CN113267119B - 角度和/或扭矩传感器系统及应用到其中的方法 - Google Patents

Abstract

提供了角度和/或扭矩传感器系统及应用到其中的方法。该角度和/或扭矩传感器系统包括：转子，连接到要测量其角度和/或扭矩的对象；一个或多个齿轮，由转子驱动；磁性组件，布置在每个齿轮上；传感器芯片，布置在印刷电路板第一表面上并且与磁性组件位于PCB的同一侧，用于在一个或多个齿轮旋转而导致磁性组件的磁场方向改变时，根据磁场方向的改变来获得角度和/或扭矩数据并将其通过电信号输出；以及检测装置，包括测量单元和布置在PCB第二表面上的检测组件，用于检测由于磁性组件产生的磁场方向而附着到PCB第二表面上的导电和/或磁性物体，并且其中测量单元由于导电和/或磁性物体与检测组件的相互作用而输出超出正常范围的测量值。

Description

角度和/或扭矩传感器系统及应用到其中的方法

技术领域

本公开涉及检测领域，更具体地，涉及一种具有检测附着到印刷电路板上的导电和/或磁性物体的功能的角度和/或扭矩传感器系统以及应用到该角度和/或扭矩系统中的检测方法。

背景技术

目前在很多领域的控制系统中均会用到磁性组件，其根据磁性组件旋转时的磁场方向的改变进一步确定导致该磁场方向改变的因素的相关数据。例如，在汽车领域中，在角度传感器系统和扭矩传感器系统、或一体的角度扭矩传感器系统中均会用到诸如磁铁的磁性部件。

基于磁性组件的上述传感器系统可以获得角度和/或扭矩数据，例如用于电子稳定控制系统利用对各个车轮的定向制动从而对方向做出调整和/或用于电动助力转向系统决定辅助动力的方向和大小，从而在低速行驶时控制转向力矩变小，在高速行驶时控制转向力矩适度增大。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种角度和/或扭矩传感器系统，包括：转子，连接到要测量其角度和/或扭矩的对象；一个或多个齿轮，由所述转子驱动；磁性组件，布置在每个齿轮上；传感器芯片，布置在印刷电路板第一表面上并且与所述磁性组件位于所述印刷电路板的同一侧，用于在一个或多个齿轮旋转而导致磁性组件的磁场方向改变时，根据磁场方向的改变来获得角度和/或扭矩数据并将其通过电信号输出；以及检测装置，包括检测组件和测量单元，用于检测由于磁性组件产生的磁场方向而附着到所述印刷电路板第二表面上的导电和/或磁性物体，其中所述检测组件布置在印刷电路板第二表面上，并且其中所述测量单元由于所述导电和/或磁性物体与所述检测组件的相互作用而输出超出正常范围的测量值。

根据本公开的另一方面，提供了一种应用到上述角度和/或扭矩传感器系统的方法，包括：从测量电路获取所述电压测量值；以及在判断出所述电压测量值超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上。

附图说明

通过结合附图对本公开实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1A示出了磁性控制系统的示意框图；

图1B示出了作为磁性控制系统的一种示例的角度和/或扭矩传感器系统的示意图；

图2A-2B示出了导电和/或磁性物体附着在印刷电路板(PCB)上时可能导致的两种常见的磨损的示意图；

图3A示出了根据本公开实施例的角度和/或扭矩传感器系统的结构框图；

图3B-3F示出了根据本公开实施例的检测装置的几种结构示意图；

图4A-4D示出了根据本公开实施例的几种焊盘布置图案的示意图；

图5A-5B示出了应用到根据本公开实施例的角度和/或扭矩传感器系统中的方法的流程图；以及

图6示出了导电和/或磁性物体附着到采用图4A布置的焊盘布置方式的PCB板上的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

图1A示出了一种磁性控制系统100的示意框图。如图1A所示，磁性控制系统100包括磁性组件110、传感器芯片120以及印刷电路板130。该传感器芯片120布置在印刷电路板130的第一表面上。磁性组件110会由于外界的驱动而旋转到不同位置，在旋转的过程会导致磁场方向改变，传感器芯片120用于根据由于磁性组件110旋转导致的磁场方向改变来获得该外界的驱动的相关参数数据，并将该参数数据以电信号(例如模拟或数字信号形式)输出给后续的处理单元。磁性组件110的旋转轨迹所确定的平面与印刷电路板平行。

作为示例，该磁性控制系统100可以是角度和/或扭矩传感器系统，即可以是角度传感器系统、扭矩传感器系统、或一体的角度扭矩传感器系统。

更具体地，图1B示出了一种用于获取角度和/或扭矩数据的角度和/或扭矩传感器系统100的示意图。角度和/或扭矩传感器系统100除了磁性组件110、传感器芯片120以及印刷电路板130之外，还包括：转子140，连接到要测量其角度和/或扭矩的对象(例如，汽车的转向柱以及方向盘，其中当驾驶员转动方向盘时，方向盘和/或转向柱会使转子140相应地旋转)；一个或多个齿轮150，这些齿轮由转子驱动。此外，在图1B中，磁性组件110为布置在每个齿轮上的具有两个磁极的一个或多个磁铁(例如，磁铁可以通过注塑工艺与齿轮形成为一体)。一般来说，一个齿轮上的磁铁对应一个传感器芯片，后续的处理单元根据多个传感器芯片输出的多个电信号而得到最终的角度和/或扭矩。

如图1B所示，传感器芯片(图中示出为1个，但实际上可以为多个)布置在印刷电路板的第一表面上，并且用于在转子140转动从而带动齿轮150转动时，根据磁场的变化得到角度和/或扭矩，即当转子转动时，会带动齿轮以及其上的磁铁旋转，从而磁场方向发生改变，传感器芯片能够感知这种变化，从而生成与角度和/或扭矩对应的电信号并输出。

但是，可能会有导电和/或磁性物体的侵入到上述磁性控制系统(角度和/或扭矩传感器系统)100中。例如，在制造过程期间，清洁丝、金属线、金属片等可能存在于上述磁性控制系统中，或者由于该磁性控制系统不是完全密封的，因此在使用期间，也可能有另外的导电和/或磁性物体侵入该磁性控制系统。

导电和/或磁性物体可能会被磁性控制系统中旋转的磁铁所吸引，当导电和/或磁性物体与磁铁分别位于PCB的不同两侧时(为了便于描述，将PCB上布置有传感器芯片的一侧称为PCB的第一表面，将PCB的另一侧称为第二表面)，导电和/或磁性物体会附着在PCB第二表面上的一个区域内，该区域与该磁铁的旋转轨迹在PCB第一表面上的正投影区域相对应，如果有多个导电和/或磁性物体，这些导电和/或磁性物体可能也会聚集在该区域内。或者，在少数情况下，即使不受到磁铁的吸引，导电和/或磁性物体也可能附着在PCB的第二表面。此外，当导电和/或磁性物体与传感器芯片位于PCB的同一侧时，在被磁铁吸引时导电和/或磁性物体会向磁铁靠近，而不会聚集在PCB的第二表面上，因此本文不考虑这种情况。

本领域技术人员都熟知，PCB上一般都会有许多过孔，过孔可以用于将不同的层连接、作为元件的安装孔、散热以及防干扰等，并且PCB上可能布置了其他电路。如上所述，导电和/或磁性物体可能附着在PCB的第二表面上，因此可能在PCB第二表面上不应存在连接通路的两个过孔之间形成电流通路，从而造成电路连接方式的改变，根据该导电和/或磁性物体所连接的过孔的属性，这可能会导致诸如短路故障(例如电池短路)、传感器故障(例如，读数异常)、通信故障、电流消耗异常和高温等的各种不同的随机故障。此外，导电和/或磁性物体可能为多个，因此可能存在多个异常的电流通路。更进一步，从长期来看，导电和/或磁性物体可能还会随着磁铁的旋转受到吸力而在PCB第二表面上随之旋转，导电和/或磁性物体和PCB第二表面之间的长期摩擦会造成PCB第二表面上的磨损甚至损坏。

例如，图2A-2B示出了导电和/或磁性物体附着在PCB上时可能导致的两种常见的磨损。如图2A所示，导电和/或磁性物体随着磁铁的旋转而在PCB上随之旋转，如图2B所示，该导电和/或磁性物体侵入到过孔中，过孔作为磨损中心，导电和/或磁性物体随着磁铁的旋转而在PCB上随之旋转，即在PCB的第二表面上以过孔为中心旋转。导电和/或磁性物体和PCB第二表面之间的长期摩擦会造成PCB的第二表面上留下磨损环状(图2A-2B中示出)。根据导电和/或磁性物体与PCB的第二表面的接触点的数量，磨损环状可能为一个或多个。

同时，从产品的售后维修方面来看，由于根据现有的技术，并没有任何考虑到导电和/或磁性物体侵入上述磁性控制系统可能会导致的问题的经验，并且导致的问题还是各种不同的、随机的表现方式，因此维修人员可能难以根据故障的表现方式来确定是哪里出了问题。此外，在维修时，维修人员需要拆解该磁性控制系统的产品，这可能会丢失该导电和/或磁性物体，因此维修人员无法看到该导电和/或磁性物体，也难以往该导电和/或磁性物体是导致故障发生的原因方面上考虑。

为了解决上述问题，一种可能的方式是将在PCB的第二表面上与磁铁的旋转轨迹的正投影区域相对应的区域布置为接地层(例如用铜皮)，这样虽然导电和/或磁性物体将该接地层内的过孔连接，但是过孔的电位都为0V，因此在过孔之间形成的电流通路中也不会有电流流过。但是，这种方式也存在一定的问题，如前面分析，导电和/或磁性物体可以随着磁铁的旋转受到磁铁的吸力而在PCB的第二表面上随之旋转，因此导电和/或磁性物体与PCB的第二表面之间的长期摩擦也会造成PCB第二表面的磨损甚至损坏，即该接地层可能会逐渐磨损，从而不能再避免故障发生。

因此，为了弥补以上不足，本公开的实施例提出了一种新的角度和/或扭矩传感器系统以及应用到该系统中的方法。提出的角度和/或扭矩传感器系统包括检测装置，用于检测附着到印刷电路板上的导电和/或磁性物体。通过该检测装置，可以尽早发现导电和/或磁性物体侵入，避免后续可能会因此引起的严重的故障，能够通过控制器向其他系统或者用户发出警告，并且能够将这些事件记录下来以方便产品售后维修方的故障分析以及产品问题的定责。

图3A示出了根据本公开实施例的角度和/或扭矩传感器系统300的结构框图。

如图3A所示，角度和/或扭矩传感器系统300除了包括如前文所述的转子、齿轮等部件之外，还包括检测装置310。检测装置310包括检测组件3101和测量单元3102。检测组件3101布置在印刷电路板第二表面上，并且测量单元3102会由于导电和/或磁性物体与检测组件3101的相互作用而输出超出正常范围的测量值。在后文某些地方，测量单元和测量电路的表达可以互换。

此外，检测装置310还可以包括控制器3103，用于从测量单元的输出端获取测量值，并且在判断出测量值超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上。

应注意，虽然在此处和后文中都示出了控制器位于检测装置中，但是这仅仅是示例性的，本领域技术人员应理解，控制器可以位于检测装置之外，本文对此不进行限制。

图3B-3F示出了根据本公开实施例的检测装置的几种结构示意图。

如前面分析，当磁铁旋转时，磁场方向会发生改变，如果存在侵入角度和/或扭矩传感器系统的导电和/或磁性物体，且该导电和/或磁性物体能够被该磁铁吸引，则该导电和/或磁性物体会附着在PCB的与磁铁相反的一侧的表面(第二表面)上并在该表面上旋转。

为了更好地检测被磁铁吸引到PCB第二表面上的导电和/或磁性物体，可以使印刷电路板第二表面上的用于布置检测组件的测量区域的中心与磁铁的旋转轨迹在印刷电路板第一表面上的正投影区域的中心对齐。在一种实施例中，作为示例而非限制性的，该测量区域为圆形形状，大小与磁铁的旋转轨迹在印刷电路板第一表面上的正投影区域相等。导电和/或磁性物体由于磁铁的磁场方向改变而附着到该印刷电路板第二表面上时在该测量区域内旋转。

一般地，可以根据具有如下布置的检测装置来对该导电和/或磁性物体进行检测。

i.基于电容检测的检测装置

这种情况下，检测组件包括用于对导电和/或磁性物体进行电容检测的一个或多个导电电极，且设置在印刷电路板第二表面上的测量区域(如图3B中虚线所示)中。如图3B所示，当没有导电和/或磁性物体靠近该一个或多个导电电极时，该导电电极的电容值为基线(baseline)值，而如果有导电和/或磁性物体靠近该一个或多个导电电极时，该导电电极的电容值会发生明显改变(超出基线值的误差范围)，即从C_base变为C_base+C_obj。测量单元被配置为通过使用该检测组件执行对该导电和/或磁性物体的电容检测。测量单元可以采用多种布置，例如如图3B中所示的流经电容的电流值与电容值成正比的开关电容滤波器结构(开关切换频率和供电电压保持不变时)，通过获得流经电容的电流值而可以检测到电容值的变化。此外，测量单元可以输出与改变的电容值相关的测量值，例如电流值。

可选地，可以将该一个或多个导电电极设置为圆形形状，以适应要检测的、在印刷电路板第二表面上旋转的导电和/或磁性物体。

同时，为了避免导电和/或磁性物体与检测组件电连接，可以在该一个或多个导电电极上覆盖一层绝缘层。

ii.基于光学检测

在这种情况下，检测组件包括一对或多对发光二极管和光电二极管，每个发光二极管和对应的光电二极管相对设置在印刷电路板第二表面上的测量区域的两端。如图3C所示，在测量区域(如虚线所示)的一端的一个发光二极管发射光(例如，红外光)，在测量区域的另一端的光电二极管接收光。作为测量单元的测量电路与光电二极管构成回路。如果测量区域内没有导电和/或磁性物体，光线被光电二极管接收，从而光电二极管导通；如果有导电和/或磁性物体，光线被遮挡，光电二极管截止。测量单元会根据光电二极管的导通和截止而生成不同电平的电信号，以提供给后续的控制器。

此外还可以采用其他布置的检测装置，例如基于电感检测、超声表面波等等。

应注意，上述检测装置不仅能检测到被磁铁吸引到PCB第二表面上并且在其上旋转的导电和/或磁性物体，还能检测不被磁铁吸引但存在于PCB第二表面上的导电和/或磁性物体，只需根据想要检测PCB上的哪些地方存在导电和/或磁性物体而合适地设置布置检测组件的测量区域。

在本文中，根据所采用的检测装置的特征，对应的所能检测到的导电和/或磁性物体可以被不同地解释为导电物体、导磁物体、以及导电导磁物体中的至少一个。例如，上述检测装置能够检测到的导电和/或磁性物体包括导电物体、磁性物体、以及导电磁性物体全部，而下面将参考图3D-3F描述的检测装置能检测到的导电和/或磁性物体是指导电磁性物体。

进一步地，本公开也提供了一种检测装置，其相比于上述几种检测装置，具有较小的干扰、能够检测各种尺寸的导电和/或磁性物体、成本低廉、结构简单等等的优点。

更具体地，如图3D所示，该检测装置310包括：第一至第N导电区域(pad 1,pad2,…,pad N)，布置在印刷电路板上并且彼此电隔离，N为大于等于2的整数；测量电路(3102)，包括多个依次串联的第一至第N电阻(R1,…RN)，N为大于等于2的整数，第一电阻(R1)的第一端接收测量用电压V，第二端作为测量电路(3102)的输出端以输出电压测量值Vm，第N电阻(RN)的第二端接地，并且所述第一至第N电阻(R1,…RN)的第二端分别连接到所述印刷电路板上的第一至第N导电区域；以及控制器(3103)，用于从测量电路(3102)的输出端获取电压测量值(Vm)，并且在判断出所述电压测量值(Vm)超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上。

该印刷电路板上包括的第一至第N导电区域彼此电隔离，各个导电区域为焊盘(pad 1,pad 2,…,pad N)，并且可以以多种方式布置，只要满足当导电和/或磁性物体在PCB的第二表面上旋转时，能够将第一至第N导电区域中至少两个区域连接，从而引起电压测量值(Vm)的改变即可。后文参考图4A-4D描述了几种示例性的布置图案，但是这仅仅是示例，不应将其理解为对本公开中的布置图案的限制。

为了更好地检测被磁铁吸引到PCB第二表面上的导电和/或磁性物体，可以使磁铁的旋转轨迹在印刷电路板第一表面上的正投影区域的中心与印刷电路板第二表面上的测量区域的中心对齐，其中第一至第N导电区域布置在该测量区域中。

作为示例，如图3E所示，测量电路(3102)包括两个依次串联的电阻，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，第一电阻(R1)的第一端接收测量用电压V，第二端作为测量电路(3102)的输出端以输出电压测量值(Vm)，第二电阻(R2)的第一端与第一电阻(R1)的第二端连接，第二电阻(R2)的第二端接地，并且第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的第二端分别连接到第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad 2)，其中当导电和/或磁性物体在PCB的第二表面上旋转时，第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad 2)能够通过所述导电和/或磁性物体连接，从而引起电压测量值(Vm)的改变。

作为示例，如图3F所示，测量电路(3102)包括三个依次串联的电阻，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻R3，第一电阻(R1)的第一端接收测量用电压V，第二端作为测量电路(3102)的输出端以输出电压测量值Vm，第二电阻(R2)的第一端与第一电阻(R1)的第二端连接，第三电阻R3的第一端与第二电阻(R2)的第二端连接，第三电阻R3的第二端接地，并且第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻R3的第二端分别连接到第一焊盘(pad1)、第二焊盘(pad 2)和第三焊盘(pad 3)，其中当导电和/或磁性物体在PCB的第二表面上旋转时，第一焊盘(pad 1)、第二焊盘(pad 2)和第三焊盘(pad 3)中的至少两个能够通过所述导电和/或磁性物体连接，从而引起电压测量值Vm的改变。

可选地，第一电阻至第N电阻以及控制器可以设置在印刷电路板第一表面上、或设置在所述印刷电路板第二表面上并通过过孔与第一至第N导电区域连接。

在实施例中，可选地，控制器还用于在判断出在测量单元输出的测量值未超出正常范围时，延迟预设时间后重新获取测量值。

可选地，由于例如微控制单元(MCU)或其他处理模块构成的控制器通常只能处理数字信号，因此为了便于控制器运行，通常还需额外地通过模数转换(ADC)过程将获取的模拟测量值转换为数字测量值(本文为了便于描述，均称为测量值)。

可选地，控制器还可以对测量值还执行防抖操作，从而得到比较稳定的数值。

可选地，控制器在确定有导电和/或磁性物体侵入所述传感器系统中时，记录有导电和/或磁性物体侵入到所述传感器系统中的事件，并发送指示信息。

同时还应注意，上文提及的电压测量值对应的正常范围是基于分压原理，并考虑到所选择的电阻实际值与电阻理论值一般存在误差(例如电阻实际值在电阻理论值的(1±2％)范围内)，从而计算得到在测量电路的输出端的电压理论值的范围。

另一方面，为了节省功率，控制器一般不会一直保持工作，而是间歇地从测量电路获取测量值并将其与正常范围进行比较，来确定是否有导电和/或磁性物体侵入传感器系统中并附着在PCB上，下文将控制器每次执行检测过程的时间段称为检测周期。

而且，如果侵入的物体仅导电而不导磁，那么它不会由于改变的磁场方向而附着到PCB上，因此对系统工作影响较小；如果侵入的物体仅导磁而不导电，那么即使它由于改变的磁场方向而被附着到PCB上，短期内该物体由于不导电也不会对系统正常工作造成太大影响；而既能导电又能导磁的侵入物体，它会由于改变的磁场方向而被附着到PCB上并建立电路连接，从而影响系统工作，因此是最需要被检测到的。下面参考图3D-3F所示的检测装置来描述进一步的实施例。

针对采用图3D-3F所示的检测装置来检测是否存在导电和/或磁性物体的实例(在这种情况下，导电和/或磁性物体是指既能导电又能导磁的物体)，由于在大多数情况下，导电和/或磁性物体通常仅在一个或多个齿轮旋转引起磁场方向改变时才会附着在PCB上，即，可能存在如下情况：即使导电和/或磁性物体侵入了传感器系统但是并没有附着到PCB上，从而控制器在一个或多个检测周期内并没有检测到超过正常范围的测量值，但是在稍后的检测周期中由于一个或多个齿轮旋转引起磁场方向改变时，侵入的导电和/或磁性物体会随着磁场方向改变而附着到PCB上(例如采用图3D所示的检测装置时，侵入的导电和/或磁性物体会在PCB上旋转并将至少两个焊盘连接)，从而引起测量值的改变，控制器可能在新的检测周期才会检测到超过正常范围的测量值。又或者，其他原因(例如，控制器测量故障、测量电阻中串联电阻自身短路)导致了测量值超过正常范围，而并不是由于导电和/或磁性物体的侵入所导致的，此时控制器直接确定有导电和/或磁性物体侵入或有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上可能是不准确的，可能会忽略掉其他原因。

因此，作为改进，当传感器系统为角度传感器系统、扭矩传感器系统、或一体的角度扭矩传感器系统时，控制器还可以从传感器芯片获取角度和/或扭矩数据，并且基于所述角度和/或扭矩数据判断齿轮是否旋转；在当齿轮未旋转时判断出测量值未超出正常范围，但是当齿轮旋转时判断出测量值超出正常范围时的情况下，确定有导电和/或磁性物体侵入角度/扭矩传感器系统中。这样，可以进一步提高检测的准确性和可靠性。

可选地，控制器还在判断出齿轮旋转且测量值未超出正常范围的情况下，延迟预设时间后重新获取测量值，重复判断过程。

可选地，控制器在判断出齿轮未旋转且测量值超出正常范围的情况下，发送指示消息，以让工作人员确定是有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上还是其他故障(例如，控制器测量故障、测量电阻中串联电阻自身短路)导致了测量值超过正常范围。

通过该装置和方法，可以尽早发现导电和/或磁性物体侵入到传感器系统中并附着在PCB上，避免后续可能会因此引起的严重的故障，并且能够通过控制器向其他系统或者用户发出警告，并且能够将这些事件记录下来以方便产品售后维修方的故障分析以及产品问题的定责。

图4A-4D示出了根据本公开实施例的几种示例性焊盘布置图案的示意图。

图4A对应于测量电路中串联的电阻数量为两个，所述焊盘的数量为两个的情况，为了便于描述，将它们分别称为第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad2)，可以如图4A所示的方式布置这两个焊盘。如图4A所示，第一焊盘(pad1)以测量区域的中心为圆心，以第一半径形成圆形，并从该圆形的圆周均匀地向外辐射多个相同的条带(S1,S2,…，Sm-1，Sm)(m为大于等于1的整数)，每个条带(S1,S2,…，Sm-1，Sm)包括两个侧边缘和将两个侧边缘的终点连接起来的第三边缘，并且两个侧边缘的间距从内向外逐渐增大。第二焊盘(pad2)为具有锯齿状凸起的圆环形状，每个锯齿状凸起位于对应于一对相邻的两个条带之间(即，S1和S2之间、S2和S3之间、…、Sm和S1之间)的部分，并且具有锯齿状凸起的圆环形状与各个条带的三个边缘(包括两个侧边缘和第三边缘)均存在间距。

在这种布置方式中，第一焊盘(pad 1)中的至少一个条带(例如S1)的第三边缘上存在以短于第三边缘宽度、在同一平面上往外延伸的条带部分(例如图4A中的第一间隔(int1)部分所示)，以将所述圆环形状隔开。第二焊盘(pad 1)是与地连接的。

通过上述布置图案，结合图3B所示的装置中的测量电路结构，当导电和/或磁性物体将第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad 2)连接起来时，会导致第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad 2)之间的电阻的阻值发生变化，即第一焊盘(pad 1)和地之间的电阻的阻值发生变化，从而会导致测量电路向控制器提供的电压测量值的变化，从而控制器根据该电压测量值而可以确定是否由导电和/或磁性物体侵入并附着到印刷电路板上。

图4B对应于测量电路中串联的电阻数量为三个，所述焊盘的数量为三个的情况，为了便于描述，将它们分别称为第一焊盘(pad 1)、第二焊盘(pad2)和第三焊盘(pad 3)，可以如图4B所示的方式布置这三个焊盘。如图4B所示，第一焊盘(pad 1)以所述测量区域的中心为圆心，以第一半径形成圆形，并从该圆形的圆周均匀地向外辐射多个相同的条带(S1,S2,…，Sm-1，Sm)(m为大于等于1的整数)，每个条带(S1,S2,…，Sm-1，Sm)包括两个侧边缘和将两个侧边缘的终点连接起来的第三边缘，并且两个侧边缘的间距从内向外逐渐增大。第二焊盘(pad 2)和第三焊盘(pad 3)共同构成具有相同锯齿状凸起的圆环形状，各自占有所述圆环形状的一部分并被间隔开，每个锯齿状凸起位于一对相邻的两个条带之间(即，S1和S2之间、S2和S3之间、…、Sm和S1之间)的部分，并且具有锯齿状凸起的圆环形状与各个条带的三个边缘(包括两个侧边缘和第三边缘)均存在间距。

在这种布置方式中，第一焊盘(pad 1)中的至少一个条带(例如S1)的第三边缘上可以存在以短于第三边缘宽度、在同一平面上往外延伸的条带部分(例如图4B中的第二间隔(int2)部分所示)，以将第二焊盘(pad 2)和第三焊盘(pad 3)共同构成的圆环形状隔开，以便于其他组件与该第一焊盘(pad1)的布线连接，该第三焊盘(pad 3)是与地连接的。

通过上述布置图案，结合图3C所示的装置中的测量电路结构，当导电和/或磁性物体将第一焊盘(pad 1)、第二焊盘(pad 2)和第三焊盘(pad 3)中的至少两个连接起来时，会导致第一焊盘(pad 1)、第二焊盘(pad 2)和第三焊盘(pad 3)中的至少两个之间的电阻的阻值发生变化，即第一焊盘(pad 1)和地之间的电阻的阻值发生变化，从而会导致测量电路向控制器提供的电压测量值的变化，从而控制器根据该电压测量值而可以确定是否由导电和/或磁性物体侵入并附着到印刷电路板上。

图4C对应于测量电路中串联的电阻数量为两个，所述焊盘的数量为两个的情况，为了便于描述，将它们分别称为第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad2)，可以如图4C所示的方式布置这两个焊盘。如图4C所示，第一焊盘(pad1)被布置为以所述测量区域的中心为圆心的具有第二半径的圆形，第二焊盘(pad 2)被布置为以所述测量区域的中心为圆心的圆形环状，且该圆形环状的内环的第三半径大于第二半径。

在这种布置方式中，第一焊盘(pad 1)与第二焊盘(pad 2)是电隔离的。第一焊盘(pad 1)上存在以较小宽度(例如1/50的第一焊盘的周长)、在同一平面上往外延伸的部分(例如图4C中的第三间隔(int3)部分所示)，以将所述第二焊盘的圆环形状隔开。第二焊盘(pad 2)是与地连接的。

图4D对应于测量电路中串联的电阻数量为三个，所述焊盘的数量为三个(第一-第三焊盘)的情况，布置方式与图4C类似，只是将第三焊盘也布置为以所述测量区域的中心为圆心的圆形环状，且该圆形环状的内环的第四半径大于第二焊盘对应的圆形环状的外环半径。

如上所述，第一焊盘(pad 1)与第二焊盘(pad 2)是电隔离的，并且第二焊盘(pad2)与第三焊盘(pad 3)也是电隔离的。

以上描述了几种示例性焊盘布置图案的示意图，但上述仅仅是示例，本领域技术人员也可以采用其他的布置方式，只需当导电和/或磁性物体随着磁场方向的改变而被吸附在PCB上的测量区域上并且旋转时，该导电和/或磁性物体能够将至少两个焊盘连接起来，从而导致通过测量电路输出端输出的电压测量值变化，进而由控制器检测到即可。

根据本公开的另一方面，还提供了一种检测侵入传感器系统中的导电和/或磁性物体的方法。

图5A-5B示出了应用到根据本公开实施例的角度和/或扭矩传感器系统中的方法的流程图500/500’。

如图5A所示，方法500可以包括以下步骤。

步骤510，从测量单元获取测量值。

步骤520，在判断出测量值超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上。

可选地，该正常范围是根据测量电路的结构而预先计算并存储的。

可选地，该方法还可以包括步骤530：在判断出测量值未超出正常范围的情况下，延迟预设时间后重新获取测量值，以实时检测是否有附着到印刷电路板上的导电和/或磁性物体。

可选地，该方法还可以包括步骤540：在确定有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上时，记录有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上的事件，并发送指示信息。

此外，如前面分析，针对采用图3D-3F所示的检测装置的实例，在大多数情况下，都是在齿轮转动的时候带动磁铁旋转，从而导致磁场方向的改变，才使得导电和/或磁性物体随之旋转。为了进一步提高检测的准确性和可靠性，针对采用图3D-3F所示的检测装置的实例，提出了检测附着到印刷电路板上的导电和/或磁性物体的另一种方法500’。

如图5B所示，方法500’包括如下步骤。

在步骤515，从测量单元获取测量值。

在步骤525，从传感器芯片获取角度和/或扭矩数据，并基于所述角度和/或扭矩数据判断所述一个或多个齿轮是否旋转。

在步骤535，在判断出齿轮未旋转且测量值未超出正常范围，但是当齿轮旋转且测量值超出正常范围时的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上。

可选地，在步骤545，在判断出齿轮旋转且测量值未超出正常范围的情况下，延迟预设时间，然后重新返回步骤515，以获取测量值。

可选地，在步骤555，在判断出齿轮未旋转且测量值超出正常范围的情况下，发送指示消息，以让工作人员确定是有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上还是其他故障(例如，控制器测量故障、测量电阻中串联电阻自身短路)导致了测量值超过正常范围。

可选地，在步骤565，在确定有导电和/或磁性物体附着到印刷电路板上时，记录有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上的事件，并发送指示信息。

具体地，尽管本公开的附图出于图示和讨论的目的分别描述了以特定顺序执行的步骤，但是本公开的方法不限于特定图示的顺序或布置。在不偏离本公开的范围的情况下，上述方法的各个步骤可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或调整。例如，在图5B中，步骤525和步骤515是可以同时执行或者以相反的顺序来执行。

为了便于更好地理解本公开，下面示例性描述利用本公开实施例提供的检测装置检测导电和/或磁性物体附着到PCB板上的示例性过程。图6示出了导电和/或磁性物体附着到采用图4A布置的焊盘布置方式的PCB板上的示意图。

如图6所示，示出了导电和/或磁性物体随着磁场方向的改变而在PCB上第二平面上旋转时，将第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad 2)电连接。图6中示出了三个导电和/或磁性物体，然而更少或更多的导电和/或磁性物体也是可能的，并且也可能以其他位置和方向将两个焊盘连接起来，本公开对此不做限制。

由于导电和/或磁性物体将第一焊盘(pad 1)和第二焊盘(pad 2)电连接，从而使两者之间的电阻值改变，不再是原来的电阻R1的阻值，从而可以使得控制器获得变化的电压测量值，因此，控制器能够确定有导电和/或磁性物体附着到PCB板上。

虽然已经针对本主题的各种具体示例实施例详细描述了本主题，但是每个示例通过解释而不是限制本公开来提供。本领域技术人员在得到对上述内容的理解后，可以容易地做出这样的实施例的变更、变化和等同物。因此，本发明并不排除包括将对本领域普通技术人员显而易见的对本主题的这样的修改、变化和/或添加。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，意图是本公开覆盖这样的变更、变化和等同物。

除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

以上是对本公开的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本公开的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，可以对示例性实施例进行许多修改而不脱离本公开的范围。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本公开范围内。应当理解，上面是对本公开的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本公开由权利要求书及其等效物限定。

Claims (14)

1.一种角度和/或扭矩传感器系统，包括：

转子，连接到要测量其角度和/或扭矩的对象；

一个或多个齿轮，由所述转子驱动；

磁性组件，布置在每个齿轮上；

传感器芯片，布置在印刷电路板第一表面上并且与所述磁性组件位于所述印刷电路板的同一侧，用于在一个或多个齿轮旋转而导致磁性组件的磁场方向改变时，根据磁场方向的改变来获得角度和/或扭矩数据并将其通过电信号输出；以及

检测装置，包括检测组件和测量单元，用于检测由于磁性组件产生的磁场方向而附着到所述印刷电路板第二表面上的导电和/或磁性物体，其中所述检测组件布置在印刷电路板第二表面上，并且其中所述测量单元由于所述导电和/或磁性物体与所述检测组件的相互作用而输出超出正常范围的测量值，

其中，所述检测组件包括第一至第N导电区域，所述第一至第N导电区域布置在印刷电路板第二表面上且彼此电隔离，N为大于等于2的整数，

其中，所述测量单元包括测量电路，包括多个依次串联的第一至第N电阻，第一电阻的第一端接收测量用电压，第二端作为测量电路的输出端以输出电压测量值，第N电阻的第二端接地，并且所述第一至第N电阻的第二端分别连接到所述印刷电路板上的第一至第N导电区域，

其中，所述导电和/或磁性物体随着磁场方向的改变而在所述印刷电路板第二表面上旋转，从而将至少两个导电区域连接，

所述检测装置还包括：

控制器，用于从所述测量电路的输出端获取所述电压测量值，并且在判断出所述电压测量值超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上。

2.根据权利要求1所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述磁性组件的旋转轨迹所确定的平面与所述印刷电路板平行,并且所述旋转轨迹在印刷电路板第一表面上的正投影区域的中心与印刷电路板第二表面上的测量区域的中心对齐。

3.根据权利要求2所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述测量电路中串联的电阻数量为两个，所述第一至第N导电区域为第一焊盘和第二焊盘，并且按照以下方式布置：

第一焊盘以所述测量区域的中心为圆心，以第一半径形成圆形，并从该圆形的圆周均匀地向外辐射多个相同的条带，每个条带包括两个侧边缘和将两个侧边缘的终点连接起来的第三边缘，并且两个侧边缘的间距从内向外逐渐增大，

第二焊盘为具有相同锯齿状凸起的圆环形状，每个锯齿状凸起位于一对相邻的两个条带之间的部分，并且具有锯齿状凸起的圆环形状与各个条带的三个边缘均存在间距，

其中第一焊盘中的至少一个条带的第三边缘上存在以短于第三边缘宽度、在同一平面上往外延伸的条带部分。

4.根据权利要求2所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述测量电路中串联的电阻数量为三个，所述第一至第N导电区域为第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘，并且按照以下方式布置：

第一焊盘以测量区域的中心为圆心，以第一半径形成圆形，并从该圆形的圆周均匀地向外辐射多个相同的条带，每个条带包括两个侧边缘和将两个侧边缘的终点连接起来的第三边缘，并且两个侧边缘的间距从内向外逐渐增大，

第二焊盘和第三焊盘共同构成具有相同锯齿状凸起的圆环形状，各自占有所述圆环形状的一部分并被间隔开，每个锯齿状凸起位于一对相邻的两个条带之间的部分，并且具有锯齿状凸起的圆环形状与各个条带的三个边缘均存在间距，

其中第一焊盘中的至少一个条带的第三边缘上存在以短于第三边缘宽度、在同一平面上往外延伸的条带部分。

5.根据权利要求1所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述控制器还用于在判断出所述电压测量值未超出正常范围时，延迟预设时间后重新获取电压测量值。

6.根据权利要求1所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述控制器还从所述传感器芯片获取角度和/或扭矩数据，并且，所述控制器在判断出所述电压测量值超出正常范围的情况下确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上包括：

所述控制器基于所述角度和/或扭矩数据判断所述一个或多个齿轮是否旋转；并且

所述控制器在所述一个或多个齿轮未旋转时判断出电压测量值未超出正常范围，但是当一个或多个齿轮旋转时判断出电压测量值超出正常范围时的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上。

7.根据权利要求1所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述控制器还用于在确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上时，记录有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上的事件，并发送指示信息。

8.根据权利要求2所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述第一电阻至第N电阻以及控制器设置在所述印刷电路板第一表面上、或设置在所述印刷电路板第二表面上。

9.根据权利要求1所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述检测组件包括用于对所述导电和/或磁性物体进行电容检测的一个或多个导电电极，并且因此所述测量单元被配置为通过使用该检测组件执行对所述导电和/或磁性物体的电容检测。

10.根据前述权利要求中任一项所述的角度和/或扭矩传感器系统，其中，所述角度和/或扭矩传感器系统为角度传感器系统、扭矩传感器系统、或一体的角度扭矩传感器系统，并且要测量的参数是汽车转向柱或者方向盘的角度和/或扭矩。

11.一种应用到前述权利要求中任一项所述的角度和/或扭矩传感器系统的方法，包括：

从测量单元获取所述测量值；以及

在判断出所述测量值超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在判断出所述测量值未超出正常范围时，延迟预设时间后重新获取测量值。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：从所述传感器芯片获取角度和/或扭矩数据，

其中，在判断出所述测量值超出正常范围的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上包括：

基于所述角度和/或扭矩数据判断所述一个或多个齿轮是否旋转；并且

在所述一个或多个齿轮未旋转时判断出测量值未超出正常范围，但是一个或多个齿轮旋转时判断出测量值超出正常范围时的情况下，确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，还包括：

在确定有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上时，记录有导电和/或磁性物体附着到所述印刷电路板上的事件，并发送指示信息。

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