对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例意在是说明性的而不是限制性的。本领域技术人员可以认识到尽管在此未具体描述但是在本公开的范围和精神之内的其他元素。说明创造性的方面和实施例的描述不应被理解为进行限制，而是由权利要求定义所保护的发明。在不脱离本说明和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在一些实例中，为了不使本发明变得模糊，没有详细地示出或描述已知的结构和技术。图1a示出定位系统100。如图1a所示，该定位系统包括发射/接收控制电路102，该发射/接收控制电路102被耦合，以驱动发射器线圈106和从接收线圈1...

这样的系统中的金属目标124的实际位置可以从由接收线圈104的输出电压测量到的角位置以及接收线圈110和接收线圈112的拓扑得出。此外，如图1b所示，线圈110的拓扑和线圈112的拓扑被协调以提供对金属目标124的位置的指示。图2a示出金属目标124的0°位置，为了便于说明，余弦定向线圈110和正弦定向线圈112被分开。如图1b所示，正弦定向线圈112和余弦定向线圈110共同位于发射线圈106内。使用如图1a所示的磁场108，正弦定向线圈112的环路114、环路116和环路118被定位为使得每个环路中的电压之和抵消，从而使总vsin为0。如图2a所示，在没有金属目标124的情况下，环路114中...

图2b示出金属目标124相对于正弦定向线圈112和余弦定向线圈110处于90°位置。如图2b所示，在正弦定向线圈112中，金属目标124完全覆盖环路116，并且使环路114和环路118未被覆盖。结果，vc＝1/2、vd＝0、以及ve＝1/2，因此vsin＝vc+vd+ve＝1。类似地，在余弦定向线圈110中，环路120的一半被覆盖，导致va＝-1/2，并且环路122的一半被覆盖，导致vb＝1/2。因此，由va+vb给出的vcos为0。类似地，图2c示出金属目标124相对于正弦定向线圈112和余弦定向线圈110处于180°位置。因此，正弦定向线圈112中的环路116和环路118的一半被金属目标1...

导电金属目标124可被定位在发射器线圈和两个线圈上方。如图1a所示，发射线圈106被驱动以形成磁场108。发射线圈106可以以一定频率范围或特定频率被驱动。在图1a中，磁场108(其中用箭头示出正电流)在每个导线周围是圆形的，并且在线圈106内沿着指出页面的方向且在线圈108的外部沿着进入页面的方向，其中电流方向如图1a所示。如图1b所示，接收线圈104位于线圈106内部。发射线圈106可以以可以产生用于在线圈104中感应电压的电磁场108的任何频率被驱动。通常，可以存在任意数量的接收二器线圈，然而，为了便于时论，下文时论具有两个线圈的系统。图1b示出发射线圈(tx)106内的传感器接收线圈(...

以确定对在被安装在位置定位系统410中的接收线圈上方的金属目标408的扫描。这样，处理单元422可以将由控制器402确定的金属目标408的测量位置与由定位器404提供的确定位置进行比较，以评估位置定位系统410的准确性。在一些实施例中，控制器402可以与处理单元422组合，其执行以下所有任务：确定来自定位器404的金属目标408的实际位置、以及来自位置定位系统410上的线圈的金属目标408的测量位置；以及，确定来自位置定位系统410的测量位置的准确性。如在图4a中进一步示出的，控制器402可以包括处理器412(其可以是处理器422中的处理器)，处理器412驱动发射线圈并从接收线圈接收信号以及处...

步骤730可以针对其准确性验证在步骤724中执行的仿真。在步骤732中，如果仿真与测量结果匹配，则算法720进行到步骤734，在此线圈设计已经被验证。在步骤732中，如果仿真结果与物理测量结果不匹配，则算法720进行到步骤736。在步骤736中，如果所执行的算法720为对由算法700所产生的线圈设计的验证，则修改算法700的输入设计，并返回算法700。在一些实施例中，在步骤736中产生错误，指示仿真未正确地运行，因此仿真自身需要进行调整以便更好地仿真特定位置定位系统中的所有非理想性。在那种情况下，步骤736也可以是模型校准算法。因此，在本发明的一些实施例中，可以通过迭代地提供当前线圈设计的仿真...

因此，由va+vb给出的vcos为0。类似地，图2c示出金属目标124相对于正弦定向线圈112和余弦定向线圈110处于180°位置。因此，正弦定向线圈112中的环路116和环路118的一半被金属目标124覆盖，而余弦定向环路110中的环路122被金属目标124覆盖。因此va＝-1、vb＝0、vc＝1/2、vd＝-1/2、以及ve＝0。结果，vsin＝0且vcos＝-1。图2d示出vcos和vsin相对于具有图2a、图2b和图2c中提供的线圈拓扑的金属目标124的角位置的曲线图。如图2d所示，可以通过处理vcos和vsin的值来确定角位置。如图所示，通过从定义的初始位置到定义的结束位置对目标进行...

图4d示出利用图4b所示的测试设备测量的来自位置定位系统中的接收线圈的接收电压。图5示出测量到的响应和仿真响应。图6示出根据本发明的实施例优化的示例线圈设计的测量到的响应与仿真响应之间的误差。图7a和图7b示出根据本发明的一些实施例的用于优化位置定位传感器的线圈设计的算法。图7c示出操作图7a所示的算法的系统的输入屏幕快照。图8a和图8b示出根据本发明的一些实施例的线圈设计。图9a、图9b和图9c示出根据本发明的一些实施例的另一个示例线圈设计。图9d和图9e示出根据一些实施例的线圈设计的性能特性。图10a示出根据一些实施例的仿真算法。图10b和图10c示出在导线周围生成的场和在矩形迹线周围生成...

如前所述，气隙是金属目标408与放置位置定位系统410的发射线圈和接收线圈的pcb之间的距离。这样的系统可以用于位置定位器系统410的校准、线性化和分析。图4c示出在具有发射线圈106和接收线圈104的旋转位置定位器系统410上方的金属目标408的扫描。如图4c所示，金属目标408在线圈104上方从0°扫描到θ°。图4d示出当如图4c所示地扫描金属目标408时从线圈104测量的电压vsin和电压vcos与仿真的结果的比较的示例。在图4d的特定示例中，金属目标408在50个位置被扫描。十字表示样本电压，实线表示由电磁场求解程序cdice-bim所仿真的值。传感器线圈的维护需要定期进行。小型传感器...

例如块体积元素(brickvolumetricelement)、部分元素等效电路(peec)或基于体积积分公式的方法，其可以提供对由实际三维电流承载结构所产生的磁场进行估计的进一步的提高。金属目标通常可以由导电表面表示。如图10a所示，算法704在步骤1002处开始。在步骤1002中，获得描述tx线圈和rx线圈、目标的几何形状、气隙规范和扫描规范的pcb迹线设计。这些输入参数例如可以由算法700提供，要么在算法700的输入步骤702期间通过初始输入，要么从来自算法700的线圈调整步骤712的经调整的线圈设计来提供，如图7a所示。算法704然后进行到步骤1003。在步骤1003中，算法704以在...

使得用于发射线圈802的迹线中的一些迹线在pcb的一侧上，而发射线圈802的其他迹线在pcb的相反侧上。在一些情况下，可以优化发射线圈以使其相对于接收线圈尽可能对称，同时小化所需空间。图8a示出通孔814和通孔816，它们允许将发射线圈802的迹线连接在pcb的侧面之间。如图8a和图8b进一步所示，接收线圈包括余弦定向线圈804和正弦定向线圈806。余弦定向线圈804包括通孔818，其允许余弦定向线圈804的导线迹线从pcb的一侧过渡到另一侧。类似地，正弦定向线圈806包括通孔820，其允许在pcb的侧面之间过渡正弦定向线圈806的布线。线圈布局800中包括的另一个特征是阱808、810和81...

使得用于发射线圈802的迹线中的一些迹线在pcb的一侧上，而发射线圈802的其他迹线在pcb的相反侧上。在一些情况下，可以优化发射线圈以使其相对于接收线圈尽可能对称，同时小化所需空间。图8a示出通孔814和通孔816，它们允许将发射线圈802的迹线连接在pcb的侧面之间。如图8a和图8b进一步所示，接收线圈包括余弦定向线圈804和正弦定向线圈806。余弦定向线圈804包括通孔818，其允许余弦定向线圈804的导线迹线从pcb的一侧过渡到另一侧。类似地，正弦定向线圈806包括通孔820，其允许在pcb的侧面之间过渡正弦定向线圈806的布线。线圈布局800中包括的另一个特征是阱808、810和81...

因此，由va+vb给出的vcos为0。类似地，图2c示出金属目标124相对于正弦定向线圈112和余弦定向线圈110处于180°位置。因此，正弦定向线圈112中的环路116和环路118的一半被金属目标124覆盖，而余弦定向环路110中的环路122被金属目标124覆盖。因此va＝-1、vb＝0、vc＝1/2、vd＝-1/2、以及ve＝0。结果，vsin＝0且vcos＝-1。图2d示出vcos和vsin相对于具有图2a、图2b和图2c中提供的线圈拓扑的金属目标124的角位置的曲线图。如图2d所示，可以通过处理vcos和vsin的值来确定角位置。如图所示，通过从定义的初始位置到定义的结束位置对目标进行...

步骤730可以针对其准确性验证在步骤724中执行的仿真。在步骤732中，如果仿真与测量结果匹配，则算法720进行到步骤734，在此线圈设计已经被验证。在步骤732中，如果仿真结果与物理测量结果不匹配，则算法720进行到步骤736。在步骤736中，如果所执行的算法720为对由算法700所产生的线圈设计的验证，则修改算法700的输入设计，并返回算法700。在一些实施例中，在步骤736中产生错误，指示仿真未正确地运行，因此仿真自身需要进行调整以便更好地仿真特定位置定位系统中的所有非理想性。在那种情况下，步骤736也可以是模型校准算法。因此，在本发明的一些实施例中，可以通过迭代地提供当前线圈设计的仿真...

类似地，在余弦定向线圈110中，环路120的一半被覆盖，导致va＝-1/2，并且环路122的一半被覆盖，导致vb＝1/2。因此，由va+vb给出的vcos为0。类似地，图2c示出金属目标124相对于正弦定向线圈112和余弦定向线圈110处于180°位置。因此，正弦定向线圈112中的环路116和环路118的一半被金属目标124覆盖，而余弦定向环路110中的环路122被金属目标124覆盖。因此va＝-1、vb＝0、vc＝1/2、vd＝-1/2、以及ve＝0。结果，vsin＝0且vcos＝-1。图2d示出vcos和vsin相对于具有图2a、图2b和图2c中提供的线圈拓扑的金属目标124的角位置的曲线...

仿真当前线圈设计的接收线圈的响应。根据接收线圈响应，将根据接收线圈响应计算出的金属目标的位置与仿真过程中设定的金属目标的位置进行比较。在步骤706中，将仿真的位置与金属目标的设定位置进行比较。在步骤708中，如果满足规范，则算法700进行到步骤710，在步骤710处输出终的优化线圈设计。在步骤708中，如果不满足规范，则算法700进行到步骤712。在步骤712中，根据来自步骤704的仿真结果和步骤706中的比较来调整pcb上的线圈的设计，以提高终设计的线圈设计的准确性。在一些实施例中，发射器线圈设计保持固定，作为步骤702中的输入，并且调整线圈设计和布局以提高准确性。在一些实施例中，还可以调整...

如下面更详细地讨论的，在一些实施例中，形成发射线圈、线圈和连接线的迹线用一维金属导线表示。一些实施例可以使用更精细的仿真算法，例如块体积元素(brickvolumetricelement)、部分元素等效电路(peec)或基于体积积分公式的方法，其可以提供对由实际三维电流承载结构所产生的磁场进行估计的进一步的提高。金属目标通常可以由导电表面表示。如图10a所示，算法704在步骤1002处开始。在步骤1002中，获得描述tx线圈和rx线圈、目标的几何形状、气隙规范和扫描规范的pcb迹线设计。这些输入参数例如可以由算法700提供，要么在算法700的输入步骤702期间通过初始输入，要么从来自算法700...

算法700在步骤706中计算小位置误差，并且在步骤706、步骤708和步骤712中小化rx线圈的非理想性。利用在此优化之后获得的坐标，可以使用商业eda工具印刷pcb，如步骤710所示。本发明的实施例可用于产生用于位置定位系统的线圈设计，所述位置定位系统用于需要位置传感器技术、扭矩、扭矩角传感器(tas)的所有应用以及使用感应原理和在pcb上的线圈的所有其他应用。某些实施例的益处包括在两个上具有零偏差，这意味着达到理论极限零。从优化线圈之前出现的％fs-3％fs的起点获得％fs的误差(提高6倍)可以实现。此外，如果误差减小得足够好，则不需要线性化方法或校准方法。此外，可以减少用于产生可行的线圈...

与线圈设计800所示的线性位置系统不同，图9a、图9b和图9c所示的线圈设计900示出旋转位置系统。如线圈设计900中所示，发射线圈902、余弦定向接收线圈904和正弦定向线圈906以圆形方式定向。此外，发射线圈902包括具有引线920的变形部分916。正弦定向线圈906包括阱908和阱912，并且被连接到引线924。类似地，余弦定向线圈904包括阱910和阱914，并且被耦合到引线926。pcb还可以具有安装孔918。图9a示出线圈设计900的平面图，而图9b示出线圈设计900的斜视图，其示出在其上形成线圈设计900的pcb板的两侧上的通孔和迹线。图9c示出印刷电路板930上的线圈设计900...

发射/接收电路102和接收线圈104之间的金属迹线的连接以及发射/接收电路102和发射线圈106之间的金属迹线的连接，其也对所生成的电磁场有贡献；金属目标124与安装有接收线圈104和发射线圈106的pcb之间的气隙(ag)；正弦定向线圈112和余弦定向线圈110之间的幅度偏差；来自正弦定向线圈112和余弦定向线圈110的接收信号之间的失配；正弦定向线圈112和余弦定向线圈110中的不同的耦合效应。此外，金属目标124和pcb之间的气隙(ag)与位置确定的准确性之间存在很强的相关性。此外，在理想情况下，正弦定向线圈112和余弦定向线圈110的拓扑是理想的三角函数，但是在实际设计中，这些线圈10...

对产生电磁场的导线本身发生的作用，叫做“自感“，即导线自己产生的变化电流产生变化磁场，这个磁场又进一步影响了导线中的电流；对处在这个电磁场范围的其他导线产生的作用，叫做“互感“。电感线圈的电特性和电容器相反，“通低频，阻高频“。高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力，很难通过；而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小，即低频信号可以较容易的通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。电阻，电容和电感，他们对于电路中电信号的流动都会呈现一定的阻力，这种阻力我们称之为“阻抗”。电感线圈对电流信号所呈现的阻抗利用的是线圈的自感。电感线圈有时我们把它简称为“电感”或“线圈”，用字母“L”表示。绕制电感线圈...

在余弦定向线圈110中，环路120的一半被覆盖，导致va＝-1/2，并且环路122的一半被覆盖，导致vb＝1/2。因此，由va+vb给出的vcos为0。类似地，图2c示出金属目标124相对于正弦定向线圈112和余弦定向线圈110处于180°位置。因此，正弦定向线圈112中的环路116和环路118的一半被金属目标124覆盖，而余弦定向环路110中的环路122被金属目标124覆盖。因此va＝-1、vb＝0、vc＝1/2、vd＝-1/2、以及ve＝0。结果，vsin＝0且vcos＝-1。图2d示出vcos和vsin相对于具有图2a、图2b和图2c中提供的线圈拓扑的金属目标124的角位置的曲线图。如图...

将位置设置为扫描中的当前定义的位置。在步骤1006中，确定由发射线圈生成的电磁场。利用在步骤1002中提供的其他参数来接收发射线圈的驱动电压和操作频率。一旦确定了来自发射线圈的电磁场，在步骤1008中就可以确定由于这些场而在金属目标中生成的涡电流。根据涡电流，可以仿真由目标生成的磁场。在步骤1010中，确定由于由发射线圈生成的场和由金属目标中的感应涡电流生成的场的组合而在线圈中生成的电压。在步骤1011中，针对目标的现行位置再次执行电感l的计算，以评估l相对于步骤1003的结果的变化。在步骤1012中，存储响应数据以供将来参考。在步骤1014中，算法704进行检查以查看扫描是否已经完成。如果未...

样条函数或任何其他插值函数可用于链接一维路径以形成发射线圈802和接收线圈804及接收线圈806的形状。通过应用合适的函数可以更高效地实现接收线圈的变形。例如，在旋转传感器中，该函数将是半径的函数。在步骤1102中，在算法712中输入和接收当前线圈设计布局、仿真结果以及在一些情况下在步骤706中提供的比较。然后可以使用非线性编程求解器来找到使给定目标函数小化的发射线圈802和接收线圈804及接收线圈806的形状。目标函数由三部分形成，如图11所示。在步骤1103中，建立如图14所示的外部阱1402和外部阱1404的宽度，以小化没有目标时的偏差。在步骤1104中，将检测到的位置(即，电角度)与理...

如图3a所示，线圈112由pcb322的顶侧上的迹线302和pcb322的底侧上的迹线304形成。迹线302和迹线304通过穿过pcb322而形成的通孔306电接合。如图3a所示，通孔306、顶侧迹线302和底侧迹线304被布置为允许形成余弦定向线圈112。例如，部分310和部分312允许线圈112交叉以形成环路114、环路116和环路118，同时在相交处将迹线分离。如进一步示出的，部分314、部分316、部分318和部分320允许余弦定向线圈112覆盖在pcb上。然而，通孔306和pcb322的相对的两侧上的迹线302和迹线304的存在降低了由线圈104检测到的信号的有效幅度。有效地，通孔3...

根据法拉第电磁感应定律，当块状导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内产生感应电流，此电流在导体内闭合，称为涡流。电涡流式传感器，将位移、厚度、材料损伤等非电量转换为电阻抗的变化（或电感、Q值的变化），从而进行非电量的测量。一、工作原理电涡流式传感器由传感器激励线圈和被测金属体组成。根据法拉第电磁感应定律，当传感器激励线圈中通过以正弦交变电流时，线圈周围将产生正选交变磁场，是位于盖磁场中的金属导体产生感应电流，该感应电流又产生新的交变磁场。新的交变磁场阻碍原磁场的变化，使得传感器线圈的等效阻抗发生变化。传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z为式中，ρ为被测体的电阻率；μ为被测体的磁导率；r为...

发射线圈106的两条迹线位于图上的位置0和位置5处，而接收线圈104被定位在位置0和位置5之间。图3c示出这些迹线之间的磁场在两条迹线之间具有小值。图3c没有示出由于连接图3c中所示的两条迹线并且垂直于图3c中所示的迹线的两条迹线而引起的另外的变形(distortion)。图3d和图3e还示出可能由发射线圈106中的位移引起的不准确性。如图3d和图3e所示，发射线圈106包括位移330，该位移使发射线圈106产生的磁场变形。来自位移330的杂散场在接收线圈104中产生不平衡。因此，将由于这些特征而产生位置确定的不准确性。图4a和图4b示出可用于评估位置定位系统的校准和测试设备400。由于诸如上...

为了讨论的目的，图10f示出图8a和图8b所示的线圈设计800的示例，其中线圈1028和线圈1026分别与线圈804和线圈806的迹线的一维近似相对应。为了简化图示，在图10f中未示出发射线圈802，但是发射线圈802的迹线也通过一维导线迹线近似。在仿真了来自位置定位系统800的目标线圈802的电磁场之后，然后在图10a所示的算法704的示例的步骤1008中，仿真金属目标1024的涡电流，并且确定从那些涡电流产生的电磁场。在一些实施例中，金属目标1024中的感应涡电流是通过原始边界积分公式来计算的。金属目标1024通常可以被建模为薄金属片。通常，金属目标1024很薄，为35μm至70μm，而横...

可以在具有足够的计算能力来执行适当的仿真的计算系统上执行算法700。这样的系统通常包括被耦合到存储器的处理器。存储器可以包括用于存储数据和编程的易失性存储器或非易失性存储器二者。在一些情况下，可以使用固定存储，例如硬盘驱动器。该系统将包括用户接口，例如键盘、触摸屏、视频显示器、指示设备或其他常见组件。该系统将能够执行这里描述的算法，与用户交互，并输出终的线圈设计，以产生具有优化设计的印刷电路板。如图7a所示，算法700以输入步骤702开始。在步骤702中，输入线圈设计以进行优化。具体地，输入发射线圈和接收线圈的坐标、布局和特性，包括与连接节点、通孔有关的信息、以及关于这些线圈的其他参数。另外，...

步骤730可以针对其准确性验证在步骤724中执行的仿真。在步骤732中，如果仿真与测量结果匹配，则算法720进行到步骤734，在此线圈设计已经被验证。在步骤732中，如果仿真结果与物理测量结果不匹配，则算法720进行到步骤736。在步骤736中，如果所执行的算法720为对由算法700所产生的线圈设计的验证，则修改算法700的输入设计，并返回算法700。在一些实施例中，在步骤736中产生错误，指示仿真未正确地运行，因此仿真自身需要进行调整以便更好地仿真特定位置定位系统中的所有非理想性。在那种情况下，步骤736也可以是模型校准算法。因此，在本发明的一些实施例中，可以通过迭代地提供当前线圈设计的仿真...