CN112240809A - 用于磁致伸缩传感器的参考信号补偿 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于磁致伸缩传感器的参考信号补偿”。本发明提供了一种间隙补偿应力感测系统及其使用方法。该系统可包括与控制器连通的传感器头。传感器头可包括应力传感器，所述应力传感器被配置为基于对所生成的通过目标的磁通量的测量来生成表示施加到所述目标的应力的应力信号。所述系统还可包括驱动电路，所述驱动电路被配置为提供用于生成所述磁通量的电流，以及测量表征所述传感器头和所述目标之间的间隙的信号。所述控制器可分析这些信号以确定对电学摆动相对不敏感的间隙相关参考信号。所述控制器还可基于所述间隙相关参考信号来调节所述应力信号，以确定对间隙变化具有降低的敏感度的改善的应力信号。

Description

用于磁致伸缩传感器的参考信号补偿

背景技术

传感器可用于多种行业以监测设备。例如，应力传感器可用于监测旋转机器部件(例如，轴)并且输出表示施加到所监测的部件的应力的信号。通过将所测量的应力与设计规格进行比较，可确定所监测的部件是否在这些规格内操作。

发明内容

磁致伸缩传感器是采用磁场来测量机械应力(诸如扭矩)的一类传感器。例如，磁致伸缩传感器可生成穿透旋转轴的磁通量，并且该传感器可在与旋转轴相互作用时测量磁通量。所测量的磁通量的强度可由于旋转轴经受的应力的变化而变化。因此，磁致伸缩传感器可基于磁通量测量结果来输出表示施加到旋转轴的应力的应力信号。在某些实施方案中，扭矩可从应力和轴的几何形状来计算。

虽然由磁致伸缩传感器测量的磁通量可取决于施加到旋转轴的应力，但该磁通量也可取决于将磁致伸缩传感器与旋转轴的表面分开的距离或间隙。因此，由磁致伸缩传感器获取的应力信号也可由于该物理间隙的变化(例如，由于振动)而变化，而与施加到旋转轴的应力无关。例如，非理想的环境可导致旋转轴的振动和随之而来的间隙变化。如果没有考虑所测量的应力信号的与间隙相关的变化，则由磁致伸缩传感器输出的应力测量结果的敏感度和准确度可能降低。

为此，可能有利的是降低由磁致伸缩传感器获取的应力测量结果对间隙的敏感度，本文称为间隙补偿。例如，由磁致伸缩传感器获取的间隙相关应力信号可与另一个间隙相关信号组合，以产生间隙补偿应力信号。间隙相关应力信号和间隙相关信号可以合适的方式组合，使得与间隙相关应力信号相比，间隙补偿应力信号对间隙具有显著降低的敏感度。

例如，可使用接近传感器诸如涡流接近探头来获取间隙相关信号。然而，目标的磁特性可围绕其圆周变化。在这种情况下，由接近传感器测量的间隙相关信号可在目标旋转期间改变，而与间隙的改变无关，这称为电学摆动。电学摆动可导致在间隙相关信号中引入误差，该误差随着目标的每次旋转而重复。因此，使用包含由于间隙补偿的电学摆动引起的误差的间隙相关信号可将该误差传播到间隙补偿应力信号。因此，需要提供对用于间隙补偿的电学摆动表现出降低的敏感度的相对纯净的间隙相关信号的系统和对应方法。

在一个实施方案中，提供了包括磁致伸缩传感器、驱动电路和控制器的系统。所述磁致伸缩传感器可包括驱动线圈，所述驱动线圈被配置为响应于接收到电流而生成磁通量。所述驱动电路可与所述驱动线圈连通并且被配置为提供所述电流。所述驱动电路可包括第一感测元件和第二感测元件。第一感测元件可与驱动线圈并联，并且其可被配置为测量第一电特性，第一电特性与在所生成的磁通量与目标的至少一部分相互作用时施加在驱动线圈上的作为时间的函数的电压成比例。第一感测元件还可被配置为基于第一电特性测量来生成第一信号。第二感测元件可被配置为测量第二电特性，第二电特性与在所生成的磁通量与目标的至少一部分相互作用时流经驱动线圈的作为时间的函数的电流成比例。第二感测元件还可被配置为基于第二电特性测量来生成第二信号。所述控制器可与所述磁致伸缩传感器电连通。所述控制器还被配置为接收所述第一信号和第二信号，并且基于所述第一信号和第二信号的函数来确定间隙补偿信号。

在另一个实施方案中，所述第一信号的量值和所述第二信号的量值可响应于所述驱动线圈和所述目标之间的间隙的变化而沿相同方向改变。

在另一个实施方案中，所述第一信号的所述量值和所述第二信号的所述量值可响应于所述旋转目标的磁特性的周向变化而沿相反方向变化。

在另一个实施方案中，所述控制器可被进一步配置为在确定所述间隙补偿信号之前将预先确定的增益施加到所述第一信号和所述第二信号中的至少一者，并且在施加所述预先确定的增益之后根据所述第一信号和所述第二信号之和来确定所述间隙补偿信号。

在另一个实施方案中，所述预先确定的增益可被选择为使得在施加之后，表示所测量的第一电特性和第二电特性对所述旋转目标的磁特性的周向变化的响应的所述第一信号和经修改的第二信号的相应部分的所述量值大致等于所述量值。

在另一个实施方案中，所述磁致伸缩传感器还可包括感测线圈，所述感测线圈被配置为输出表征由所述旋转目标经受的应力的应力信号。所述应力信号可至少基于对由所述第一磁通量与所述目标的相互作用产生的所生成的磁通量的测量。

在另一个实施方案中，所述控制器可被进一步配置为接收所述应力信号，将所述应力信号与所述间隙补偿信号组合以产生间隙补偿应力信号，以及输出所述间隙补偿应力信号。

在另一个实施方案中，所述应力可为扭矩。

在另一个实施方案中，所述磁致伸缩传感器可包括传感器头，所述传感器头包括驱动极和感测极。所述驱动线圈可耦接到所述驱动极，并且所述感测线圈可耦接到所述感测极。

本发明提供了用于确定对用于间隙补偿的电学摆动表现出降低的敏感度的间隙相关信号的方法。在一个实施方案中，所述方法可包括由传感器的驱动线圈响应于接收到电流而生成磁通量。所述方法还可包括：由驱动电路测量第一电特性，所述第一电特性与在所生成的磁通量与目标的至少一部分相互作用时施加在所述驱动线圈上的作为时间的函数的电压成比例。所述方法还可包括：由所述驱动电路测量第二电特性，所述第二电特性与在所生成的磁通量与目标的至少所述部分相互作用时流经所述驱动线圈的作为时间的函数的电流成比例。所述方法还可包括由控制器接收基于所测量的第一电特性的第一信号和基于所测量的第二电特性的第二信号。所述方法还可包括由所述控制器基于所述第一信号和所述第二信号的函数来确定间隙补偿信号。

在另一个实施方案中，所述第一信号的量值和所述第二信号的量值可响应于所述驱动线圈和所述目标之间的间隙的变化而沿相同方向改变。

在另一个实施方案中，所述第一信号的所述量值和所述第二信号的所述量值可响应于所述旋转目标的磁特性的周向变化而沿相反方向变化。

在另一个实施方案中，所述方法还可包括：在确定所述间隙补偿信号之前将预先确定的增益施加到所述第一信号和所述第二信号中的至少一者，以及在施加所述预先确定的增益之后根据所述第一信号和所述第二信号之和来确定所述间隙补偿信号。所述预先确定的增益可被选择为使得在施加之后，表示所测量的第一电特性和第二电特性对所述旋转目标的磁特性的周向变化的响应的所述第一信号和所述第二信号的所述相应部分的所述量值在量值上大致相等。

在另一个实施方案中，所述传感器可以是包括感测线圈的磁致伸缩传感器，所述感测线圈被配置为输出表征由所述旋转目标经受的应力的应力信号。所述应力信号可至少基于对由所述第一磁通量与目标的相互作用产生的所生成的磁通量的测量。

在另一个实施方案中，所述方法还可包括由所述控制器接收所述应力信号，将所述应力信号与所述间隙补偿信号组合以产生间隙补偿应力信号，以及输出所述间隙补偿应力信号。

在另一个实施方案中，所述应力可为扭矩。

在另一个实施方案中，所述磁致伸缩传感器还可包括传感器头，所述传感器头包括驱动极和感测极。所述驱动线圈可耦接到所述驱动极，并且所述感测线圈可耦接到所述感测极。

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是示出包括间隙补偿应力感测系统的操作环境的一个示例性实施方案的示意图，该间隙补偿应力感测系统具有被配置为确定间隙相关参考信号的磁致伸缩应力传感器；

图2是根据图1的间隙补偿磁致伸缩应力感测系统的侧面剖视图，示出了包括磁致伸缩应力传感器的传感器头，所述磁致伸缩应力传感器与控制器的驱动电路电连通；

图3是图2的磁致伸缩应力传感器的芯的示例性实施方案的顶视图；

图4是示出与磁致伸缩应力传感器的驱动线圈电连通的驱动电路的一个示例性实施方案的电路图；

图5是在变化的间隙的情况下作为时间的函数的第一信号和第二信号的曲线图；

图6是第一信号以及表示第二信号与预先确定的增益的乘积的经修改的第二信号的曲线图；

图7是示出表示第一信号和经修改的第二信号之和的间隙相关参考信号的曲线图；并且

图8是示出用于确定间隙相关参考信号的方法的一个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

磁致伸缩传感器是可使用磁信号来测量施加到轴的应力(例如，扭矩)的一类传感器。然而，磁致伸缩应力传感器可对自身和轴之间的间隙距离的变化非常敏感。如果在进行应力测量时间隙距离发生变化(这可由于振动而发生)，则间隙距离的变化可在应力测量结果中引入误差。为了减少此类误差并改善应力测量结果的质量，一些现有传感器可测量间隙距离的变化以调节扭矩测量结果。由于轴的磁特性的变化，可能难以准确地测量间隙距离。因此，提供了用于确定间隙变化的改善的技术以与磁致伸缩应力传感器一起使用，从而通过补偿间隙变化以及轴的磁特性的变化来提高应力和/或扭矩测量结果的准确性。

本文讨论了用于对为旋转机器部件获取的应力测量结果进行间隙补偿的感测系统和对应方法的实施方案。在某些实施方案中，扭矩测量结果可从应力测量结果和目标(例如，轴)的几何形状获得。然而，本公开的实施方案可用于无限制地对施加到旋转或静止机器部件的任何应力执行间隙补偿。

图1示出了包含间隙补偿应力感测系统102(在本文中称为补偿应力感测系统102)和目标104的操作环境100的一个示例性实施方案。补偿应力感测系统102可以是包括传感器头106、应力传感器110和控制器112的磁致伸缩应力感测系统，其中控制器包括驱动电路114和一个或多个处理器116。应力传感器110可定位在传感器头106内，并且该应力传感器可被配置为生成一个或多个应力信号110s，该一个或多个应力信号表示作为时间的函数的施加到目标104的选定部分的应力。驱动电路114可被配置为向应力传感器110提供电流I以用于生成应力信号110s。

如下面更详细地讨论的，驱动电路114可被进一步配置为基于对驱动电路114的电特性的测量来生成和输出多个信号114s。该多个信号114s可包括基于对第一电特性的测量的第一信号，该第一电特性与作为时间的函数的施加在应力传感器110的驱动线圈上的电压成比例。第一信号在本文中也称为驱动电压DV-。该多个信号114s还可包括基于对第二电特性的测量的第二信号，该第二电特性与作为时间的函数的流经应力传感器110的驱动线圈的电流I成比例。第二信号在本文中也称为驱动电流DI。

已经发现，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值不以相同的方式响应(a)传感器头(例如，远侧端部106d)和目标104的表面之间的间隙G的变化，以及(b)电学摆动中的每一者。相反，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于间隙G的变化和电学摆动中的一者而沿相同方向变化(例如，同时增大或同时减小)。此外，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于间隙G的变化和电学摆动中的另一者而在相反上方向变化(例如，一个增大，一个减小)。在任一种情况下，基于驱动电压DV和驱动电流DI的函数可用于(例如，由处理器116)确定间隙相关参考信号116s，该信号表现出对间隙G的增强的敏感度以及对电学摆动的降低的敏感度。如下面详细讨论的，在一个实施方案中，该函数可以是驱动电压DV和驱动电流DI的加法或其数学等效物。在另一个实施方案中，该函数可以是驱动电压DV和驱动电流DI的减法或其数学等效物。一般来讲，该函数不限于加法或减法。该函数可包括数学运算，诸如加法、减法、除法、乘法、对数、指数或三角函数，这些数学运算可单独使用或以任何组合使用。

在一个示例中，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值可与间隙G的变化一起响应，并且可与电学摆动相反地响应。即，它们各自的量值响应于间隙G的变化而一起增大或减小，而一个响应于电学摆动而增大，另一个响应于电学摆动而减小。在这种情况下，可以对驱动电压DV和驱动电流DI求和以获得间隙相关参考信号116s。

在另一个示例中，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值可随着间隙G的变化沿相反方向响应，并且可对电学摆动沿相同方向响应。即，响应于间隙G的变化，一个的量值增大并且一个的量值减小，而它们各自的量值响应于电学摆动而一起增大或减小。在这种情况下，可将驱动电压DV和驱动电流DI彼此相减，以获得间隙相关参考信号116s。

在使用中，传感器头106可邻近目标104定位，以用于获取应力测量结果。处理器116可以接收所测量的应力信号110s和所测量的信号114s。可使用所测量的信号114s的函数来确定间隙相关参考信号116s。处理器116还可被进一步配置为采用应力信号110s和间隙相关参考信号116s来确定改善的间隙补偿应力信号120s，在本文中也称为补偿应力测量。改善的间隙补偿应力信号120s可表示对施加到目标104的作为时间的函数的应力的测量，与应力信号110s相比，该间隙补偿应力信号对间隙G的变化具有降低的敏感度。

补偿应力信号120s随后可由处理器116输出。例如，补偿应力信号120s可由一个或多个外部设备122接收，诸如用于呈现给用户的显示器和/或用于存储和后续检索的数据存储装置。

图2是补偿应力感测系统200形式的补偿应力感测系统100的一个示例性实施方案的侧面剖视图。补偿应力感测系统200包括与控制器204电连通的传感器头202。传感器头202可形成包含磁致伸缩应力传感器的外壳206，该磁致伸缩应力传感器包括芯210、驱动线圈212和至少一个感测线圈214。如下面更详细地讨论的，该磁致伸缩应力传感器可被配置为输出表征施加到目标222的选定部分220(例如，目标222的与传感器头202相对定位的部分)的应力的应力信号。控制器204还可被配置为确定间隙相关参考信号，该间隙相关参考信号表征由应力传感器获取应力测量结果的同时传感器头202(例如，外壳206的远侧端部206d)与目标222的选定部分220之间的间隙224。与其他用于获取间隙相关测量结果的技术(例如，涡流接近传感器)相比，间隙相关参考信号可对目标222的电学摆动表现出显著降低的敏感度。

目标222可以是任何机器或设备228的被配置以旋转的部件。旋转部件的示例可包括但不限于轴和转子。结合旋转部件的机器和设备228的示例可包括但不限于涡轮机(例如，涡轮引擎、压缩机、泵以及它们的组合)、发电机、内燃机以及它们的组合。可由驱动器230(例如，往复式引擎、内燃机、涡轮引擎、电动马达等)将应力施加到目标222，以使目标222能够旋转并驱动负载。目标222可由包括但不限于铁磁材料的材料形成，铁磁材料诸如铁、钢、镍、钴和它们的合金。在某些实施方案中，目标222可以是非磁化的。在其他实施方案中，目标222可以是磁化的。

芯210可包括基部232和至少两个伸长的极234、236。极234、236可从基部232向外延伸，并且它们可彼此分开选定的距离。芯210可由任何铁磁材料形成。示例可包括但不限于铁、钢、镍、钴和它们的合金。极234中的一个极可以是驱动线圈212缠绕的驱动极。极236中的另一个极可以是感测线圈214缠绕的感测极。

驱动线圈212和感测线圈214可各自与控制器204电连通。如图2所示，控制器204可通过有线或无线连接电耦接到驱动电路240。无线通信装置诸如射频(RF)发射器可与控制器204集成以将信号传输到与驱动电路240集成的RF接收器。如图2所示，控制器204可远离传感器头202定位。然而，在另选的实施方案(未示出)中，控制器204可定位在传感器头202内。

电源242(例如，电源插座、发电机、电池等)可向控制器204和驱动电路240提供电力。驱动电路240可被配置为将电流244(例如，AC电流)递送到驱动线圈212。控制器204可被配置为控制电流244的特性(例如，频率、振幅等)。控制器204可以是采用通用或专用处理器246的任何计算装置。在任一种情况下，控制器204可包括用于存储与电流244的特性(诸如频率、振幅以及它们的组合)相关的指令的存储器250。存储器250还可包括用于采用传感器信号(例如，应力信号248和间隙相关参考信号)来确定间隙补偿应力测量结果的指令和算法，如下文更详细地讨论。

处理器246可包括一个或多个处理装置，并且存储器250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能够由处理器246执行以执行本文所述的方法和控制动作的指令。控制器204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。

电流244可经过驱动线圈212以生成磁通量254。磁通量254可穿透目标222，经过感测线圈214，并且经由芯210(例如，基部232和感测极236)返回到驱动线圈212。这样，可形成经过应力传感器和目标222的磁回路。

感测线圈214可用于测量离开目标222的磁通量254。一般来讲，施加到目标222的应力(例如，压缩、张力、扭矩、剪切等)可改变目标222的磁导率，这继而可导致由感测线圈214测量的磁通量254改变。因此，可基于由感测线圈214接收的磁通量254相对于由驱动线圈212生成的磁通量254的变化来确定施加到目标222的应力，诸如扭矩。感测线圈214可被配置为将指示磁通量254的变化(例如，差异)的应力信号248传输到控制器204。

应力信号248可通过有线或无线连接传送到控制器204(例如，接收器256)。例如，无线通信装置诸如RF发射器可与传感器头202(例如，邻近感测线圈214)集成，以将信号传输到与控制器204集成的接收器256(例如，RF接收器)。接收器256可任选地包括被配置为在应力信号248被传输到处理器246之前调节该应力信号的电子部件(例如，放大器、滤波器等)。

如上所述，由感测线圈214测量的磁通量254可受到间隙224以及目标222在旋转期间的电学摆动的影响，该间隙224可在外壳206的远侧端部206d和目标222的表面226之间延伸。因此，基于由感测线圈214感测的磁通量254来确定目标222的应力测量结果可偏离施加到目标222的实际应力。

为了解决该问题，可测量驱动电路240的多个电特性，并且可将对应的信号作为信号252输出到控制器204。如上所述，驱动电路240的与施加在驱动线圈212上的电压成比例的第一电特性可作为时间的函数来测量。可将基于该第一电特性测量的第一信号(在本文中称为驱动电压DV)输出到控制器204。驱动电路240的与流经驱动线圈212的电流成比例的第二电特性也可作为时间的函数来测量。基于该第二电特性测量的第二信号在本文中称为驱动电流DI。

第一电特性和第二电特性的实施方案可采用多种配置。例如，第一电特性和第二电特性可独立于任何电特性(例如，电压、电流、电阻、电感、电容等)来选择。在一个示例性实施方案中，第一电特性和第二电特性各自为电压。

多个信号252可通过有线或无线连接传送到控制器204(例如，接收器256)。接收器256可任选地包括被配置为在该多个信号252被传输到处理器246之前调节该多个信号的电子部件(例如，放大器、滤波器等)。

存储器250可包括能够由处理器246执行以基于该多个信号252来确定对电学摆动相对不敏感的间隙相关参考信号的指令和算法。存储器250还可包括能够由处理器246执行以使用应力信号248和间隙相关参考信号来确定间隙补偿应力测量的指令和算法。这样，可提高由补偿应力感测系统200输出的应力测量结果的准确性，从而能够更好地控制结合目标222的机器或设备228。

图3是图2的磁致伸缩应力传感器的传感器头202的芯210的示例性实施方案的顶视图。如图所示，芯210可包括具有交叉托架部分304和四个基部306a、306b、306c、306d的交叉轴线托架302。基部306a、306b、306c、306d可以任何构型在平面中从交叉托架部分304径向向外延伸，并且延伸的长度使每一者能够如本文所述那样操作。基部306a、306b、306c、306d可以在约10度至135度范围内的角度(例如，10度、20度、30度、40度、45度、60度、75度、90度、120度、135度或它们的任何组合)成角度地间隔开。如图3所示，基部306a、306b、306c、306d可成角度地间隔开大约90度。传感器头202的附加实施方案在美国专利9,618,408中有所讨论，该专利全文据此以引用方式并入。

图4是示出与驱动线圈212电连通的呈驱动电路400形式的驱动电路240的一个示例性实施方案的电路图。如图所示，驱动电路400包括激发源402、驱动器404、感测电阻406、第一电特性传感器410和第二电特性传感器412。驱动器404和感测电阻406可与激发源402和驱动线圈212串联。第一电特性传感器410可与驱动线圈212并联，并且第二电特性传感器412可与感测电阻器406并联。

在使用中，电源242可被配置为向激发源402提供电力，并且激发源402可被配置为作为响应而生成电流244(例如，AC电流)。在接收到电流244时，驱动线圈212可生成磁通量254。

在驱动电路400内使用感测电阻406可有利于独立测量驱动线圈212上的电压和经过驱动线圈212的电流。在一个方面，第一电特性传感器410可被配置为输出基于第一电特性测量结果的第一信号410s即驱动电压DV。如上所述，驱动电压DV可与当所生成的磁通量254与目标222的至少一部分(例如，所选择的部分220)相互作用时在驱动线圈406上施加的作为时间的函数的电压成比例。第二电特性传感器412可被配置为输出基于第二电特性的第二信号412s即驱动电流DI。同样如上所述，驱动电流可与流经驱动线圈212的电流244成比例。

在一个实施方案中，第一电特性和第二电特性可各自为电压。例如，第一电压可由第一电特性传感器在驱动线圈212上测量，并且第二电压可由第二电特性传感器在感测电阻器406上测量。

图5是示出由第一感测元件410和第二感测元件412输出的并且由控制器204(例如，接收器256、处理器246)接收的用于驱动电流DV和驱动电压DI的第一实施方案的第一信号410s和第二信号412s(分别为驱动电压DV和驱动电流DI)的一个实施方案的曲线图。数据表示旋转期间的目标222，其中第一信号410s和第二信号412s的振幅绘制在垂直轴线上，并且时间绘制在水平轴线上，各自以任意单位(arb)表示。在某些实施方案中，无论第一电特性和第二电特性的形式如何，第一信号410s和第二信号412s都可以作为公共电特性(例如，电压、电流等)提供给控制器204或由控制器204转换以用于确定间隙补偿参考信号。

如图所示，驱动电压DV和驱动电流DI的振幅各自展示由于目标222的电学摆动(例如，目标222的磁特性的周向变化)而产生的重复的摆动模式500a、500b。还示出了分立的垂直台阶502a、502b，其表示在间隙改变时暂停数据收集。如上面关于驱动电压DV和驱动电流DI的第一实施方案所讨论的，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值各自响应于间隙224的相同变化而沿相同方向改变(例如，增大)。此外，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于电学摆动而沿相反方向改变。

在某些实施方案中，可将预先确定的增益(例如，常量乘数)施加到信号410s、412s中的至少一个。该预先确定的增益可被选择为使得表示所测量的第一电特性和第二电特性的响应的第一信号410s和第二信号412s的相应部分的量值(例如，摆动模式500a、500b)在量值上大致相等(例如，差值在彼此的±10％内)。

如图6所示，该预先确定的增益被单独施加到第二信号412s(例如，作为乘积)，而第一信号412s未改变。这产生具有摆动模式500b'的经修改的第二信号412s'，该摆动模式的量值与摆动模式500a的量值大致相同(例如，差值在后者的±10％内)。然而，在另选的实施方案中，增益可单独施加到第一信号，或组合施加到第一信号和第二信号，使得摆动模式的量值大致相同(例如，差值在彼此的±10％内)。随后，在施加该增益之后，可对第一信号410和第二信号(例如，第一信号410s和经修改的第二信号412s')求和以产生间隙相关参考信号700s。

例如，图7重现了第一信号410s和经修改的第二信号412s'以及它们的和(表示间隙相关参考信号700s)。由于驱动电压DV和驱动电流DI的量值随着间隙224在相同的方向响应，因此间隙相关参考信号700s表现出增加的间隙敏感度。这通过间隙224变化时量值的较大变化702来展示。同时，由于驱动电压DV和驱动电流DI的量值随着电学摆动沿相反的方向响应，因此间隙相关参考信号700s表现出显著降低的摆动敏感度。这通过相应摆动图案704内的相对较小的量值变化来展示。

在另外的实施方案中，可以省略增益的施加。例如，感测电阻器的尺寸可被设定成使得第一信号和第二信号的摆动模式的量值大致相同(例如，差值在彼此的±10％内)。随后，可对第一信号和第二信号求和以产生间隙相关参考信号。

在施加或不施加增益的情况下，可对驱动电压DV和驱动电流DI的第二实施方案执行类似的分析，其中驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值随着间隙G的变化沿相反的方向响应，并且沿相同方向响应于电学摆动。然而，值得注意的是，因为在该第二实施方案中，驱动电压DV和驱动电流对间隙G和电学摆动的响应与驱动电压DV和驱动电流DI的第一实施方案中的响应相反，所以第一信号和第二信号可相减以产生间隙相关参考信号。

图8是示出用于确定间隙相关参考信号700s的方法800的示例性实施方案的流程图。方法800还可用于确定施加到旋转目标的应力(例如，扭矩)的改善的间隙补偿测量结果。下面结合图2的补偿应力感测系统200描述方法800。如图所示，方法800包括操作802至812。然而，在该方法的实施方案中，可包括比图8中所示更多或更少的操作，并且这些操作可以与图8所示不同的顺序执行。

在操作802中，传感器的驱动线圈212可响应于接收到电流244(例如，来自驱动电路240)而生成磁通量254。例如，该传感器可以是包括芯210、驱动线圈212和至少一个感测线圈214的磁致伸缩应力传感器。

在操作804中，在所生成的磁通量254与目标222的至少一部分(例如，目标222的所选择的部分224)相互作用时，与施加在驱动线圈212上的电压成比例的第一电特性(例如，驱动电压DV)可作为时间的函数来测量。例如，第一电特性可由驱动电路240的与驱动线圈212并联的第一电特性传感器410测量。

在操作806中，在所生成的磁通量254与目标222的该部分相互作用时，与流经驱动线圈212的电流成比例的第二电特性可作为时间的函数来测量。例如，第二电特性可由驱动电路240的第二电特性传感器412测量。

在操作808中，控制器(例如，控制器204的处理器246)可接收基于所测量的第一电特性的第一信号(例如，410s)和基于所测量的第二电特性的第二信号(例如，412s)。

任选地，在操作810中，控制器(例如，处理器246)可将预先确定的增益施加到所测量的第一信号和第二信号中的至少一者。在一个实施方案中，可将该增益施加到第二信号412s以产生经修改的第二信号412s’。该预先确定的增益可被选择为使得在施加之后，表示所测量的第一电特性和第二电特性对旋转目标的磁特性的周向变化(例如，电学摆动)的响应的第一信号和第二信号的相应部分的量值在量值上大致相等(例如，差值在彼此的±10％内)。

在另选的实施方案中，可省略预先确定的增益的施加。例如，驱动电路的感测电阻器可被配置为使得表示所测量的第一电特性和第二电特性对旋转目标的磁特性的周向变化(例如，电学摆动)的响应的第一信号和第二信号的相应部分的量值在量值上大致相等(例如，差值在彼此的±10％内)。

在操作812中，控制器204(例如，处理器246)可基于第一信号410s和第二信号(在不施加预先确定的增益的情况下的第二信号412或在施加预先确定的增益的情况下的经修改的第二信号412')的函数来确定间隙补偿信号(例如，间隙相关参考信号700s)。

如上所述，在驱动电压DV和驱动电流DI的一个实施方案中，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于驱动线圈212与目标222之间的间隙(例如，间隙224)的变化而沿相同方向改变。同时，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于旋转目标222的磁特性的周向变化(例如，电学摆动)而沿相反方向改变。因此，间隙相关参考信号可从第一信号410s和第二信号412s(或经修改的第二信号412s')之和获得。

如上面进一步讨论的，在驱动电压DV和驱动电流DI的另一个实施方案中，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于驱动线圈212与目标222之间的间隙(例如，间隙224)的变化而沿相反方向改变。同时，驱动电压DV的量值和驱动电流DI的量值响应于旋转目标的磁特性的周向变化(例如，电学摆动)而沿相同方向改变。因此，可从第一信号和第二信号(或经修改的第二信号)的减法来获得间隙相关参考信号。

通常，间隙相关参考信号可从驱动电流DI和驱动电压DV的函数获得，该函数包括数学运算，诸如加法、减法、除法、乘法、对数、指数或三角函数，这些数学运算单独地或以任何组合方式使用。

所得的间隙相关参考信号可对间隙G的变化表现出增强的敏感度，并对电学摆动表现出显著降低的敏感度。即，第一信号的摆动模式和第二信号(或经修改的第二信号)的摆动模式可大致彼此抵消。

在另外的实施方案中，控制器204(例如，处理器246)可被配置为从传感器接收应力信号，并且将该应力信号与间隙补偿信号组合以产生间隙补偿应力信号，以及输出间隙补偿应力信号。在另选的实施方案中，该应力信号可表示施加到目标的其他应力(例如，张力、压缩、剪切)。

作为非限制性示例，本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括对磁致伸缩传感器和目标之间的间隙的变化敏感并且对电学摆动相对不敏感的间隙相关参考信号的确定。间隙相关参考信号700s可用于获取对施加到目标的对间隙的变化基本上不敏感的应力的测量结果。

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(以举例的方式)半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪速存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；和光盘(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，除了如所附权利要求所指出的，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)

1.一种系统，所述系统包括：

磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感器包括驱动线圈，所述驱动线圈被配置为响应于接收到电流而生成磁通量；

驱动电路，所述驱动电路与所述驱动线圈连通并且被配置为提供所述电流，所述驱动电路包括，

第一感测元件，所述第一感测元件与所述驱动线圈并联并且被配置为，

测量第一电特性，所述第一电特性与在所生成的磁通量与目标的至少一部分相互作用时施加在所述驱动线圈上的作为时间的函数的电压成比例，并且

基于所述第一电特性测量来生成第一信号；和

第二感测元件，所述第二感测元件被配置为，

测量第二电特性，所述第二电特性与在所生成的磁通量与所述目标的至少一部分相互作用时流经所述驱动线圈的作为时间的函数的电流成比例，并且

基于所述第二电特性测量来生成第二信号；和

控制器，所述控制器与所述磁致伸缩传感器电连通，所述控制器被配置为接收所述第一信号和所述第二信号，并且基于所述第一信号和所述第二信号的函数来确定间隙补偿信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一信号的量值和所述第二信号的量值响应于所述驱动线圈和所述目标之间的间隙的变化而沿相同方向改变。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一信号的量值和所述第二信号的量值响应于旋转目标的磁特性的周向变化而沿相反方向变化。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为：

在确定所述间隙补偿信号之前，将预先确定的增益施加到所述第一信号和所述第二信号中的至少一者；以及

在施加所述预先确定的增益之后，基于所述第一信号和所述第二信号之和来确定所述间隙补偿信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述预先确定的增益被选择为使得在施加之后，表示所测量的第一电特性和第二电特性对所述旋转目标的磁特性的周向变化的响应的所述第一信号和经修改的第二信号的相应部分的所述量值大致等于所述量值。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁致伸缩传感器还包括感测线圈，所述感测线圈被配置为输出表征由所述旋转目标经受的应力的应力信号，其中所述应力信号至少基于对由所述第一磁通量与所述目标的相互作用产生的所生成的磁通量的测量。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为：

接收所述应力信号，

将所述应力信号与所述间隙补偿信号组合以产生间隙补偿应力信号；以及

输出所述间隙补偿应力信号。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述应力为扭矩。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述磁致伸缩传感器包括传感器头，所述传感器头包括驱动极和感测极，并且其中所述驱动线圈耦接到所述驱动极，并且所述感测线圈耦接到所述感测极。

10.一种方法，所述方法包括：

由传感器的驱动线圈响应于接收到电流而生成磁通量；

由驱动电路测量第一电特性，所述第一电特性与在所生成的磁通量与目标的至少一部分相互作用时施加在所述驱动线圈上的作为时间的函数的电压成比例；

由所述驱动电路测量第二电特性，所述第二电特性与在所生成的磁通量与目标的至少所述部分相互作用时流经所述驱动线圈的作为时间的函数的电流成比例，

由控制器接收基于所测量的第一电特性的第一信号和基于所测量的第二电特性的第二信号；以及

由所述控制器基于所述第一信号和所述第二信号的函数来确定间隙补偿信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一信号的量值和所述第二信号的量值响应于所述驱动线圈和所述目标之间的间隙的变化而沿相同方向改变。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一信号的量值和所述第二信号的量值响应于所述旋转目标的磁特性的周向变化而沿相反方向变化。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括：

在确定所述间隙补偿信号之前，将预先确定的增益施加到所述第一信号和所述第二信号中的至少一者；以及

在施加所述预先确定的增益之后，基于所述第一信号和所述第二信号之和来确定所述间隙补偿信号；

其中所述预先确定的增益被选择为使得在施加之后，表示所测量的第一电特性和第二电特性对所述旋转目标的磁特性的周向变化的响应的所述第一信号和所述第二信号的所述相应部分的所述量值在量值上大致相等。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述传感器是磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感器包括感测线圈，所述感测线圈被配置为输出表征由所述旋转目标经受的应力的应力信号，其中所述应力信号至少基于对由所述第一磁通量与目标的相互作用引起的所生成的磁通量的测量。

15.根据权利要求10所述的方法，还包括，由所述控制器：

接收所述应力信号，

将所述应力信号与所述间隙补偿信号组合以产生间隙补偿应力信号；以及

输出所述间隙补偿应力信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述应力为扭矩。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述磁致伸缩传感器还包括传感器头，所述传感器头包括驱动极和感测极，并且其中所述驱动线圈耦接到所述驱动极，并且所述感测线圈耦接到所述感测极。

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