一种位移传感器(10)，包括：电感元件(14)，具有导电的至少一个测量轨道元件(20a，20b)，沿着测量路径(M)延伸；传感器元件(12)，能够相对于电感元件(14)沿至少一个测量轨道元件(20a，20b)移动；其中传感器元件(12)包括至少一个测量线圈(24a，24b)，至少一个测量线圈被布置在至少一个测量轨道元件(20a，20b)的上方；其中至少一个测量线圈(24a，24b)和至少一个测量轨道元件(20a，20b)的重叠沿着测量路径(M)发生变化，使得至少一个测量线圈(24a，24b)的电感取决于测量线圈(24a，24b)在测量路径(M)上的位置(y)；其中电感元件(14)具有导电的两个校正轨道元件(20c，20d)，它们相对于测量路径(M)并排地布置；并且传感器元件(12)具有两个校正线圈(24c，24d)，它们相对于测量路径(M)并排地分别布置在两个校正轨道元件(20c，20d)中的一个校正轨道元件上，并且校正线圈与校正轨道元件(20c，20d)的重叠沿着测量路径(M)是恒定的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】倾斜容差式位移传感器
本专利技术涉及一种位移传感器和一种利用该位移传感器确定相对位置的方法。
技术介绍
基于涡流原理的旋转角传感器是已知的。测量信号可以是包括测量线圈的谐振电路的频率变化，该测量线圈布置在导电轨道上。导电轨道沿测量路径改变其宽度，使得测量线圈与导电轨道的重叠沿测量路径发生改变。测量线圈在导电轨道中感应出涡电流，这导致测量线圈的电感变化。这种旋转角传感器例如在DE102004033083A1中示出。容差鲁棒设计通常需要使用多个测量线圈和多个导电轨道，这些通常具有相同的几何形状，但是沿着待测量物体的圆周方向交错布置。除了测量方向上的移动(例如围绕x轴的旋转)之外，还可能由于容差而发生测量线圈与导电轨道之间的位移和距离变化(即，在x方向和z方向上的移动)。此外，可能会围绕y轴倾斜。因为涡流效应具有强烈的距离依赖性，所以倾斜和距离变化对于测量方法而言可能特别关键。
技术实现思路
本专利技术的实施例可以有利地提供容差鲁棒的位移传感器。本专利技术的实施例的想法尤其可以被认为是基于下面描述的想法和认识。本专利技术的一个方面涉及一种位移传感器。位移传感器可以是线性位移传感器，利用该线性位移传感器可以确定两个部件沿直线测量路径的相对位置。位移传感器也可以是旋转角传感器，利用该旋转角传感器可以确定两个部件相对于彼此围绕旋转轴线的相对旋转。根据本专利技术的一个实施例，位移传感器包括：电感元件，具有导电的至少一个测量轨道元件，该至少一个测量轨道元件沿着测量路径延伸；传感器元件，能够相对于电感元件沿着至少一个测量轨道元件移动，其中传感器元件包括至少一个测量线圈，该至少一个测量线圈被布置在该至少一个测量轨道元件的上方，其中至少一个测量线圈和至少一个测量轨道元件的重叠沿着测量路径发生变化，使得至少一个测量线圈的电感取决于测量线圈在测量路径上的位置。此外，电感元件具有导电的两个校正轨道元件，它们相对于测量路径并排地布置，并且传感器元件具有两个校正线圈，它们相对于测量路径并排地分别布置在两个校正轨道元件中的一个校正轨道元件上，并且校正线圈与校正轨道元件的重叠沿着测量路径是恒定的。电感元件可以是例如(近似柔性的)印刷电路板，测量轨道元件和校正轨道元件在该印刷电路板上被构造为一个或多个印制导线。该印刷电路板可以布置在要测量其运动的部件上，但是如果部件是导电的，则电感元件也可以直接由待测量的部件提供。例如，测量轨道元件可以是该部件上的升高。此外，校正轨道元件可以由该部件直接提供。一个或多个测量轨道元件和校正轨道元件可以分别由相互分离的导电轨道形成。然而，一个或多个测量轨道元件和/或校正轨道元件也可以仅由一个导电轨道提供。例如，一个或两个测量轨道元件可以由导电轨道的边缘提供。校正轨道可以由导电轨道的中间提供。每个线圈(测量线圈和/或校正线圈)可以在电感元件上分别具有导电轨道，该导电轨道提供相应的测量轨道元件。然而，也可以仅由一个导电轨道提供多个轨道元件(测量轨道元件和/或校正轨道元件)。传感器元件可以是印刷电路板，其中测量线圈和/或校正线圈被设计为平面线圈。传感器元件还可以包括其他部件，例如可以在线圈中感应交流电和/或测量这些线圈中的交流电压的频率的控制器。校正线圈的基面可以基本上对应于测量线圈的基面。校正线圈的面积也可以小于测量线圈的面积。电感元件和传感器元件可相对于彼此移动。例如，电感元件可以布置在轴上，该轴可相对于传感器元件旋转。传感器元件和电感元件也可以固定到部件上，该部件可在测量路径的方向上相对于彼此移位。利用校正线圈，可以抵消电感元件相对于传感器元件的倾斜，也可以抵消位移传感器的这两个元件的相对距离变化。在此，(一个或多个)测量线圈和校正线圈被加载交流电压，该交流电压在相应的(一个或多个)测量轨道元件和校正轨道元件中感应出涡电流，从而改变相应的线圈(感应线圈或校正线圈)的电感。这些线圈可以连接到谐振电路，该谐振电路的频率随着相应的电感而变化。该频率可以被评估为相应线圈的测量信号。因为一个或多个测量轨道元件例如沿测量路径改变其宽度，所以相应的测量线圈的电感以及相关的频率发生改变。因此，从频率可以推断出测量线圈沿测量路径的位置。然而，因为测量信号还取决于测量轨道元件与测量线圈的距离(即，在z方向上的距离)，所以可以通过倾斜或距离变化改变测量信号，使得该测量信号可以借助于校正线圈来进行校正。校正线圈相对于测量路径并排地布置，即当测量路径沿y方向时，校正线圈沿x方向。由于校正线圈与相应的校正轨道元件的重叠不取决于在测量路径上的位置，所以可以从校正线圈的测量信号(即，由校正线圈的电感所产生的交流电压的频率)推断出校正线圈对于校正轨道元件的距离。基于对于每一个校正线圈所确定的距离和位移传感器的已知几何形状(例如校正线圈彼此的距离以及校正线圈与一个或多个测量线圈的距离)可以推断出(一个或多个)测量线圈与相应的测量轨道元件的距离。通过该距离，例如可以校正测量线圈的频率。总的来说，容差对测量结果的影响几乎可以被抵消。使用位移传感器可以增加测量精度，因为可以执行距离校正和倾斜校正。此外，可以廉价地制造位移传感器，因为安装容差可以更大。根据本专利技术的一个实施例，测量轨道元件沿测量路径具有可变的宽度。例如，测量轨道元件可以改变其宽度，使得相对于测量路径产生正弦测量信号。与路径相关的正弦频率可以特别容易地被评估(例如，通过应用反三角函数)。根据本专利技术的一个实施例，两个校正轨道元件沿测量路径具有恒定的宽度。校正轨道元件可以比相应的校正线圈更宽。例如，沿着测量路径的校正线圈总是可以被校正轨道元件完全覆盖。根据本专利技术的一个实施例，至少一个测量轨道元件布置在两个校正轨道元件之间。当校正轨道元件在x方向上(即正交于y方向测量路径)被布置在测量轨道元件之外时，得出校正线圈在x方向上的更大距离，由此提高校正精度。根据本专利技术的一个实施例，至少一个测量线圈布置在两个校正线圈之间。如果校正线圈在x方向上布置在测量线圈旁边，则传感器元件可以在y方向上(即，在测量路径的方向上)保持特别短。总的来说，可以以可行的最小设计结构在x方向上产生最大的距离。根据本专利技术的一个实施例中，电感元件具有两个导电的测量轨道元件，它们沿着测量路径相对于测量路径并排地布置，其中传感器元件具有两个测量线圈，它们相对于测量路径并排地布置在两个导电的测量轨道元件上。换句话说，位移传感器可包括在x方向上彼此并排的两个测量线圈。根据本专利技术的一个实施例中，两个测量轨道元件的截面形状相同，并且测量轨道元件彼此交错地布置，使得在相应的测量线圈中感应出测量信号，测量信号相对于测量路径位置是彼此延迟的。例如，两个测量轨道元件可以被成形为使得一个测量线圈沿测量路径产生正弦测量信号，而另一个测量线圈产生余弦测量信号(即，90°相移的正弦信号)。根据商，可以使用arctan函数计算路径位置。根据本专利技术的一个实施例，校正轨道元件和测量轨道元件并排地延伸，并且由导电的轨道形成。测量轨道元件和校正轨道元件可以由电感元件上的相同导电结构提供。于是，相关的测量线圈和相关的校正线圈可以沿测量路径连续地布置。在这种情况下，校正线圈的面积可以小于测量线圈的面积。例如，校正线圈可以仅覆盖不具有可变宽度的导电轨道的一部分。根据本专利技术的一个实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种位移传感器(10)，包括：电感元件(14)，具有导电的至少一个测量轨道元件(20a，20b)，所述至少一个测量轨道元件沿着测量路径(M)延伸；传感器元件(12)，能够相对于所述电感元件(14)沿着所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)移动；其中所述传感器元件(12)包括至少一个测量线圈(24a，24b)，所述至少一个测量线圈被布置在所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)的上方；其中所述至少一个测量线圈(24a，24b)和所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)的重叠沿着所述测量路径(M)发生变化，使得所述至少一个测量线圈(24a，24b)的电感取决于所述测量线圈(24a，24b)在所述测量路径(M)上的位置(y)；其特征在于，所述电感元件(14)具有导电的两个校正轨道元件(20c，20d)，所述两个校正轨道元件相对于所述测量路径(M)并排地布置；并且所述传感器元件(12)具有两个校正线圈(24c，24d)，所述两个校正线圈相对于所述测量路径(M)并排地分别布置在所述两个校正轨道元件(20c，20d)中的一个校正轨道元件上，并且所述校正线圈与所述校正轨道元件(20c，20d)的重叠沿着所述测量路径(M)是恒定的。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.11 DE 102016204016.21.一种位移传感器(10)，包括：电感元件(14)，具有导电的至少一个测量轨道元件(20a，20b)，所述至少一个测量轨道元件沿着测量路径(M)延伸；传感器元件(12)，能够相对于所述电感元件(14)沿着所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)移动；其中所述传感器元件(12)包括至少一个测量线圈(24a，24b)，所述至少一个测量线圈被布置在所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)的上方；其中所述至少一个测量线圈(24a，24b)和所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)的重叠沿着所述测量路径(M)发生变化，使得所述至少一个测量线圈(24a，24b)的电感取决于所述测量线圈(24a，24b)在所述测量路径(M)上的位置(y)；其特征在于，所述电感元件(14)具有导电的两个校正轨道元件(20c，20d)，所述两个校正轨道元件相对于所述测量路径(M)并排地布置；并且所述传感器元件(12)具有两个校正线圈(24c，24d)，所述两个校正线圈相对于所述测量路径(M)并排地分别布置在所述两个校正轨道元件(20c，20d)中的一个校正轨道元件上，并且所述校正线圈与所述校正轨道元件(20c，20d)的重叠沿着所述测量路径(M)是恒定的。2.根据权利要求1所述的位移传感器(10)，其中所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)沿着所述测量路径(M)具有可变的宽度；和/或其中所述两个校正轨道元件(20c，20d)沿着所述测量路径(M)具有恒定的宽度。3.根据权利要求1或2所述的位移传感器(10)，其中所述至少一个测量轨道元件(20a，20b)布置在所述两个校正轨道元件(20c，20d)之间；和/或其中所述至少一个测量线圈(24a，24b)布置在所述两个校正线圈(24c，24d)之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的位移传感器(10)，其中所述电感元件(14)具有导电的两个测量轨道元件(20a，20b)，所述两个测量轨道元件沿着所述测量路径(M)而相对于所述测量路径(M)并排地布置；其中所述传感器元件(12)具有两个测量线圈(24a，24b)，所述两个测量线圈相对于所述测量路径(M)并排地布置在所述导电的两个测量轨道元件(20a，20b)上。5.根据权利要求4所述的位移传感器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·尤特莫伊伦，D·奥施努比，S·莱迪施，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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