传感器装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种传感器，该传感器包括：激励线圈；信号发生器，它可操作地产生激励信号和设置成给激励线圈施加产生的激励信号；传感器线圈，它电磁耦合到激励线圈；和信号处理器，在由信号发生器将激励信号施加于激励线圈时，该信号处理器可操作地处理在传感器线圈中产生的周期电信号，从而确定被读出的参数的值。激励信号包括被具有第二频率的周期调制信号调制的具有第一频率的周期载波信号，第一频率高于第二频率。通过这种方式，该传感器很好地适用于使用数字处理技术，从而产生激励信号和处理在传感器线圈中感应的信号。在一个实施例中，该传感器用于检测两个部件的相对位置。在另一实施例中，该传感器用于检测诸如温度和湿度之类的环境因素。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器装置和方法，特别但不限于涉及一种用于检测两个部件的相对位置的位置传感器。
技术介绍
各种形式的感应传感器已经用于产生表示两个相对可移动部件的位置的信号。典型地，一个部件承载激励线圈和两个或更多个传感器线圈，而另一个部件承载谐振电路。谐振电路和每个传感器线圈之间的磁耦合随着位置而改变，因此，通过在谐振电路的谐振频率施加振荡信号给激励线圈，在每个传感器线圈中感应信号，其中每个传感器线圈在谐振频率振荡，而它的振幅随着两个部件的相对位置的函数而变化。国际专利公报WO94/25829介绍了一种旋转位置传感器，其中两个激励线圈和传感器线圈关于包括谐振电路的旋转部件垂直定位，以便每个激励线圈和传感器线圈之间的磁耦合根据旋转部件的角度位置变化。同相振荡信号和正交振荡信号(即与同相振荡信号相差90度)分别被施加给两个激励线圈，并且由在传感器线圈中感应的对应同相信号和正交信号的信号分量的相对振幅确定旋转部件的旋转位置。在WO94/25829中介绍的旋转位置传感器的问题是由在传感器线圈中感应的信号获得旋转位置所需的处理不适于数字处理技术。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供一种其中信号发生器给激励线圈施加激励信号的传感器，其中激励信号包括具有由周期调制信号调制的载频的周期载波信号，所述周期调制信号具有低于载频的调制频率。给激励线圈施加激励信号在传感器线圈中感应周期电信号，该电信号根据由传感器测量的参数改变，并且信号处理器处理感应的周期信号，从而确定表示正在测量的参数的值。通过由低频调制信号调制振荡载波信号以形成激励信号，而不是调制在传感器线圈中感应的信号，该传感器可以很好地适于使用数字处理技术来产生激励信号和处理传感器线圈中感应的信号。优选地，该信号经过谐振器耦合在激励线圈和传感器线圈之间，该谐振器具有基本上等于激励信号的载频的谐振器的谐振频率。通过这种方式，通过激励线圈和谐振器之间的电磁耦合有效地滤除不希望的较高谐波。附图说明现在参照附图介绍本专利技术的典型实施例，其中图1示意性地表示位置传感器的透视图；图2示意性地表示图1中所示的位置传感器的主要部件；图3A表示形成图1中所示位置传感器的一部分的正弦线圈的布图；图3B表示形成图1中所示位置传感器的一部分的余弦线圈的布图；图3C表示形成图1中所示位置传感器的一部分的读出线圈的布图；图4表示形成图1中所示位置传感器的一部分的传感器元件；图5A示意性地表示在形成图4中所示传感器元件的一部分的谐振电路中感应的信号的相位如何随着驱动信号的频率变化；图5B示意性地表示在形成图4中所示传感器元件的一部分的谐振电路中感应的信号的振幅如何随着驱动信号的频率变化；图6A是表示施加于图3B中所示余弦线圈的信号的时序图；图6B是表示施加于图3A中所示正弦线圈的第一信号的时序图；图6C是表示施加于图3A中所示正弦线圈的第二信号的时序图；图7A-7C是表示当对于传感器元件的三个不同位置当将图6A中所示信号施加于余弦线圈和将图6B中所示信号施加于正弦线圈时，在图3C中所示读出线圈中感应的信号的时序图；图8A-8C是表示当对于传感器元件的三个不同位置当将图6A中所示信号施加于余弦线圈和将图6C中所示信号施加于正弦线圈时，在图3C中所示读出线圈中感应的信号的时序图；图9是更详细地表示图1中所示位置传感器的处理电路的方框图；图10更详细地表示图9中所示处理电路的模拟信号处理元件； 图11A-11D是表示在图9中所示处理电路内在各个位置的信号的时序图；图12是表示在图9中所示处理电路的微处理器形成部分接收的脉冲的时序图；图13是表示进行计算图1中所示位置传感器的传感器元件的位置的操作的流程图；图14是更详细地表示进行计算图1中所示位置传感器的传感器元件的位置所使用的正向角度的操作的流程图；和图15是更详细地表示进行计算图1中所示位置传感器的传感器元件的位置所使用的反向角度的操作的流程图。具体实施例方式图1示意性地表示用于检测传感器元件1的位置的位置传感器，该传感器元件1可滑动地安装在支架3上，从而可以沿着测量方向(图1中的X方向)线性运动。印刷电路板(PCB)5沿着与支架3相邻的测量方向延伸并且具有印刷在其上的导电迹线，该导电迹线形成正弦线圈7、余弦线圈9和读出线圈11，所述每个线圈都连接到控制单元13。显示器15也连接到控制单元13，用于显示表示传感器元件1沿着支架3的位置的数字。如图1所示，在外形上，PCB 5一般是矩形的，其长轴与测量方向对准，短轴垂直于测量方向。正弦线圈7、余弦线圈9和读出线圈11经PCB5的长边连接到控制单元，这对应X等于零的位置值，该位置值沿着PCB 5的长度从对应X等于零的长边而增加。现在参照图2介绍图1中所示位置传感器的操作的概要。控制单元13包括在各个不同的输出端产生同相信号I(t)和正交信号Q(t)的正交信号发生器21。同相信号I(t)是使用在调制频率f1振荡的第一调制信号，通过具有载频f0的振荡载波信号的调幅产生的，在本实施例中，载频f0为2MHz，调制频率f1为3.9KHz。因此同相信号I(t)为如下形式I(t)＝Asin2πf1tcos2πf0t (1)同样，正交信号Q(t)是使用在调制频率f1振荡的第二调制信号，通过具有载频f0的振荡载波信号的调幅产生的，其中第二调制信号与第一调制信号的相位相差π/2弧度(90度)。因此正交信号Q(t)为如下形式Q(t)＝Acos2πf1tcos2πf0t (2)同相信号I(t)被施加给正弦线圈7，正交信号Q(t)被施加给余弦线圈9。正弦线圈7以这种模式形成使得电流流过正弦线圈7，从而产生第一磁场B1，垂直于PCB5分解的第一磁场B1的场强分量根据以下函数沿着测量方向正弦地变化B1＝Bsin(2πX/L) (3)其中L是在X方向的正弦线圈的周期。同样，余弦线圈9以这种模式形成使得电流流过余弦线圈9，从而产生第二磁场B2，垂直于PCB5分解的第二磁场B2的场强分量也沿着测量方向正弦地变化，但是具有相对于第一磁场B1的相位的π/2弧度(90度)的相位差，如下给出B2＝Bcos(2πx/L) (4)通过这种方式，在沿着测量方向的任何位置产生的总磁场BT将由来自第一磁场B1的第一分量和来自第二磁场B2的第二分量形成，垂直于PCB5分解的第一和第二分量的大小沿着测量方向变化。通过分别给正弦线圈7和余弦线圈9施加同相信号I(t)和正交信号Q(t)，产生的垂直于PCB5分解的总磁场分量BT根据在调制频率f1变化的振幅包络函数在载频f0振荡，其中振幅包络函数的相位沿着测量方向而变化。因此BT∝cos2πf0t.cos(2πf1t-2πx/L)(5)实际上，振幅包络函数的相位沿着测量方向旋转。在本实施例中，传感器元件1包括具有基本上等于载频f0的谐振频率的谐振电路。因此总磁场分量BT在该谐振电路中感应电信号，该电信号在载频f0振荡并具有在调制频率f1调制的振幅，其中其相位沿着测量方向由传感器元件1的位置决定。在谐振电路中感应的电信号又产生磁场，该磁场在读出线圈11中感应读出电信号S(t)，该读出电信号S(t)在载频f0处振荡。读出信号S(t)的振幅也在调制频率f1被调制，并且相位取决于传感器元件1沿着测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种位置传感器，包括：　　　　第一和第二部件，相互之间可沿着测量方向相对移动，第一部件包括第一和第二激励线圈以及传感器线圈，第二部件包括中间耦合元件，其中第一激励线圈和中间耦合元件之间的电磁耦合根据第一函数随着第一和第二部件沿着测量方向的相对位置的变化而变化，第二激励线圈和中间耦合元件之间的电磁耦合根据第二函数随着第一和第二部件沿着测量方向的相对位置的变化而变化，其中第二函数不同于第一函数；　　　　信号发生器，可操作用来产生第一和第二激励信号以及将该第一和第二激励信号分别施加给第一和第二激励线圈，第一激励信号包括被具有第二频率的第一周期调制信号调制的具有第一频率的第一周期载波信号，第二激励信号包括被第二频率的第二周期调制信号调制的第一频率的第二周期载波信号，响应于施加到所述第一和第二激励线圈的第一和第二激励信号，在传感器线圈中产生周期电信号，它具有根据第一和第二部件沿着测量方向的相对位置变化的定时；　　　　解调器，可操作用来解调在传感器线圈中产生的周期电信号，以便获得在第二频率的信号；和　　　　信号处理器，可操作用来响应于分别施加到第一和第二激励线圈的第一和第二激励信号，处理解调器输出的在第二频率的信号，从而确定表示第一和第二部件沿着测量方向的相对位置的第一定时测量值，　　　　该信号发生器进一步可操作来产生第三激励信号和将该第一和第三激励信号分别施加给第一和第二激励线圈，第三激励信号包括被在第三频率的第三周期调制信号调制的在第一频率的第三周期载波信号，其中第三周期调制信号与所述第二周期调制信号是反相的，　　　　该信号处理器进一步可操作来响应于分别施加到第一和第二激励线圈的第一和第三激励信号，处理解调器输出的在第二频率的信号，从而确定第二定时测量值，以及　　　　该位置传感器可操作用来使用该第一和第二定时测量值来确定位置值。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：RP琼斯，RA多伊尔，MA霍瓦德，DA詹姆斯，D克雷特，CS西尔斯，
申请(专利权)人：TT电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]