感应电流位置传感器制造技术

一种用于高精度装置，如线性或旋转编码器中的感应传感系统，包括两个可以相对移动的部件。一第一有源部件在没有电源或电线与之相连的第二无源部件中感生出涡流。第一有源部件包括一用于产生磁场的发射装置和一用于接收该磁场的接收装置，该接收装置包括许多对称的环路。当无源部件对接收装置接收的磁场产生扰动时，与该接收装置耦合的电路计算这两个部件之间的相对位置。这种使用电池的感应传感器容易制造，能抗污染。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用磁场感应电流信号监测两个部件之间的位移或位置。当前存在多种位移或位置传感系统。这些传感器中的大部分能够监测线性、旋转或角位移。光学传感器通常由一个扫描单元和一个其上安装有一个光栅的玻璃标尺构成。扫描单元一般包括一个光源、一个用于准直光线的聚焦透镜、一个带有标度光栅的扫描刻度板、和一个光探测器。标尺相对于扫描单元移动，刻度线与产生周期光波动的标度光栅中的标度线或间隔一致。光密度的周期波动被光探测器转换成电信号，然后将这些信号加以处理以确定位置。光学传感器能够以非常高的精度进行位置测量，尤其是在使用激光光源时更是如此。当前，为了提高效率，大部分制造商都宁愿在车间里使用手持编码器和其他测量工具，而不是在无污染检测室中进行测量。但是光学传感器对于污染是十分敏感的，所以在大部分制造或销售场所都无法使用。因此，需要采用昂贵的，但有时却不可靠的环境密封或者其他密封光学传感器的方法以使灰尘和油污不能进入传感器中。此外，光源常常需要相当大的电流，因而使得光学传感器不适用于采用电池作电源的测量工具中(例如，手持编码器)。电容传感器使用非常小的电流，所以十分适合用于以电池作为电源的测量工具中。电容传感器是以平行板电容器模式工作的。发射极板和接收极板设置在一个固定部件上，并分别与相应的电压发生与读出电路相连。这两块极板构成平行板电容器中的一块板。另一块板是由一个包括许多隔开的刻度板的可移动部件或标尺构成。当标尺相对于固定部件移动时，发射极板和接收极板通过在它们之间经过的标尺上的各个刻度板相互电容耦合。读出电路检测当标尺中的刻度板移动时在接收极板中电压的变化。但是电容传感器要求在固定部件中的极板与标尺中的极板之间的间隙很小。而小的间隙要求严格的制造公差，从而提高了制造成本。此外，电容传感器对于污染，特别是对介电液体，例如油十分敏感。所以，同光学传感器一样，需要昂贵而不可靠的密封。磁性传感器对于由油、水、和其他液体造成的污染是不敏感的。磁性传感器(例如，Sony Magnescale encodersTM)包括一个探测磁场的读出头和一个用周期磁场分布选择性磁化的铁磁性标尺。当标尺移动时，读出头探测磁性标尺中的磁场变化，从而确定位置。磁性传感器受到小颗粒，特别是受到附着在磁性标尺上的铁磁性颗粒的影响。所以，磁性传感器与电容和光学传感器一样加以密封、封闭或者采用其他防护方法以抑制灰尘，减小它们的影响。感应传感器对切削油、水或其他液体是不敏感的，对于灰尘、铁磁颗粒等也是不敏感的。感应传感器(例如，Inductosyn型传感器)在一个部件上包括多个线圈，例如在一块印刷电路板上的一组平行的重复线圈组，这些线圈传输由在其他部件上的类似线圈接收的变化磁场。在第一部件的线圈中的交变电流产生变化磁场。由第二部件接收的信号随两个部件之间的相对位置而周期变化，所以它们之间的相对位置可以利用适合的电路来确定。但是，两个部件都是活动的，所以它们必须与其各自的电路连接。将两个部件与电路电连接增加了制造和安装成本。此外，在旋转编码器的情况下，移动部件必须通过滑动环连接，这增加了成本，降低了编码器的可靠性。在一些专利中，专利技术者试图提供一种对于污染不敏感的位移或位置传感器，并且试图使其能够比光学传感器、电容传感器或感应传感器更加廉价地制造。在美国专利US-4,697,144(Howbrook)、US-5,233,294(Dreoni)、和US-4,743,786(Ichikawa)、以及英国专利申请GB-2,064,125(Thatcher)中，公开了一些位置探测装置，这些装置检测一个不活动的或不被驱动的部件与一个被驱动的部件(例如，在一个永磁体和一个读出电路之间)的位移。虽然上述的专利中所描述的传感系统消除了两个移动部件之间的寄生电耦合现象(感应传感器的一个缺点)，但是这些系统一般达不到现有的传感器(例如，光学或感应编码器)的高精度。此外，在这些传感系统中的不活动部件通常选取铁磁性材料以产生强磁场，或者在由活动部件产生的封闭的、聚敛磁场中移动。这些专利中的传感系统还产生不连续的输出信号，这使得在延伸的位置或距离处的读出不准确。另外，这些专利中的传感系统一般不能应用于更广泛的装置，诸如手持测量工具或者线性位移传感器、旋转位移传感器、角位移传感器或者其也类型的位置传感器。总之，这些专利技术者没有专利技术具有以下特性的移动或位置传感系统，(1)对于污染，例如油和铁磁性颗粒不敏感，(2)适用于更多种的用途，(3)准确，和(4)与现有的传感器相比可以相对廉价地制造。直到目前为止，具有至少上述四个优点的传感系统还没有出现。根据本专利技术的原理，一种用于高精度装置(例如，读出头测量位移的分辨率在10μm量级或者更好)，诸如线性或旋转编码器中的感应传感器系统包括两个可以彼此相对移动的部件。一个第一、主动部件在一个第二、被动部件中产生涡流(即一个没有任可外部电源或者电线与之相连的部件)。第一部件包括一个用于产生磁场的主动变送器和一个用于接收该磁场的被动接收器。第二、被动部件根据其相对于第一部件的位置对所接收到的磁场产生作用。与变送器和接收器连接的电路计算出两个部件之间的相对位置，然后将相对位置结果输出到显示器上。本专利技术的感应传感器通过采用，诸如印刷电路板技术可以容易并且廉价地制造出来。第一和第二部件之间的间隙可以很大，因而减小了制造公差，从而使得这种传感器的制造成本更低。此外，本专利技术的传感器对于由颗粒，包括铁磁性颗粒、和油、水、或其他液体造成的污染不敏感。所以，这种传感器无需昂贵的环境密封即可进行制造，并且还能够在大多数车间环境中使用。本专利技术所采用的脉冲驱动电路使得感应传感器只消耗很少的能量，所以可以很容易与手持的、电池作为电源的测量工具结合使用。概括地说，本专利技术体现为一种位移或位置传感系统，该系统包括一个磁场源，可取的是，该磁场源包括产生一个变化磁场的第一路导磁材料。至少一个由导电材料构成的扰磁体设置在磁场中，并对扰磁体附近的磁场产生扰动。一个薄的感应导体在该磁场中或磁力线中沿着一条测量轴形成具有规定的周期分布的接收磁通量区域，从而响应变化的磁通量在该感应导体的至少一个输出端上被动产生一个电动势(电动势)。扰磁体和周期分布的感应导体可以彼此相对运动，即从所说周期分布的第一部分与扰磁体重合的第一位置移动到所说周期分布的第二部分与扰磁体重合的第二位置，从而扰磁体改变了从第一位置到第二位置的电动势。扰磁体与感应导体的周期分布相互作用，相应于扰磁体与周期分布的感应导体之间沿测量轴方向的连续的相对运动，在感应导体的输出端产生了连续变化的周期电动势。可取的是，感应导体由设置在磁场中的一种导电材料的许多第一和第二交变环路构成。每个所说的第一和第二环路分别相应于磁场产生第一和第二信号分量。第一和第二环路与扰磁体之间可以彼此相对移动。在第一位置，第一环路与扰磁体最近，从而第一信号分量发生变化。在第二位置，第二环路与扰磁体最近，从而第二信号分量发生变化。第一和第二信号分量表示出第一和第二环路相对于扰磁体的位置。本专利技术还体现为一种位置传感系统，该系统包括产生一个磁场的第一路导磁材料。所说的第一路基本是直的，并与一条测量轴基本平行。在该磁场中设置有至少一个由导电材料构成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位置传感系统，包括： 一个磁场源，它在一个磁场区域中产生变化的磁通量； 至少一个第一传感导体，该传感导体位于一个浅薄区域中，并设置成能够沿着一条测量轴形成一种预定的周期分布的磁通量接收区域，并且设置在所说磁场区域中以响应变化的磁通量，在所说传感导体的至少一个输出端上被动产生一个电动势信号； 一个支撑件； 许多扰磁体，这些扰磁体具有规定的形状，由导体材料制成，以预定的间隔定位在所说支撑件上，并且可以在磁场中移动，从而变化的磁通量在所说扰磁体中产生涡流，其对于该扰磁体附近的磁通量产生扰动； 扰磁体和传感导体的周期分布可以彼此相对从一个第一位置移动到一个第二位置，其中所说第一位置是指周期分布的第一部分与至少一个扰磁体重叠的位置，所说第二位置是指周期分布的第二部分与至少一个扰磁体重叠的位置，从而扰磁体改变了从第一位置到第二位置之间的电动势，扰磁体的预定间隔是确定的，从而所说的许多扰磁体与传感导体的周期分布相互作用，响应于所说扰磁体与所说传感导体的周期分布之间沿着所说测量轴方向的连续相对运动，在所说传感导体的输出端上产生一个连续变化的周期电动势信号； 一个至少与所说第一传感导体的输出端耦合的分析电路，它根据至少在所说第一传感导体的输出端上产生的变化电动势信号确定在所说第一位置与第二位置之间传感导体相对于这些扰磁体的位置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K马斯雷里茨，NI安德莫，KW阿瑟顿，
申请(专利权)人：三丰株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]