非接觸式位置傳感器，和非接觸式位置傳感器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及改進(jìn)的非接觸式位置傳感器和結(jié)合該非接觸式位置傳感器的系統(tǒng)。這樣的非接觸式位置傳感器包括至少兩個傳感器線圈，每個傳感器線圈包括限定線圈軸線的導(dǎo)磁芯和繞組。至少兩個傳感器線圈被布置成使線圈軸線基本上彼此并聯(lián)。傳感器的電路激勵至少兩個傳感器線圈的每個內(nèi)的預(yù)定交流電流并確定至少兩個傳感器線圈的每個兩端的電壓的高頻電壓分量。預(yù)定交流電流包括低頻電流分量，和高頻電流分量。電路通過將兩個確定的電壓的高頻電壓分量的振幅水平彼此相減以及通過比較相減結(jié)果與預(yù)定的參考圖案來檢測鐵磁目標(biāo)的位置。
【專利說明】非接觸式位置傳感器，和非接觸式位置傳感器系統(tǒng) 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及用于檢測至少部分為鐵磁目標(biāo)的位置的改進(jìn)的非接觸式位置傳感器 和結(jié)合了同樣的非接觸式位置傳感器的非接觸式位置傳感器系統(tǒng)。 【背景技術(shù)】
[0002] 在本發(fā)明中，非接觸式位置傳感器要被理解為電流激勵的磁場傳感器。
[0003] 相應(yīng)地，非接觸式位置傳感器包括以預(yù)定的激勵電流供電的傳感器線圈。然后，夕卜 部施加磁場在傳感器線圈內(nèi)與由預(yù)定的激勵電流感應(yīng)的內(nèi)部磁場相互作用。兩個磁場之間 相互作用的量通過測量傳感器線圈的電感是可檢測的。此外，傳感器線圈的電感的改變指 示外部磁場的改變，假定內(nèi)部磁場被保持恒定。
[0004] 通常，非接觸式位置傳感器用于檢測旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或縱向運(yùn)動，特別是用于檢測在進(jìn) 行相同運(yùn)動的對象的位置。為了該目的，該對象安裝有作為位置指示器元件的目標(biāo)。該目 標(biāo)產(chǎn)生外部磁場或與外部磁場相互作用。外部磁場的改變可由非接觸式位置傳感器檢測。
[0005] 在示例性的用于非接觸式位置傳感器的布置方案中，所述目標(biāo)包括永磁體。作為 非接觸式位置傳感器附近的目標(biāo)的永磁體的運(yùn)動改變非接觸式位置傳感器暴露到其中的 外部磁場。外部磁場中的這樣的變化例如隨著在非接觸式位置傳感器的傳感器線圈中的電 感的改變是可檢測出的。
[0006] 用于非接觸式位置傳感器的替代的布置方案在EP0684454A1中被提出。其中，鐵 磁齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動要被檢測。替代將作為目標(biāo)的永磁體定位在所述齒輪（gear)的一個或 多個齒上，建議將永磁體定位在非接觸式位置傳感器和鐵磁齒輪之間。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)期間，齒輪 的鐵磁齒被定位成非常接近于永磁體，永磁體的磁場被偏斜。外部磁場中的改變在非接觸 式位置傳感器內(nèi)是可檢測出的。
[0007] 在所述文獻(xiàn)中，認(rèn)識到，建議的配置（arrangement)考慮到非接觸式位置傳感器和 目標(biāo)之間的更寬的距離并且不需要將作為位置指示器元件的永磁體固定在作為目標(biāo)的齒 輪的齒上。此外，齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動還可在其中一壁將非接觸式位置傳感器與永磁體分開的 構(gòu)造（configuration)中被檢測到。
[0008] 非接觸式位置傳感器的發(fā)展已經(jīng)遇到了各種改善，這應(yīng)當(dāng)參考EP0891560B1進(jìn)行 論述。其中描述的非接觸式位置傳感器從那時起已經(jīng)被認(rèn)識到提供一種用于檢測外部磁場 的簡單且精確的方法。
[0009] 在這方面，所公開的非接觸式位置傳感器的工作原理應(yīng)當(dāng)解釋如下：
[0010] 如果傳感器線圈在包括于傳感器線圈中的非飽和狀態(tài)附近操作，傳感器線圈主要 作為恒定的電阻抗(感抗)。這由這樣的事實引起：鐵磁芯的磁化在非飽和狀態(tài)下通過施加 的磁場增加。當(dāng)鐵磁芯的磁化達(dá)到飽和狀態(tài)時，然后傳感器線圈的電阻抗(感抗)顯著降低。
[0011] 通常地，用于鐵磁芯的非飽和狀態(tài)和飽和狀態(tài)之間的過渡區(qū)域被用作檢測器線圈 的"工作點(diǎn)（working point)"。在該過渡區(qū)域中，外部施加磁場的改變導(dǎo)致電阻抗(感抗)的 改變。電阻抗(感抗）中的該改變與外部磁場（H ext)成正比使得電子電路在確定電阻抗(感 抗）時可得出外部磁場中的變化（ΛHext)。
[0012] 在EP0891560B1中，進(jìn)一步建議供給電流到傳感器線圈，該電流包括正負(fù)電流脈 沖。電流脈沖被描述為包括上升沿（raising edge)和下降沿，其導(dǎo)致基本上為矩形的電流 脈沖。
[0013] 確切地說，正負(fù)電流脈沖的振幅被適配使得傳感器線圈的鐵磁芯被激勵到正負(fù)極 性的飽和狀態(tài)。相應(yīng)地，在正電流脈沖的情況下，內(nèi)部磁場合計：H int=n/l*I。傳感器線圈的 鐵磁芯被由外部磁場Hext增加/減少后的其余內(nèi)部磁場所吸引。
[0014] 確切地說，響應(yīng)于電流脈沖的上升沿，傳感器線圈由于反電動勢而經(jīng)受電壓峰值， 所述反電動勢推斥（pushing against)感應(yīng)其的電流。響應(yīng)于電流脈沖的下降沿，傳感器 線圈通過相反的極性經(jīng)受第二電壓峰值。該第二電壓峰值由磁化的傳感器線圈的自感L引 起，其中電壓信號被確定為v=Ldi/dt。
[0015] 相應(yīng)地，第二電壓峰值的高度取決于傳感器線圈的磁芯的磁化，該磁化基于由外 部磁場H Mt增加/減小的內(nèi)部磁場Hint的其余部分。從而，第二電壓峰值的高度允許檢測外 部磁場的存在/缺失。
[0016] 更詳細(xì)地，非接觸式位置傳感器檢測用于正電流脈沖以及負(fù)電流脈沖的下降沿的 電壓峰值振幅，并且使用兩個振幅值用于確定外部磁場的存在/缺失。
[0017] 在將檢測后的電壓峰值振幅與前述的檢測結(jié)果進(jìn)行比較時，可以確定外部磁場的 變化量AH ext，即目標(biāo)相對于非接觸式位置傳感器的運(yùn)動。
[0018] 如將在下面解釋的，非接觸式位置傳感器在它的精確性方面受到限制。
[0019] 對于隨后施加的正負(fù)電流脈沖的每個結(jié)合，非接觸式位置傳感器僅確定外部施加 磁場的單個改變。在這方面，檢測結(jié)果的數(shù)目受到電流脈沖圖案的限制。
[0020] 進(jìn)一步，電壓脈沖是短且高的使得它的振幅檢測是困難的并且需要傳感器相當(dāng)大 的處理能力。此外，在高的自感電壓的情況下，該檢測會要求電路元件具有高的額定電壓。
[0021] 此外，檢測結(jié)果受到任何外部磁場的影響，不僅僅是目標(biāo)的外部磁場HMt。例如，在 汽車設(shè)備中，非接觸式位置傳感器由各種鐵磁部件圍繞，該鐵磁部件如果被磁化的話會使 目標(biāo)的外部磁場H Mt扭曲。進(jìn)一步，地球磁場也會扭曲目標(biāo)的外部磁場HMt。
[0022] 甚至進(jìn)一步，雖然EP0891560B1描述了一種控制算法，該控制算法提供了補(bǔ)償電 流以反抗傳感器線圈中的溫度漂移，材料容限等，它的編程和布置到包括在非接觸式位置 傳感器中的電子電路是昂貴的，增加了材料成本并且是整潔且容易的傳感器設(shè)計的障礙。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0023] 在這方面，本發(fā)明的目的是要建議一種改進(jìn)的非接觸式位置傳感器，其克服以上 所述的缺點(diǎn)，例如避免了對恒定的外部磁場的影響。此外，本發(fā)明的另一目的是要建議一種 非接觸式位置傳感器，其允許鐵磁目標(biāo)的更精確的位置檢測。根據(jù)本發(fā)明的甚至進(jìn)一步的 目的，建議了一種非接觸式位置傳感器系統(tǒng)，其能使通過外部磁場H#的偏斜來檢測鐵磁目 標(biāo)的位置。
[0024] 根據(jù)與本發(fā)明的第一和第二目的一致的一個示例性實施例，非接觸式位置傳感器 1〇〇被建議用于通過外部磁場H Mt的偏斜來檢測鐵磁目標(biāo)20的位置。
[0025] 非接觸式位置傳感器包括至少兩個傳感器線圈1，2,每個傳感器線圈包括限定線 圈軸線的導(dǎo)磁芯5,6和圍繞該導(dǎo)磁芯5,6的繞組9,10。至少兩個傳感器線圈1，2被布置成 使線圈軸線基本上彼此并聯(lián)，以及使至少兩個傳感器線圈1，2的每個的一端13,14面向一 空間用于使鐵磁目標(biāo)20相對于至少兩個線圈軸線中的每個橫移（move across)。
[0026] 非接觸式位置傳感器進(jìn)一步包括電路17,用于激勵至少兩個傳感器線圈1，2的每 個內(nèi)的預(yù)定交流電流I以及用于確定至少兩個傳感器線圈1，2的每個兩端的電壓'，V 2的 高頻電壓分量v1H，V2H。
[0027] 預(yù)定交流電流I包括設(shè)定為將至少兩個傳感器線圈1，2中的每個激勵到飽和狀態(tài) 的低頻電流分量Ii，和設(shè)定為用于測量至少兩個傳感器線圈1，2的每個的阻抗的高頻電流 分量工2。
[0028] 進(jìn)一步，電路17適合于通過將相應(yīng)的兩個傳感器線圈1，2兩端的兩個確定的電壓 %，v 2的高頻電壓分量V1H，V2H的振幅水平彼此相減，以及通過比較相減結(jié)果與預(yù)定的參考圖 案，來檢測鐵磁目標(biāo)20的位置。
[0029] 根據(jù)更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100的電路17進(jìn)一步包括高通濾波器 22，用于確定至少兩個傳感器線圈1，2的每個兩端的電壓％，V 2的高頻電壓分量V1H，V2H。進(jìn) 一步，高通濾波器22的截止頻率基于用于至少兩個傳感器線圈1，2的各自的高頻電流分量 1 2的頻率。
[0030] 根據(jù)另一更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100的電路17進(jìn)一步包括低通濾 波器21，用于確定由相應(yīng)的低頻電流分量L引起的至少兩個傳感器線圈1，2的每個兩端的 電壓Vi，V 2的低頻電壓分量να，ν%。低通濾波器21的截止頻率基于用于至少兩個傳感器線 圈1，2的各自的低頻電流分量L的頻率f\。
[0031] 根據(jù)進(jìn)一步更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100的電路17進(jìn)一步包括相位 檢測器23，用于檢測相應(yīng)的兩個傳感器線圈1，2兩端的電壓'，V 2的兩個低頻電壓分量Vw 之間的相位偏移?；跈z測到的相位偏移，兩個確定的高頻電壓分量V1H，V2H中的一個相 對于兩個確定的高頻電壓分量V1H，V2H中的另一個在將兩個高頻電壓分量V1H，V 2H的振幅水 平彼此相減之前位移。
[0032] 根據(jù)又一個更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100的電路17進(jìn)一步適于將至 少兩個傳感器線圈1，2中的兩個兩端的確定的高頻電壓分量V 1H，V2H的振幅包絡(luò)的電平彼 此相減。
[0033] 根據(jù)另一更詳細(xì)的實施例，低頻電流分量L的振幅基于外部磁場設(shè)定以用于 檢測鐵磁目標(biāo)20的位置；低頻電流分量^的低頻被設(shè)定為使得用于低頻的相應(yīng)的至 少兩個傳感器線圈1，2的阻抗對應(yīng)于傳感器線圈1，2的直流電流特性。
[0034] 根據(jù)進(jìn)一步更詳細(xì)的實施例，高頻電流分量12的高頻&基于相應(yīng)的傳感器線圈1， 2的導(dǎo)磁率被設(shè)定用于至少兩個傳感器線圈1，2的每個，使得高頻電流分量1 2允許測量阻 抗但對相應(yīng)的傳感器線圈1,2的導(dǎo)磁芯5,6的磁化具有可以忽略的影響。
[0035] 根據(jù)又一個更詳細(xì)的實施例，高頻電流分量12的高頻f2被設(shè)定用于至少兩個傳感 器線圈1，2的每個以對應(yīng)于相應(yīng)的至少兩個傳感器線圈1，2的共振頻率。
[0036] 根據(jù)更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100進(jìn)一步包括用于至少兩個傳感器 線圈1，2的每個的串聯(lián)電阻器Ri，R 2。由串聯(lián)電阻器1^，1?2和相應(yīng)的傳感器線圈1，2形成的 每個串聯(lián)電路通過電路17供應(yīng)預(yù)定交流電流I。
[0037] 根據(jù)另一更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100的每個串聯(lián)電阻器（Ri，R2)被 配置為具有與連接的傳感器線圈1，2的直流電流阻抗值相同的電阻值。
[0038] 根據(jù)進(jìn)一步更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100,包括四個傳感器線圈1， 2，3，4，每個傳感器線圈包括限定一線圈軸線的導(dǎo)磁芯5，6，7，8和圍繞該導(dǎo)磁芯5，6，7，8的 繞組9,10,11，12 ;以及用于所述四個傳感器線圈1，2, 3,4的每個的串聯(lián)電阻器札，R2, R3， R4。
[0039] 由串聯(lián)電阻器Rp R2, R3, R4和相應(yīng)的傳感器線圈1，2,3,4形成的每個串聯(lián)電路通 過電路17供應(yīng)零度、90度、180度和270度之一相移形式的預(yù)定交流電流I。該相移基于低 頻電流分量L的頻率設(shè)定(確定)。
[0040] 進(jìn)一步，電路17適合于通過將用零度和180度相移供應(yīng)或用90度和270度相移 形式的預(yù)定交流電流I供給的相應(yīng)的兩個傳感器線圈1，3 ;2,4兩端的確定的電壓'，V2， V3, V4中的兩個的高頻電壓分量V1H，V2H，V3H，V 4H的振幅水平彼此相減，以及通過比較該相減 結(jié)果與預(yù)定參考圖案，來檢測鐵磁目標(biāo)20的位置。
[0041] 根據(jù)更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100的四個傳感器線圈被定位為形成 正方形配置，使線圈軸線基本上彼此并聯(lián)。
[0042] 根據(jù)更詳細(xì)的實施例，非接觸式位置傳感器100進(jìn)一步包括徑向磁化的永磁體 30,其被布置在至少兩個傳感器線圈1，2之間，用于產(chǎn)生基本上垂直于所述至少兩個線圈 軸線的每個的外部磁場H ext。
[0043] 根據(jù)與本發(fā)明的第三目的一致的一個示例性實施例，非接觸式位置傳感器系統(tǒng)被 建議，包括非接觸式位置傳感器100,永磁體30和鐵磁目標(biāo)20。非接觸式位置傳感器100 根據(jù)以前所述的實施例之一提供。永磁體30被布置在至少兩個傳感器線圈1，2之間，用于 產(chǎn)生基本上垂直于至少兩個線圈軸線的每個的外部磁場H ext。進(jìn)一步，鐵磁目標(biāo)20要相對 于所述至少兩個線圈軸線的每個在由所述至少兩個傳感器線圈1，2的每個的一端13,14面 向的空間中橫移。非接觸式位置傳感器100通過外部磁場H ext的偏斜檢測鐵磁目標(biāo)20的 位置。 【專利附圖】
【附圖說明】
[〇〇44] 附圖并并入到說明書中并形成說明書的一部分以示出本發(fā)明的若干實施例。這些 附圖，與說明書一起，用來解釋本發(fā)明的原理。附圖僅是為了示出如何實現(xiàn)和使用本發(fā)明的 優(yōu)選和替代例子的目的，并不是被理解為將本發(fā)明限制到僅示出和描述的實施例，此外，實 施例的若干方面可單獨(dú)或以不同組合形成根據(jù)本發(fā)明的解決方案。進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)將從 以下如在附圖中示出的本發(fā)明的各個實施例的更具體的描述中變得顯而易見，其中相同的 附圖標(biāo)記表示相同的元件，以及其中：
[〇〇45] 圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的在操作期間包括信號圖的非接觸 式位置傳感器；
[0046] 圖2A，2B和2C示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的非接觸式位置傳感器并 且示例了用于鐵磁目標(biāo)的不同位置的操作；
[0047] 圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的非接觸式位置傳感器；
[0048] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的非接觸式位置傳感器的電路圖，并且示例 了用于鐵磁目標(biāo)的不同位置的操作。 【具體實施方式】
[0049] 現(xiàn)在參照圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的非接觸式位置傳感器100的示 意圖。
[0050] 非接觸式位置傳感器100包括兩個傳感器線圈1和2。傳感器線圈1和2中的每 個都包括導(dǎo)磁芯5和6以及圍繞各自的導(dǎo)磁芯5和6的繞組9和10。
[0051] 示例性的，導(dǎo)磁芯5和6被實現(xiàn)為薄的軟磁薄片，其由非晶質(zhì)的鐵，鈷，硅和bore 合金制成。此外，術(shù)語"非晶質(zhì)的金屬"要被理解為具有無序原子標(biāo)度結(jié)構(gòu)的實心金屬材料。
[0052] 對于兩個傳感器線圈1和2中的每個，導(dǎo)磁芯5和6與繞組9和10連接的配置限 定了各自的線圈軸線。確切地說，兩個傳感器線圈1和2被布置成使得線圈軸線基本上彼 此平行。
[0053] 在本發(fā)明中，術(shù)語"線圈軸線"要被理解為對應(yīng)于在每個傳感器線圈1和2中感應(yīng) 的內(nèi)部磁場Η的方向性。確切地說，導(dǎo)磁芯5和6的幾何形狀以及各自的繞組9和10的形 狀限定了磁場Η的方向性。
[0054] 為簡單起見，圖1的示意圖限制了對兩個傳感器線圈1和2的單個的具體說明并 簡化了由非接觸式位置傳感器100進(jìn)行的位置檢測。然而，非接觸式位置傳感器100的工 作原理應(yīng)當(dāng)結(jié)合圖1進(jìn)行解釋。
[0055] 在非接觸式位置傳感器100的傳感器線圈1中，繞組9被布置成圍繞導(dǎo)磁芯5,使 得流過繞組9的激勵電流I感應(yīng)出內(nèi)部磁場Η1。內(nèi)部磁場Η1取決于激勵電流I和由繞組 9形成的線圈的幾何形狀。
[0056] 內(nèi)部磁場Η1被施加到導(dǎo)磁芯5。確切地說，內(nèi)部磁場Η1引起在導(dǎo)磁芯5內(nèi)的磁 通量密度Β1。取決于通過繞組9感應(yīng)的施加的內(nèi)部磁場Η1，導(dǎo)磁芯5內(nèi)的最終磁通量密度 Β1變化，即直到導(dǎo)磁芯5的飽和狀態(tài)。
[0057] 在本發(fā)明中，飽和是當(dāng)施加的磁場Η的增加不能進(jìn)一步增加材料的磁化強(qiáng)度時在 導(dǎo)磁芯中達(dá)到的狀態(tài)，因此整個磁通量密度Β穩(wěn)定。
[0058] 在非接觸式位置傳感器100中，傳感器線圈1的導(dǎo)磁芯5的飽和狀態(tài)具有特別的 重要性。確切地說，飽和狀態(tài)不僅取決于內(nèi)部磁場Η1而且受到外部磁場H ext的影響。
[0059] 在外部磁場Hext具有與內(nèi)部磁場H1相同的取向時的情況下，兩個磁場在傳感器線 圈1的導(dǎo)磁芯5內(nèi)相加(建設(shè)性地相互作用)并且導(dǎo)致導(dǎo)磁芯5處于與沒有外部磁場H ext的 情況相比振幅更小的激勵電流I下的飽和狀態(tài)。
[0060] 類似地，在外部磁場Hext具有與內(nèi)部磁場H1相反的取向的情況下，兩個磁場在傳 感器線圈1的導(dǎo)磁芯5內(nèi)彼此相減(破壞性地相互作用)使得更高振幅的激勵電流I是需要 的用于使傳感器線圈1的導(dǎo)磁芯5處于與沒有外部磁場H ext的情況相比飽和的狀態(tài)。
[0061] 如在這方面可公認(rèn)的，外部磁場Hext的強(qiáng)度，以及相應(yīng)地偏斜（即抵消）外部磁場 Hext的鐵磁目標(biāo)20的位置，可結(jié)合使傳感器線圈1的導(dǎo)磁芯5處于飽和狀態(tài)所需要的激勵 電流I進(jìn)行確定。
[0062] 確切地說，導(dǎo)磁芯5的非飽和狀態(tài)和飽和狀態(tài)之間的過渡在電路17中，即通過檢 測傳感器線圈1的電阻抗，是可識別的。該過渡點(diǎn)通常被稱為傳感器線圈1的"工作點(diǎn)"。
[0063] 更詳細(xì)地，在非飽和狀態(tài)下與導(dǎo)磁芯5操作的傳感器線圈1具有相對高的阻抗值 (近似600歐姆)。在飽和狀態(tài)下與導(dǎo)磁芯5操作的同一傳感器線圈1具有相對低的阻抗值 (近似60歐姆)。
[0064] 用于傳感器線圈1的非飽和狀態(tài)和飽和狀態(tài)之間的改變，對于預(yù)定的激勵電流I， 通過電路17檢測穿過傳感器線圈1的電壓V的改變，是可識別的。在這方面，電路17可將 傳感器線圈1的阻抗確定為傳感器線圈1兩端的電壓相對于預(yù)定激勵電流I的比值。
[0065] 在非接觸式位置傳感器100的更具體的實施例中，有利的激勵電流I用于檢測更 準(zhǔn)確地指示傳感器線圈1的導(dǎo)磁芯5的非飽和狀態(tài)和飽和狀態(tài)之間的過渡的阻抗改變。
[0066] 特別是，非接觸式位置傳感器100的電路17通過預(yù)定的交流電I激勵傳感器線圈 1。預(yù)定的交流電I包括低頻電流分量Ii和高頻電流分量1 2并可確定為=1=1^、。
[0067] 示例性地，低頻電流分量II被控制以具有10mA的振幅水平以及具有f^lkHz的 頻率；高頻電流分量1 2被控制以具有l(wèi)-2mA的振幅水平以及具有f2=100kHz的頻率。
[0068] 低頻電流分量L被設(shè)置成將傳感器線圈1激勵到飽和狀態(tài)。確切地說，低頻電流 分量Ii被預(yù)定以基于交流極性的內(nèi)部磁場H1交替地激勵傳感器線圈1到飽和狀態(tài)。有利 地，傳感器線圈1內(nèi)的鐵損從而可減少，例如磁滯損耗。
[〇〇69] 在這方面，低頻電流分量^的振幅被預(yù)先確定以將用于可變外部磁場HMt的傳感 器線圈1的導(dǎo)磁芯5激勵到飽和。
[0070] 示例性地，低頻電流分量L的振幅是基于與鐵磁目標(biāo)20結(jié)合產(chǎn)生的預(yù)期的外部 磁場Η#預(yù)先確定的。
[0071] 進(jìn)一步地，低頻電流分量Ii的低頻被設(shè)置成使得傳感器線圈1的阻抗對應(yīng)于 (被支配于）傳感器線圈1的直流電特征（即電線的電阻)。換句話說，非接觸式位置傳感器 100的傳感器線圈1在低頻電流分量Ii的低頻fi下展示出基本為直流電特征。
[0072] 示例性地，低頻電流分量Ii的低頻被設(shè)置成使得傳感器線圈1的阻抗對應(yīng)于繞 組9的直流電阻(例如大約10 - 20歐姆)。
[0073] 高頻電流分量12被設(shè)置成用于測量非接觸式位置檢測器10的傳感器線圈1的阻 抗。因此，高頻分量1 2不同于低頻分量Ii。高頻電流分量12被使用，因為對于高頻4，傳感 器線圈1會近似為理想電感器L。
[0074] 在這方面，為了測量理想電感器L的阻抗，以下方程式1是可適用的：
[0075]
【權(quán)利要求】
1. 用于通過外部磁場（Hext)的偏斜檢測鐵磁目標(biāo)（20)的位置的非接觸式位置傳感器 (100)，包括： 至少兩個傳感器線圈（1，2)，每個傳感器線圈包括限定一線圈軸線的導(dǎo)磁芯（5,6)和 圍繞該導(dǎo)磁芯（5,6)的繞組（9，10);其中所述至少兩個傳感器線圈（1，2)被布置成使所述 線圈軸線基本上彼此并聯(lián)，以及使所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個的一端（13,14) 面向一空間而使所述鐵磁目標(biāo)（20)相對于所述至少兩個線圈軸線的每個橫移；以及 電路（17)，用于激勵所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個內(nèi)的預(yù)定交流電流（I)以 及用于確定所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個兩端的電壓（％，V2)的高頻電壓分量 (v1H，v2H); 其中所述預(yù)定交流電流（I)包括設(shè)定為將所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個激勵 到飽和狀態(tài)的低頻電流分量（U，設(shè)定為用于測量所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個 的阻抗的高頻電流分量（12);以及 其中所述電路（17)適合通過將相應(yīng)的兩個傳感器線圈（1，2)兩端的確定的兩個電壓 (L，V2)的高頻電壓分量（V1H，V2H)的振幅水平彼此相減，以及通過比較該相減結(jié)果與預(yù)定的 參考圖案，檢測所述鐵磁目標(biāo)（20)的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中所述電路（17)進(jìn)一步包括 高通濾波器（22)，用于確定所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個兩端的電壓（'，％)的高 頻電壓分量（V 1H，V2H);其中所述高通濾波器（22)的截止頻率是基于用于所述至少兩個傳感 器線圈（1，2)的各自的高頻電流分量（1 2)的頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非接觸式位置傳感器（10)，其中所述電路（17)進(jìn)一步包 括： 一低通濾波器（21)，用于確定由各自的低頻電流分量（U引起的所述至少兩個傳感器 線圈（1，2)的每個兩端的電壓（％，V2)的低頻電壓分量（Vw Va);以及 其中所述低通濾波器（21)的截止頻率基于用于所述至少兩個傳感器線圈（1，2)的各 自的低頻電流分量的頻率（f\)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 一 3之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中所述電路（17)進(jìn) 一步包括： -相位檢測器（23)，用于檢測所述相應(yīng)的兩個傳感器線圈（1，2)兩端的電壓（Vi，V2)的 兩個低頻電壓分量（v1I；，Va)之間的相位偏移；以及 其中基于檢測的所述相位偏移，兩個確定的高頻電壓分量（V1H，V2H)之一相對于該兩個 確定的高頻電壓分量（V1H，V2H)中的另一個在將兩個高頻電壓分量（V1H，V 2H)的振幅水平彼 此相減之前位移。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中，所述電路（17)進(jìn) 一步適于將至少兩個傳感器線圈（1，2)中的兩個兩端的確定的高頻電壓分量（V 1H，V2H)的振 幅包絡(luò)的電平彼此相減。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中，所述低頻電流分 量的振幅基于所述外部磁場（Hext)設(shè)定以用于檢測鐵磁目標(biāo)（20)的位置；以及 其中所述低頻電流分量的低頻（f\)被設(shè)定為使得用于所述低頻（f\)的所述至少 兩個傳感器線圈（1，2)的各自的阻抗對應(yīng)于所述傳感器線圈（1，2)的直流電流特性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中，所述高頻電流分 量（12)的高頻（f 2)基于所述相應(yīng)的傳感器線圈（1，2)的導(dǎo)磁率被設(shè)定用于所述至少兩個傳 感器線圈（1，2)的每個，使得所述高頻電流分量（1 2)允許所述阻抗的測量但是對相應(yīng)的傳 感器線圈（1，2)的導(dǎo)磁芯（5,6)的磁化具有可以忽略的影響。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中，所述高頻電流分 量（12)的高頻（f 2)被設(shè)定用于所述至少兩個傳感器線圈（1，2 )的每個以對應(yīng)于所述至少兩 個傳感器線圈（1，2)的各自的共振頻率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，進(jìn)一步包括用于所述 至少兩個傳感器線圈（1，2)的每個的串聯(lián)電阻器（&，&)，其中由所述串聯(lián)電阻器（Ri，R 2)和 相應(yīng)的傳感器線圈（1，2)形成的每個串聯(lián)電路由所述電路（17)供應(yīng)預(yù)定交流電流（I)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中每個串聯(lián)電阻器（&，R2) 被配置為具有與連接的傳感器線圈（1，2)的直流電流阻抗值相同的電阻值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9和10之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，包括： 四個傳感器線圈（1，2,3,4)，每個傳感器線圈包括限定一線圈軸線的導(dǎo)磁芯（5,6,7， 8)和圍繞該導(dǎo)磁芯（5,6,7,8)的繞組（9，10，11，12);以及用于所述四個傳感器線圈（1，2， 3,4)的每個的串聯(lián)電阻器（心，R2, R3, R4); 其中由所述串聯(lián)電阻器（Ri，R2，R3，R4)和相應(yīng)的傳感器線圈（1，2,3,4)形成的每個串聯(lián) 電路由所述電路（17)供應(yīng)零度、90度、180度和270度之一相移形式的預(yù)定交流電流（I)， 該相移基于所述低頻電流分量設(shè)定；以及 其中所述電路（17)適合于這樣檢測所述鐵磁目標(biāo)（20)的位置：通過將用零度和180度 相移供應(yīng)或以90度和270度相移形式的預(yù)定交流電流（I)供應(yīng)的相應(yīng)的兩個傳感器線圈 (^么幻兩端的確定的電壓以^^^一中的兩個的高頻電壓分量…^^^^^的 振幅水平彼此相減，以及通過比較該相減結(jié)果與預(yù)定的參考圖案。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的非接觸式位置傳感器（100)，其中所述四個傳感器線圈被 定位形成正方形配置，使所述線圈軸線基本上彼此并聯(lián)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的非接觸式位置傳感器（100)，進(jìn)一步包括徑向磁 化的永磁體（30)，該永磁體布置在所述至少兩個傳感器線圈（1，2)之間，用于產(chǎn)生基本上 垂直于所述至少兩個線圈軸線的每個的外部磁場（Η#)。
14. 非接觸式位置傳感器系統(tǒng)，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的非接觸式位置傳感器（100); 永磁體（30)，該永磁體被布置在所述至少兩個傳感器線圈（1，2)之間，用于產(chǎn)生基本 上垂直于所述至少兩個線圈軸線的每個的外部磁場（Hext);以及 鐵磁目標(biāo)（20 )，該鐵磁目標(biāo)相對于所述至少兩個線圈軸線的每個在由所述至少兩個傳 感器線圈（1，2)的每個的一端（13，14)面向的空間中橫移； 其中非接觸式位置傳感器（100 )通過所述外部磁場（H# )的偏斜檢測鐵磁目標(biāo)（20 )的 位置。
【文檔編號】G01B7/30GK104101292SQ201410142709
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】M.沃爾夫, M.里德 申請人:泰科電子Amp有限責(zé)任公司