基于超材料的传感器中的旋转和线性参数测量的制作方法

文档序号:34061963发布日期:2023-05-06 12:08阅读:91来源:国知局


背景技术:

1、车辆以依赖于速度感测、位置感测和/或角度感测的众多安全、车身和动力总成(powertrain)系统应用为特征。例如,在车辆的电子稳定程序(electronic stabilityprogram,eps)中,磁角度传感器和线性霍尔传感器可以用于测量转向角和转向扭矩。现代动力总成系统可以依赖于用于凸轮轴、曲轴和变速箱应用的磁性速度传感器、以及机动车辆压力传感器,来实现所需要的co2排放目标和智能动力总成解决方案。然而,已知解决方案的缺点是,它们对磁干扰很敏感。

2、磁干扰场在车辆中普遍存在,使得磁角度测量经常不得不忍受恶劣的环境。这在混合动力和电动车辆中尤其成问题,在这样的车辆中很多具有高电流的电线位于传感器系统附近。因此,车辆中的电流轨可能会生成外部磁场干扰场,这会影响磁角度测量的准确性。因此,可能需要对电磁杂散场具有稳健性的传感器。

3、另外,通常需要多个传感器来测量多个测量参数,诸如移动速度(旋转或线性)、移动方向、位置、旋转角度、扭矩等。因此,可能需要能够对多个测量参数执行测量,包括并行执行这些测量的传感器。

4、该传感器系统可能需要用于信号传输和分析的精细解决方案,尤其是处于毫米(mm)波范围内的对应高频率的情况下。可用的调频连续波(fmcw)芯片的缺点是需要大啁啾带宽来进行小距离测量。此外,它们的采样率受到啁啾持续时间的限制。可用的连续波多普勒雷达芯片不适用于测量来自非移动对象的信号,并且因此不允许启动扭矩的测量。因此,可能需要一种可以使用正交连续波(qcw)雷达为基于超材料的毫米波静态或动态测量(包括扭矩)提供稳健、低功率和低成本系统的传感器。qcw雷达可以在从几ghz到几百ghz的广泛工作频率范围内进行扩展。


技术实现思路

1、一个或多个实施例提供了一种传感器系统,该传感器系统包括:机械耦合到旋转轴的第一超材料轨道,旋转轴被配置为围绕旋转轴线旋转,其中第一超材料轨道至少部分地围绕旋转轴线布置,并且其中第一超材料轨道包括第一基本结构阵列(array ofelementary structures);被配置为向第一超材料轨道发射第一连续波的至少一个发射器,其中第一超材料轨道被配置为基于旋转轴的旋转参数,将第一连续波转换为第一接收信号;以及至少一个正交连续波接收器,该至少一个正交连续波接收器被配置为接收第一接收信号,获取第一接收信号的第一性质的第一测量,并且基于第一测量确定旋转轴的旋转参数的测量值。

2、一个或多个实施例提供了一种确定可旋转轴的旋转参数的方法。该方法包括向机械耦合到可旋转轴的第一超材料轨道发射第一连续波;通过第一超材料轨道,基于旋转参数的实时值,将第一连续波转换为第一接收信号;通过正交连续波接收器接收第一接收信号;通过正交连续波接收器获取第一接收信号的第一性质的第一测量;以及通过正交连续波接收器基于第一测量确定旋转轴的旋转参数的实时值。

3、一个或多个实施例提供了一种旋转传感器系统,该旋转传感器系统包括:被配置为围绕旋转轴线旋转的旋转轴;机械耦合到旋转轴的第一毫米波(mm波)结构阵列,其中第一毫米波结构阵列至少部分地围绕旋转轴线布置,并且其中第一毫米波结构阵列具有第一工作谐振频率;机械耦合到旋转轴的第二毫米波结构阵列,其中第二毫米波结构阵列至少部分地围绕旋转轴线布置,并且其中第二毫米波结构阵列具有与第一工作谐振频率不同的第二工作谐振频率;被配置为向第一毫米波结构阵列发射第一电磁发射信号并且向第二毫米波结构阵列发射第二电磁发射信号的至少一个发射器,其中第一毫米波结构阵列结构被配置为将第一电磁发射信号转换为第一电磁接收信号,其中第二毫米波结构阵列被配置为将第二电磁发射信号转换为第二电磁接收信号;以及至少一个接收器,该至少一个接收器被配置为接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号,基于第一电磁接收信号确定旋转轴的第一旋转参数,并且基于第二电磁接收信号确定旋转轴的第二旋转参数,其中第一旋转参数和第二旋转参数是不同的旋转参数。

4、一个或多个实施例提供了一种旋转传感器系统,该旋转传感器系统包括:被配置为围绕旋转轴线旋转的旋转轴;机械耦合到旋转轴的第一毫米波(mm-波)结构阵列,其中第一毫米波结构阵列至少部分地围绕旋转轴线布置,并且其中第一毫米波结构阵列具有第一工作谐振频率;机械耦合到旋转轴的第二毫米波结构阵列,其中第二毫米波结构阵列至少部分地围绕旋转轴线布置,并且其中第二毫米波结构阵列具有与第一工作谐振频率不同的第二工作谐振频率;被配置为向第一毫米波结构阵列和第二毫米波结构阵列发射电磁发射信号的发射器,其中第一毫米波结构阵列被配置为将电磁发射信号转换为第一电磁接收信号,并且第二毫米波结构阵列被配置为将电磁发射信号转换为第二电磁接收信号;以及至少一个接收器,该至少一个接收器被配置为接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号,基于第一电磁接收信号确定旋转轴的第一旋转参数,基于第二电磁接收信号确定旋转轴的第二旋转参数,其中第一旋转参数和第二旋转参数是不同的旋转参数。

5、一个或多个实施例提供了一种线性移动传感器系统,该线性移动传感器系统包括:被配置为在线性移动方向上线性移动的线性可移动目标对象;耦合到线性可移动目标对象的第一毫米波(mm-波)结构阵列,其中第一毫米波结构阵列沿线性移动方向延伸,并且其中第一毫米波结构阵列具有第一工作谐振频率;耦合到线性可移动目标对象的第二毫米波结构阵列,其中第二毫米波结构阵列沿线性移动方向延伸,并且其中第二毫米波结构阵列具有与第一工作谐振频率不同的第二工作谐振频率;被配置为向第一毫米波结构阵列和第二毫米波结构阵列发射至少一个电磁发射信号的至少一个发射器,其中第一毫米波结构阵列被配置为将至少一个电磁发射信号中的一个电磁发射信号转换为第一电磁接收信号,并且第二毫米波结构阵列被配置为将至少一个电磁发射信号中的一个电磁发射信号转换为第二电磁接收信号;以及至少一个接收器,该至少一个接收器被配置为接收第一电磁接收信号和第二电磁接收信号,基于第一电磁接收信号确定线性可移动目标对象的第一线性移动参数,并且基于第二电磁接收信号确定线性可移动目标对象的第二线性移动参数,其中第一线性移动参数和第二线性移动参数是不同的线性移动参数。



技术特征:

1.一种传感器系统,包括:

2.根据权利要求1所述的传感器系统,还包括:

3.根据权利要求1所述的传感器系统,其中:

4.根据权利要求1所述的传感器系统,其中所述至少一个正交连续波接收器包括至少一个处理器,所述至少一个处理器被配置为使用相位分析、幅度分析或频谱分析中的至少一者来评估所述第一性质,并且基于所评估的第一性质来确定所述旋转参数的所述测量值。

5.根据权利要求1所述的传感器系统,其中所述至少一个正交连续波接收器被配置为从所述第一接收信号生成第一同相解调信号和第一正交解调信号,使用所述第一同相解调信号和所述第一正交解调信号导出所述第一测量,并且基于所述第一测量确定所述旋转参数的所述测量值。

6.根据权利要求5所述的传感器系统,其中所述第一性质是所述第一接收信号的幅度,并且所述至少一个正交连续波接收器被配置为根据下式计算所述第一接收信号的所述第一性质的所述第一测量:

7.根据权利要求5所述的传感器系统,其中所述第一性质是所述第一接收信号的相位,并且所述至少一个正交连续波接收器被配置为根据下式计算所述第一接收信号的所述第一性质的所述第一测量:

8.根据权利要求5所述的传感器系统,其中所述至少一个正交连续波接收器被配置为相对于与所述旋转参数相对应的第一参考测量来评估所述第一测量,并且基于相对于所述第一参考测量的所述第一测量来确定所述旋转参数的所述测量值。

9.根据权利要求5所述的传感器系统,其中所述至少一个正交连续波接收器被配置为计算所述第一测量与所述第一参考测量之间的差值,并且基于所述差值确定所述旋转轴的所述旋转参数的所述测量值。

10.根据权利要求8所述的传感器系统,其中所述第一参考测量是与所述旋转参数的参考值相对应的参考幅度或参考相位。

11.根据权利要求1所述的传感器系统,其中:

12.根据权利要求11所述的传感器系统,其中:

13.根据权利要求11所述的传感器系统,其中所述第一超材料轨道具有谐振带宽,并且所述第一频率在所述谐振带宽内并且所述第二频率在所述谐振带宽之外。

14.根据权利要求1所述的传感器系统,其中所述第一超材料轨道被配置为通过基于待测量的所述旋转参数的实时值,改变所述第一连续波的波调制性质,来生成所述第一接收信号,其中所述波调制性质的变化是由与所述旋转参数的所述实时值相对应的电容近场耦合、电感近场耦合、波导耦合或远场耦合中的至少一者的变化引起的。

15.根据权利要求1所述的传感器系统,其中:

16.根据权利要求1所述的传感器系统,还包括:

17.根据权利要求16所述的传感器系统,其中所述至少一个正交连续波接收器被配置为从所述参考信号生成同相解调信号和正交解调信号,使用所述同相解调信号和所述正交解调信号导出所述第二测量,并且基于所述第一测量和所述第二测量确定所述旋转参数的所述测量值。

18.根据权利要求1所述的传感器系统,还包括:

19.根据权利要求1所述的传感器系统,还包括:

20.根据权利要求19所述的传感器系统,其中所述第一连续波是具有第一频率的单色波,并且所述第二连续波是具有与所述第一频率不同的第二频率的单色波。

21.根据权利要求20所述的传感器系统,其中:

22.根据权利要求19所述的传感器系统,其中:

23.根据权利要求22所述的传感器系统,所述第一超材料轨道具有第一谐振带宽,并且所述第二超材料轨道具有与所述第一谐振带宽不同的第二谐振带宽。

24.一种确定可旋转轴的旋转参数的方法,所述方法包括:


技术总结
本申请涉及基于超材料的传感器中的旋转和线性参数测量。一种传感器系统包括机械耦合到旋转轴的第一超材料轨道,旋转轴被配置为围绕旋转轴线旋转,其中第一超材料轨道至少部分地围绕旋转轴线布置,并且其中第一超材料轨道包括第一基本结构阵列;被配置为向第一超材料轨道发射第一连续波的至少一个发射器,其中第一超材料轨道被配置为基于旋转轴的旋转参数将第一连续波转换为第一接收信号;以及至少一个正交连续波接收器,该至少一个正交连续波接收器被配置为接收第一接收信号,获取第一接收信号的第一性质的第一测量,并且基于第一测量确定旋转轴的旋转参数的测量值。

技术研发人员:A·肖斯曼,A·伯格曼,D·哈默施密特,C·米切萨勒
受保护的技术使用者:英飞凌科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/1/12
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