相關申請的交叉引用

本申請要求在2014年10月2日提交的美國臨時專利申請第62/059,138號的優(yōu)先權，這個申請的內容通過引用被包含在此。

本發(fā)明一般涉及分析表面形狀和空間定位。更具體地，本發(fā)明涉及用于基于磁傳感器的表面形狀分析的技術。

背景技術：

傳感器在現代技術中發(fā)揮著重要的作用，因為它們已成為每天使用的數百萬種產品的重要部分。傳感器可以在從消費和工業(yè)產品到通信、汽車和生物醫(yī)學產品的每種可想象類型的產品中找到。對于在消費產品、通信產品、計算機產品、工業(yè)產品、汽車產品、生物醫(yī)學產品和精密儀器產品中廣泛使用的磁傳感器也是如此。

各種傳感器設備已經用于表面位置和形狀感測，包括光學傳感器和應力傳感器，例如壓阻傳感器和壓電傳感器。這些解決方法歷經系統(tǒng)復雜性、高成本和性能差。因此，可取的是提供用于表面位置和形狀感測的新技術。

技術實現要素：

一種設備具有支撐暴露于均勻外部磁場的磁傳感器陣列的柔性基板。一個或多個控制器從磁傳感器接收磁傳感器信號。當柔性基板與均勻外部磁場對準時，一個或多個控制器收集參考磁傳感器信號。一個或多個控制器響應于柔性基板在第一方向上的變形，收集第一極性磁傳感器信號。一個或多個控制器響應于柔性基板在第二方向上的變形，收集第二極性磁傳感器信號。磁傳感器信號建立柔性基板相對于均勻外部磁場的取向的簡檔(profile)。

所公開的技術可以與其他形狀感測方法結合。所公開的技術可以用于旋轉感測，并且可以應用于三維物體。地球磁場可以由固定的外部產生的磁場補充。

附圖說明

聯系以下結合附圖進行的詳細描述，更充分地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出根據本發(fā)明的實施例配置的磁傳感器表面形狀分析系統(tǒng)。

圖2是在均勻磁場中的兩個磁傳感器的側視圖。

圖3示出了在三個軸上相對于均勻磁場的磁傳感器取向。

圖4示出了變形的基板和得到的磁傳感器矢量信號。

在附圖的幾個視圖中，相同的附圖標號指代相應的部分。

具體實施方式

圖1示出了根據本發(fā)明的實施例配置的磁傳感器表面形狀和空間定位分析系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括位于柔性基板106(例如，聚酰亞胺或類似材料)上的一組磁傳感器102_1至102_n。每個磁傳感器102是相同的并且對沿著空間的三個維度的外部磁場敏感。在一個實施例中，每個磁傳感器具有定向在由用于覆蓋表面106的預定圖案(pattern)定義的方向上的敏感度軸。

每個傳感器102具有到x軸控制器108的鏈路107、到y(tǒng)軸控制器110的鏈路109和到z軸控制器112的鏈路111?？刂破骺梢晕挥谌嵝曰?06上或外部。這些控制器可以組合成單個控制器。

鏈路107以虛線被示出，以表明它可以在基板106的不同平面上(即，基板106可以具有多個導電層)。圖1的矩陣配置是示例性的。可以使用各種均勻和不均勻的間隔范例。

每個磁傳感器102必須具有足夠的敏感度以測量地球磁場的大小和取向，地球磁場在任何局部地區(qū)中基本上是均勻的。在一個實施例中，使用于2013年11月10日提交的歐洲專利申請2013ep-290244(crocus-63-ep)、和于2013年11月10日提交的歐洲專利申請2013ep-290243(crocus-65-ep)中描述的類型的mlu傳感器。這些申請由本專利申請的所有者擁有并通過引用被包含在此。在一個實施例中，使用于2013年3月6日提交的美國第13/787,585號('585申請)中描述的類型的mlu傳感器。'585申請由本專利申請的所有者擁有并且通過引用被包含在此。

作為概述，在所引用的申請中公開的mlu傳感器包括具有參考層的磁隧道結，參考層具有定向為基本上平行于參考層的平面的參考磁化。感測層具有感測磁化。隧道勢壘層位于感測層和參考層之間。磁設備提供適用于對準感測磁化的感測磁場。當提供了感測磁場時，感測層磁化可以定向在平行于感測層的平面的方向和垂直于感測層的平面的方向之間。感測層磁化可以用外部磁場的低于150oe的大小來定向。

外部磁場具有定向為平行于感測層的平面的平面內分量、和定向為垂直于感測層的平面的平面外分量。平面外分量和平面內分量由感測層感測。

圖2是均勻磁場104(例如，地球磁場)中的兩個磁傳感器102_1和102_2的側視圖。在這種情況下，基板106是平坦的。磁場104與平坦表面正交。磁傳感器102被定位成接收正交磁場并因此生成參考輸出。

圖3示出了在三個軸上相對于均勻磁場的磁傳感器取向。圖3還示出了映射到x、y和z值的矢量的相關角度。

圖4示出了具有平坦部分400的表面106，平坦部分400將接收對應于參考場(例如，地球場)的取向的信號。部分402向上變形，而部分404向下變形。結果，部分402和404上的傳感器檢測對應于相同參考場的不同信號。不同的信號指示部分402和404的各自的取向。

因此，可以理解，從分布在表面106上的所有傳感器處獲得信息提供了關于表面的形狀的精確信息。每個傳感器的物理位置是已知的。因此，位置可以與磁傳感器信號相關聯，以形成(develop)表面106上的每個位置的形狀簡檔。

回到圖1，可以理解，x軸控制器108采樣磁傳感器信號以識別沿著y軸和z軸的旋轉，而y軸控制器110采樣磁傳感器信號以識別沿著x軸和z軸的旋轉，并且z軸控制器112采樣磁傳感器信號以識別沿著x軸和y軸的旋轉。可以使用各種采樣技術。例如，在靜止狀態(tài)下，可以在整個表面106上使用第一采樣率。在表面的區(qū)域內檢測到旋轉時，可以在對象區(qū)域內增加采樣率。控制器108、110和112可以跟蹤隨時間的變化率。因此，可以產生隨時間的表面簡檔和空間取向。這可以用于感測旋轉，從而作為陀螺儀運行。

觀察到對于任何具體的傳感器，所收集的信號允許推斷參考場的大小和傳感器相對于參考場的取向。由于對于所有傳感器，參考場是固定的、均勻的和相同的，所以來自傳感器的信息使得能夠推斷任何傳感器相對于任何其他傳感器的相對取向。地球磁場提供大約0.5奧斯特的固定磁場，這對于傳感器是足夠的。然而，對于某些應用，可以利用更強的外部產生的磁場(例如200奧斯特)來提高敏感度和準確度。外部產生的磁場可以由近似地定位的磁體產生?；蛘撸獠慨a生的磁場可以由攜帶電流并由此感生磁場的線(line)產生。

在柔性基板上的傳感器組件可以用于覆蓋物體或位于物體內。取得在表面上或在物體內的已知位置和傳感器對于彼此的相對取向使得能夠推斷物體的形狀。關于相對于參考場的傳感器取向的知識允許推斷物體本身相對于參考場的取向。由于位置和形狀的測量不取決于與本地磁場源的接近度，因此傳感器可以自由地被布置在距彼此遠距離處，以有效地覆蓋非常大的物體(例如橋或建筑物)，以監(jiān)測運動、位置、振蕩模式等。

本發(fā)明的實施例可用于身體運動捕獲，其具有在如制膜(例如，運動捕獲)或醫(yī)療應用(呼吸監(jiān)測)的多種多樣的領域中的應用。在這些情況下，傳感器可以插入到三維體中，以傳遞關于物體內的局部變化的附加信息。

本發(fā)明的技術可以與其它形狀和空間位置傳感器一起使用，以提高準確度和敏感度。當局部磁體用于在每個傳感器上產生磁場時，可以感測到彈性變形。當膜被拉伸時，磁體和傳感器分離增大，因而檢測到的磁場獨立于任何彎曲而減小。

出于解釋的目的，前述描述使用特定命名法來提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，對于本領域技術人員顯而易見的是，為了實施本發(fā)明不需要特定的細節(jié)。因此，呈現關于本發(fā)明的特定實施例的前述描述是為了說明和描述的目的。它們不是旨在窮盡的或將本發(fā)明限制到所公開的精確形式；顯然，基于上述教導，許多修改和變化是可能的。選擇和描述實施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，因此，實施例使得本領域的其他技術人員能夠最好地利用本發(fā)明及具有適合于預期的具體用途的各種修改的各種實施例。以下權利要求及其等同物旨在限定本發(fā)明的范圍。