[发明专利]用于旋转角度检测和3D操纵杆功能的传感器系统

说明书

用于旋转角度检测和3D操纵杆功能的传感器系统。传感器系统和包括其的操纵杆，其中传感器系统包括磁场传感器、第一和第二磁源。第一磁源可相对于传感器的敏感表面旋转并产生至少四极阶的第一磁场贡献。第二磁源可关于敏感表面枢转并产生第二磁场贡献。传感器配置成在敏感表面上的多个横向测量位置中的每一个处至少检测第一和第二磁场贡献的叠加场的平面内分量；获得指示第一磁场贡献的至少两个平面内分量的场梯度的测量值；获得指示第二磁场贡献的至少两个平面内分量的场均值的测量值；以及从场梯度测量值确定第一源的旋转角度并从场均值测量值确定第二源的两个角方向。横向测量位置安排成关于敏感表面上的中心位置的至少两对径向相对的测量位置。

技术领域

本发明总体上涉及位置感测领域，并且特别地涉及用于在具有旋转角度检测和3D操纵杆功能的应用中确定3D位置的非接触式磁场感测设备。

背景技术

操纵杆控制器通常用于模拟飞行控制或用于飞机交通工具的驾驶和导航。单个控制元件(即操纵杆)结合了多轴线控制，并且可由一只手操作。

在国际申请WO 01/69343 A1中公开了由单个操纵杆手柄实现的全三轴线控制，其中通过使轴旋转来控制第三轴线。使用霍尔效应(Hall-effect)传感器的非接触式测量是针对操纵杆的优选选择，因为其可以减少机械磨损。WO 01/69343 A1提供了三个磁体和用于提供三个独立的输出信号的三个对应的霍尔传感器，每个控制轴线一个霍尔传感器，从所述输出信号中提取操纵杆取向和手柄旋转。

迈来芯公司(Melexis)的MLX30333绝对位置传感器IC使用先进的平面霍尔技术来提供3D操纵杆功能，所述功能仅使用单个位置传感器和单个磁体即可输出两个角度。

仅需一个位置传感器并且易于组装的全三轴线控制器仍然是一个尚未解决的问题。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种传感器系统，所述传感器系统包括单个磁场传感器，所述磁场传感器用于在操纵杆应用中进行位置感测、既提供旋转角度检测又提供3D功能。

上述目的是通过根据本发明的传感器系统实现的。

在本发明的第一方面，公开了一种用于在操纵杆中使用的传感器系统。所述传感器系统包括磁场传感器，所述磁场传感器具有敏感表面、第一磁源和第二磁源。所述第一磁源相对于所述敏感表面可旋转地安装，并且在所述敏感表面处产生至少四极阶的第一磁场贡献。所述第一磁源关于所述敏感表面的旋转移动由旋转角度α限定。所述第二磁源关于所述敏感表面可枢转到多个源取向，并且在所述敏感表面处产生第二磁场贡献。关于所述敏感表面的每个源取向由两个角方向θ、φ限定。此外，所述磁场传感器被配置用于：针对在所述敏感表面上提供的多个横向测量位置中的每一个横向测量位置，至少检测所产生的第一和第二磁场贡献的叠加场的平面内分量。所述多个横向测量位置被横向地安排并且被安排成关于所述敏感表面上的中心位置的至少两对径向相对的测量位置。在与同一对横向测量位置相对应的测量位置处检测到所述叠加场的相同平面内分量。所述磁场传感器进一步被配置用于：基于所述叠加场的、与所述多个横向测量位置相对应的多个检测到的空间分量，获得指示所述第一磁场贡献的至少两个平面内分量的场梯度的测量值；以及基于所述叠加场的、与所述多个横向测量位置相对应的多个检测到的空间分量和/或基于所述叠加场的、在所述中心位置处的至少两个进一步检测到的平面内分量，获得指示所述第二磁场贡献在所述中心位置处的至少两个平面内分量的场均值的测量值。除此之外，所述磁场传感器被配置用于从所述获得的场梯度测量值中确定所述第一磁源的所述旋转角度α，以及从所述获得的场均值测量值中确定所述第二磁源的所述两个角方向θ、φ。