用于确定至少一个物理参数的传感器配置及方法技术

一种通过至少一个周期激励来激发的传感器单元来确定至少一个物理参数的传感器配置，包括检测区域，在检测区域内，传感器单元周围的参数的变化导致来自传感器单元的输出信号。传感器单元是有线的，使得如果在检测区域的参数没有变化，则在传感器单元的输出端处的输出信号为零信号，然而，如果检测区域的参数存在变化，则输出信号为非零信号且具有振幅和相位。借助于闭环控制，即使在检测区域内的参数发生变化，在接收路径上的非零信号被调整为实现处于零的调整状态。在用于该调整的控制信号中固有的是调整状态下的控制信号偏差(⊿x，⊿y)，偏差表示关于参数的信息。为建立能够清楚确定检测区域内物理参数值的传感器配置以及方法，在控制信号的相空间的为矢量分离形式的偏差(⊿x，⊿y)的四象限图表示中，虚矢量(2.6)相对于x、y坐标系的x轴的角度表示对沿某一方向的参数变化的测量、和/或虚矢量(2.6)的大小表示对沿其他方向的参数变化的测量，所述虚矢量从x、y坐标系的原点(2.7)到测量点(2.5)并且所述原点对应于调整状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的参考本专利技术涉及且要求于2013年12月20日提交的德国专利申请10 2013 226 887.4以及2014年5月23日提交的德国专利申请10 2014 007 491.9的权益，在此通过引用明确地将其公开内容结合至本申请的主题中。
本专利技术涉及根据权利要求1和16的序言的用于确定至少一个物理参数的传感器配置和方法。
技术介绍
从现有技术中已知借助传感器单元来确定至少一个物理参数的最多样化的方法。倘若物理测量值转换为电力值，这些测量方法通常有一个共同点：依赖于温度，这一点在下文中将参考感应测量系统进行解释，甚至这些陈述也适用于其他需要的测量原则，比如电容、电阻、电学或化学测量系统，假定物理测量值转化为电气值。构成权利要求1的序言的基础的WO 2012/104086 A1公开了一种定位金属或含金属的物体和材料的方法，该方法相对彼此控制至少两个发送线圈的电流，使得即使受金属影响时，相对彼此连续控制由至少一个接收线圈接收到的接收信号或从接收信号生成的解调相位的平均值，以给出零值。在这种情况下，检测到的控制值至少为0度和90度的值且在其计算中不应忽略不计，这样可实现位于检测区域内的金属物体的准确分析。通过该方法，尽管可以分析金属物体，但不能明确地辨认在特定测量方向上的物体的运动。德国专利申请DE10 2012 001 202 A1描述了一种传感器，该传感器包括线圈配置，在线圈配置中，线圈的正常环形绕组被配置为弯曲形。两个发送线圈和一个接收线圈配合，使得接收到的信号变为零。在这种情况下，各个发送线圈优选地设置在接收线圈的上面和下面。这些发送线圈具有略不同于接收线圈的旋转角度，从而借由传输电流的分布，可控制接收线圈内的信号以给出零值。
技术实现思路
以此为出发点，本专利技术的目的是提供能够得出关于检测区域内的物理参数值的明确结论的传感器配置和方法。该目的是通过包括权利要求1的特征的传感器配置以及通过包括权利要求16的特征的用于确定至少一个物理参数的方法来实现的。倘若物理测量值转换为电力值，本专利技术起源于下面通过感应接近传感器实例解释的考虑，虽然该方法也可按照要求用于其他测量原理，比如电容性、电阻式、光学和化学测量系统。典型地，这种传感器传递的电力值非常小，使得在评估这些信号之前，进行放大对应信号的处理。尽管今天微处理器内的A/D转换器已经非常敏感以将模拟信号转换为数字信号，但在一些传感器中，值的变化非常小，仍旧需要检测，以至于甚至超出了这种A/D转换器的能力。本专利技术以可用同样小但数字化生成的信号补偿这种小信号为出发点来给出零值。该“零信号”那时可以放大到任何期望水平且提供给微处理器的A/D转换器。如果该零信号通过闭环控制一直保持为零，系统中放大时引起的外部影响以及因此产生的变化对控制值不再有任何影响。本专利技术大体上基于在接收路径中确定的信号同时包含关于物理参数的信息和示例性实施方式中线圈系统的检测区域内目标的形状和/或成分或者目标表面的尺寸这种实现。原则上，控制值的偏差也包含一条关于物理参数的信息，比如与传感器配置的距离。然而，这条信息不能单独从其他物理参数信息中获得。因此，在目标的位置运动的情况下，关于与传感器配置的距离的信息由目标在横向于距离方向的方向上的运动信息来覆盖。在此，在根据权利要求4或18的实施方式的情况下，目标的运动或位置由形状和/或构成的变化来确定，与目标到线圈系统的距离无关。如果根据权利要求处理该条信息，则关于物理参数的进一步期望的信息可以用差分的方式推理出来。正如现有技术已知的，接收路径中的信号连续控制发生在闭环控制电路中，使得一直控制接收的信号以给出零值。因此，发送/接收线圈系统的检测区域内的变化总是导致控制信号的变化。因此，来自补偿条件的偏差作为用于检测物理参数(比如目标位置)的一条信息在控制信号中是固有的。一旦已计算出来控制变量，如果来自补偿初始条件的控制变量的偏差以矢量分析形式应用到控制信号的相空间的四象限图中，那么可根据本专利技术在四象限图中建立：虚矢量与坐标系横轴的角度(其中矢量从与补偿条件对应的坐标系的原点到测量点)是对在一个方向上的参数的变化的衡量和/或虚矢量的大小是对在其他方向上的参数的变化的衡量。在测量方向上优先进行目标位置检测的情况下，虚矢量和横轴构成的角度是测量目标在测量方向上的运动，而虚矢量的大小是衡量目标垂直于测量方向的距离。因此，在测量方向上的目标的运动/位置可分别从垂直于测量方向的目标的距离/运动来推测，或根据目标可推测目标的构成和形状。这具有优势，例如在旋转轴或具有圆锥、旋转对称形状的其他旋转体的情况下，沿旋转轴线的运动可从在横向于该旋转轴线的方向上发生的运动中单独检测到。因此，倘若目标位于发送/接收线圈系统的检测区域内，可从测量结果中过滤掉距离和公差。优选地，可能的测量方向是坐标测量系统的所有方向。在此，目标可构造为弓形的或事实上是旋转对称的圆锥形，和/或可安装在在主体的表面上，检测在主体的表面上的运动。原则上，倘若测量方向上的目标的变化对线圈系统具有影响，则任何期望的形状或构成是可用的。至于旋转体，利用用在角位置上偏置安装在旋转体上的多个目标或与目标关联且连接的多个发送/接收线圈系统在整个角范围内观察旋转体是可能的。如果有多个目标，这些目标可具有不同的谐振频率。换句话说，各个目标采用能影响矢量图中信号(signature，签名)的形式，这样，可清楚地评估目标的运动。优选地，这些目标在测量方向上逐渐变细，其中这些目标的尖端优选地设置在相反方向。这就导致，当目标运动时，四象限图内的感应信号留下较大轨迹，可较好地用于评估目标的运动以及目标距离发送/接收线圈系统的距离。如果导电轨迹，尤其是，谐振电路用作目标，可因此进一步影响感应信号，且可实现比主专利技术高20倍的灵敏度。术语“零信号”可理解为除了噪音外不包含任何信息的信号。尤其是，可理解为在交流电压下不存在相位或实际振幅。尤其是，在该背景下，直流电压和/或嘈杂直流电压可理解为零信号。作为特例，0伏的信号也可被理解为零信号。进一步的优势从子权利要求和下面给出的优先示例性实施方式的描述而变得显而易见。附图说明下面参考示例性实施方式将更详细解释本专利技术。在图中：图1示出系统部件的示意性方框电路图，图2示出评估测量值时的过程的流程图，图3示出具有关联发送/接收线圈系统的目标的三维侧视图，图4a、图4b示出根据图3的目标沿n轴移位和目标沿测量轴m移位的插图的平面图，图5、图6示出控制信号的偏差的四象限图，图7、图8示出目标和具有旋转目标的发送/接收线圈配置的平面图和侧视图，图9a、图9b示出根据图7的具有两个发送/接收线圈系统的示例性实施方式的图示，图10示出根据图9a和图9b的两个发送/接收线圈系统的信号分布曲线，图11、图12示出用于检测轴旋转的传感器配置的不同实施方式，图13示出具有钟控(clock-operated)发送线圈和接收线圈的发送/接收线圈系统的示意性电路，图14a、图14b示出替代发送/接收线圈系统的示意性电路，图15、图16示出平面图内在发送/接收线圈系统上方的目标配置的不同示例性实施方式，图15a、图16a示出基于系统偏差Δx,Δy的四象限图内各个目标获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器配置，用于借助由至少一个周期激励(1.4)激发的传感器单元来确定至少一个物理参数，其中，所述传感器单元具有至少一个检测区域(10)，在所述检测区域(10)内，所述传感器单元周围环境内的参数的变化导致来自所述传感器单元的输出信号(1.7)，其中，所述传感器单元被连接为使得如果在所述检测区域(10)内的所述参数未发生变化，则在所述传感器单元的输出端处的所述输出信号(1.7)为零信号或接近零的信号，然而，如果在所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，则所述输出信号(1.7)为非零信号且具有特定的振幅和相位，其中，在闭环控制电路中，为了实现补偿条件的目的，即使在所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，在接收路径中通过控制信号(1.6)来补偿所述非零信号以给出零值，其中，来自所述补偿条件的所述控制信号中的偏差(Δx，Δy)作为关于所述参数的一条信息在所述控制信号(1.6)中是固有的，其特征在于，在所述控制信号的相空间中的为矢量分析形式的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图内，虚矢量(2.6)与x、y坐标系的x轴所形成的角度是对在一个方向上的所述参数的变化的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对在其他方向上的所述参数的变化的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述补偿条件的所述x、y坐标系的原点(2.7)至测量点(2.5)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 DE 102013226887.4;2014.05.23 DE 10201401.一种传感器配置，用于借助由至少一个周期激励(1.4)激发的传感器单元来确定至少一个物理参数，其中，所述传感器单元具有至少一个检测区域(10)，在所述检测区域(10)内，所述传感器单元周围环境内的参数的变化导致来自所述传感器单元的输出信号(1.7)，其中，所述传感器单元被连接为使得如果在所述检测区域(10)内的所述参数未发生变化，则在所述传感器单元的输出端处的所述输出信号(1.7)为零信号或接近零的信号，然而，如果在所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，则所述输出信号(1.7)为非零信号且具有特定的振幅和相位，其中，在闭环控制电路中，为了实现补偿条件的目的，即使在所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，在接收路径中通过控制信号(1.6)来补偿所述非零信号以给出零值，其中，来自所述补偿条件的所述控制信号中的偏差(Δx，Δy)作为关于所述参数的一条信息在所述控制信号(1.6)中是固有的，其特征在于，在所述控制信号的相空间中的为矢量分析形式的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图内，虚矢量(2.6)与x、y坐标系的x轴所形成的角度是对在一个方向上的所述参数的变化的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对在其他方向上的所述参数的变化的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述补偿条件的所述x、y坐标系的原点(2.7)至测量点(2.5)。2.根据权利要求1所述的传感器配置，其特征在于，确定用于感应检测至少一个目标(1.2)的位置或运动的所述物理参数，并且其特征在于，设置至少一个发送/接收线圈系统(1.1)，所述至少一个发送/接收线圈系统(1.1)由至少两个线圈形成、具有检测区域(10)且被连接为使得在所述检测区域没有金属影响时在所述发送/接收线圈系统的输出端处的输出信号为零信号，其中，如果所述检测区域(10)内存在目标(1.2)，则在所述发送/接收线圈系统的输出端处的输出信号为非零信号且具有特定振幅和相位，并且所述传感器配置具有用于所述闭环控制电路的控制器(1.5)，为了实现所述补偿条件的目的，即使在所述检测区域(10)内存在所述目标(1.2)的情况下，所述闭环控制电路的所述控制信号(1.6)在所述接收路径(1.7)中调节所述非零信号以给出零值，其中，来自所述补偿条件的所述控制信号的所述偏差(Δx，Δy)作为用于检测所述目标(1.2)的位置的距离信息在所述控制信号(1.6)中是固有的，其中，在所述控制信号的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图中，所述虚矢量(2.6)与所述x、y坐标系的所述x轴所形成的角度是对所述目标(1.2)在测量方向(m)上的运动的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对垂直于所述测量方向(m)的所述目标(1.2)与所述发送/接收线圈系统(1.1)之间的距离的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述发送/接收线圈系统(1.1)的所述补偿条件的所述x、y坐标系的所述原点(2.7)至所述测量点(2.5)。3.根据权利要求1或2所述的传感器配置，其特征在于，所述控制(1.5)为连续控制。4.根据权利要求2或3所述的传感器配置，其特征在于，所述目标(1.2)具有在所述测量方向(m)上变化的形状或构成。5.根据权利要求2至4中的一项所述的传感器配置，其特征在于，所述目标(1.2)为弓形的、逐渐变细的、或旋转对称的圆锥形目标。6.根据前述权利要求中的一项所述的传感器配置，其特征在于，设置多个目标(15.2，16.1)，所述多个目标(15.2，16.1)具有不同的谐振频率且采用影响所述四象限图内的矢量图的信号的形式，使得所述多个目标(15.2，16.1)的运动是能够清楚评估的。7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器配置，其特征在于，目标具有在测量方向(m)上逐渐变细且在相反方向上逐渐变细的多个目标(15.2，16.1)。8.根据权利要求6或7所述的传感器配置，其特征在于，所述多个目标(15.2，16.1)为三角形或菱形，其中，三角形的顶点或菱形的点指向彼此。9.根据权利要求2至8中的一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：格尔德·赖梅，
申请(专利权)人：格尔德·赖梅，
类型：发明
国别省市：德国;DE