感应传感器装置和检测对象的运动的方法制造方法及图纸

本公开提供了一种用于检测对象的往复运动的感应传感器装置(4，100)，其包括：振荡器电路(13，110)，振荡器电路包括感测线圈(11)，感测线圈配置为在对象中感应涡流；以及处理单元(15，120)。处理单元(15，120)配置为，对在采样周期中检测到的振荡器电路(13，110)的振荡计数，将计数的振荡与振荡的预定平均值进行比较，以及基于计数的振荡与振荡的预定平均值的比较来确定对象的速度和位置。

【技术实现步骤摘要】
感应传感器装置和检测对象的运动的方法
本专利技术涉及用于测量以往复线性方式运动的对象(特别是发动机的活塞)的速度和位置(冲程)的感应传感器装置，以及用于检测对象的往复线性运动的方法。
技术介绍
准确地检测线性运动对象的位置(冲程)和速度，例如在内燃机的汽缸活塞系统中，是精微的任务，目的是控制机器(例如内燃机)的正常运行。在本领域中，已知光学传感器、磁性霍尔传感器和感应传感器用于检测对象的线性和/或旋转运动。根据法拉第定律运行的感应传感器在在恶劣环境下的鲁棒性以及位置感测精度方面具有优势。涡流传感器代表一类特别重要的感应传感器。涡流传感器包括与电容相连的检测器线圈和交流电发生器(振荡器)，以形成调谐频率振荡器(储能)电路(例如，提供正弦波电流信号)。电流发生器使高频交流电在检测器线圈中流动，这与高频时变磁场(初级磁场)相关。该初级磁场在导电对象中感应出被要被检测的涡流，该涡流按一定顺序感应出次级磁场，根据伦茨定律(Lenz’slaw)，该次级磁场与初级磁场方向相反。该次级磁场影响振荡器电路的阻抗且从而影响其谐振频率f0，f0＝1/(2π(LC)1/2，L和C分别表示振荡器电路的电感和电容。原则上，阻抗/谐振频率的变化可以由处理单元检测，该处理单元可以包括解调器和放大单元，并基于阻抗/谐振频率的变化来生成信号，该信号可以用于导出关于被检测对象的位置(冲程)和速度的信息。然而，常规上分别需要两个不同的传感器装置来检测线性运动对象的位置(冲程)和速度。需要位于对象上的附加标记以获取测量的参考值。而且，在现有技术中不能以足够高的精度确定内燃机的曲轴处的实时扭矩。通常，制造公差还导致难以准确地测量对象的运动，例如，活塞在内燃机的气缸中的运动。因此，需要一种感应传感器装置，其允许用于检测对象的往复线性运动的精确且容易实现的技术。
技术实现思路
为了满足上述需求，本专利技术提供了一种感应传感器装置，用于检测对象(例如，在内燃机的气缸中运动的活塞)的往复运动。感应传感器装置包括振荡器电路和处理单元，该振荡器电路包括感测线圈，该感测线圈配置为在运动对象处于感测线圈的检测范围内时感应运动对象中的电涡流。处理单元配置为，对在采样周期中检测到的振荡器电路的振荡计数，将计数的振荡与振荡的预定平均值进行比较，以及基于计数的振荡与振荡的预定平均值的比较来确定对象的速度和位置。对于对象的位置，本文意指对象在往复线性运动期间的冲程(范围)。可以通过对检测到的振荡的上升沿或下降沿进行计数来对振荡进行计数。振荡器电路可由交流电发生器(振荡器)激励。感应线圈的检测区域内的对象的存在会导致谐振频率的改变(感应线圈的阻抗)，感应传感器装置的感测装置可以基于电压或电流信号感应到该谐振频率的改变(在采样周期内检测振荡)。作为比较过程的结果，可以标识第一时间周期，在此期间计数的振荡的数量(代表振荡器电路的实际谐振频率)超过平均值(高时间周期)，且可以标识第二时间周期，在此期间计数的振荡的数量不超过平均值(低时间周期)。这些时间周期的总和(高时间周期的持续时间+低时间周期的持续时间)代表对象的往复运动的时间周期。对象的往复运动的时间周期的倒数表示运动的频率，其直接转换为速度(例如，以rpm为单位，通过将运动的频率乘以60)。此外，运动的占空比可以从高时间周期与对象的往复运动的时间周期的比率导出，并转换为对象的位置，例如，在内燃机的气缸中移动的活塞的冲程(另参见下文的详细描述)。由此提供的单个感应传感器装置允许基于计数的振荡与振荡的预定平均值之间的比较而以高精度确定对象的速度和位置(而无需机械地接触要检测的对象)。感应传感器装置还可以包括低通滤波器，且处理单元可以配置为基于由低通滤波器低通滤波的信号来确定平均值。低通滤波器的使用降低了噪声，并允许动态地获得用于上述比较过程的加权平均值(对于振荡的过去和当前的计数)。处理单元还可以包括高时间计数器和低时间计数器，所述高时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量超过所述平均值的每一个采样周期，所述高时间计数器递增，且所述低时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量不超过所述平均值的每个采样周期，所述低时间计数器递增；或者，所述高时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量至少等于所述平均值的每个采样周期，所述高时间计数器递增，且所述低时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量低于所述平均值的每个采样周期，所述低时间计数器递增。高时间计数器可以提供上述高时间周期，且低时间计数器可以提供上述低时间周期。另外，处理单元可以包括频率计算器件和占空比计算器件，其分别配置为基于确定的高和低时间周期计算对象的往复运动的频率，和基于确定的高和低时间周期计算运动对象的运动的占空比。处理单元还可以包括位置确定器件和速度确定器件，位置确定器件配置为基于由占空比计算器件计算的占空比确定运动对象的位置，速度确定器件配置为基于由频率计算器件计算的频率确定对象的速度。根据一实施例，感应传感器装置包括脉宽调制信号生成器(其可以是处理单元的一部分)，其配置为基于占空比计算器件和速度计算器件输出的信号生成脉宽调制信号，且其中位置确定器件配置为基于脉宽调制信号中的第一脉宽调制信号(包括关于对象的运动的占空比的信息)确定对象的位置，且速度确定器件配置为基于脉宽调制信号中的第二脉宽调制信号(包括关于对象的运动的频率的信息)确定对象的速度。还通过提供通过包括振荡器电路的感应传感器装置来感测对象的往复运动(例如，在内燃机的气缸中运动的活塞)的方法来满足上述需求。该方法包括以下步骤：在采样周期中检测和计数振荡器电路的振荡；将计数的振荡与振荡的预定平均值进行比较；以及基于计数的振荡与振荡的预定平均值的比较，确定对象的速度和位置。该方法可以包括通过确定表示振荡的计数的低通滤波的信号的平均值来确定预定平均值。根据一实施例，感测对象的往复运动的方法包括以下步骤：通过确定一时间间隔来确定高时间周期，在该时间间隔中，每个采样周期的计数的数量超过平均值或至少等于平均值；通过确定一时间间隔来确定低时间周期，在该时间间隔中，每个采样周期的计数的数量不超过平均值或低于平均值；通过将高时间周期和低时间周期相加来确定对象的运动的周期；以及基于高时间周期与高时间周期和低时间周期之和的比率，确定对象的运动的占空比。另外，可以基于对象的运动的周期来确定对象的速度，且可以基于所述对象的运动的占空比来确定对象的位置(冲程)。所考虑的每个具体配置均包括要检测的运动对象，例如，在气缸中运动的活塞，每个具体配置各自的占空比的范围从事先已知的对应于最小冲程的占空比最小值到对应于最大冲程的占空比最大值。通过该预定的认知，实际确定的占空比转换为整个/最大冲程的百分比。创造性方法的上述实施例可以在创造性感应传感器装置的上述实施例中实现，且创造性感应传感器装置的上述实施例可以配置为执行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.感应传感器装置，用于检测对象的往复运动，包括：/n振荡器电路(13，110)，包括感测线圈(11)，所述感测线圈配置为在所述对象中感应涡流；/n以及处理单元(15，120)；/n其中所述处理单元(15，120)配置为/n对在采样周期中检测到的所述振荡器电路(13，110)的振荡计数；/n将所计数的振荡与振荡的预定平均值进行比较；以及/n基于所计数的振荡与振荡的预定平均值的比较，确定所述对象的速度和位置。/n

【技术特征摘要】
20200212 EP 20156827.61.感应传感器装置，用于检测对象的往复运动，包括：
振荡器电路(13，110)，包括感测线圈(11)，所述感测线圈配置为在所述对象中感应涡流；
以及处理单元(15，120)；
其中所述处理单元(15，120)配置为
对在采样周期中检测到的所述振荡器电路(13，110)的振荡计数；
将所计数的振荡与振荡的预定平均值进行比较；以及
基于所计数的振荡与振荡的预定平均值的比较，确定所述对象的速度和位置。


2.如权利要求1所述的感应传感器装置，还包括低通滤波器，且其中所述处理单元(15，120)配置为基于被所述低通滤波器(122)低通滤波的信号来确定所述平均值。


3.如权利要求2所述的感应传感器装置，其中所述处理单元(15，120)还包括高时间计数器(124)和低时间计数器(123)，
所述高时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量超过所述平均值的每一个采样周期，所述高时间计数器递增，且所述低时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量不超过所述平均值的每个采样周期，所述低时间计数器递增；
或者，所述高时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量至少等于所述平均值的每个采样周期，所述高时间计数器递增，且所述低时间计数器配置为，在所述采样周期中，对于被计数的振荡的数量低于所述平均值的每个采样周期，所述低时间计数器递增。


4.如权利要求3所述的感应传感器装置，其中所述处理单元(15，120)还包括
频率计算器件(125)，配置为基于所述确定的高和低时间周期来计算所述对象的往复运动的频率；以及
占空比计算器件(126)，配置为基于所述确定的高和低时间周期来计算运动对象的运动的占空比。


5.如权利要求4所述的感应传感器装置，其中所述处理单元(15，120)还包括位置确定器件和速度确定器件，所述位置确定器件配置为基于所计算的占空比确定所述对象的位置，所述速度确定器件配置为基于所计算的频率确定所述对象的速度。


6.如权利要求5所述的感应传感器装置，还包括脉宽调制信号生成器(127)，其配置为基于所述占空比计算器件(126)和所述速度计算器件输出的信号生成脉宽调制信号，且其中所述位置确定器件配置为基于所述脉宽调制信号中的第一脉宽调制信号来确定所述对象的位置，且所述速度确定器件配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：A法鲁吉亚，
申请(专利权)人：杰凯特技术集团股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH