接近传感器与磁致伸缩扭矩传感器的集成
阅读说明：本技术 接近传感器与磁致伸缩扭矩传感器的集成 (Integration of proximity sensor with magnetostrictive torque sensor ) 是由 丹·托·卢 拉姆·亚瑟·坎贝尔 布莱恩·F·霍华德 佩卡·塔帕尼·西皮拉 大卫·福克纳 莱 于 2019-02-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种间隙补偿扭矩感测系统及其使用方法。系统可包括与控制器通信的磁致伸缩扭矩传感器和至少一个接近传感器。接近传感器可基本上刚性地联接到扭矩传感器的传感器头,包含在传感器头内或使用托架或其他联接机构邻近传感器头安装。扭矩传感器可感测穿过目标的磁通量,并且接近传感器可测量其自身和目标之间的间隙。控制器可从由扭矩传感器感测的磁通量来估计施加到目标的扭矩。可通过间隙测量来修改所估计的扭矩以补偿由于间隙的变化引起的目标的磁特性的变化。这样,可提高扭矩测量的准确度。(The invention provides a backlash compensation torque sensing system and a method of using the same. The system may include a magnetostrictive torque sensor and at least one proximity sensor in communication with the controller. The proximity sensor may be substantially rigidly coupled to a sensor head of the torque sensor, contained within or mounted adjacent to the sensor head using a bracket or other coupling mechanism. The torque sensor may sense a magnetic flux passing through the target, and the proximity sensor may measure a gap between itself and the target. The controller may estimate the torque applied to the target from the magnetic flux sensed by the torque sensor. The estimated torque may be modified by the gap measurement to compensate for changes in the magnetic properties of the target due to changes in the gap. In this way, the accuracy of the torque measurement can be improved.)
相关申请
本申请根据35 U.S.C§119(e)要求于2018年1月8日提交的美国专利申请号15/864,627的优先权，该专利申请的全部内容据此以引用方式明确地并入本文。
背景技术
传感器可用于多种行业以监测设备。例如，扭矩传感器可用于监测旋转机器部件(例如，轴)并输出表示施加到所监测的部件的扭矩的信号。通过将所测量的扭矩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。
磁致伸缩传感器是采用磁场来测量机械应力(例如，扭矩)的一类传感器。例如，磁致伸缩扭矩传感器可产生穿透轴的磁通量，并且其可在与轴相互作用时测量磁通量。所测量的磁通量的强度可由于施加到轴的扭矩的变化而变化。因此，磁致伸缩传感器可基于磁通量测量输出表示施加到轴的扭矩的信号。
发明内容
虽然由磁致伸缩扭矩传感器测量的磁通量可取决于施加到所监测的部件(诸如轴)的扭矩，但也可取决于将磁致伸缩扭矩传感器与所监测的部件分开的距离或间隙。因此，所监测的部件的扭矩测量也可对此间隙的变化(例如，由于振动)敏感，并且它们可偏离轴上的实际扭矩。例如，非理想的环境可引入振动，从而引起间隙的变化，这可影响测量的灵敏度和准确度。因此，提供了用于对磁致伸缩传感器(诸如扭矩传感器)进行间隙补偿的系统和方法。
在一个实施方案中，提供了磁致伸缩感测系统，并且该磁致伸缩感测系统可包括磁致伸缩传感器和至少一个接近传感器。磁致伸缩传感器可包括在近侧端部和远侧端部之间延伸的传感器头。传感器头可包含驱动极和至少一个感测极。驱动极可具有与其耦合的驱动线圈，该驱动线圈被配置为响应于驱动电流而产生第一磁通量。所述至少一个感测极可具有与其耦合的感测线圈，该感测线圈被配置为至少基于由第一磁通量与目标的相互作用产生的第二磁通量来输出第一信号。所述至少一个接近传感器可定位在传感器头内，并且其可固定到传感器头的远侧端部。所述至少一个接近传感器可远离驱动极和感测极，并且其可被配置为基于传感器头的远侧端部和目标之间的间隙来输出第二信号。
在某些实施方案中，感测系统可包括与传感器头电连通的控制器。该控制器可被配置为接收第一信号和第二信号并调整第一信号以确定施加到目标的间隙补偿力。
在另一个实施方案中，该力可为扭矩。
在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器可定位成使得由驱动线圈产生的第一磁通量和由感测线圈测量的第二磁通量各自基本上不被接近传感器改变。
在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器可包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者。
在另一个实施方案中，感测系统可包括相对于驱动极大致对称布置的至少两个接近传感器。第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的组合。例如，第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的平均值。
在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器中的每个接近传感器可以是包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者的传感器，其中第一接近传感器可与第二接近传感器不同。
在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器可定位在驱动极和感测极之间或定位在两个感测极之间。
在另一个实施方案中，提供了磁致伸缩感测系统，并且该磁致伸缩感测系统可包括磁致伸缩传感器和至少一个接近传感器。磁致伸缩传感器可包括在近侧端部和远侧端部之间延伸的传感器头。传感器头可包含驱动极和至少一个感测极。驱动极可具有与其耦合的驱动线圈，该驱动线圈被配置为响应于驱动电流而产生磁通量。所述至少一个感测极可具有与其耦合的感测线圈，该感测线圈被配置为至少基于由第一磁通量与目标的相互作用产生的第二磁通量来输出第一信号。所述至少一个接近传感器可定位在传感器头之外，并且其可基本上刚性地联接到该传感器头。所述至少一个接近传感器可被配置为基于传感器头的远侧端部和目标之间的间隙来输出第二信号。
在某些实施方案中，感测系统可包括被配置为接收传感器头和所述至少一个接近传感器的托架。该托架可将所述至少一个接近传感器基本上刚性地联接到传感器头。
在另一个实施方案中，感测系统可包括与传感器头电连通的控制器。该控制器可被配置为接收第一信号和第二信号，基于第一信号确定施加到目标的力，基于第二信号确定间隙，以及基于根据第二信号确定的间隙调节根据第一信号确定的力。
在另一个实施方案中，该力可为扭矩。
在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器可定位成使得由驱动线圈产生的第一磁通量和由感测线圈测量的第二磁通量各自基本上不被接近传感器改变。
在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者。
在另一个实施方案中，感测系统可包括相对于驱动极大致对称布置的至少两个接近传感器。第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的组合。例如，第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的平均值。
在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器中的每个接近传感器可以是包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者的传感器，其中第一接近传感器与第二接近传感器不同。
在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器可定位在驱动极和感测极之间。
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扭矩感测系统的操作环境的一个示例性实施方案的图表，该间隙补偿扭矩感测系统具有磁致伸缩扭矩传感器和至少一个接近传感器；
图2是图1的间隙补偿扭矩感测系统的一个示例性实施方案的侧向剖视图，该间隙补偿扭矩感测系统包括磁致伸缩扭矩传感器，该磁致伸缩扭矩传感器与安装在该磁致伸缩扭矩传感器的壳体内的至少一个接近传感器通信；
图3是图2的磁致伸缩扭矩传感器的芯的示例性实施方案的顶视图；
图4A是图2的磁致伸缩扭矩传感器的壳体的示例性实施方案的透视图；
图4B是图4A的壳体的远侧端部的透明顶视图，示出了安装到该壳体的远侧端部的内表面的接近传感器；
图5是图1的间隙补偿扭矩感测系统的另一个示例性实施方案的侧向剖视图，该间隙补偿扭矩感测系统包括磁致伸缩扭矩传感器，该磁致伸缩扭矩传感器与在其壳体之外联接到该磁致伸缩扭矩传感器的至少一个接近传感器通信；
图6A是被配置为接收磁致伸缩传感器和所述至少一个接近传感器的托架的俯视图；并且
图6B是图6A的托架的保持器的透视图，该保持器被配置为接收接近传感器；
图7是包括图5的间隙补偿扭矩感测系统的操作环境的一个示例性实施方案的透视图，该间隙补偿扭矩感测系统具有磁致伸缩扭矩传感器，该磁致伸缩扭矩传感器通过托架刚性地联接到接近传感器并且相对于目标定位；并且
图8是示出用于测量目标的扭矩和接近度的方法的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。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。
具体实施方式
扭矩是趋于导致物体旋转的扭转力。例如，可通过施加扭矩来旋转机器部件诸如轴。为了确保施加到轴的扭矩水平不过高，可使用扭矩传感器来测量施加到轴的扭矩。一些扭矩传感器可被配置为在不接触轴的情况下测量扭矩，并且可称为非接触式扭矩传感器。一种类型的非接触式扭矩传感器(称为磁致伸缩扭矩传感器)可使用磁信号来测量施加到轴的扭矩。然而，磁致伸缩扭矩传感器可对自身和轴之间的间隙距离的变化高度敏感。如果间隙距离在进行扭矩测量时发生变化(这可由于振动而发生)，则这些间隙距离变化可向扭矩测量中引入误差。为了改善扭矩测量的质量，可测量间隙距离变化并将其用于调节扭矩测量，以减少由于间隙距离变化引起的误差。因此，提供了与磁致伸缩扭矩传感器一起使用的改进的间隙补偿测量，以提高扭矩测量的准确度。
本文讨论了用于测量旋转机器部件的扭矩的感测系统和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可用于无限制地测量施加到旋转或静止机器部件的其他力。
图1示出了包含间隙补偿扭矩感测系统102和目标104的操作环境100的一个示例性实施方案。间隙补偿扭矩感测系统102可以是磁致伸缩扭矩感测系统，该磁致伸缩扭矩感测系统包括传感器头106、扭矩传感器110、接近传感器(例如，112或112')和控制器114。扭矩传感器110可定位在传感器头106内，并且其可被配置为产生表示施加到目标104的所选部分的扭矩的一个或多个第一信号110s。在某些实施方案中，接近传感器也可定位在传感器头106内(例如，接近传感器112)。在其他实施方案中，接近传感器可定位在传感器头106之外(例如，接近传感器112')。在任一种情况下，接近传感器112、112'中的每个接近传感器可基本上刚性地联接到传感器头106，并且各自可被配置为产生表示传感器头106的远侧端部106d和目标104的所选部分之间的间隙(例如，G)的相应的第二信号(例如，112s、112s')。
在使用中，传感器头106可邻近目标104定位，以用于获取扭矩测量。类似地，接近传感器112或112'可邻近目标104定位，以用于获取间隙测量。控制器114可被配置为接收第一信号110s和第二信号112s或112s'。控制器114还可被配置为确定施加到目标104的扭矩，该扭矩被调节以补偿间隙G的变化。例如，控制器114可被配置为使用第二信号112s或112s'来调节第一信号110s并且根据经调节的第一信号110s计算间隙补偿扭矩。这样，可针对间隙G的变化(例如，由于目标104的振动)对扭矩测量进行补偿，从而提高扭矩测量的准确度。
在某些实施方案中，传感器头106可联接到框架或其他固定夹具(未示出)，以将传感器头106定位在相对于目标104的期望取向和/或位置处。在另外的实施方案中，当接近传感器定位在传感器头106之外时(例如，接近传感器112')，其可经由托架或其他联接机构(未示出)基本上刚性地联接到传感器头106。在其他实施方案中，当目标104正在旋转时(例如，围绕纵向轴线A)或当该目标静止时，可从目标104获取扭矩测量和间隙测量。其他实施方案在本发明所公开的主题的范围内。
图2是间隙补偿扭矩感测系统200的一个示例性实施方案的侧向剖视图，该间隙补偿扭矩感测系统包括与控制器204电连通的传感器头202。传感器头202可形成包含扭矩传感器的壳体206，该扭矩传感器包括芯210、驱动线圈212和至少一个感测线圈214。如图所示，传感器头202还可包括定位在其中的至少一个接近传感器216。如下文更详细地讨论的，扭矩传感器可被配置为输出表征施加到目标222的所选部分220(例如，目标222定位在传感器头202对面的一部分)的扭矩的信号(例如，扭矩信号248)。接近传感器216可被配置为输出表征壳体206的远侧端部206d和目标222的所选部分220的表面226之间的间隙224的信号(例如，接近信号252)。接近传感器216对间隙224的表征可与扭矩传感器对扭矩的表征基本上同时地进行。
目标222可以是被配置为旋转的任何机器或设备228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。力或负载可由驱动器230(例如，往复式引擎、内燃机、涡轮引擎、电动马达等)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，铁磁材料诸如为铁、钢、镍、钴及其合金。在某些实施方案中，目标222可为非磁化的。在其他实施方案中，目标222可为已磁化的。
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所选择的距离。芯210可由任何铁磁材料形成。示例可包括但不限于铁、钢、镍、钴及其合金。极234中的一个极可以是驱动线圈212缠绕到其上的驱动极。极236中的另一个极可以是感测线圈214缠绕到其上的感测极。
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联接到激发源ES 240。无线通信设备诸如射频(RF)发射器可与控制器204集成以将信号传输到与激发源ES 240集成的RF接收器。同样如图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和激发源ES 240提供电力。激发源ES 240可被配置为将驱动电流244(例如，AC电流)递送到驱动线圈212。控制器204可被配置为控制驱动电流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的任何计算设备。在任一种情况下，控制器204可包括用于存储与驱动电流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还可包括用于基于接近信号252来调节扭矩信号248的指令和算法。在某些实施方案中，存储器250还可包括用于将由接近信号252调节的扭矩信号248转换成扭矩测量的指令和算法。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可由处理器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。
驱动电流244可穿过驱动线圈212以产生磁通量254。磁通量254可穿透目标222，穿过感测线圈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，可形成通过扭矩传感器和目标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。因为施加到目标222的力(例如，压缩、张力、扭力等)可改变目标222的磁导率，所以由感测线圈214测量的磁通量254可改变。因此，施加到目标222的扭矩可基于由感测线圈214接收的磁通量254相对于由驱动线圈212产生的磁通量254的变化来确定。感测线圈214可被配置为将指示磁通量254的变化(例如，差值)的扭矩信号248传输到控制器204。
扭矩信号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，无线通信设备诸如RF发射器可与传感器头202集成(例如，邻近感测线圈214)，以将信号传输到与控制器204集成的RF接收器。接收器256可包括可在将扭矩信号248传输到处理器246之前调节扭矩信号248的电子部件(例如，放大器、过滤器等)。在其他实施方案中，扭矩信号248可在由处理器246处理之后进行调节。
如上所述，由感测线圈214测量的磁通量254可受到间隙224的影响，该间隙224可在壳体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为目标222确定的扭矩测量可偏离施加到目标222的实际扭矩。为了解决这个问题，可由接近传感器216测量间隙224。该间隙测量可用于调节所估计的扭矩测量以考虑间隙224的变化。这样，接近传感器216可提高扭矩测量的准确度，并且能够更好地控制结合目标222的机器或设备228。
可选择接近传感器216相对于扭矩传感器和目标222的位置以便于由扭矩传感器获取的磁通量测量和由接近传感器216获取的间隙测量两者。如果接近传感器216定位成太靠近目标222，则由驱动线圈212产生的磁通量254可与接近传感器216相互作用到扰动由感测线圈214感测的磁通量254的程度。另选地，如果接近传感器216定位成太远离目标222，则由接近传感器216测量的间隙224中的误差可增加到无法接受的水平。此外，如果接近传感器216未充分地联接到扭矩传感器(例如，经由传感器头202)，则扭矩传感器可以不同方式经历振动和/或间隙变化的其他来源，并且接近传感器216可测量不同于与扭矩测量相关的间隙224的间隙。
为了解决这些考虑因素，接近传感器216可定位在传感器头202的磁中性区域262内的位置处。磁中性区域262可以是传感器头202中表现出小于极234、236和目标222的磁导率并且不直接接触目标222的任何区域。即，磁通量254的较大部分可存在于磁中性区域262之外而不是磁中性区域262内，从而降低接近传感器216对磁通量254的不期望扰动的可能性。在一个实施方案中，磁中性区域262可位于驱动极234和感测极236之间、位于不同的感测极234之间、或位于驱动极234和壳体206之间。
接近传感器216还可在磁中性区域262内定位在有利于联接到扭矩传感器的位置处。如图2所示，接近传感器216在驱动极234和感测极236之间固定到壳体206的远侧端部206d(例如，在壳体206的内表面上)。虽然示出了单个接近传感器216，但是如下面更详细地讨论的，间隙补偿扭矩感测系统200的另外的实施方案可包括定位在磁中性区域262内并且固定在壳体206的内表面上或附近的两个或更多个接近传感器216。
接近信号252可通过有线或无线连接传送到控制器204(例如，接收器256)。例如，无线通信设备诸如RF发射器可与传感器头202集成(例如，邻近感测线圈214)，以将信号传输到与控制器204集成的RF接收器。接收器256可包括可在将接近信号252传输到处理器246之前调节接近信号252的电子部件(例如，放大器、过滤器等)。在其他实施方案中，扭矩信号248可在由处理器246处理之后进行调节。
接近传感器216可以是非接触式传感器，该非接触式传感器被配置为在不与目标222直接接触的情况下测量间隙224。接近传感器216的示例可包括但不限于激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器。接近传感器216还可包括被配置为将接近信号252(例如，电压信号或电流信号)输出到控制器204以进行处理的电压或电流感测电路。
接近信号252可用于调节接收器256中的扭矩信号248，从而产生组合信号260。接收器256可包括可在将接近信号252传输到处理器246之前调节接近信号252的电子部件(例如，放大器、过滤器等)。在其他实施方案中，接近信号252可在由处理器246处理之后进行调节。类似于来自感测线圈214的扭矩信号248，接近信号252也可在与扭矩信号248组合之前或之后或由处理器246处理之前或之后用电子部件(诸如放大器、过滤器等)进行调节。另外，在某些实施方案中，信号248、252可在处理器246中组合，而非在接收器256中。
存储器250可包括可由处理器246执行以使用接近信号252来调节扭矩信号248并且处理经调节的扭矩信号以计算施加到目标222的间隙补偿扭矩的指令和算法。即，处理器246可执行存储器250中预先存储和/或用户定义的算法，以基于目标222、传感器头202、驱动电流244和间隙224的特性来计算施加到目标222的扭矩的大小。
图3是扭矩传感器的示例性实施方案的顶视图，该扭矩传感器包括芯300，该芯具有交叉轴托架302，该交叉轴托架具有交叉托架部分304。交叉轴托架302的四个基部306a、306b、306c、306d可在平面中从交叉托架部分304径向向外延伸。这四个基部306a、306b、306c、306d可围绕交叉托架部分304彼此基本上正交。这四个基部306a、306b、306c、306d中的每个基部可以任何构型从交叉托架部分304延伸使得各自能够如本文所述那样操作的任何长度。在一些实施方案中，交叉轴托架302可具有任何数量的构件，诸如从交叉托架部分304径向延伸的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个构件。基部306a、306b、306c、306d可以约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可以大约90度成角度地间隔开。芯300和扭矩传感器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本文。
图4A至图4B示出了传感器头202以及至少一个接近传感器216在传感器头202内的放置。如图4A所示，传感器头202的远侧端部202d的至少一部分可以是大致平坦的。如图4B所示，接近传感器216可联接到传感器头202的远侧端部202d的内面400。接近传感器216可放置在扭矩传感器的磁中性区域262内。在一个方面，至少一个接近传感器(例如，接近传感器216a)可定位在驱动极234和感测极236中的一个感测极之间。在另一方面，至少一个接近传感器(例如，接近传感器216b)可定位在相应感测极236之间。
当存在两个或更多个接近传感器216时，它们可围绕驱动极234基本上对称地布置。例如，接近传感器216a、216b中的任一个接近传感器可分别与定位在驱动极234的相反一侧上的对应接近传感器216a'、216b'配对。另外，可组合由接近传感器对(例如，216a和216a'、216b和216')输出的相应接近感测信号252以确定间隙224。例如，可对由接近传感器对(例如，216a和216a'、216b和216')输出的接近感测信号252进行平均。通过由多于一个接近传感器获得的间隙测量，可减少与单个接近传感器216相关联的间隙测量误差。
图5是示出间隙补偿扭矩感测系统500的另一个示例性实施方案的侧向剖视图。间隙补偿扭矩感测系统500可类似于图2的间隙补偿扭矩感测系统200，不同的是其可包括定位在传感器头202之外并且通过托架502与该传感器头机械联接的一个或多个接近传感器216。托架502可将接近传感器216定位在磁中性区域262'中，并且在图6A至图7中更详细地示出了托架502。
如图6A至图6B所示，托架502可包括第一部分600、第二部分602和安装座604。第一部分600可包括被配置为接收传感器头202的第一开口606。第一开口606的直径可由锁定机构610(例如，螺栓)调节，以将传感器头202固定在第一开口606内。第二部分602可包括主体612，该主体具有用于将主体612连接到第一部分600的突出凹口614。主体612还可包括被配置为接收接近传感器216的至少一部分的第二开口616。第二开口616可被配置为通过摩擦配合或其他固定机构将接近传感器216固定到其上。如此配置时，当传感器头202和接近传感器216固定到托架502时，扭矩传感器和接近传感器216可彼此基本上刚性地联接。
图7示出了包括图5的间隙补偿扭矩感测系统500的操作环境700的一个示例性实施方案，其中传感器头202通过托架502刚性地联接到接近传感器216。如图所示，安装座604可连接到第一部分600并且被配置为将托架502固定到支撑框架702以相对于目标222定位传感器头202和接近传感器216。
图8是示出用于使用本文所讨论的扭矩感测系统中的任一个扭矩感测系统来测量目标(例如，222)的力(例如，扭矩)和接近度的方法800的示例性实施方案的流程图。下面结合图2的间隙补偿扭矩感测系统200来描述方法800。然而，方法800不限于与间隙补偿扭矩感测系统200一起使用，并且其可与任何磁致伸缩扭矩传感器一起使用。在某些方面，方法800的实施方案可包括比图8中所示更多或更少的操作，并且可以与图8所示不同的顺序执行。
在操作802中，力感测系统(例如，间隙补偿扭矩感测系统200)可邻近目标(例如，222)定位。例如，间隙补偿扭矩感测系统200可固定到托架502或另一个安装夹具。
在操作804中，至少一个接近传感器216可邻近目标222定位。当接近传感器216定位在传感器头202内时，接近传感器216可与力感测系统同时进行定位。当接近传感器216定位在传感器头202之外时，接近传感器216可固定到托架502。在操作806中，第一磁通量可由力感测系统(例如，由使用驱动线圈212的扭矩传感器)产生并被引导通过目标222和感测极236。在操作810中，由第一磁通量与目标222的相互作用产生的第二磁通量可由力感测系统(例如，由具有感测线圈214的扭矩传感器)检测。在操作812中，扭矩传感器可基于第二磁通量输出第一信号(例如，扭矩信号248)。在操作814中，每个接近传感器216可基于间隙224输出至少一个第二信号(例如，接近信号252)。在操作816中，扭矩信号248可由接近信号252调节。在操作820中，可基于经调节的扭矩信号来估计施加到目标222的间隙补偿力(例如，扭矩)。
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改进的磁致伸缩扭矩测量。一个或多个接近传感器与磁致伸缩扭矩感测系统的集成可以减少由于将磁致伸缩扭矩感测系统与目标材料分开的间隙的变化所引起的目标材料的磁致伸缩扭矩测量中的误差。由接近传感器获取的间隙测量可用于补偿由磁致伸缩扭矩传感器获取的扭矩测量。该间隙补偿可允许磁致伸缩扭矩传感器在振动可引起间隙变化的非理想环境下操作并由此保持灵敏度和准确度。还可使用两个或更多个不同的接近传感器以获取间隙测量。这些间隙测量可组合以提高用于补偿扭矩测量的间隙测量的准确度，从而提高了扭矩测量的准确度。
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。
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概述。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。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。
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，除所附权利要求书所指示的以外，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。