感应传感器制造技术

一种传感器，其用于检测诸如度和例如人类手指等物体的存在状态的外部参数，包括：（ｉ）激励线圈（６８，７０）；（ｉｉ）信号发生器（４１，６１，６２，６３），可操作为生成激励信号，且被布置为将所生成的激励信号施加到激励线圈；（ｉｉｉ）传感器线圈（７４），其可以通过一般为无源谐振电路形式的中间装置或目标（７４）而电磁耦合到激励线圈，从而响应由信号发生器施加到激励线圈的激励信号而在该传感器线圈中生成周期性电信号；和（ｉｖ）信号处理器，可操作为处理在传感器线圈中生成的周期性电信号以确定一表示所检测参数的值。所述中间装置对所要检测的参数敏感，例如通过包括ＰＴＣ或ＮＴＣ电阻器，或能够受物体的接近影响的电容器，从而使得在传感器线圈中生成的周期性电信号受所述参数影响。所述传感器也能够生成与激励信号基本上相同频率的附加信号，例如通过中间电路中的附加谐振电路，并且信号处理器可操作为从所述附加信号和所述在传感器线圈中生成的周期性信号来确定外部参数的值。例如，所述传感器可以被应用在触及驱动部件的阵列中以探测操作员在何时触及它们。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求基于英国专利申请No.0417686.3的优先权，该申请通过引用以其全部并入此处，如同其在此处被完整地给出。
本专利技术涉及检测装置，还涉及用于检测参数值的方法。
技术介绍
多种形式的感应传感器已经被用来生成表示两个相对运动部件的位置的信号。典型地，一个部件载有激励线圈和两个或更多传感器线圈，而另一部件载有谐振电路。在谐振电路和每个传感器线圈之间的磁耦合随着位置而变化，使得通过向激励线圈施加处于谐振电路谐振频率的振荡信号，而在每个传感器线圈中感应出信号，该信号在谐振频率隔离(isolate)，但是其振幅作为两个部件相对位置的函数而变化。在国际专利申请No.WO 03/038379中描述了一种形式的感应传感器，其中，激励信号包括被低频信号幅度调制的载波信号，并且在信号处理单元中解调在传感器线圈中感应出的信号，以确定元件的位置。国际专利申请No.WO 2004/036148描述一种改进形式的传感器，其中信号处理单元生成处于只少量偏离激励信号频率的中间频率处的第二信号，并且将第二信号和从传感器线圈接收的信号混频，以生成其相位包含与物体位置相关的信息的低频信号。除了探测物体的位置，所述传感器也可以用作依靠具有不同谐振频率的共处一处的谐振电路来探测诸如温度和湿度的外部参数。通过获取对每个谐振电路的位置测量结果，位置测量结果中的差异可以形成对那些外部环境参数的测量结果。然而，这种传感器具有如下缺陷：必须在每个谐振电路的谐振频率附近进行测量，以获取参数的单个值。另外，采用具有相对高-->的品质因子(Q因子)的谐振电路，导致当谐振电路的谐振频率由于待确定参数中的变化而变化时，所接收信号的强度会相对快地下降。如果任何一个谐振电路的信号强度降到系统的噪声电平以下，那么就不能确定参数的值了。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于检测外部参数的传感器，该传感器包括：(i)激励线圈；(ii)信号发生器，其可操作为用于生成激励信号，且被布置为将所生成的激励信号施加到激励线圈；(iii)传感器线圈，其可以通过中间装置被电磁耦合到所述激励线圈，以响应由信号发生器施加到激励线圈的激励信号而在该传感器线圈中生成周期性电信号；和(iv)信号处理器，其可操作为处理在传感器线圈中生成的周期性电信号，以确定一表示被检测参数的值；其中，所述中间装置对所要检测的参数敏感，从而使得在传感器线圈中生成的周期性电信号受所述参数影响；所述传感器包括用于生成与所述在传感器线圈中生成的周期性电信号基本上频率相同的附加信号的装置，所述周期性电信号通常，但不是必须地，与所述激励信号频率相同；并且所述信号处理器可操作为根据所述附加信号和在传感器线圈中产生的所述周期性信号来确定外部参数的值。术语“外部参数”意为不依赖于传感器的部分的位置的任何参数，例如中间装置或所谓“目标”的位置。因此，举例来说，可以采用所述传感器以探测任何会影响由所述中间装置生成的信号的环境参数，例如温度、湿度、电磁辐射强度、化学物类或生物学物类的存在状态或浓度以及类似物。所检测的电磁辐射可以具有任意的波长，例如可以是红外、可见或紫外、微波或x射线或者甚至是γ射线。-->根据本专利技术的传感器的工作基于，如果中间装置对所要测量的外部参数中的变化敏感，那么外部参数中的任何变化将影响在中间装置中流动的电流，例如，在谐振电路情形中，通过改变谐振频率和/或通过改变该装置的Q因子，将会导致能够测量到的中间装置的视在位置中的变化。根据本专利技术的传感器具有如下优点，传感器线圈探测到的是处于给定频率的单个信号，而不是必须分开处理的两个分离的信号。更进一步，因为所处理的信号具有基本上相同的频率并且由此形成单个信号，能够处理作为结果的信号以确定参数的值，即使由传感器线圈从中间装置所获得的信号已经下降到系统或环境的噪声电平之下。例如，在由传感器线圈接收的信号和附加信号(也可以由传感器线圈从附加中间装置接收)具有不同相位的情况下，例如相差90°，即使其中一个信号具有低于环境噪声电平的幅度，作为结果的探测到的信号仍然具有可测量的相移。即使其中一个信号具有降低了90％的幅度，合成信号也是可探测的，并且仍然具有10°或附近的相移。根据本专利技术的传感器还具有如下优点，为了探测外部参数中的变化而采用的相位变化不是位于载波信号频率的相位，这将导致由所谓突破信号引起的误差被明显降低，并且经常被基本上消除。突破信号是由传感器直接从激励线圈获取的信号，即没有通过中间装置接收的信号，所以与通过中间装置接收的信号具有90°的相位差(因为突破信号没有通过谐振电路发送)。因为突破信号与激励信号同相，而与来自中间装置的信号反相90°，所以来自突破信号的任何干涉可以阻止对所要检测的参数的精确和确定性的测量。也就是说，尽管可以探测到所接收信号中的变化，但很难说是什么引起了这些变化。在根据本专利技术的传感器中，所通常采用的同步探测器一般与从中间装置接收的信号而不是激励信号同步，其具有丢弃任何突破信号的效果。另一方面，在WO 2004/036148所描述的传感器中，所检测的是位于载波频率的信号的相位，结果传感器对突破信号及其敏感，所以难于实现确定性的检测。通常，激励信号和附加信号的频率在外部参数的至少一个值处、优选地在参数测量的整个范围内相差不超过50％、特别是不超过10％的频率，从-->而使得信号强度不会下降到太低的值以至于只有一个信号被接收来进行处理。事实上，采用不同频率的信号没有什么优点，因此，激励信号和附加信号通常具有基本上严格相同的频率。中间装置可以包括其他数量的例如由诸如铁氧体或导电材料的高磁导系数材料形成的装置。作为替换地，电装置可以用作例如有源或无源带通装置(简明起见，此后将其写为谐振器)。所述谐振器优选地具有基本上与激励信号的频率相等的谐振频率。在这种方式下，有害的更高次谐波被激励线圈和谐振器之间的电磁耦合充分滤除。谐振器可以具有相对较高的品质因子，至少是对于所检测的参数的某些值而言，例如至少是5以及特别地至少是10；主要根据关于环境中的变化和关于部件电学参数值中的公差(tolerance)而确保稳定的谐振频率的能力，来设置所述品质因子的上限。由于附加信号不需要受所要确定的参数影响，因此可以由用于激励线圈的信号发生器生成所述附加信号并直接发送给信号处理器，或者由所述信号处理器自己生成。然而，在大多数情况下，中间装置将包括多个谐振器，每个谐振器将传感器线圈耦合到激励线圈，从而使得周期性电信号和附加信号都通过谐振电路传输。如果需要，通过例如以不同方向移动谐振频率或者改变该电路的Q因子，所有谐振电路可以被外部参数中的变化影响，或者其中一个谐振电路可以被参数中的变化影响，而其它可以对参数中的变化相对不敏感。根据本专利技术的传感器可以是例如脉冲回波(pulse-echo)型传感器，或者是持续激励加平衡传感电路(continuous excitation plus balanced sensecircuit)型传感器。根据本专利技术的一优选方面，传感器是持续激励型传感器，其可以是或不是比率度量(ratiometric)。比例度量传感器具有如下优点：它们对系统中的变化，例如由于电源纹波而引起的信号电平起伏，或者中间装置和传感器之间间隔(以及耦合)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测外部参数的传感器，该传感器包括：（ｉ）激励线圈；（ｉｉ）信号发生器，其可操作为用于生成激励信号，且被布置为将所生成的激励信号施加到激励线圈；（ｉｉｉ）传感器线圈，其可以通过中间装置被电磁耦合到所述激励线圈 ，以响应由信号发生器施加到激励线圈的激励信号而在该传感器线圈中生成周期性电信号；和（ｉｖ）信号处理器，其可操作为处理在传感器线圈中生成的周期性电信号，以确定一表示被检测参数的值；其中，所述中间装置对所要检测的参数敏感，从而使 得在传感器线圈中生成的周期性电信号受所述参数影响；所述传感器包括用于生成与所述周期性电信号频率基本上相同的附加信号的装置；并且所述信号处理器可操作为根据所述附加信号和在传感器线圈中产生的所述周期性信号来确定外部参数的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2004-8-9 0417686.31、一种用于检测外部参数的传感器，该传感器包括：(i)激励线圈；(ii)信号发生器，其可操作为用于生成激励信号，且被布置为将所生成的激励信号施加到激励线圈；(iii)传感器线圈，其可以通过中间装置被电磁耦合到所述激励线圈，以响应由信号发生器施加到激励线圈的激励信号而在该传感器线圈中生成周期性电信号；和(iv)信号处理器，其可操作为处理在传感器线圈中生成的周期性电信号，以确定一表示被检测参数的值；其中，所述中间装置对所要检测的参数敏感，从而使得在传感器线圈中生成的周期性电信号受所述参数影响；所述传感器包括用于生成与所述周期性电信号频率基本上相同的附加信号的装置；并且所述信号处理器可操作为根据所述附加信号和在传感器线圈中产生的所述周期性信号来确定外部参数的值。2、如权利要求1所述的传感器，其中所述激励信号和所述附加信号的频率在所述外部参数的至少一个值处相差不超过50％。3、如权利要求2所述的传感器，其中所述激励信号和所述附加信号的频率在所述外部参数的整个取值范围内相差不超过50％。4、如权利要求1至3中任一项所述的传感器，其中所述中间装置包括具有规定的磁导系数或介电常数的物体。5、如权利要求4所述的传感器，其中所述中间装置包括谐振器，其具有基本上等于所述激励信号频率的谐振频率。6、如权利要求5所述的传感器，其中所述谐振器包括无源LC电路。7、如权利要求5或6所述的传感器，其中所述谐振器的品质因子至少为10。8、如权利要求1至7中任一项所述的传感器，其中所述中间装置包括多个谐振器，每个谐振器将所述传感器线圈耦合到所述激励线圈，并且其中至少一个谐振器在传感器线圈中生成所述附加信号。9、如权利要求8所述的传感器，其中随着所要检测的外部参数的变化，每个谐振器的谐振频率在某种程度上与其他谐振器的谐振频率相反地变化。10、如权利要求8所述的传感器，其中至少一个所述谐振器具有随所要检测的外部参数中的变化而变化的品质因子。11、如权利要求10所述的传感器，其中随着所要检测的外部参数的变化，每个谐振器的品质因子在某种程度上与其他谐振器的品质因子相反地变化。12、如权利要求8所述的传感器，其中生成所述附加信号的谐振器基本上对所要检测的外部参数的变化不敏感。13、如权利要求8至12中任一项所述的传感器，其中所述激励线圈或所述传感器线圈包括至少两个正弦回路。14、如权利要求13所述的传感器，其中所述两个回路中的每一个与所述两个回路中的另一个在空间中相差四分之一周期。15、如权利要求8至1...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维阿伦詹姆斯，布莱德利约翰威尔逊，克里斯詹姆斯布朗，安德鲁彼得马修斯，安德鲁罗伯特哈耶斯，埃夫斯塔西奥斯罗里达斯，
申请(专利权)人：传感垫有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]