感应式位移传感器制造技术

感应式位移传感器和使用这些感应式位移传感器的方法可以用于各种环境。例如，用于精确地测量线性运动或角运动的系统可以使用感应式位移传感器来测量位置的改变。如传感器等装置可以包括初级电感器。该装置还可以包括第一次级电感器，该第一次级电感器场耦合至该初级电感器。该装置可以进一步包括第二次级电感器，该第二次级电感器场耦合至该初级电感器。该第一次级电感器和该第二次级电感器可以被配置为用于检测耦合器的运动的协调的电感器。该协调的电感器可以被配置成用于提供参考信号和测量信号，其中，该参考信号跨该耦合器的运动范围具有恒定振幅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请涉及并要求于2014年4月28日提交的美国临时专利申请号61/985,372的权益和优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合在此。背景
感应式位移传感器和使用这些传感器的方法可以用于各种环境。例如，用于精确地测量线性运动或角运动的系统可以使用感应式位移传感器来测量位置的改变。
技术介绍
在某些常规感应式传感器中，提供了初级线圈和两个次级线圈。在这些传感器中，这两个次级线圈被设计为使得接收信号的大小相对于彼此随机械运动相反地变化。此类传感器的早期版本被称为线性可变差动变压器(LVDT)。LVDT是将相对于机械参考(或零)的线性位移或角运动转换成包含相位信息(针对方向)和振幅信息(针对距离)的成比例的电信号的感应式换能器。图1展示了典型的LVDT配置。如图1所示，LVDT由在非铁磁性孔衬里或轴管的整个长度上或者在圆柱形非导电材料(如采用线圈形式或线筒的塑料或陶瓷材料)的整个长度上绕线的初级线圈组成。两个次级线圈(次级a，次级b)围绕初级线圈而缠绕。这两个次级线圈通常以相反顺序连接或者采用差动连接。这些次级线圈相对于彼此是对称的，从而使得他们有效地形成正弦-余弦关系。较新的感应式传感器代替在具有印刷在PCB上的线圈的LVDT中找到的变压器。这种替代引起类似的磁耦合效应，其中，显著减小了传感器的大小和成本。与LVDT一样，使用正弦波载波来驱动初级线圈。耦合器(典型地配置有形成短路线圈的PCB迹线的另一个PCB)用于将由初级线圈所创建的场耦合到次级线圈，从而使得所接收的信号的振幅随耦合器的机械运动而变化。在次级线圈上所接收的信号向引起自动增益控制(AGC)的系统提供反馈。此反馈依赖于这两个接收信号之间的正弦/余弦关系，该关系支持以下等式：A2+B2＝K，其中K为常量。所计算出的K与K的理想值之差被用作系统的反馈信号。可以利用该反馈来改变驱动至初级线圈的正弦波的大小和/或改变在系统的信号调节路径中的放大器的增益。由于该反馈均等地应用于两个信号，所以这两个信号的比率关系保持完整，并且每个输出继续成比例地反映输入。在次级线圈上接收的信号还被利用来测量机械运动。在常规的双线圈感应式传感器的情况下，次级线圈具有需要信号处理以便产生正切或余切结果的正弦/余弦关系。然后，必须通过查找表或其他方式进一步处理此正切/余切结果，以创建指示耦合器的运动的线性输出或其他输出。这样的信号处理需要包括处理器、存储器和信号处理算法的系统。
技术实现思路
根据本专利技术的某些实施例，一种装置可以包括初级电感器、场耦合至所述初级电感器的第一次级电感器、以及由耦合器场耦合至所述初级电感器的第二次级电感器，所述耦合器的运动将被检测。所述第一次级电感器和所述第二次级电感器可以被配置为用于检测耦合器的运动的协调的电感器。该协调的电感器可以被配置成用于提供参考信号和测量信号，其中，该参考信号跨该耦合器的运动范围具有恒定振幅。在本专利技术的某些实施例中，一种方法可以包括为初级电感器供能。所述方法还可以包括：提供来自多个次级电感器中的至少一个次级电感器的参考信号，其中，所述多个次级电感器由耦合器场耦合至所述初级电感器，并且其中，来自所述多个次级电感器的一对次级电感器被配置为协调的电感器。所述方法可以进一步包括：提供来自所述多个次级电感器中的至少一个另一个次级电感器的测量信号，其中，所述测量信号被配置成用于反映所述耦合器的运动。所述参考信号可以跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅。此外，所述方法可以另外包括：基于所述测量信号的变化来确定所述耦合器的运动。根据本专利技术的某些实施例，一种系统可以包括：传感器，所述传感器包括初级电感器、场耦合至所述初级电感器的第一次级电感器、以及由耦合器场耦合至所述初级电感器的第二次级电感器。所述第一次级电感器和所述第二次级电感器可以被配置为用于检测耦合器的运动的协调的电感器。所述协调的电感器可以被配置成用于提供参考信号和测量信号。所述参考信号可以跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅。所述系统还可以包括输出，所述输出被配置成用于提供对由所述传感器检测到的所述运动的表示。附图说明为正确地理解本专利技术，应当参照附图，其中：图1展示了典型的LVDT配置。图2展示了根据本专利技术的某些实施例的感应线圈配置。图3展示了根据本专利技术的某些实施例的复杂感应线圈配置。图4展示了根据本专利技术的某些实施例的感应线圈。图5展示了根据本专利技术的某些实施例的复杂感应线圈。图6展示了根据本专利技术的某些实施例的来自复杂感应线圈的信号。图7展示了根据本专利技术的某些实施例的传感器系统。图8展示了根据本专利技术的某些实施例的多个相位与特定段的标识的关系。图9展示了根据本专利技术的某些实施例的装置。图10展示了根据本专利技术的某些实施例的方法。图11展示了根据本专利技术的某些实施例的感应线圈配置。图12展示了根据本专利技术的某些实施例的与不同电感器位置的固定耦合面积。图13A和13B展示了根据本专利技术的某些实施例的由于线圈的前侧和后侧部分的位置反转引起的输出电流的影响。具体实施方式本专利技术的某些实施例适用于可以利用来测量机械运动(如线性运动或角运动/旋转运动)的传感器。具体地，本专利技术的某些实施例适用于可以利用初级线圈来发射源信号并且可以利用两个或更多个次级线圈来经由耦合器接收发射的源信号的感应式传感器。该传感器可以被实现为印刷电路板(PCB)上的迹线。因此，线圈可以是电感器而不是老式传感器中的传统的卷线，并且因此，此处使用的词语“线圈”与词语“电感器”是可互换的。更具体地，本专利技术的某些实施例可以提供传感器设计和传感器系统，在这些设计和系统中，次级线圈可以被设计为使得可以存在参考信号和测量信号而不是前述传感器中的正弦/余弦关系。不考虑耦合器的位置，固定信号可以由次级线圈中的一个或另一个次级线圈产生。固定信号可以被用作系统的参考信号并且可以提供AGC反馈。图2展示了根据本专利技术的某些实施例的感应线圈配置。在图2中，如由实线封闭面积指示的，线圈A具有在耦合器的运动范围内的固定面积，并且如由虚线封闭面积指示的，线圈B具有线圈A的面积的50％的面积，线圈B的面积被安排为在耦合器的运动范围内线性地改变。因此，由于耦合器水平地移动跨过这两个线圈，所以来自线圈A的信号可以保持为不变值，而当耦合器向左移动时来自线圈B的信号可以增加，并且当耦合器向右移动时来自线圈B的信号可以降低。由于线圈B面积的改变线性地变化，所以来自线圈B的输出信号可以是线性的。如果这样的线性输出是期望的，那么线圈设计的这方面引起不需要复杂处理的输出以便实现系统的线性输出。在家庭或办公环境中使用的系统中，可能存在将传感器暴露于干扰信号的环境条件。这样的干扰可能来自附近的手机、位于传感器附近的导电材料、位于传感器附近的磁性材料等。如果这两个次级线圈的面积不是完全相同，则干扰信号可以对来自线圈的输出信号具有不平衡的影响。这可能会引起传感器系统中的测量错误。在图2的感应线圈配置中，线圈A的整个面积是线圈B的整个面积的两倍，因此，相比于线圈B，干扰信号会对线圈A具有两倍的耦合效应。由于系统可能无法检测干扰信号的存在，所以此效应可能会引起系统测量错误。为了减轻这样的效应，可以给线圈B增加附加面积，从而使得线圈B的整个面积等于线圈A的面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：初级电感器；第一次级电感器，所述第一次级电感器场耦合至所述初级电感器；以及第二次级电感器，所述第二次级电感器场耦合至所述初级电感器；其中，所述第一次级电感器和所述第二次级电感器被配置为协调的电感器以用于检测耦合器的运动；并且其中，所述协调的电感器被配置成用于提供参考信号和测量信号，其中，所述参考信号跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.28 US 61/985,3721.一种装置，包括：初级电感器；第一次级电感器，所述第一次级电感器场耦合至所述初级电感器；以及第二次级电感器，所述第二次级电感器场耦合至所述初级电感器；其中，所述第一次级电感器和所述第二次级电感器被配置为协调的电感器以用于检测耦合器的运动；并且其中，所述协调的电感器被配置成用于提供参考信号和测量信号，其中，所述参考信号跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述参考信号被配置为最大信号。3.如权利要求1所述的装置，其中，所述耦合器被配置成用于场耦合所述初级电感器与所述第一次级电感器和所述第二次级电感器。4.如权利要求1所述的装置，其中，所述测量信号相对于所述耦合器的运动而线性地变化。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述测量信号相对于所述耦合器的运动而非线性地变化。6.如权利要求1所述的装置，进一步包括：比较器，所述比较器被配置成用于比较来自所述第一次级电感器的第一信号与来自所述第二次级电感器的第二信号，其中，所述比较器被配置成用于确定哪个次级电感器信号表示所述参考信号以及哪个次级电感器信号表示所述测量信号。7.如权利要求1所述的装置，其中，以所述运动范围将所述第一次级电感器和所述第二次级电感器分成多段，其中，所述运动范围包括多个段。8.如权利要求7所述的装置，进一步包括：相位检测器，所述相位检测器被配置成用于从所述多个段中识别出当前段，其中，所述当前段对应于所述耦合器的位置。9.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一次级电感器和所述第二次级电感器被印刷在电路板上。10.如权利要求1所述的装置，其中，所述协调的电感器被配置成用于在提供所述参考信号与提供所述测量信号之间交替。11.如权利要求1所述的装置，其中，所述耦合器具有预定宽度，并且其中，所述第一次级电感器和所述第二次级电感器中的提供所述参考信号的那个次级电感器安排有沿着所述耦合器的行进方向以周期性重复的方式改变的面积，其周期等于所述预定宽度。12.一种方法，包括：为初级电感器供能；提供来自多个次级电感器中的至少一个次级电感器的参考信号，其中，所述多个次级电感器场耦合至所述初级电感器，并且其中，来自所述多个次级电感器的一对次级电感器被配置为协调的电感器；提供来自所述多个次级电感器中的至少一个另一个次级电感器的测量信号，其中，所述测量信号被配置成用于反映耦合器的运动，并且其中所述参考信号跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·R·杰克森，王世举，
申请(专利权)人：美高森美公司，
类型：发明
国别省市：美国;US