使用偏心电机用于倾斜感测的方法和装置与流程

各种类型的器械需要相对于参考平面被维持在具体位置。一些设备(诸如智能手机和平板计算机)基于设备外壳的倾斜角提供某些特征或功能，当设备本身由使用者旋转或倾斜时，其显示器执行横向视图和纵向视图之间的自动旋转。智能手机、游戏控制器和许多无线电控制的车辆具有倾斜传感器，其用于测量主体相对于竖直平面或水平平面的取向。这些器械的正确操作往往取决于识别期望位置或相对于参考平面维持期望位置的能力。此外，倾斜角传感器往往用于电子设备、工业生产和科学研究工作。这些传感器可用于测量系统相对于参考平面的倾斜度。为了检测期望对象的倾斜角，加速度传感器(诸如加速度计)检测对象的加速度。例如，加速度传感器检测倾斜角，并且在使用时提供识别相机、手机、平板计算机或其他电子设备是水平放置还是竖直放置的信号。另外，倾斜角传感器已经用于检测车辆或电子设备的倾斜，并且用于确定是否正在发生车辆或电子设备的移位、下降或倾斜。倾斜角传感器包括加速度计、磁性设备、钟摆系统和/或弹簧元件。然而，这些传感器具有高成本、低精度和/或大尺寸并且可能不适合于某些最终用途。这些传感器可能是昂贵的并且消耗主机系统的电路板上的有价值的空间。

技术实现要素：

在所述示例中，为了感测或估计倾斜角，感测在偏心质量电机中流动的电流，并且检测器电路评估电机电流的同步分量的振幅，并且至少部分根据电机电流的同步分量的振幅提供指示相对于重力轴线的倾斜角的输出信号或值。

附图说明

图1为用于至少部分基于电机电流的同步分量来感测具有由转子支撑的偏心质量的相关联的电机相对于重力轴线的倾斜角的倾斜传感器装置的系统图。

图2为当相关联的电机相对于重力轴线倾斜时，作为时间的函数的电机电流和倾斜传感器输出信号的同步分量的曲线图。

图3为倾斜传感器装置实施例的示意图，其包括用于提供表示电机电流的同步分量的振幅的输出的同步解调器，以及用于提供至少部分基于解调器输出信号的倾斜角输出信号的第二电路。

图4为图3的同步解调器和用于提供倾斜角输出信号的处理器实施的第二电路的进一步细节的示意图。

图5为包括可复位积分器电路的另一倾斜传感器装置实施例的示意图，该可复位积分器电路用于提供至少部分根据电机电流的同步分量的倾斜角输出信号。

图6为包括高通滤波器和整流器的另一倾斜传感器装置实施例的示意图。

图7为另一倾斜传感器装置实施例的示意图，其包括用于提供倾斜角输出信号的可复位峰值检测器电路和提供指示电机电流角的输出的相位检测器电路。

图8为图7的检测器电路中的各种信号波形的曲线图。

图9为包括用于检测偏心质量的旋转的霍尔传感器的另一倾斜传感器装置实施例的系统图。

图10为示出图9中的偏心质量与转子的旋转以及用于检测偏心质量旋转的霍尔传感器的方位的俯视平面图。

图11为系统的简化侧正视图，该系统具有多个偏心质量电机和倾斜传感器装置，其中偏心质量电机的转子轴线相对于基座的平面以不同的角定位，倾斜传感器装置用于至少部分根据电机电流的同步分量感测基座相对于重力轴线的倾斜角。

图12为具有多个偏心质量振动电机的另一系统实施例的简化俯视平面图，其中转子轴线相对于彼此以与基座的平面平行的不同角定位。

图13为另一多电机系统的简化俯视图，该系统具有偏心质量振动电机以及倾斜传感器装置实施例，其中偏心质量振动电机的转子轴线相对于基座的平面以不同的角定位并且如图11所示相对于彼此具有非零角，倾斜传感器装置实施例用于至少部分根据电机电流的同步分量提供表示基座的倾斜角的输出信号。

图14为用于图13的系统中的各个偏心质量振动电机的同步电机电流分量曲线和对应的倾斜角信号以及示出倾斜传感器输出信号的曲线的曲线图。

图15为另一倾斜传感器装置实施例的示意图，其中相位检测器电路提供至少部分基于电机电流的同步分量和霍尔传感器信号的倾斜方向输出。

图16为传感器装置相对于重力轴线的一个可能取向的系统图，其中倾斜方向相对于霍尔传感器面向转子轴线的轴线处于0°倾斜方向。

图17为如图16所示取向的装置的简化俯视平面图。

图18为示出图15的倾斜传感器装置中的信号波形的曲线图，该信号波形用于确定倾斜方向信号或值，其中装置如图16和图17所示被取向。

图19为传感器装置的另一可能取向的系统图，其中倾斜方向相对于霍尔传感器面向转子轴线的轴线处于70°倾斜方向。

图20为如图19所示取向的装置的简化俯视平面图。

图21为示出如图19和图20所示取向的图15的倾斜传感器装置中的信号波形的曲线图。

具体实施方式

附图不一定按比例绘制。根据一个或多个示例实施例，倾斜传感器或估计装置包括用于感测具有支撑旋转偏心质量的转子的电机或其他致动器的电流的传感器。传感器向检测器电路提供表示电机电流的传感器输出信号，该检测器电路至少部分基于电机电流的同步分量的振幅提供表示转子轴线相对于重力(例如，竖直)轴线的倾斜角的倾斜角输出信号或值。

在某些实施例中，检测器电路包括用于解调传感器输出信号以提供表示电流的速度同步分量的振幅的输出信号的同步解调器，以及提供倾斜角输出信号或值的第二电路。在某些实施方式中，处理器接收正交解调器输出信号，并且计算表示同步分量的绝对值的振幅值，并且基于所计算的振幅提供倾斜角输出信号或值。此外，在一些实施例中，处理器可根据解调器输出计算电机电流角值，并且可以提供至少部分基于所计算的电机电流角值和所计算的振幅值的倾斜角输出信号或值。在某些实施例中，包括第二传感器，其用于向检测器电路提供表示转子的旋转的信号。在各种实施方式中，锁相环(PLL)或其他合适的电路可以确定同步分量的频率。在某些实施例中，可以采用滤波器电路(诸如带通滤波器或高通滤波器)，用于去除传感器输出信号的低频分量。

在其他实施例中，检测器电路包括具有提供倾斜角输出信号或值的放大器的积分器电路，并且某些实施方式包括用于去除传感器输出信号的低频分量以向积分器电路提供输入的滤波器电路。

在某些实施例中，检测器电路包括用于去除传感器输出信号的低频分量的滤波器电路以及用于整流滤波信号以提供倾斜角输出信号或值的整流器电路。

在某些实施例中，检测器电路包括峰值检测器电路，该峰值检测器电路用于根据所检测到的传感器输出信号的峰值提供倾斜角输出信号或值。在某些实施方式中，可以提供滤波器电路，该滤波器电路用于去除传感器输出信号的低频分量以向峰值检测器电路的输入端提供滤波信号。在某些实施方式中，相位检测器电路检测电机电流角，该相位检测器电路提供表示电机电流角的相位信号，并且处理器用于至少部分基于来自峰值检测器电路的倾斜角输出信号和来自相位检测器电路的相位信号来计算数字倾斜角输出值。

在某些实施例中，第二传感器提供表示转子的旋转的信号，并且相位检测器电路检测转子轴线相对于固定方向的旋转角并至少部分基于来自第二传感器的位置信号和电机电流的同步分量提供表示转子轴线相对于固定方向倾斜的方向的倾斜方向信号或值。

根据进一步的方面，一种系统包括相对于基座安装在固定位置中的至少一个电机，并且包括限定相对于基座的平面以预定角延伸的转子轴线的转子，其中偏心质量由转子支撑。该系统进一步包括用于提供电机电流以使转子旋转的电源，以及具有传感器和检测器电路的倾斜传感器装置。传感器可操作以提供表示电机电流的传感器输出信号，并且检测器电路至少部分基于电机电流的同步分量的振幅提供表示转子轴线相对于重力轴线的角的倾斜角输出信号或值。某些实施例包括两个或更多个偏心质量电机和相关的检测器电路，其中电机壳体相对于基座的平面安装在固定位置，其中第一转子轴线和第二转子轴线相对于彼此以预定的非零角延伸。电路从检测器电路接收第一倾斜角输出信号或值和第二倾斜角输出信号或值，并且至少部分基于来自检测器电路的第一倾斜角输出信号或值和第二倾斜角输出信号或值提供表示基座的平面相对于重力轴线的基座倾斜角的倾斜角输出。

根据示例实施例的进一步方面，一种方法估计结构相对于重力轴线的倾斜角。该方法包括提供具有适于围绕在结构上的固定位置中的转子轴线旋转的偏心质量的致动器(例如，偏心质量电机)、使偏心质量围绕转子轴线旋转、感测致动器电流并且至少部分根据所感测的电流的同步分量估计结构倾斜角。在某些实施例中，通过对电流感测信号进行滤波以去除低频分量并提供表示致动器电流在与偏心质量的旋转速度相关的频率下的振荡的同步分量信号，以及确定同步分量信号的振幅并使同步分量信号的振幅与所估计的倾斜角值相关来估计倾斜角。

图1示出包括用于感测相关联的偏心质量致动器(例如，电机)110相对于重力(例如，竖直)轴线G的倾斜角θy的倾斜传感器装置100的系统。在一个实施例中，电机110为DC(直流)电刷电机，其包括当供电时围绕转子轴线140旋转并支撑偏心质量130的转子120。如图1所示，在示例实施例中，转子120和偏心质量130在图1中的箭头所示的方向上旋转，其中偏心质量130以旋转角θe被定位。在操作中，电机110经由电机引线111和112由来自电源150的DC电流驱动，在示例实施例中，电源150提供大致固定的DC电流Im，以便以大致固定的旋转速度操作电机110。

偏心质量电机110包括使用任何合适的装置相对于基座结构101安装在大致固定的位置或方位的壳体，其中转子轴线140相对于基座101的平面以预定角(例如，在该示例中为180°)延伸。在该示例中，电机110以大体正交或垂直于基座101的平面的转子角140安装，并且在该示例中，基座101提供限定平面的大体平坦的顶表面101t，尽管该示例中可以采用与安装在基座结构101的任何轮廓表面上的偏心质量电机110相关联的倾斜传感器装置100。在一个实施例中，基座101为印刷电路板，尽管其他实施例是可能的。在另一示例中，偏心质量电机110被安装在基座101上或其中，基座101形成移动手机、膝上型计算机、平板计算机、机器人结构或可移动机器部件的外壳或壳体的一部分。

偏心质量电机110用于检测或估计倾斜角θy，并且可以在主机系统中提供进一步的功能，诸如用于在消费者电子设备中提供触觉反馈或其他有用的功能。在示例实施例中，电源150被控制以大致连续的方式提供电机电流Im以允许进行倾斜角估计或检测，并且电源150可以(但不需要)始终操作。例如，主机系统处理器(未示出)可以与倾斜传感器装置100可操作地耦合(例如，直接或间接连接)，以启动电源150的触觉反馈操作，并且因此启动偏心质量电机110的操作以实现某些主机系统功能(诸如来电通知)，并且另外可以不时地(或连续地)以预定的电机电流Im并且因此以预定的旋转电机速度启动倾斜角感测操作。在示例实施例中，电源150为提供DC电机电流Im的DC源，尽管不是所有可能实施例的严格要求。此外，偏心质量电机110在相对于重力轴线G的非零角θy下的操作在电机电流Im上引入AC同步分量，其中该同步电流分量的振幅相对于角θy变化。

使用传感器160(例如，耦合在第二电机引线112和负电源连接线之间的串联感测电阻器RS)感测电机电流Im，以提供表示至检测器电路180的输入端182的电机电流Im的传感器输出信号170(例如，如图所示的差分电压信号或在其他实施例中的单端信号)。其他实施例是可能的，诸如使用磁性电流传感器(未示出)或用于提供表示电机电流Im的传感器输出信号170的任何合适装置。检测器电路180具有输出端184，该输出184端至少部分基于电机电流Im的同步分量的振幅提供表示转子轴线140相对于重力轴线G的角θy的倾斜角输出信号或值190。各种应用可以使用输出信号或值190，包括(例如)智能手机和平板计算机的显示屏的选择性调整，和/或包括航空航天、期望知道包括基座101的结构相对于重力轴线G的倾斜角θy的机器人或制造系统的任何应用。倾斜传感器装置100可以用于通过提供电机电流Im以围绕转子轴线140旋转偏心质量130来估计结构相对于重力轴线G的倾斜角、感测电流Im并至少部分根据感测电流Im的同步分量来估计结构的倾斜角。如图1进一步所示，轴线140在三维空间中的方向可以通过表征倾斜角θy以及旋转角或倾斜方向角θyd两者来估计，其中倾斜角θy表示转子轴线140和重力轴线G之间的角，旋转角或倾斜方向角θyd指示在倾斜的转子轴线140和水平参考(诸如图1所示的真北N)之间的角。下面结合图11-14进一步描述，在某些实施例中，可以使用多个偏心质量电机系统和相应的检测器电路180来确定θy和θyd。

图2提供曲线图200和210，其分别示出在偏心质量电机110及其相关联的转子轴线140相对于转子轴线140逐渐倾斜时，作为时间“t”的函数的电机电流Im的同步分量202和倾斜传感器输出信号212。如图2的示例所示，电机电流Im的同步分量202为具有大致与倾斜角成比例变化的包络或振幅(例如，峰值到峰值振幅)的大致正弦波形，其中质量130的偏心率在0°倾斜角θy下未在电机110上引入任何附加扭矩负载，而角θy的非零值引起电机负载在转子120的每个旋转循环中经历正弦增加和减小。此外，电机在非零角θy下的偏心负载引起电机电流Im的正弦增加和减小，如曲线图200所示，其与转子旋转同步并因此与电机速度ω同步。此外，增加倾斜角θy导致电机电流Im的同步分量的峰值到峰值振幅的对应增加。

检测器电路180(例如，图1)评估电机电流的正弦或同步分量202，以根据同步分量振幅提供作为信号和/或数字值190的倾斜角输出。检测器电路180的不同实施方式是可能的，在下面示出和描述几个示例。以此方式，检测器电路180可以采用模拟电路以根据传感器输出信号170来至少部分基于电机电流Im的同步分量的振幅提供表示倾斜角θy的模拟电压或电流信号190。在其他实施例中，模拟电路可以与包括一个或多个处理器(例如，微处理器、微控制器、DSP、可编程逻辑器件)的数字电路组合，和/或处理器电路可以与合适的模数转换器电路一起使用，以直接接收传感器输出信号170并根据编程指令执行分析以生成表示倾斜角θy的倾斜角值190，并且可以采用数模转换电路来生成表示倾斜角θy的所得模拟倾斜角输出信号190。如上所述，输出信号或值190可以由任何合适的系统使用，诸如安装有倾斜传感器装置100和相关联的电机110的电子设备的主处理器。

图3示出倾斜传感器装置实施例100，包括：(a)同步解调器电路300，其用于提供表示电机电流Im的同步分量的振幅的一个或多个解调器输出310，诸如正交输出310a和310b；和(b)第二电路320，其用于在检测器电路输出端184处提供至少部分基于一个或多个解调器输出信号310的倾斜角输出信号190。在该示例中，同步解调器300选择性地解调传感器输出信号170，以提供表示电机电流Im的同步分量的振幅和相位的输出310a和310b。在图3的实施例中，锁相环PLL 330的输入端可操作地与检测器电路输入端182耦合以接收传感器输出信号170，并且PLL 330操作以确定电机电流Im的同步分量的频率ω。在该示例中，PLL 330具有提供表示电机电流Im的同步分量的频率的信号或值ω的输出端以作为至同步解调器300的输入端。其他实施例是可能的，其中同步解调器使用诸如对应于偏心电机110的已知操作电机速度的固定解调频率执行解调以生成一个或多个输出310。此外，进一步的实施例可以采用不同的频率感测电路来主动提供频率信号或值ω以作为至同步解调器300的输入。

图4示出图3的同步解调器300的实施例的进一步细节，其中第二电路320包括用于提供表示倾斜角θy的倾斜角输出信号或值190的处理器412。在一个可能的实施方式中，同步解调器电路300直接接收传感器输出信号170，诸如利用连接至返回电机引线112的输入端。在另一实施例中，检测器电路180包括滤波器电路420，诸如用于去除传感器输出信号170的低频分量的高通滤波器(HPF)或带通滤波器(BPF)。在图4的示例中，滤波器电路420包括与检测器电路输入端182耦合的用于接收传感器输出信号170的输入端，以及被耦合以向同步解调器300的输入端提供基于传感器输出信号170的滤波输出信号的输出端。同步解调器300可操作以选择性地解调来自滤波器电路420的滤波输出信号，以提供表示电机电流Im的同步分量的振幅和相位的采用正交形式的解调器输出信号310a(Iq)和310b(Id)。

图4中的解调器电路300包括第一乘法器400a和第二乘法器400b，每个乘法器接收传感器输出信号170(例如，直接地或通过任何提供的滤波器电路420)，第一乘法器400a将所接收的输入信号乘以正弦函数信号SINωt，其中频率ω可以为预定频率(例如，基于假设的来自电源150的恒定DC输出的恒定电机速度操作)，或者频率信号ω可以从外部电路(诸如如图3所示的PLL或其他电路330)接收。第二乘法器400b将输入信号乘以余弦函数COSωt。乘法器的输出均被提供给放大器电路，该放大器电路包括从对应的乘法器输出端连接至对应的运算放大器402(例如，第一通道中的放大器402a以及第二通道中的放大器402b)的反相(-)输入端的输入电阻器R1。每个通道中的反馈电路包括与反相输入端和放大器输出端之间的第二电阻器R2和放大器输出端并联连接的电容器C，并且放大器输出端分别提供正交Iq和直接Id解调电流信号310a和310b以作为第一电路和第二电路320的输入。

如图4进一步所示，第二电路320包括具有集成或单独的模数(A/D)转换器的处理器电路410。在一个可能的实施方式中，A/D转换器接收模拟正交信号310a和310b，并且转换这些信号以提供对应的数字值以作为供处理器使用的一系列样本。在该示例中，第二电路320进一步包括用于存储数据和程序指令414以及用于存储用于确定反正弦(ARCSIN)函数的查找表(LUT)416的电子存储器412。在该示例中，处理器410根据程序414的指令通过任何合适的处理技术在检测器电路输出端184处提供表示倾斜角θy的倾斜角输出值190。在一个可能的实施例中，处理器程序414使处理器410基于解调器输出310求解以下等式：

|Im|＝SQRT(Id²+Iq²) 等式(1)

angle(Im)＝ATAN(Iq/Id)＝θim 等式(2)

angle(|Im|/|Im ax|)＝θy 等式(3)

如以上的图2的曲线图200所示，同步分量信号包括具有随着倾斜角θy变化的振幅的大致正弦波形。上面的等式(1)提供用于正交信号310的给定样本组的绝对值振幅(|Im|)，并且等式(2)中的角计算提供指示关于同步解调器的正向过零点的电机电流角的对应转子角或相位角值θim。通过该信息，编程处理器410访问查找表416，查找表416包括对应于给定绝对值振幅|Im|和电机电流角θim的倾斜角θy或基于绝对值振幅|Im|和绝对最大电流值|Imax|的值，或在某些实施例中，可以使用上面的等式(3)来计算该值。因此，在任何时间点的倾斜角θy可以基于正交信号310的两个样本组来确定。在其他实施例中，处理器被编程为针对多个样本确定平均或峰值振幅值，该多个样本优选地在同步分量的多个周期上延伸(例如，在转子120的多次旋转上)，并且使用对应的参数等式(3)或LUT 416使所得的振幅值与对应的倾斜角θy相关，而无需计算电机电流角θim。以此方式，对于不同的倾斜角θy，上面图2所示的同步分量202中的总振幅改变，并且可以通过在同步(例如，电机)频率的一个或多个周期上进行峰值检测或其他合适的技术来评估振幅变化与倾斜角变化的相关性(曲线图210)，而无需使用任何相位角信息来估计倾斜角θy。

此外，通过从电源150输出的恒定DC电压以大致恒定速度ω操作DC电机通常将导致电机中流动的某一非零DC电流，其中同步分量被添加到此DC偏移量。在某些实施例中，以比同步频率高得多的采样率获得多个样本的处理器410被编程以有效地去除DC分量并分析剩余的同步(AC)分量振幅。此外，在各种实施例中，高通滤波器或带通滤波器(HPF/BPF)420可以用如图4所示的低于硬件中(和/或在处理器执行的固件或软件中)的同步频率的截止(cut-in)频率实施以在同步分量的解调或其他评估之前去除低频分量(例如，包括电机电流Im中的任何大致恒定的DC偏移)。例如，在其他可能的实施方式中，查找表416(例如，和/或上述曲线图210中的相关曲线)可以被修改以并入任何DC偏移分量，从而允许评估电机电流Im的同步分量振幅。

图5示出另一倾斜传感器装置实施例，其中检测器电路180包括可复位的积分器电路500，其用于至少部分根据电机电流Im的同步分量提供倾斜角输出信号190。在该实施方式中，角信息对于估计倾斜角θy是不必要的，其中电路500在一个或多个电机旋转上提供的积分提供基于同步分量的振幅的信号。在一种实施方式中，积分器电路500包括接收传感器输出信号170并向基于运算放大器的积分器电路提供滤波信号503的高通滤波器或带通滤波器502。在另一实施例中，滤波器电路502被省略，其中积分器电路直接接收传感器输出信号170。如图5所示，高通滤波器或带通滤波器502操作以去除传感器输出信号170的低频分量，并且在带通滤波器的情况下，还去除高于电机速度或频率(高于电机电流Im的同步分量的频率)的高频分量。滤波器电路502具有被耦合以向积分器电路(其另外包括具有与R1耦合的反相输入端的放大器)的电阻器R1提供滤波信号的输出端和耦合在运算放大器504的反相输入端和输出端之间的反馈电容器C，运算放大器504向包括开关514和运算放大器516以及由电阻器518和电容器520形成的RC低通滤波器(LPF)的采样保持(S/H)电路512提供放大器输出，其中运算放大器516提供倾斜角输出190。积分器实施例500是可复位的，并且包括根据来自控制电路510的控制信号508操作的第一开关506，诸如过零检测器(ZCD)电路，其可操作以提供信号508以选择性地闭合开关506以响应于传感器输出信号170的过零点而使积分器电容器C放电。在一个可能的实施方式中，过零检测器控制电路510选择性地提供信号508以在滤波器电路502的输出端的电压的正半周期期间闭合开关506，以对滤波传感器输出信号170的半个周期进行积分。其他可能的实施方式在负半周期或半个周期的预定部分期间提供闭合开关506，并且其他变化是可能的。此外，在某些实施例中，控制电路510操作采样保持开关514以在开关506闭合之前至少部分基于积分器电路输入端170(例如，直接地或在滤波器电路502之后)的电压的过零点选择性采样放大器504的输出。以此方式，单个控制信号508可以用于操作开关506和514，其中一个开关常开而另一开关常闭。在其他示例中，控制电路510可以提供单独的开关控制信号以操作各个开关506和514。在操作中，接收的信号的积分(不管是否被滤波)提供表示同步分量的振幅，并因此通过电路500中的积分和使用采样保持电路512的后续采样来表示倾斜角θy的电压信号输出190。

图6示出另一倾斜传感器装置实施例，其中检测器电路180包括用于去除传感器输出信号170的低频分量的高通滤波器电路600，以及用于整流滤波信号的整流器电路612。可以使用带通滤波器(未示出)的其他实施例是可能的。滤波器电路600包括DC阻断电容602、放大器606以及非反相输入端，阻断电容602具有与检测器电路输入端182耦合以接收传感器输出信号170的第一端，放大器606具有通过电阻器604与电容602耦合的反相(-)输入端，非反相输入端连接到接地节点。反馈电阻器608被耦合在放大器606的反相输入端和输出端610之间，放大器606向整流器电路612提供滤波信号。在示例实施例中，整流器包括整流器二极管的全桥配置，并且提供整流的倾斜角输出信号190，诸如表示倾斜角θy的电压。其他实施例使用无源滤波器电路600，其包括单个阻断电容，之后是有源或无源整流器，诸如单个整流二极管。在某些实施例中，输出滤波器电路614(例如，包括如图6所示的电阻器616和电容器618)稳定整流器输出，滤波器电路614的输出端提供倾斜角输出信号190，其为表示倾斜角θy的电压信号。

图7示出另一倾斜传感器装置实施例，该倾斜传感器装置实施例包括有源峰值检测器电路，其用于根据传感器输出信号170的检测峰值提供表示转子轴线140和重力轴线G之间的倾斜角θy的倾斜角输出信号190。此外，图7的示例包括相位检测器电路720，其提供指示电机电流角θim的输出信号736。在某些实施例中，省略了相位检测器电路720，并且主机系统采用倾斜角信号190来表示倾斜角θy。该示例也包括用于去除传感器输出信号170的低频分量的输入滤波器电路702，诸如高通滤波器或带通滤波器。此外，在某些实施方式中，处理器电路740接收由相关联的A/D转换器转换的信号190，其中处理器740索引相关联的电子存储器742中的查找表744，以确定可以作为数字输出190提供的表示θy的倾斜角值。此外，在各种实施方式中，处理器740获得并转换来自相位检测器电路720的表示电机电流角θim的模拟电压信号736，并使用所转换的θy和θim值来索引查找表744以获得倾斜角输出值190，倾斜角输出值190作为数字值由处理器740提供给主机系统(未示出)。在其他实施例中，A/D转换器电路740将所转换的θy数字值190和θim数字值736提供给主机系统以进行类似的处理。

如图7所示，滤波器电路702包括与检测器电路输入端182耦合以接收传感器输出信号170的滤波器输入端，以及被耦合以向峰值检测器700的输入端704并向还任何包括的相位检测器电路720提供滤波信号Ibp(t)的滤波器输出端。

峰值检测器输入端704与被配置为跟随器的运算放大器706的非反相输入端耦合(例如，连接)，其中输出二极管708具有连接至第一放大器输出端的阳极和向第二跟随器放大器716的非反相输入端提供输出信号的阴极，第二跟随器放大器716的输出端提供倾斜角输出信号190。电容714被耦合在放大器716的非反相输入端和电路接地之间，并且开关710与电容714并联连接。控制电路720操作以通过闭合开关710来选择性地复位峰值检测器电路700，以响应于传感器输出信号170的过零点而使电容714放电。在此实施方式中，控制电路712可以使用过零检测电路来实施，过零检测电路可操作以闭合开关710以复位电容器714上的电压且仅在峰值检测器输入节点704的电压的正半周期期间保持闭合。如图7进一步所示，相位检测器电路示例720包括过零检测电路722，其具有被耦合以向触发器726的置位(set)(S)输入端提供具有滞后的过零检测信号Izc(t)的输出端724。触发器726的复位(R)输入端与来自索引电路728的输出端730耦合，并且触发器输出端732(Q)被提供给可选的低通滤波器734，以用于提供表示电机电流角θim的转子角(相位角)输出信号736。

在图8中，曲线图800、810、820、830和840示出图7的相位检测器电路720中的各种信号波形。曲线图800示出带通滤波信号波形802(Ibp(t))的示例，该信号波形示出具有通过滤波器电路702的操作去除的任何DC偏移的电机电流Im的同步分量。曲线图810示出过零检测器输出波形812(Izc(t))，其中交替的高行(high-going)脉冲前沿和低行(low-going)脉冲前沿响应于检测到的滤波信号波形802的过零点而发生。

索引电路输出波形822在曲线图820中示出，在某些实施例中，索引电路输出波形822与电机电流Im的同步分量同步以提供脉冲，如当转子120经过参考位置时(例如，如图9和图10所示，当与偏心质量130相关联的永磁体1000经过传感器900时)在每个同步周期期间所示。曲线图830中的触发器输出波形832具有大体对应于在过零检测器输出波形812的高行脉冲前沿和对应的索引脉冲波形822的前沿之间的时间的脉冲宽度834。低通滤波触发器电路726的Q输出端提供具有大致对应于触发器输出脉冲832的宽度834的振幅的相位角信号波形842。相位检测器电路720提供与关于索引信号822的滤波信号的相位成比例的模拟电压。在其他可能的实施例中，处理器电路740可以直接接收触发器输出732以测量触发器输出波形脉冲832的占空比或脉冲宽度834，以计算相位角值θim并将其提供为数字输出736。

图9示出具有倾斜传感器装置实施例100的另一示例系统，倾斜传感器装置实施例100包括用于检测偏心质量130的旋转的霍尔传感器900。图10示出具有图9中的转子的偏心质量130的旋转以及用于检测偏心质量130的永磁体100的通过的霍尔传感器900。如图9和图10所示，霍尔传感器900经由一个或多个导线或电路板迹线902耦合，以基于对永磁体1000的近侧的检测向倾斜传感器装置100的检测器电路180提供传感器信号。替代实施方式是可能的，诸如利用拾波线圈感测或以其他方式检测磁体1000的存在或不存在。此外，在其他实施例中，感应传感器可以用于检测偏心质量130的旋转。

图11示出另一倾斜传感器系统，其包括如上所述的倾斜传感器装置100，其中三个偏心质量电机110a、110b和110c设置有对应的转子轴线140a、140b和140c，转子轴线140a、140b和140c相对于具有顶侧或顶表面101t和底侧或底表面101b的基座101的顶表面或上表面101t的平面处于预定角或固定角。在该示例中，每个电机110包括对应的转子和偏心质量130a、130b和130c，并且电机引线被连接至倾斜传感器装置100中的对应传感器，以提供表示对应的电机电流Im1、Im2和Im3的对应传感器输出信号170a、170b和170c。转子轴线140a、140b和140c相对于彼此设置成非零角。在该示例中，转子轴线140彼此逐渐偏移45°，其中第三转子轴线140c基本上平行于基座101的平面，转子轴线140b偏移45°，并且第一转子轴线140a大致垂直于基座101的顶表面l01t的平面。

图12示出具有多个偏心质量电机110的另一系统实施例，其中转子轴线140相对于彼此以与基座101的平面平行的不同角定位。预期其他系统实施例，诸如组合图11和图12的配置的实施例，系统提供多个电机110以用于在相对于重力轴线的三维空间中检测基座101的明确角位置。以此方式，该系统对于机器人或其他机器控制或运动控制应用以及对于游戏控制器应用、无线电控制的车辆应用、航空航天应用和导航系统是特别有利的。

图13示出在包括三个偏心质量电机110a、110b和110c的系统中的另一可能的配置，其中转子轴线相对于基座101的平面以不同的角定位并且还如图11所示以45°增量彼此逐渐成角地隔开。

在图14中，曲线图1400、1410、1420、1430、1440、1450和1460分别示出用于各个偏心质量振动电机110a、110b和110c的同步电机电流分量曲线1402、1422和1442以及相应的倾斜角信号波形1410、1430和1450。此外，图14中的曲线图1460示出表示装置相对于重力角G的倾斜角θy(图1)的输出信号波形1462。如图1所示，在重力轴线G和垂直于基座101的平面的转子轴线140之间的角偏移θy与表示基座101的平面和水平面之间的角偏差的基座倾斜角θb相关，并且倾斜传感器装置100可以用于评估基座结构101相对于重力轴线G或垂直于重力轴线的水平面的倾斜角θb。

如图13和图14所示，可以采用使用上述技术和电路的多个偏心质量电机110，以在大的角范围内为给定的结构基座101提供估计的倾斜角。以此方式，图13中的电机110偏移45°允许使用消歧电路1300(图13)来消歧，以将角检测或估计范围扩展超过90°。如曲线图1400、1420和1440所示，电机电流的同步分量提供包络正弦波形，其每90°重复一次角旋转以便倾斜，图11-13的技术提供小于90°(例如，45°)的多个偏心质量电机110的交错偏移值。图14示出具有基座101的设备的示例，基座101通常在基座平面严格为水平的情况下使用，使得图13中所示的“Y”轴线在默认情况下垂直于重力轴线G，重力轴线G由图14中的水平刻度上在0°处的虚竖直线表示。

在一个示例中，基座101相对于重力轴线处于+30°的有效角θy的定位在图14中被示为虚线1470(例如，图13中的基座通过绕图13中的“Y”轴线顺时针旋转30°)，并且用于第一偏心质量电机110a的倾斜角输出信号波形1412处于对应于+30°或-30°的水平或振幅。因此，提供(如图13所示定位的)单个偏心质量电机110a提供关于基座101是否已围绕Y轴线顺时针或逆时针旋转该量的模糊信息。然而，如图14的曲线图1430所示，用于第二偏心质量电机110b的倾斜角输出信号波形1432对于+30°和-30°具有两个不同的振幅或水平。图13中的倾斜传感器装置100包括消歧电路1300，其用于提供表示基座101的平面相对于重力轴线G或相对于水平面的角θb的单个倾斜角输出信号或值。此外，在两个或更多个非平行平面中使用多个角偏移传感器(例如，偏心质量电机或致动器)以及消歧电路1300允许识别相对于图1中的重力轴线G的倾斜角值θy(和/或结构基座101相对于重力轴线G的角θb)以及表示电机轴线140相对于水平参考(诸如图1所示的真北N)的角的旋转角或倾斜方向角θyd。

图13中的电路1300可操作与检测器电路180a、180b和180c耦合以接收倾斜角输出信号或值190a、190b和190c，并且可操作以提供至少部分基于倾斜角输出信号或值190a、190b和190c的表示基座101的平面相对于重力轴线(例如，G)的基座倾斜角θb的倾斜角输出信号或值190。继续上述示例，在一个实施例中，电路1300包括用于比较各种倾斜角输出信号波形1412、1432和1452以识别关于真实基座倾斜角θb的匹配信息的比较电路(模拟和/或数字)。例如，在上述情况中，消歧电路1300可操作以识别对应于来自第一检测器电路180a的信号波形1412的两个可能的角值+30°和-30°，并且还识别对应于来自第二检测器电路180b的信号波形1432的两个可能的角值+30°和+75°。在该示例中，消歧电路1300提供表示与由第一波形1412和第二波形1432指示的匹配值(例如，+30°)相对应的基座倾斜角θb的输出信号或值190。如图14所示，提供甚至进一步延伸明确的角范围的第三偏心质量电机110c，并且构想提供多个角偏移的偏心质量电机110以用于相对于重力轴线的倾斜角θb的明确角测量的各种实施例，其中偏移偏心质量电机110的此类分组可以设置在两个大致正交的平面中(例如，平行于基座101的平面以及垂直于基座101的平面)，以提供在三维空间中的明确倾斜角检测或估计。

图15示出另一倾斜传感器装置实施例100，该倾斜传感器装置实施例100包括检测器电路180中的相位检测器电路1500，其除了用于提供相对于重力轴线G的倾斜角信号或值190(θy)之外，还用于提供相对于从针对转子轴线的中心的霍尔传感器900的感测面延伸的轴线1600的倾斜方向角信号或值1508(θyd)。在此示例中，检测器电路180包括高通滤波器电路/带通滤波器电路502、过零检测器电路510、可复位积分器电路500和提供倾斜角信号或值190的采样和保持电路512，大体上如上文结合图5所述。此外，相位检测器电路1500包括接收来自过零检测器电路510的输出508并向RS触发器1504提供复位(“R”)输入信号1503的正过零检测电路1502。至触发器1504的“置位”(“S”)输入端设置有来自霍尔传感器900的输出信号902，其中触发器1504“Q”输出端1505向低通滤波器电路1506提供输入。因此，低通滤波器的输出表示当偏心质量130围绕转子轴线140旋转时，电机电流Im的同步分量的正过零点和磁体1000经过霍尔传感器900的感测面之间的相位差。

当偏心质量磁体1000变得接近传感器900时，霍尔传感器信号900提供高行脉冲前沿，并且由传感器900提供的脉冲将具有表示磁体1000在传感器900的感测范围内期间的时间的宽度。因此，霍尔传感器输出信号脉冲的前沿(在一个示例中为高行)指示偏心质量130与从霍尔传感器900的感测面朝向转子120延伸的轴线1600对准。相对于该参考方向1600，装置100可以识别倾斜方向信号或值θyd 1508。以此方式，如果转子轴线140与重力轴线G平行，则倾斜角θy如上所述为0°，因为电机电流Im基本上为零同步分量。

然而，还参考图16-18，在一个示例取向中的电机110在基本上平行于轴线1600的方向上朝着传感器沿方向1602倾斜，如图16和17所示(重力轴线G沿轴线1600)，其中图17示出相对于从霍尔传感器面到转子120的轴线140的轴线1600以0°倾斜方向θyd 1508取向的如图16所示的装置的俯视图。图18的曲线图1800、1802、1804、1806和1808分别示出在图15中用于确定如图16和图17所示取向的装置的倾斜方向信号或值的倾斜传感器装置中的信号波形503、902、1503、1505和1508。在图16和图17的取向中，当生成霍尔传感器信号902的上升沿时(图18的曲线图1802中的波形902)，电机电流Im的同步分量(图18的曲线图1800中的波形503)通过零点增加。在这一点上，偏心质量130处于其最低竖直位置并且正在增加。此外，正过零检测电路1510(图15)提供与霍尔传感器输出信号902的上升沿(曲线图1802)对准的触发器复位信号的上升沿(图18的曲线图1804中的波形1503)，并且因此触发器输出(曲线图1806中的波形1505)保持为低，并且低通滤波信号输出波形1508(曲线图1808中的θyd)为零，因此指示相对于传感器-转子轴线1600处于0°的倾斜方向。以此方式，图15的倾斜传感器100识别相对于重力轴线G的倾斜角信号或值190(θy)和相对于传感器面-转子轴线或方向1600的倾斜方向角信号或值1508(θyd)。因此，装置100可以用于提供从重力轴线G倾斜的量的极坐标指示(例如，表示矢量振幅的θy)和相对于固定方向的角倾斜方向的极坐标指示(例如，当从上面观看时，表示矢量角的θyd)。

图19的系统图和图20的俯视图示出在相对于从霍尔传感器面到转子轴线140的轴线1600的70°倾斜方向θyd处于另一可能取向1602中的装置。此外，曲线图1800-1808示出装置在该位置的对应的信号波形503、902、1503、1505和1508。在该示例中，电机扭矩通过标称值增加并且触发上升沿的点(图21中的电机电流同步分量曲线503中的上升过零点)在脉冲波形1503中为70°的相对相位角(曲线图1804)，从而遵循曲线图1802中的传感器输出信号波形902的上升沿。因此，提供给触发器1504(图15)的置位和复位信号在时间上偏移，并且曲线图1806中的Q输出信号波形1505提供具有如图21所示的非零持续时间的脉冲。经由低通滤波器电路1506(图15)对脉冲信号1505的低通滤波在曲线图1808中提供非零输出信号波形1508，该非零输出信号波形1508表示70°倾斜方向θyd、关于在霍尔传感器900的感测相位和转子120的轴线140之间的轴向方向1600对应于装置的倾斜方向。因此，传感器装置有利地提供倾斜量θy以及倾斜方向θyd的指示。

在权利要求的范围内，所述实施例的更改是可能的，并且其他实施例是可能的。