为旋转的任何机器或装备的部件。旋转部件的示例包括但不限于齿轮、轴、转子、带等。结合旋转部件的机器和装备的示例包括但不限于涡轮(例如，涡轮发动机、压缩机、泵以及它们的组合)、发电机、内燃发动机机以及它们的组合。可通过驱动器(例如，往复式发动机、内燃发动机、涡轮发动机、电动马达等)将负载(例如，扭矩)施加到目标104以使目标104围绕轴线A旋转。目标104可由包括但不限于铁磁材料(诸如铁、钢、镍、钴及其合金)的材料形成。在一些实施方案中，目标可为非磁化的。在其他实施方案中，目标可为已磁化的。
图2A示出了包含目标104和旋转感测系统102的操作环境200的一个示例性实施方案。如图所示，传感器法线130与目标法线132之间的角度θ大约为零，并且目标104在旋转方向D1上(例如，顺时针)旋转。在目标104的旋转期间，目标特征110可与磁场124相互作用。一般来讲，当目标特征110足够靠近感测元件122时，目标104可扰动磁场124(例如，导致磁场124增大或减小)。继而，接近传感器114可以和感测元件122与目标特征110之间的距离大致成比例的振幅输出信号126(例如，作为时间函数的电压)。
如上文所讨论，感测元件122可被配置为响应于接收到驱动电流(例如，AC电流)而产生磁场124。控制器116可被配置为控制驱动电流的特性(例如，频率、振幅等)。为了清楚起见，磁场124由图2A中的单线表示。然而，应当理解，磁场124是在空间中的每个点处具有量值和方向的向量场。对于恒定的驱动电流，磁场124的强度可随着距感测元件122的距离增加而减小。
控制器116可为采用通用或专用处理器的任何计算设备。在任一种情况下，控制器116可包括存储器和处理器(未示出)。存储器可被配置为存储与驱动电流的特性(诸如频率、振幅以及它们的组合)相关的指令。存储器还可存储用于检测信号126的脉冲内的非对称性的指令和算法。在某些实施方案中，存储器还可存储用于基于所检测到的非对称性来确定目标104围绕旋转轴线A的旋转方向的指令和算法。处理器可包括一个或多个处理设备，并且存储器可包括一个或多个有形非暂态机器可读介质，该有形非暂态机器可读介质共同存储可由处理器执行以执行本文所述的方法的实施方案的指令。控制器116的实施方案可使用模拟电子电路、数字电子电路和/或它们的组合来实现。
图2B示出了呈与图2A的操作环境200相对应的信号202的形式的示例性信号126。图2B的曲线图和本文讨论的其他信号曲线图是基于负坐标系，其中纵坐标(表示量值的y轴坐标)随着距水平线或表示时间的x轴的距离增加而变得不那么负。然而，应当理解，当使用正坐标系表示时，下面讨论的分析结果也基本上类似。即，纵坐标关于时间轴大致对称。
如图所示，信号202包括基线204和在周期性间隔处的脉冲206。每个脉冲206可包括从基线204上升到峰值210的第一部分206a和从峰值210下降到基线204的第二部分206b。基线204可表示其中因为目标特征110与感测元件122之间的距离相对较大所以目标特征110对磁场124的扰动基本上可忽略不计的目标旋转部分。因此，信号202的振幅可相对较小并且在基线204内是大致恒定的。脉冲206的第一部分206a可表示其中目标特征110与感测元件122之间的距离减小并且目标特征110对磁场124的扰动显著的目标旋转部分。脉冲206的第二部分206b可表示其中目标特征110与感测元件122之间的距离增加并且目标特征110对磁场124的扰动保持显著的目标旋转部分。
如图2B进一步所示，脉冲206的第一部分206a可通过斜率S1来表征，并且脉冲206的第二部分206b可通过斜率S2来表征。当传感器法线130与目标法线132之间的角度θ为大约零时，如图2A的操作环境200中示意性地示出，图2B所示的脉冲206的斜率S1和S2可大致相同。即，每个脉冲206均可关于峰值210大致对称。可能出现这种对称性，因为当朝向感测元件122旋转时目标特征110穿过的磁场124的第一部分212a的强度与当远离感测元件122旋转时目标特征110穿过的磁场124的第二部分212b的强度大致相同。虽然未示出，但是当旋转方向D1反向时，当传感器法线130与目标法线132之间的角度θ大约为零时，也可产生相同结果。
图3A示出了包含图1的目标104和旋转感测系统102的操作环境300的另一个示例性实施方案。操作环境300可类似于图2A的操作环境200，不同的是传感器法线130与目标法线132之间的角度θ为非零角度。在目标104的旋转期间，目标特征110可与磁场124相互作用，并且接近传感器114可输出信号126。
图3B示出了呈与操作环境300相对应的信号302的形式的示例性信号126。如图所示，信号302包括基线304，该基线具有周期性间隔处的脉冲306。信号302的每个脉冲306可包括从基线304上升到峰值310的第一部分306a和从峰值310下降到基线304的第二部分306b。如上文所讨论，基线304可表示其中目标特征110对磁场124的扰动基本上可忽略不计的目标旋转部分，而脉冲306的第一部分306a和第二部分306b可表示其中目标特征110对磁场124的扰动保持显著并且目标特征110与感测元件122之间的距离减小的目标旋转部分(第一部分306a)或增大的目标旋转部分(第二部分306b)。
如图3B进一步所示，脉冲306的第一部分306a可通过斜率S3来表征，并且脉冲306的第二部分306b可通过斜率S4来表征，其中斜率S3和S4是不同的。即，每个脉冲306均可关于峰值310基本上不对称，其中斜率S3大于斜率S4。
这种非对称性可由于接近传感器114以非零角度θ取向并且使目标104顺时针旋转(如图3A所示)而出现。当朝向感测元件122旋转时目标特征110穿过的磁场124的第一部分312a的强度大于当远离感测元件122旋转时目标特征110穿过的磁场124的第二部分312b的强度。因此，与当目标特征110远离感测元件122旋转时相比，当目标特征110朝感测元件122旋转时，信号振幅以更快速率增加，这表明斜率S3大于斜率S4。
当旋转方向从方向D1反向到方向D2(例如，逆时针)同时保持非零角度θ恒定时，可产生相反结果，如图4A的操作环境400中所示。图4B示出了呈与操作环境400相对应的信号402的形式的示例性信号126。如图所示，信号402包括基线404，该基线具有在周期性间隔处的脉冲406，该脉冲包括具有斜率S5的第一部分406a和具有斜率S6的第二部分406b。每个脉冲406均可关于峰值410基本上不对称，其中斜率S5小于斜率S6。
与操作环境300相比，在操作环境400中，当朝向感测元件122旋转时目标特征110穿过的磁场124的第二部分312b的强度小于当远离感测元件122旋转时目标特征110穿过的磁场124的第一部分312a的强度。因此，与当目标特征110远离感测元件122旋转时相比，当目标特征110朝感测元件122旋转时，信号振幅以更慢速率增加，这表明斜率S5小于斜率S6。
信号126(例如，302、402)可通过有线或无线连接传送到控制器116。接近传感器114可包括在信号126传输到处理器116之前调节该信号的电子部件(例如，放大器、滤波器等)。在其他实施方案中，信号126可在由控制器116处理之后进行调节。在另外的实施方案中，信号可被传送到存储器并存储以供控制器稍后检索。
在接收到信号126(例如，302、402)时，控制器116可被配置为检测包含在信号126内的脉冲的第一部分与第二部分之间的非对称性。图5示出了脉冲506，该脉冲包括具有斜率S的第一部分506a和具有斜率S′的第二部分506b。脉冲506是图3B的脉冲306的展开视图，并且在斜率S大于斜率S′的情况下表现出非对称性。
控制器116可确定脉冲506的第一部分506a的斜率S和第二部分506b的斜率S′。如下文所讨论，在某些实施方案中，仅第一部分506a和第二部分506b的一部分用于确定斜率S和S′。然而，应当理解，在另选的实施方案中，脉冲的基本上所有第一部分和第二部分可用于确定斜率S和S′。
例如，斜率S和S′可在预定振幅范围内表征。为了讨论清楚起见，取Amax为脉冲506的最大振幅，取Amin为脉冲506的最大振幅，取ΔA取为最大振幅Amax与最小振幅Amin之间的振幅差，并且取AL和AH为介于最大振幅Amax与最小振幅Amin之间的振幅。在某些实施方案中，振幅AL可为振幅差值ΔA的第一预定分数(例如，ΔA的约1/2)并且振幅AH可为差值ΔA的第二预定分数(例如，ΔA的约7/8)。应当理解，第一预定分数和第二预定分数可采用其他值而不受限制。
由振幅AL和AH限定的振幅范围可用于表征斜率S和S′。脉冲506上的第一点可被限定在第一部分506a内的振幅AL(例如，Aa，ta)处，并且脉冲506上的第二点可被限定在第二部分506b内的振幅AL(例如，Ab，tb)处。类似地，脉冲506上的第三点可被限定在第一部分506a内的振幅AH处(例如，Ax，tx)，并且脉冲506上的第四点可被限定在第二部分506b内的振幅AH处(例如，Ay，ty)。因此，斜率S和S′可由下式给出：
Figure BDA0002747837220000101
使用由振幅AL和AH限定的脉冲506的部分来表征斜率S和S′可提高S和S′的准确性。如图5所示，在最小振幅Amin和最大振幅Amax附近，脉冲506可表现出非线性形状。因此，使用脉冲506的这些非线性部分来表征斜率S和S′可引入误差。相比之下，通过使用第一点、第二点、第三点和第四点来表征脉冲506的线性部分中的斜率S和S′，可避免这种误差。
控制器116还可将斜率S与斜率S′进行比较以确定旋转方向D。如上文所讨论，在操作环境300和400中，当斜率S大于斜率S′时，目标104在旋转方向D1上(例如，顺时针)旋转，并且当斜率S小于斜率S′时，目标104在相反的旋转方向D2上(例如，逆时针)旋转。因此，在将斜率S与斜率S′进行比较时，控制器116可在斜率S的量值大于斜率S′的量值时确定目标104在旋转方向D1上旋转，并且可在斜率S的量值小于斜率S′的量值时确定目标104在旋转方向D2上旋转。随后，控制器116可以将该结果输出到存储器和/或提供该结果的通知(例如，音频和/或视觉通知)。
从图5还可观察到，量(Ax-Aa)与(Ay-Ab)相等。因此，其中斜率S大于斜率S′的条件等效于|tb-ty|大于|tx-ta|。类似地，斜率S小于斜率S′的条件等效于|tx-ta|大于|tb-ty|。因此，在另选的实施方案中，控制器116可被配置为将第一部分506a的上升时间的量值|tx-ta|与第二部分506b的下降时间的量值|tb-ty|进行比较，以确定目标104是在旋转方向D1上还是在旋转方向D2上旋转。
图6A示出了包含目标602和旋转感测系统102的操作环境600的一个示例性实施方案。操作环境600可类似于图3A的操作环境300，并且目标602可类似于目标104，不同的是目标104被包括目标主体604的目标602替换，该目标主体具有从目标主体604的外表面凹入的目标特征606(例如，凹口)。在某些实施方案中，目标特征606可关于等分线607大致对称。
在目标602的旋转期间，目标特征606可与磁场124相互作用，并且接近传感器114可输出信号126。如下文所讨论，该相互作用反映出目标特征606限定材料的空隙或不存在。因此，信号126中的非对称性不同于在操作环境300、400的上下文中讨论的那些非对称性。
图6B中示出了呈与操作环境600相对应的信号608的形式的示例性信号126。如图所示，信号608包括基线610，该基线具有周期性间隔处的脉冲612。信号608的每个脉冲612可包括从基线610下降到谷值614的第一部分612a和从谷值614上升到基线610的第二部分612b。如上文所讨论，基线610可表示其中目标特征606对磁场124的扰动基本上可忽略不计的目标旋转部分，而脉冲612的第一部分612a和第二部分612b可表示其中目标特征606对磁场124的扰动保持显著并且目标特征606与感测元件122之间的距离增加的目标旋转部分(第一部分612a)或减小的目标旋转部分(第二部分612b)。
如图6B中进一步所示，脉冲612的第一部分612a可通过斜率S7来表征，并且脉冲612的第二部分612b可通过斜率S8来表征，其中斜率S7和S8是不同的。即，每个脉冲612均可关于谷值614基本上不对称，其中斜率S7小于斜率S8。
这种非对称性可由于接近传感器114以非零角度θ取向并且目标602顺时针旋转(如图6A所示)而出现。当朝向感测元件122旋转时目标特征606穿过的磁场124的第一部分312a的强度大于当远离感测元件122旋转时目标特征606穿过的磁场312b的第二部分312b的强度。因此，与当目标特征606远离感测元件122旋转时相比，当目标特征606朝感测元件122旋转时，信号振幅以更慢速率下降，这表明斜率S7小于斜率S8。
当旋转方向从方向D1反向到方向D2(例如，逆时针)同时保持非零角度θ恒定时，如图7A的操作环境700中所示，可出现相反结果。图7B示出了呈与操作环境700相对应的信号708的形式的示例性信号126。如图所示，信号708包括基线710，该基线具有周期性间隔处的脉冲712，该脉冲包括具有斜率S9的第一部分712a和具有斜率S10的第二部分712b。每个脉冲712均可关于谷值714基本上不对称，其中斜率S9大于斜率S10。
控制器116可被配置为接收信号126(例如，608、708)，并且通过将包含在信号126内的脉冲的第一部分的第一斜率与该脉冲的第二部分的第二斜率进行比较来检测该脉冲的第一部分和第二部分之间的非对称性，如上文所讨论。然而，与目标特征110和磁场124的相互作用相比，由于目标特征606与磁场124的相互作用的差异，控制器116可采用不同的标准来基于脉冲的第一部分和第二部分的斜率来确定旋转方向D。例如，控制器116可在第一斜率的量值小于第二斜率的量值时确定目标602在旋转方向D1上旋转，并且可在第一斜率的量值大于第二斜率的量值时确定目标602在旋转方向D2上旋转。随后，控制器116可以将该结果输出到存储器和/或提供该结果的通知(例如，音频和/或视觉通知)。
如上文进一步讨论，在另选的实施方案中，控制器可被配置为将脉冲的第一部分的下降时间的量值与第二部分的上升时间的量值进行比较，以确定目标是在旋转方向D1上旋转还是在旋转方向D2上旋转。
与操作环境600相比，在操作环境700中，当朝向感测元件122旋转时目标特征606穿过的磁场的第二部分312b的强度小于当远离感测元件122旋转时目标特征606穿过的磁场的第一部分312a的强度。因此，与当目标特征606远离感测元件122旋转时相比，当目标特征606朝感测元件122旋转时，信号振幅以更快速率下降，这表明斜率S9大于斜率S10。
图8是示出采用单个接近传感器来确定旋转对象的旋转方向的方法800的示例性实施方案的流程图。在某些方面，方法800的实施方案可包括比图8中所示更多或更少的操作，并且可以与图8所示不同的顺序执行。
在操作802中，传感器(例如，接近传感器114)可相对于目标(例如，目标104、602)定位。传感器可包括具有大致平面的感测面(例如，120f)的传感器头(例如，120)。该目标可具有预定目标特征(例如，110、606)。例如，感测面的第一法线可相对于目标的外表面的第二法线以非零角度取向，该第二法线基本上旋转地偏离目标特征。
在操作804中，传感器可产生磁场(例如，124)。例如，感测元件(诸如安装在传感器头内的线圈(例如，122))可响应于接收到驱动电流而产生磁场。
在操作806中，传感器可响应于目标特征旋转通过所产生的磁场而输出信号。在一个实施方案中，该信号可包括出现在非零峰值振幅之前的第一部分和出现在峰值振幅之后的第二部分。与传感器电通信的控制器(例如，116)可接收信号。
在操作810中，控制器可使用控制器来检测信号的至少一个脉冲内的非对称性。例如，控制器可确定脉冲的第一部分和第二部分的斜率。
在操作812中，控制器可基于所检测到的非对称性来确定目标的旋转方向。例如，控制器可将脉冲的第一部分和第二部分的斜率进行比较。根据可从目标的外表面突出的目标特征(例如，目标特征110)或从目标的外表面凹入的目标特征(例如，目标特征606)的结构，可采用脉冲的第一部分和第二部分的相对量值斜率来确定目标旋转方向。在另外的实施方案中，可采用脉冲的第一部分和第二部分的上升时间和下降时间的相对量值来确定目标旋转方向。
作为非限制性示例，本文所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括使用单个接近传感器来确定旋转目标的旋转方向。使用单个接近传感器确定旋转方向的能力可降低旋转监测的成本和复杂性。
描述了某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例已在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
本文所述的主题可在模拟电子电路、数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储装置中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的设备可被实现为专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。
以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文所述的主题可在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个装置和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并添加至另一个装置，以及/或者可包括在两个装置中。
本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的实施方式进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，所述定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
基于上述实施方案，本领域技术人员将了解本发明的其他特征和优点。因此，除所附权利要求书所指示的以外，本申请不受已具体示出和描述的内容的限制。本文所引用的所有出版物和参考文献均明确地全文以引用方式并入。

Claims (17)

1.一种感测系统，所述感测系统包括：
传感器，所述传感器包括具有大致平面的感测面的传感器头和容纳在所述传感器头内的线圈，所述线圈被配置为响应于驱动电流而产生磁场，并且所述传感器被配置为响应于旋转通过所产生的磁场的目标的预定特征而输出信号，所述信号包括脉冲，所述脉冲具有在非零峰值振幅之前出现的第一部分和在非零峰值振幅之后出现的第二部分；和
控制器，所述控制器与所述传感器电通信，所述控制器被配置为接收所述信号，检测所述脉冲的所述第一部分与所述脉冲的所述第二部分之间的非对称性，并且基于所检测到的非对称性来确定所述目标围绕旋转轴线的旋转方向。
2.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述传感器包括单个传感器。
3.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述传感器是接近传感器。
4.根据权利要求1所述的感测系统，所述感测系统还包括所述目标，其中所述传感器相对于所述目标定位，使得所述感测面的第一法线相对于所述目标的外表面的第二法线以非零角度取向，所述第二法线旋转地偏离所述目标特征。
5.根据权利要求4所述的感测系统，其中所述非零角度的量值为约8°至约16°。
6.根据权利要求4所述的感测系统，其中所述非零角度的量值为约12°。
7.根据权利要求1所述的感测系统，所述感测系统还包括所述目标，其中所述目标特征关于等分线基本上对称。
8.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述控制器还被配置为确定所述第一脉冲部分的第一斜率和所述第二脉冲部分的第二斜率，并且基于所述第一斜率和所述第二斜率的相对量值来确定所述旋转方向。
9.根据权利要求8所述的感测系统，所述感测系统还包括所述目标，其中所述目标特征从所述目标的所述外表面突出，并且其中所述控制器被配置为当所述第一斜率的所述量值大于所述第二斜率的所述量值时将所述旋转方向确定为第一旋转方向，并且当所述第一斜率的所述量值小于所述第二斜率的所述量值时将所述旋转方向确定为与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向。
10.根据权利要求8所述的感测系统，其中所述目标特征从所述目标的主体的外表面凹入，并且其中所述控制器还被配置为当所述第一斜率的所述量值小于所述第二斜率的所述量值时将所述旋转方向确定为第一方向，并且当所述第一斜率的所述量值大于所述第二斜率的所述量值时将所述旋转方向确定为与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向。
11.一种感测方法，所述感测方法包括：
将具有传感器头的传感器相对于具有预定特征的目标定位，所述传感器头包括大致平面的感测面，其中所述感测面的第一法线相对于所述目标的外表面的第二法线以非零角度取向，所述第二法线旋转地偏离所述目标特征；
由容纳在所述传感器头内的线圈响应于驱动电流而产生磁场；
由所述传感器响应于所述目标特征旋转通过所产生的磁场而输出信号，其中所述信号包括脉冲，所述脉冲具有在非零峰值振幅之前出现的第一部分和在所述非零峰值振幅之后出现的第二部分；
由与所述传感器电通信的控制器接收所述信号；
由所述控制器检测所述脉冲的所述第一部分与所述脉冲的所述第二部分之间的非对称性；以及
由所述控制器基于所检测到的非对称性来确定所述目标围绕所述旋转轴线的旋转方向。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述非零角度的量值选自约8°至约16°的范围。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述非零角度的量值为约12°。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述目标特征关于等分线基本上对称。
15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括由所述控制器确定所述第一脉冲部分的第一斜率和所述第二脉冲部分的第二斜率，并且由所述控制器基于所述第一斜率和所述第二斜率的所述相对量值来确定所述旋转方向。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
当所述第一斜率的所述量值大于所述第二斜率的所述量值时，由所述控制器将所述旋转方向确定为第一旋转方向，以及
当所述第一斜率的所述量值小于所述第二斜率的所述量值时，由所述控制器将所述旋转方向确定为与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向；
其中所述目标特征从所述目标的所述外表面突出。
17.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
当所述第一斜率的所述量值小于所述第二斜率的所述量值时，由所述控制器将所述旋转方向确定为第一旋转方向；以及当所述第一斜率的所述量值大于所述第二斜率的所述量值时，由所述控制器将所述旋转方向确定为与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向；
其中所述目标特征从所述目标的所述外表面凹入。
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