CN113945231A - 位置传感器 - Google Patents

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S·桑霍格
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Abstract

提供了一种用于位置传感器的传感器组件。该传感器组件包括数据传感器和通信传感器。数据传感器具有第一印刷电路板，并且该第一印刷电路板具有安置在第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件。第一印刷电路板具有摆角感测单元和倾斜度感测单元。通信传感器电连接到数据传感器。通信传感器具有第二印刷电路板。第二印刷电路板被对准，使得第二印刷电路板面向第一印刷电路板的第二侧。

Description

位置传感器
技术领域
本公开的示例实施例总体上涉及位置传感器，并且更特定地，涉及用于检测重型机械的可旋转部件的位置变化的位置传感器。
背景技术
位置传感器一般地用于诸如起重机、挖掘机、推土机和叉车之类的重型机械中，以检测机械的可旋转或可移动部件的位置变化。为了使重型机械平稳且无缝的操作以及使重型机械从初始位置移动到目标位置，需要可旋转部件的位置变化。位置变化是依据可旋转部件沿着不同轴线的角运动来确定。
一般地，单独的位置传感器用于测量不同的角运动，诸如重型机械的机舱或底盘的摆角和倾斜角。由位置传感器针对不同角运动所收集的数据通过分别的包和总线发送到发动机控制单元（ECU），以进行报告和分析。对通过不同总线发送的多个包进行分析以确定位置变化是复杂的，并且容易出错。
发明内容
本公开的图示性实施例涉及一种用于位置传感器的传感器组件。传感器组件包括数据传感器和通信传感器。数据传感器具有第一印刷电路板。第一印刷电路板具有安置在第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件。第一印刷电路板具有摆角感测单元和倾斜度感测单元。通信传感器与数据传感器电连接。通信传感器具有第二印刷电路板。
在示例实施例中，第二印刷电路板面向第一印刷电路板的第二侧。
在示例实施例中，传感器组件的倾斜度感测单元包括mems传感器。
在示例实施例中，倾斜度感测单元与陀螺仪和加速度计中的至少一个电连接。
在示例实施例中，传感器组件包括限定空腔的第一壳体，其中，数据传感器和通信传感器安置在该空腔内。
在示例实施例中，摆角感测单元被构造成检测车辆的机舱的横摆转动角和侧倾角中的至少一个。
在示例实施例中，通信传感器包括控制器局域网（CAN）收发器以从数据传感器接收数据。
在示例实施例中，通信传感器还包括滤波器。
在一些实施例中，一种用于位置传感器的传感器组件包括：第一壳体，其限定空腔；数据传感器，其安置在第一壳体的空腔内；以及通信传感器，其电连接到数据传感器。数据传感器具有第一印刷电路板，其中，该第一印刷电路板具有安置在第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件。第一印刷电路板具有摆角感测单元和倾斜度感测单元。通信传感器包括第二印刷电路板，其中，通信传感器安置在空腔内，并且其中，该第二印刷电路板面向第一印刷电路板的第二侧。
在示例实施例中，传感器组件电连接到发动机控制单元（ECU）。
在一些实施例中，倾斜度感测单元包括mems传感器。
在示例实施例中，传感器组件还包括安置在第一壳体的空腔内的连接器。
在示例实施例中，摆角感测单元检测重型机械的机舱的横摆转动角和侧倾角中的至少一个。
在示例实施例中，提供了一种用于检测重型机械的机舱的摆动和倾斜的位置传感器。该位置传感器包括：第一壳体，其限定空腔；数据传感器，其安置在第一壳体的空腔内；通信传感器，其电连接到数据传感器；第二壳体；以及磁体。数据传感器包括第一印刷电路板，其中，该第一印刷电路板具有安置在第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件，其中，该第一印刷电路板包括摆角感测单元和倾斜度感测单元。通信传感器包括第二印刷电路板，其中，通信传感器安置在空腔内。第二壳体联接到第一壳体，其中，第二壳体限定第一空腔。磁体可绕旋转轴线旋转并安置在第二壳体的第一空腔内，其中，磁体联接到机舱并在当机舱旋转时的情况下旋转，并且其中，磁体的第一端安置成邻近于数据传感器。
在示例实施例中，第二壳体包括第二空腔，其中，第一壳体安置在该第二空腔内。
在一些实施例中，第二印刷电路板面向第一印刷电路板的第二侧。
在各种实施例中，倾斜度感测单元包括mems传感器。
在示例实施例中，摆角感测单元检测重型机械的机舱的横摆转动角和侧倾角中的至少一个。
在示例实施例中，倾斜度感测单元与陀螺仪和加速度计中的至少一个电连接。
以上发明内容是仅出于概述一些示例实施例以提供对本公开的一些方面的基本理解的目的而提供的。因此，将了解的是，上述实施例仅是示例，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。将了解的是，除了此处概述的那些实施例之外，本公开的范围还涵盖许多潜在的实施例，其中一些实施例将在下文进一步描述。
附图说明
可以结合附图来阅读图示性实施例的描述。将了解的是，为了图示的简单性和清楚性，附图中所图示的元件不一定按比例绘制。例如，一些元件的尺寸相对于其他元件被放大。关于本文中呈现的附图示出和描述了并入本公开的教导的实施例。
图1图示了根据本公开的示例实施例的作为用于实施位置传感器的环境的重型机械；
图2图示了根据本公开的示例实施例的用于检测可旋转部件的位置变化的位置传感器的外视图；
图3是根据本公开的示例实施例的位置传感器的分解图；
图4至图6图示了根据本公开的示例实施例的连接器和位置传感器的第一壳体之间的接合；
图7图示了根据本公开的示例实施例的用于位置传感器的第二壳体；
图8至图10图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器的磁体和磁性衬板；
图11和图12图示了根据本公开的示例实施例的数据传感器和通信传感器；
图13和图14图示了根据本公开的示例实施例的用于密封位置传感器的各部件的外环和内环；
图15图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器的横截面图；以及
图16图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器的通信传感器和数据传感器的印刷电路板的框图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的一些实施例，附图中示出了一些但非全部的实施例。诚然，本公开可以以许多不同的形式具体实施且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将满足可适用的法定要求。除非另有指示，否则术语“或”和“可选地”在替代和结合两种意义上均在本文中使用。术语“图示性”和“示例性”用于是不表明质量水平的示例。贯穿全文，相似的数字指代相似的元件。
附图中所图示的部件表示在本文中所描述的各种示例实施例中可能存在或可能不存在的部件，使得实施例可包括比附图中所示的那些部件更少或更多的部件，而不脱离本公开的范围。
现在转向附图，下文结合附图阐述的详细描述旨在作为各种示例构型的描述，并且不旨在表示其中可实践本文中所描述的概念的仅有的构型。出于提供对各种概念的透彻理解的目的，详细描述包括具体细节，其中贯穿若干视图，相似的数字表示相似的部件。然而，对于本公开的领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。
在许多示例工业工作环境中，诸如采矿、挖隧道、采石、造船、建筑、重工业工程业、电力工业和林业，除其他操作外，重型机械用于将重型货物从一个点转移到另一点。这些机械一般地具有多个可移动或可旋转部件，诸如臂、动臂、铲斗和机舱。在机械的操作期间，这些可旋转部件的运动和位置变化由联接到机械的可旋转部件的位置传感器来确定。由位置传感器捕获的读数有助于确定机械正在正常操作。分别的位置传感器用于检测机械的可旋转部件的摆角和倾斜角读数。为此，由于分别的传感器用于检测不同的角运动，因此一些现有的位置传感器在捕获可旋转部件的角运动的准确读数方面可能不是有效的。
本公开中所描述的各种示例实施例涉及用于检测重型机械的可旋转部件的位置变化的位置传感器和位置传感器的传感器组件。位置传感器具有两个壳体：第一壳体和第二壳体。第一壳体和第二壳体具有空腔以接收位置传感器的各部件。例如，数据传感器和通信传感器安置在第一壳体的空腔内。数据传感器被构造成捕获与可旋转部件的摆角和倾斜角有关的数据，并且通信传感器将把所捕获的数据转换为通信包以用于将数据包发送到发动机控制单元（ECU）以进行处理。
在第二壳体中，磁体安置在第二壳体的空腔内。磁体安置在第二壳体的空腔中，使得磁体的磁场关联安置在第一壳体的空腔内的数据传感器。磁体可沿着旋转轴线旋转并联接到可旋转部件。在一种情况下，当可旋转部件旋转时，磁体沿着其旋转轴线旋转。磁体的旋转引起关联数据传感器的磁场发生变化。由数据传感器检测磁场的变化，以用于确定可旋转部件的角运动。
参考随后的附图和描述来详细描述关于位置传感器的各部件及其工作的细节。
图1图示了根据本公开的示例实施例的具有机舱102和臂104的重型机械100。如图所示，在重型机械100的机舱102上实施位置传感器106。重型机械100的示例可包括挖掘机、推土机、装载机、反铲装载机、起重机和叉车。这些机械用于执行繁重的任务，诸如将重负载从第一点转移到第二点。为了操作重型机械100，坐在机舱102内部的操作员与设置在机舱102中的控制面板交互并操作臂104以执行所需的任务。
重型机械100具有若干个运动部件，诸如机舱102和臂104。机舱102可沿着其轴线旋转，并且臂104具有可移动部件，诸如动臂、斗杆和铲斗，其中每个部件均可沿着其旋转轴线旋转。在操作期间，为了确定机械100的初始对准或位置，需要每个部件相对于彼此及相对于地面的位置和对准。在一个示例中，该位置和对准与部件的摆角或横摆转动角相关以及与重型机械100相对于重力平面的倾斜或偏斜相关。基于初始对准，确定目标位置或对准，并且操作机械100以横越从初始位置到目标位置的路径。
摆角可被理解为根据侧倾、俯仰角以及横摆转动角的部件沿着轴线的旋转，其中所述侧倾指的是沿着x轴线的旋转，所述俯仰角是对于沿着y轴线的旋转，横摆转动角是对于沿着z轴线的旋转。可根据部件相对于任何一条轴线或所有三条轴线以及相对于地面（被示为水平线）之间的倾斜角度来确定倾斜度。例如，如图1中所示，当重型机械100定位在地面l上时，机舱102相对于水平面h的倾斜度为α，并且作用在机舱102上的重力方向为g。
在示例实施例中，位置传感器106联接到重型机械100的机舱102。在示例中，位置传感器106包括姿态位置参考传感器（APRS）。位置传感器106被联接成使得机舱102的可旋转部件附接到位置传感器106并用于感测该可旋转部件的旋转。在实施例中，可旋转部件是机舱102，其相对于机舱102的轮子旋转。在一个示例中，位置传感器106被联接成更靠近重型机械100的轮子。尽管被示为联接到重型机械100的机舱102，但可理解的是，在一个实施例中，位置传感器106可联接到重型机械100的摆动组件。
在另一个示例实施例中，位置传感器106可联接到机械100的臂104的动臂、斗杆或铲斗中的一个或多个。位置传感器106检测机舱102的摆角数据和倾斜角。在机械100的操作期间，位置传感器106提供与摆角和倾斜角两者有关的数据。与摆角和倾斜角有关的数据从噪声中被过滤出来，并且被转换为一个通信包，例如，控制器访问网络（CAN）包，且传输到发动机控制单元（ECU）。然后，ECU可从通信包中获取数据并处理该数据，以确定可旋转部件的位置变化。在一个示例中，通过公共总线来传输单个通信包。这减少了位置传感器106中所包括的接线，并且改善了位置确定的准确性和处理时间。
图2图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器106的外视图。位置传感器106包括第一壳体202和第二壳体204。第一壳体202和第二壳体204两者都可由塑料或金属材料组成。将理解的是，基于用于机舱102的位置传感器106的应用和实施方式，附图中所示的第一壳体202和第二壳体204的形状和尺寸可具有不同的形状。
在示例实施例中，第一壳体202具有第一部分206和第二部分208。如图所示，第一部分206为矩形形状的。第一部分206还具有空腔，以将连接器接收在第一部分206的空腔内。在示例中，空腔的尺寸和形状基于安置在第一部分206的空腔内的连接器的数量和尺寸而变化。在较大数量的连接器的情况下，空腔可更宽。对于较少数量的连接器，空腔具有减小的尺寸。
第二部分208具有圆形形状，并且由塑料或金属材料组成。第二部分208的形状是基于被容纳在第一壳体202的第二部分208内的传感器组件的形状。第一壳体202的第二部分208安置在第二壳体204的第一空腔内。在一个示例中，通过将第二部分208***第二壳体204的第一空腔内来安置第二部分208。在又一实施例中，第二部分208是带螺纹的，并且被螺纹安装到第二壳体204的第一空腔。在另一个实施例中，可使用粘合剂将第二部分208附接到第一空腔。第一壳体202的第二部分208被容纳在第二壳体204的第一空腔内，使得第一壳体202固定到第二壳体204以作为一个单元。
第二壳体204具有两个部分：顶部部分210和底部部分212。顶部部分210具有第一空腔，并且底部部分212具有第二空腔。如所描述的，第一空腔容纳第一壳体202的第二部分208。顶部部分210沿着顶部部分210的外圆周具有平坦的表面部分。例如，顶部部分210可被成形为具有螺母的六个平坦的表面部分以更易于安装。
在示例中，底部部分212是用于将位置传感器106螺纹安装到重型机械100的可旋转部件或机舱102上的螺纹部分。尽管被示为螺纹部分，但是底部部分212也可以是非螺纹部分。例如，底部部分212可被成形为卡扣配合到机舱102的凹部中。在另一个示例中，底部部分212可以机械地联接到机舱102。
图3是根据本公开的示例实施例的位置传感器106的分解图。如图所示，位置传感器106包括第一壳体202、第二壳体204、磁性衬板302、外环304、数据传感器306、通信传感器308和内环310。磁性衬板302通常是容纳磁体的六角螺母。磁性衬板302可沿着旋转轴线旋转。
磁性衬板302联接到机舱102的可旋转部件，使得在当机舱102改变位置或从一个点移动到另一点时可旋转部件摆动或旋转时的情况下，磁性衬板302也旋转。在示例中，磁性衬板302和被容纳在其中的磁体的长度和直径是预定义的。可基于联接数据传感器306的磁体的磁场的大小来限定长度和直径。在另一个示例中，可基于磁体和数据传感器306之间的距离来确定磁性衬板302和磁体的长度和直径。
第二壳体204具有如先前所描述的第一空腔以容纳第一壳体202的底部部分212。第二壳体204还具有第二空腔312。在组装状态下，磁性衬板302安置在第二空腔312内。磁性衬板302安置成使得在磁性衬板302和第二空腔312的内壁之间存在间隙，以在当机舱102的可旋转部件旋转时的情况下允许磁性衬板302在第二空腔312内旋转。
外环304在顶部部分210和底部部分212的连接点处被配合在第二壳体204的底部部分212上。当第二壳体204联接到机舱102的可旋转部件时，外环304提供恰当的配合和密封。在示例中，外环304的形状和尺寸基于第二壳体204的底部部分212的形状和尺寸而变化。第二壳体204具有第一空腔。数据传感器306和通信传感器308被容纳在第二壳体204的第一空腔内。数据传感器306通过连接器与通信传感器308电连接。数据传感器306和通信传感器308被对准，使得数据传感器306的第一侧面向磁性衬板302且通信传感器308面向数据传感器306的第二侧。在示例中，数据传感器306可包括传感器和控制器模块，以检测与机舱102和臂104的位置和角度有关的数据并处理所收集的数据。
内环310安置在第二壳体204的顶部部分210上，使得可以将第二壳体204配合并密封抵靠第一壳体202。第一壳体202安置在第二壳体204上，使得第二部分208安置在第二壳体204的第一空腔内。在组装状态下，数据传感器306和通信传感器308由第二壳体204从底侧围装并由第一壳体202从顶侧围装。第一壳体202的第二部分208还具有供连接器以及输入和输出端子穿过并连接到外部电路的间距。
图4至图6图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器106的连接器402和第一壳体202。图4示出了用于连接数据传感器306和通信传感器308的连接器402。数据传感器306和通信传感器308具有通过连接器402而连接的它们的输入和输出。连接器402可被理解为导电线，其用于连接数据传感器306和通信传感器308的电端子并形成电路。连接器402可被可移除地附接到数据传感器306和通信传感器308，或者用作两个点之间的永久接头。在示例中，连接器402被焊接到数据传感器306的第一印刷电路板和通信传感器308的第二印刷电路板。在另一个示例中，使用引脚、螺钉或板对板连接器将连接器402安装在第一印刷电路板和第二印刷电路板上。在示例实施例中，连接器402由铜及其合金组成。
参考图5，第一壳体202具有第一部分206和第二部分208。在一个示例中，第一部分206和第二部分208是单个模制体。第一部分206是塑料或金属材料。如图所示，第一部分206为矩形形状的。第一部分206可以具有任何其他合适的形状，并且具有空腔406以容纳连接器402。空腔406的尺寸和形状基于安置在第一部分206的空腔406内的连接器402的数量和尺寸而变化。
第一壳体202的第二部分208安置在第二壳体204的第一空腔内。第二部分208的形状为圆形。第二部分208的形状是基于被容纳在第一壳体202内的传感器组件的形状。在一个示例中，第二部分208被***第二壳体204的第一空腔内。在又一实施例中，第二部分208是带螺纹的，并且被螺纹安装到第二壳体204的第一空腔。在另一个实施例中，可使用粘合剂将第二部分208附接到第一空腔。在一个示例中，第二部分208沿着第二部分208的外圆周在外表面上具有凹槽404。在示例中，凹槽404允许第一壳体202在组装期间恰当地配合到第二壳体204中。图6示出了安置在第一壳体202的空腔408内的连接器402。如图所示，空腔408是在第一壳体202的第二部分208内。在一个示例中，空腔406和空腔408在内部联接。
图7图示了根据本公开的示例实施例的第二壳体204。第二壳体204可以是塑料或金属材料。如先前所描述的，第二壳体204具有两个部分：顶部部分210和底部部分212。顶部部分210具有第一空腔502，并且底部部分212具有第二空腔504。如所描述的，第一空腔502容纳第一壳体202的第二部分208。顶部部分210沿着顶部部分210的外圆周具有一个或多个平表面。如图所示，第二壳体204的底部部分212是用于将位置传感器106螺纹安装到重型机械100的机舱102上的螺纹部分。底部部分212安装到机舱102上。尽管被示为螺纹部分，但是底部部分212也可以是卡扣配合到机舱102的凹部中的非螺纹部分。在另一个示例中，底部部分212可以机械地联接到机舱102。
在示例中，顶部部分210具有凸起部分506。凸起部分506为圆形形状，并且沿着第一空腔502的圆周安置。凸起部分506允许将第一壳体202配合到第二壳体204中。在一个示例中，第一空腔502的内壁可以是用于将第一壳体202螺纹安装到第二壳体204中的螺纹部分。
图8至图10分别示出了磁体602、磁性衬板302、以及磁体602和磁性衬板302之间的接合。在示例中，磁体602是永磁体。基于联接数据传感器306的磁通量的大小以及磁体602和数据传感器306之间的距离来选择磁体602的形状和尺寸。在一个示例中，如图所示，磁体602为圆形形状的，其在磁体602的中心处具有孔口604。磁体602还具有定位成在直径上彼此相对的两个平表面606和608。平表面606和608提供了磁性轴向平面的极化以及在磁体602的平表面606和608与磁性衬板302的内壁之间的间隙，该间隙允许容易将磁体602配合到磁性衬板302中。进一步地，平表面606和608还提供容易从磁性衬板302移除磁体602。
如图10中所示，磁体602安置在磁性衬板302的空腔610内。图10示出了放置在磁性衬板302内的磁体602。在一个示例中，磁体602要么卡扣配合到磁性衬板302的空腔610中，要么使用粘合剂进行附接。磁体602安置成邻近于磁性衬板302的顶端。在组装状态下，磁性衬板302的顶端定位成邻近于安置在第一壳体202内的数据传感器306。在一个示例中，磁性衬板302和磁体602联接到舱室102的可旋转部件，使得在可旋转部件旋转时，磁性衬板302和磁体602旋转。
图11和图12图示了根据本公开的数据传感器306和通信传感器308。数据传感器306包括第一印刷电路板（PCB）。第一PCB具有在第一PCB的第一侧上对准的霍尔传感器。在一个示例中，存在多个霍尔传感器，它们彼此之间以预定义的间距对准。霍尔传感器基于磁体602的旋转来检测磁体602的磁通量的变化，并且检测可旋转部件的位置或旋转角度的变化。第一PCB还包括摆角感测单元、控制器单元和倾斜角感测单元。摆角感测单元检测与重型机械的机舱102机械地集成的磁体602的横摆转动以及响应于磁体602的旋转由霍尔传感器确定的电压变化。在示例实施例中，倾斜角感测单元被构造成检测机舱102相对于地平面的俯仰和侧倾角。在示例实施例中，机载微控制器将调节传感器数据并过滤噪声，并且提供诸如摆动横摆角位置、机舱倾斜俯仰角和侧倾角之类的输出。
当机舱相对于地面倾斜或改变取向时，倾斜角感测单元检测位置传感器106的倾斜度。在示例中，倾斜角感测单元与陀螺仪和加速度计电连接。陀螺仪和加速度计检测位置传感器106的倾斜度或位置变化，并且倾斜角感测单元从陀螺仪和加速度计中检索该数据。可存在由加速度计和陀螺仪所捕获的机械振动，这些机械振动通过微控制器中的滤波器逻辑被补偿。
通信传感器308还包括第二PCB。在组装状态下，第二PCB被对准，使得第二PCB面向第一PCB的第二侧。尽管被示为面向第一PCB的第二侧，但是通信传感器308也可以以某种其他合适的方式对准，诸如面向第一PCB的侧表面或者在一个平面中定位成邻近于第一PCB。
在示例中，第二PCB将由数据传感器306检测到的数据转换为通信包，诸如用于将通信包发送到重型机械100的发动机控制单元（ECU）的控制器局域网（CAN）包。例如，通信传感器308将摆角数据和倾斜角数据转换为CAN包。在示例中，通信传感器308将摆角数据和倾斜角数据两者都转换为一个CAN包。然后，第二块PCB将包发送到ECU。在这样的示例中，ECU处理CAN包以从CAN包中检索关于摆角数据和倾斜角数据两者的信息。
图13和图14图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器106的外环304和内环310。位置传感器106的外环304和内环310也称为环304和310。环304和310分别附接到第二壳体204和第一壳体202。环304和310促进将第二壳体204恰当地配合到机舱102以及将第一壳体202恰当地配合到第二壳体204。环304和310可被理解为机械垫圈或具有盘形横截面的柔韧性材料环。
在示例中，环304和310被设计成就位到第二壳体204和第一壳体202内的凹槽中。在组装期间，在两个或更多个部分之间对环304和310进行压缩，从而形成密封。例如，环304和310安置在第二壳体204和机舱102之间以及第一壳体202和第二壳体204之间。这样的布置减小了当位置传感器106在操作期间旋转或移动时所引起的竖直位移和振动。
进一步地，环304和310通过第二壳体204和可旋转部件之间以及第一壳体202和第二壳体204之间的径向或轴向变形来保持密封接触力。
图15图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器106的横截面图。如图所示，第一壳体202与第二壳体204接合。第一壳体202的第二部分208安置在第一空腔502内。在实施例中，如图中所示，第一壳体202和第二壳体204的接合可以是不同的。例如，第一壳体202可在一个表面上，例如，在底侧上，附接到第二壳体204。在又一示例中，第一壳体202和第二壳体204可彼此卡扣配合。在另一个实施例中，第一壳体202和第二壳体204可被集成为一个壳体而非两个单独的壳体。
如先前所描述的，第一壳体202包括第一部分206和第二部分208。第一部分206和第二部分208两者都具有空腔：第一空腔406和第二空腔408，其中这些空腔相互联接。在示例中，第一部分206可具有如图所示的矩形形状。然而，第一部分206可以具有其他形状，如先前所讨论的。
在一个实施例中，第二部分208为圆形形状的。第二部分208安置在第二壳体204内。第二部分208可围装位置传感器106的传感器，如先前所描述的。第二部分208安置在第一壳体202内，使得被容纳在第二部分208内的传感器306和308可以与第二壳体204的磁体602相互作用。
第二壳体204具有两个空腔：第一空腔502和第二空腔504，如先前所描述的。第一空腔502是在第二壳体204的顶侧上的空腔，并且被构造成容纳第一壳体202的第二部分208。第二空腔504被构造成容纳诸如磁体602的部件。在示例中，第二壳体204具有底部部分212，该底部部分是带螺纹的。在一个示例中，底部部分212可用于将位置传感器106紧固到机舱102的部件中。在另一个示例中，第二壳体204可卡扣配合到机舱102的部件中。在一个示例中，第一壳体202的第二空腔408和第二壳体204的第二空腔504可通过第二壳体204的壁902而分开。
数据传感器306定位在第一壳体202的第二部分208中，使得传感器元件，诸如，安置在第一PCB的第一侧上的霍尔传感器，面向磁体602。每个传感器元件彼此相等地间隔开。在一个示例中，传感器元件可具有低分辨率（具有较少数量的传感器元件且每个传感器元件之间具有更大的间距），或者具有高分辨率（具有较大数量的传感器元件且传感器元件之间具有较小的空间）。对准允许当磁体602旋转时由传感器元件检测磁体602的磁场变化。通信传感器308被对准，使得通信传感器308的第二PCB面向第一PCB的第二侧。第一PCB和第二PCB通过连接器402而连接。
在各种实施例中，位置传感器106电连接到专用集成电路（ASIC）（图中未示出）。在各种其他实施例中，位置传感器106可基于位置传感器106的构型而电连接到两个或更多个ASIC。在两个或更多个ASIC用于处理数据的实施例中，一个ASIC用作主ASIC，且其余的ASIC作为从属ASIC来工作。从属ASIC从通信传感器308接收通信包。在一个示例中，通信包具有与如由数据传感器306检测到的电压输出的变化有关的数据。在接收到数据之后，从属ASIC可处理所述数据以确定旋转部件或机舱102的位置变化。主ASIC从所有从属ASIC接收数据，并且计算出机舱102的摆角变化和倾斜角变化的最终值。
图16图示了根据本公开的示例实施例的位置传感器106的部件的框图。如图所示，位置传感器106具有数据传感器306、通信传感器308和连接器402。数据传感器306包括微控制器1002、倾斜度感测单元（MEMS）1004、摆角感测单元1006（也称为位置传感器双输出）、晶体振荡器（XTAL）引脚1008和看门狗定时器（WDT）1010。在示例中，倾斜度感测单元1004的输入端子连接到加速度计和陀螺仪（图中未示出）的输出端子。摆角感测单元1006的输入端子连接到传感器元件。XTAL引脚1008是用于对微控制器1002保持计时的外部振荡器。WDT1010可以被理解为片上振荡器，其不需要任何外部部件。
通信传感器308包括CAN收发器1012、输出滤波器和保护件1014、低压降调节器（LDO）1016以及输入滤波器和保护件1018。CAN收发器1012被构造成从数据传感器306接收通信包和将通信包传输到数据传感器306。输出滤波器和保护件1014以及输入滤波器和保护件1018用于在传输或接收通信包之前对通信包进行滤波，以提高通信包的传输效率。LDO1016可以在负载电流和输入电压的宽广范围内保持指定的输出电压，直到输入电压和输出电压之间极小的差异。这有助于在通信传感器308的操作期间的电压稳定性。
在操作期间，在当机舱102相对于轮子或地面旋转或改变位置时的情况下，联接到机舱102的磁体602旋转。磁体602的旋转引起磁体602的磁场改变。磁体602的磁场的变化由数据传感器306上的传感器元件检测为电压的变化。电压的变化被提供给摆角感测单元1006。摆角感测单元1006接收数据，对其进行处理，并且将处理后的数据发送到微控制器1002。
位置传感器106还联接到陀螺仪和加速度计。在当机舱102相对于水平面h倾斜时的情况下，陀螺仪和加速度计检测位置传感器106的倾斜度并将信号发送到数据传感器306的倾斜度感测单元（MEMS）1004。倾斜度感测单元（MEMS）1004接收信号，处理该信号，并且将对应于位置传感器106的倾斜度的数据发送到微控制器1002。
微控制器1002从摆角感测单元1006接收与摆角有关的数据并从倾斜度感测单元（MEMS）1004接收与倾斜度有关的数据。微控制器1002处理所述数据并将所述数据进行组合，并且将组合后的数据发送到通信传感器308的CAN收发器1012。然后，CAN收发器1012将组合后的数据转换为CAN包并将所述数据发送到连接器402，以用于传输到ECU。ECU处理该包并确定舱102的实际位置和对准。
必须注意的是，如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非内容另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。
说明书内对“一个实施例”或“一实施例”、“多个实施例”或“一个或多个实施例”的引用旨在结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。这样的短语在说明书内的各处的出现不一定全部指的是同一实施例，也不是与其他实施例相互排斥的分别的或替代的实施例。进一步地，描述了可由一些实施例而不是其他实施例展现的各种特征。类似地，描述了各种要求，其可能是针对一些实施例的要求，但不是针对其他实施例的要求。
应注意的是，当在本公开中采用时，术语“包括（comprises）”、“包括（comprising）”以及来自词根术语“包括（comprise）”的其他派生词旨在为指定任何所陈述的特征、要素、整数、步骤或部件的存在的开放性术语，且并不旨在排除一个或多个其他特征、要素、整数、步骤、部件或其组的存在或添加。
根据需要，本文中公开了本公开的详细实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是示例性的，其可以以各种形式被具体实施。因此，本文中所公开的具体结构和功能性细节将不被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际上任何适当的详细结构来不同地采用本公开的代表性基础。
尽管显而易见本文中所公开的图示性实施例实现了上文所陈述的目的，但是将了解的是，本领域普通技术人员可设计出众多修改和其他实施例。因此，将理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本公开的精神和范围内的所有这样的修改和实施例。

Claims (20)

1.一种用于位置传感器的传感器组件，所述传感器组件包括：
数据传感器，其包括第一印刷电路板，其中，所述第一印刷电路板具有安置在所述第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件，其中，所述第一印刷电路板包括：
摆角感测单元；和
倾斜度感测单元；以及
通信传感器，其电连接到所述数据传感器，所述通信传感器包括第二印刷电路板。
2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述第二印刷电路板面向所述第一印刷电路板的第二侧。
3.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述倾斜度感测单元包括mems传感器。
4.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述倾斜度感测单元与陀螺仪和加速度计中的至少一个电连接。
5.根据权利要求1所述的传感器组件，其还包括限定空腔的第一壳体，其中，所述数据传感器和所述通信传感器安置在所述空腔内。
6.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述摆角感测单元被构造成检测重型机械的机舱的横摆转动角和侧倾角中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述通信传感器包括控制器局域网（CAN）收发器以从所述数据传感器接收数据。
8.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述通信传感器还包括滤波器。
9.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，所述传感器组件电连接到发动机控制单元（ECU）。
10.一种用于位置传感器的传感器组件，所述传感器组件包括：
第一壳体，其限定空腔；
数据传感器，其安置在所述第一壳体的所述空腔内，所述数据传感器包括：
第一印刷电路板，其中，所述第一印刷电路板具有安置在所述第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件，其中，所述第一印刷电路板包括：
摆角感测单元；和
倾斜度感测单元；以及
通信传感器，其电连接到所述数据传感器，所述通信传感器包括：
第二印刷电路板，其中，所述第二印刷电路板面向所述第一印刷电路板的第二侧。
11.根据权利要求10所述的传感器组件，其中，所述传感器组件电连接到发动机控制单元（ECU）。
12.根据权利要求10所述的传感器组件，其中，所述倾斜度感测单元包括mems传感器。
13.根据权利要求10所述的传感器组件，其还包括安置在所述第一壳体的所述空腔内的连接器。
14.根据权利要求10所述的传感器组件，其中，所述摆角感测单元检测重型机械的机舱的横摆转动角和侧倾角中的至少一个。
15.一种用于检测重型机械的机舱的摆动和倾斜的位置传感器，所述位置传感器包括：
第一壳体，其限定空腔；
数据传感器，其安置在所述第一壳体的所述空腔内，所述数据传感器包括：
第一印刷电路板，其中，所述第一印刷电路板具有安置在所述第一印刷电路板的第一侧上的多个传感器元件，其中，所述第一印刷电路板包括：
摆角感测单元；和
倾斜度感测单元；
通信传感器，其电连接到所述数据传感器，所述通信传感器包括：
第二印刷电路板，其中，所述通信传感器安置在所述空腔内；
联接到所述第一壳体的第二壳体，其中，所述第二壳体限定第一空腔；以及
磁体，其能够绕旋转轴线旋转并安置在所述第二壳体的所述第一空腔内，其中，所述磁体联接到所述机舱并在当所述机舱旋转时的情况下旋转，并且其中，所述磁体的第一端安置成邻近于所述数据传感器。
16.根据权利要求15所述的位置传感器，其中，所述第二壳体包括第二空腔，其中，所述第一壳体安置在所述第二空腔内。
17.根据权利要求15所述的位置传感器，其中，所述第二印刷电路板面向所述第一印刷电路板的第二侧。
18.根据权利要求15所述的位置传感器，其中，所述倾斜度感测单元包括mems传感器。
19.根据权利要求15所述的位置传感器，其中，所述摆角感测单元检测所述重型机械的所述机舱的横摆转动角和侧倾角中的至少一个。
20.根据权利要求15所述的位置传感器，其中，所述倾斜度感测单元与陀螺仪和加速度计中的至少一个电连接。
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