專利名稱：被測(cè)物相對(duì)于傳感器的位置和/或位置變化的測(cè)定方法及測(cè)定用的傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被測(cè)物相對(duì)于傳感器的位置和/或位置變化的測(cè)定方法，該 傳感器優(yōu)選具有施加以交流電的傳感線圈。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
電磁感應(yīng)傳感器可廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。它們可用于，例如，監(jiān)控傳感器與 被測(cè)物之間的距離、測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)或閥門升程的動(dòng)作、測(cè)定活塞的位置或檢測(cè)導(dǎo)電物。 這種不完全的列舉表明了這類通用傳感器廣泛應(yīng)用的可能性。
可沿軟磁鐵芯移動(dòng)的永久磁鐵用作路徑傳感器中的被測(cè)物，己由DE 36 10 479 Al揭示。兩個(gè)相對(duì)地外露的激勵(lì)線圈以及二次線圈均纏繞在該鐵芯上。該軟磁 鐵芯的一位置上所產(chǎn)生的虛擬氣隙取決于被測(cè)物相對(duì)于傳感器的位置，其意味著該 二次線圈中所感應(yīng)的電壓隨被測(cè)物的位置而變化。該電壓與被測(cè)物相對(duì)于傳感器的 位置成比例。
EP 1 158 266 Al揭示一種包括感應(yīng)傳感器、換能器以及評(píng)估單元的路徑測(cè) 量系統(tǒng)。根據(jù)該申請(qǐng)的一實(shí)施例，位置可相對(duì)于該傳感器變化的磁鐵用作換能器。 該磁鐵的磁場(chǎng)使該傳感器的軟磁材料飽和。因?yàn)檫@種局部飽和效應(yīng)，傳感器的測(cè)量 線圈的電感會(huì)變化，該測(cè)量線圈與振蕩器連接，因而可檢測(cè)其頻率或幅度的變化。
DE 203 07 652 Ul揭示一種磁控路徑記錄裝置，該磁控路徑記錄裝置設(shè)有磁 場(chǎng)傳感器以及能夠沿移動(dòng)軸線位移的磁鐵。軟磁材料條以與該移動(dòng)軸線平行設(shè)置， 自軟磁材料條的端部，使磁場(chǎng)傳感器面對(duì)該端部和其傳感器裝置組合。該路徑記錄 裝置的測(cè)量范圍由該軟磁材料條的長(zhǎng)度以及該磁鐵的寬度來(lái)確定。
US 4 926 122 A、 EP 0 729 589 Bl或DE 30 41 041 C2揭示一些帶有磁電 轉(zhuǎn)換器的傳感器，這些傳感器用于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的不接觸記錄。實(shí)際上，為了保證不受 干擾，這些轉(zhuǎn)換器與被測(cè)物為緊靠設(shè)置。在這有限的間隔(一般大致為1亳米)，特別是在實(shí)際的使用條件下，該傳感器可能被損壞。因此，以較大的基本間隔可靠地 記錄旋轉(zhuǎn)動(dòng)作對(duì)于動(dòng)態(tài)操作尤其重要。
DE 38 03 293 Al、 DE 38 03 253 Al或DE 36 10 479 Al揭示利用高磁導(dǎo)率 軟磁材料的飽和效應(yīng)的其它傳感器以及接近開(kāi)關(guān)。然而，這些傳感器的反應(yīng)距離受 限制。為了達(dá)到較大的測(cè)量范圍，評(píng)估電路的放大系數(shù)必須大。然而，這會(huì)導(dǎo)致與 溫度相關(guān)的大誤差以及對(duì)安裝的公差要求高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明主要的目的是提供了一種方法，用該方法能夠在靜態(tài)及動(dòng)態(tài)操 作中以分辨率測(cè)量被測(cè)物相對(duì)于傳感器的位置或位置變化。本發(fā)明還提供了一種設(shè) 計(jì)可能最簡(jiǎn)單的相應(yīng)裝置。
上述的目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方
法，其特征在于通過(guò)分配給軟磁金屬薄片中被測(cè)物的磁鐵，其磁導(dǎo)率在磁場(chǎng)的作
用下隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化并安排在傳感器的作用范圍內(nèi)，使金屬薄片的磁導(dǎo)率 變化，而該金屬薄片的磁導(dǎo)率變化由傳感器上的反饋來(lái)確定并由其測(cè)定被測(cè)物相對(duì) 于傳感器的位置和/或位置變化。位置或位置變化的測(cè)定相當(dāng)于角度、角度變化的 測(cè)定或轉(zhuǎn)速的測(cè)量。
在裝置方面，上述的目的通過(guò)權(quán)利要求13的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的傳
感器裝置，其特征在于在傳感器的作用范圍內(nèi)設(shè)置軟磁材料的金屬薄片，其中該 金屬薄片的磁導(dǎo)率在磁場(chǎng)的作用下隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的變化而變化，并且還設(shè)有評(píng)估電 路，利用該評(píng)估電路，再由傳感器上的反饋測(cè)定該金屬薄片的磁導(dǎo)率變化以及得出 關(guān)于被測(cè)物相對(duì)于傳感器的位置和/或位置變化的結(jié)果。本文還提及到位置或位置 變化的測(cè)定相當(dāng)于角度、角度變化的測(cè)定或轉(zhuǎn)速的測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的另一實(shí)施例，以權(quán)利要求25來(lái)保護(hù)，該傳感器
裝置實(shí)現(xiàn)了上述的目的。根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置，其特征在于在傳感器的作用 范圍內(nèi)設(shè)置由軟磁材料制成的金屬薄片，其中該金屬薄片的磁導(dǎo)率在磁場(chǎng)的作用下 隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化，并且被測(cè)物的移動(dòng)基本上在平行于該金屬薄片的伸縮方 向以及該金屬薄片的磁導(dǎo)率變化由傳感器上的反饋測(cè)定以及由此得出關(guān)于被測(cè)物相 對(duì)于傳感器的位置和/或位置變化的結(jié)果。本文還提及到位置或位置變化的測(cè)定相
7當(dāng)于角度、角度變化的測(cè)定或轉(zhuǎn)速的測(cè)量。
對(duì)于本發(fā)明的方法，最初認(rèn)識(shí)到軟磁材料的特性可用作高精度的位置測(cè)量。 軟磁材料的磁導(dǎo)率在外部磁場(chǎng)的作用下隨現(xiàn)存的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化。
這特性可用于傳感器裝置中。為了這目的，將磁鐵分配給被測(cè)物，并記錄磁 鐵相對(duì)于傳感器的位置。因有這磁鐵，當(dāng)傳感器靠近被測(cè)物或當(dāng)被測(cè)物靠近傳感器 時(shí)，在軟磁材料范圍內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。因而，使磁鐵的磁導(dǎo)率減少，這對(duì)設(shè)置 在軟磁材料附近的測(cè)量組件的性質(zhì)有影響并且可通過(guò)與測(cè)量組件連接的適合的評(píng)估 電路為該被測(cè)物的位置變化的位置賦于估值。適合的評(píng)估電路包括磁場(chǎng)傳感器，如 霍爾傳感器、相異性磁阻傳感器及大型磁阻傳感器、或感應(yīng)傳感器，例如感應(yīng)傳感 器的線圈或渦流傳感器或任何其它對(duì)磁導(dǎo)率變化敏感的測(cè)量組件。
根據(jù)本發(fā)明可進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到傳感器裝置的敏感度的提高可以通過(guò)以下達(dá)到 將軟磁材料只設(shè)計(jì)成金屬薄片。因而，在很大程度上避免了體積效應(yīng)的形成，以致 于較低的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)磁導(dǎo)率變化是必要的以及它們可在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生。這對(duì)傳感器裝 置的敏感度和原動(dòng)力有較好的影響。另一方面，這意味著給被測(cè)物分配的磁鐵的磁 場(chǎng)在相對(duì)寬的測(cè)量范圍內(nèi)部對(duì)金屬薄片的磁導(dǎo)率有影響。
當(dāng)被測(cè)物與傳感器之間以基本上在與金屬薄片的伸縮方向平行的方向移動(dòng) 時(shí)，則金屬薄片中形成較高磁導(dǎo)率區(qū)、磁導(dǎo)率減少區(qū)以及在該兩個(gè)區(qū)之間的過(guò)渡 區(qū)。依據(jù)傳感器與被測(cè)物之間的距離，該過(guò)渡區(qū)可沿金屬薄片位移。因而，在相當(dāng) 大的測(cè)量范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量組件有較大的影響。
以這種方式配置的本發(fā)明的傳感器裝置特別有利，其中被測(cè)物的磁鐵的磁場(chǎng) 方向沿該金屬薄片的"較大"磁化軸。在這情況下，磁鐵的磁場(chǎng)在該金屬薄片的端 部?jī)H與小表面耦合。此外，有效地利用該金屬薄片的不飽和區(qū)亦是有利的。
本發(fā)明的傳感器裝置的分辨率及準(zhǔn)確度取決于該金屬薄片的電磁性質(zhì)及磁性 質(zhì)。例如，可用由M-金屬、軟磁非晶合金或鐵氣體制成的金屬薄片。
透過(guò)，例如，用由納米晶體材料制成的金屬薄片來(lái)達(dá)到高機(jī)械強(qiáng)度及優(yōu)良的 電磁性質(zhì)的結(jié)合是有利的。優(yōu)良電磁性質(zhì)包括高磁導(dǎo)率(例如^50,000-500， 000)、較低的電導(dǎo)率以及在大的溫度和頻率范圍內(nèi)的小損耗。
上述的效果可根據(jù)以下所描述的本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些實(shí)施例的目的 是設(shè)計(jì)一種具有最大可能的檢測(cè)范圍的傳感器以及使該傳感器達(dá)到最高可能的敏感度。
本發(fā)明使用了由軟磁材料制成的金屬薄片，其磁導(dǎo)率變化對(duì)傳感線圈有影響。
磁導(dǎo)率變化在線圈上產(chǎn)生可檢測(cè)的反饋，其一般可透過(guò)線圈的阻抗變化來(lái)顯 示。線圈的阻抗或阻抗變化可以一般的方式透過(guò)交流電施加在該傳感器線圈上來(lái)測(cè)
然而，需要強(qiáng)調(diào)的是，磁導(dǎo)率變化還可由其它感應(yīng)的或磁場(chǎng)敏感的測(cè)量組件 來(lái)記錄。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選的實(shí)施例，以直流電激發(fā)的補(bǔ)償線圈設(shè)置在靠近以直流 電施加的傳感器線圈的軟磁金屬薄片的附近。因此，依據(jù)線圈的設(shè)計(jì)及安排，磁導(dǎo) 率在差不多金屬薄片的大范圍內(nèi)會(huì)受影響。這可用于為對(duì)被測(cè)物的檢測(cè)謹(jǐn)慎地形成 特別有利的測(cè)定條件。如果被測(cè)物位于較大的距離，給被測(cè)物分配的磁鐵的磁場(chǎng)僅 對(duì)金屬薄片具有輕微的作用，因?yàn)樵搨鞲衅餮b置的敏感度位于不利的范圍內(nèi)。透過(guò) 以直流電施加在補(bǔ)償線圈上，可達(dá)到敏感度改變以及使在測(cè)量范圍的特定部分內(nèi)的 敏感度有意地提高。另一方面，如果，例如，被測(cè)物非常接近該傳感器時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)的 值可能過(guò)高。然后，可透過(guò)補(bǔ)償線圈有意地降低場(chǎng)強(qiáng)，以致于該傳感器裝置能夠再 位于較有利的工作狀態(tài)。在這情況下，根據(jù)直流電的極性和強(qiáng)度可顯著地?cái)U(kuò)大該測(cè) 量范圍以及改善該測(cè)量范圍的敏感度。再者，可透過(guò)調(diào)整補(bǔ)償線圈的磁場(chǎng)來(lái)補(bǔ)償或 修正安裝公差或慢變的干擾，例如溫度漂移或老化。
兩種實(shí)施例也可同時(shí)實(shí)施，以致于兩種實(shí)施例的積極效果相互相加。
在以直流電激發(fā)的補(bǔ)償線圈的實(shí)施例中，該直流電優(yōu)選為可調(diào)整的。這可能 僅僅與直流電的強(qiáng)度有關(guān)，或另一方面，也可改變直流電的極性。透過(guò)調(diào)整直流電 的強(qiáng)度，可改變軟磁金屬薄片的磁導(dǎo)率的影響程度。極性的改變意味著由傳感線 圈、補(bǔ)償線圈以及被測(cè)物的磁鐵的磁場(chǎng)所形成的合成磁場(chǎng)可增強(qiáng)或減弱。因此，可 對(duì)影響金屬薄片的磁導(dǎo)率的磁場(chǎng)產(chǎn)生特別大的影響。然后，可調(diào)節(jié)直流電，以致于 可建立基本上恒定的傳感線圈磁場(chǎng)。
具體地說(shuō)，有利的是在第一次激活之前對(duì)該傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。為了這目的，
優(yōu)選地以以下步驟進(jìn)行。首先，對(duì)在相對(duì)于傳感器的多個(gè)位置h上的被測(cè)物定位。 單個(gè)位置h具有步寬Sh。優(yōu)先排列這些單個(gè)位置，以致于它們基本上位于公共線在每一位置h向傳感線圈供交流電。因此，該傳感線圈產(chǎn)生受軟磁金屬薄片 影響的電磁交變場(chǎng)。確定每一位置h上的傳感線圈的阻抗Z和/或相對(duì)阻抗變化A
z/z。為此，在實(shí)際應(yīng)用中揭示了不同的方法。從這樣所得的數(shù)值來(lái)確定該傳感線 圈的相對(duì)敏感度S與被測(cè)物相對(duì)于傳感線圈的位置h之間的相關(guān)性特征。然后，相 對(duì)敏感度S由S-^/幼得出。
由這特征確定位置ho，在該位置上假定相對(duì)敏感度S達(dá)最大值。將與這位置 ho相對(duì)應(yīng)的復(fù)阻抗Zo的值儲(chǔ)存在非易失性存儲(chǔ)器中。因此，可用這些步驟來(lái)確定 該傳感器特征。
在隨后的步驟中，測(cè)定測(cè)量結(jié)果對(duì)直流電的強(qiáng)度的相關(guān)性。為了這目的，將 直流電通入補(bǔ)償線圈。被測(cè)物再次放置在不同位置h以及在每一位置h上測(cè)定傳感 線圈的膽抗Z和/或相對(duì)阻抗變化AZ/Z。傳感線圈、補(bǔ)償線圈以及被測(cè)物的磁鐵的 磁場(chǎng)的疊加都作用在金屬薄片上。在下一個(gè)步驟中，使直流電的強(qiáng)度在測(cè)量范圍士 Ah內(nèi)變化。重復(fù)這步驟直至達(dá)到阻抗的預(yù)定及儲(chǔ)存的目標(biāo)值。由所獲得的數(shù)值來(lái) 確定直流電與被測(cè)物的位置變化的相關(guān)性。因而，透過(guò)測(cè)量范圍土Ah內(nèi)的補(bǔ)償線 圈可獲得位置h與直流電之間的基本上線性的關(guān)系。因此，在許多應(yīng)用中，只測(cè)定 及儲(chǔ)存位置變化與直流電之間的比例系數(shù)便足夠。
有利的是，是不是以被測(cè)物與傳感器之間的基距測(cè)定復(fù)阻抗的預(yù)定目標(biāo)值， 在該基距上被測(cè)物的位置變化會(huì)導(dǎo)致線圈組的最大阻抗變化。
通常，為了測(cè)定金屬薄片的磁導(dǎo)率變化在線圈上的反饋，則要測(cè)量其阻抗的 變化。然而，應(yīng)提及，原則上，磁導(dǎo)率的測(cè)量還可以用其它方法?？芍苯拥鼗蜷g接 地測(cè)量阻抗。例如，當(dāng)施加已知的電流時(shí)，可測(cè)量線圈上的電壓降并且通過(guò)該電壓 除以該電流求出該阻抗。然而，該阻抗還可透過(guò)并聯(lián)電容擴(kuò)大成自由擺動(dòng)振蕩器， 其例如，通過(guò)PLL(鎖相環(huán))電路驅(qū)動(dòng)。由PLL電路的初始信號(hào)得出關(guān)于傳感器線圈 的阻抗的結(jié)果。
由傳感線圈的復(fù)阻抗Z來(lái)確定該實(shí)部Re(Z)和虛部lm{Z}。該實(shí)部和虛部的 確定可以仿真或數(shù)字的方式發(fā)生。從實(shí)踐中足以得知相應(yīng)的方法。該實(shí)部Re(Z)和 該虛部lm(Z)的比率D可由D-Re(Z)/lm(Z)表示。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的變型，直流電的大小經(jīng)由跟蹤控制中的補(bǔ)償線圈由閉合控 制回路設(shè)定。該比率D用作該控制回路的目標(biāo)值，其中D可保持恒定。該虛部
lm(Z)可用于確定被測(cè)物相對(duì)于該傳感器的位置或位置變化。再者或作為一種選 擇，透過(guò)補(bǔ)償線圈，直流電的強(qiáng)度可用于位置確定。
最好這樣進(jìn)行控制，以致于傳感器的最大相對(duì)敏感度S在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)或 部分測(cè)量范圍內(nèi)保持恒定。為了這目的，可使用從校準(zhǔn)所獲得的信息。位置ho上敏 感度最大，可通過(guò)選擇直流電由補(bǔ)償線圈位移該位置ho。
作為一種控制的選擇，直流電可以手動(dòng)調(diào)節(jié)。特別是當(dāng)被測(cè)物以高動(dòng)態(tài)特性 移動(dòng)時(shí)，該控制對(duì)變化的反應(yīng)可能不夠快。直流電的手動(dòng)調(diào)節(jié)可以各種方式完成。 因而，直流電的強(qiáng)度可通過(guò)，例如，鍵或鍵盤輸入。作為一種選擇或再者，還可使 用仿真或數(shù)字旋轉(zhuǎn)控制或移位控制。
在具有以直流電激發(fā)的補(bǔ)償線圈的傳感器裝置中，補(bǔ)償線圈及被測(cè)物的磁鐵 疊加成合成磁場(chǎng)。而各個(gè)磁場(chǎng)的方向及極性通常會(huì)不同。傳感線圈的磁場(chǎng)為交變 場(chǎng)，因?yàn)橄騻鞲芯€圈供交流電，并且因此需要以交流電的兩倍頻率來(lái)改變?cè)摯艌?chǎng)的 極性。該補(bǔ)償線圈的磁場(chǎng)以控制或手動(dòng)調(diào)節(jié)，取決于被測(cè)物相對(duì)于該傳感器的位 置。然后，可選擇激發(fā)該補(bǔ)償線圈的直流電的極性，以致于使磁場(chǎng)的靜磁場(chǎng)分量增 強(qiáng)或減弱。這取決于磁場(chǎng)方向，其中合成磁場(chǎng)將被位移以便達(dá)到可能最好或甚至理 想的位置測(cè)定條件。給被測(cè)物分配的磁鐵的磁場(chǎng)通常為不均勻的磁場(chǎng)并且取決于該 傳感器以及被測(cè)物之間的距離。
該傳感線圈與該補(bǔ)償線圈可相互在電流上隔離。因此，這兩組線圈通以相互 完全獨(dú)立的電流。然而，需要指出的是，該兩組線圈還可組合成單一線圈或兩組線 圈的其中一組可透過(guò)中間接點(diǎn)設(shè)計(jì)成另一組線圈的部分區(qū)段。在具有單個(gè)線圈的實(shí)
施例中，以直流電部分位移的交流電可供給線圈。還可透過(guò)控制電路或手動(dòng)的方式 以兩組線圈電流隔離配置調(diào)整偏移。
被測(cè)物的磁鐵優(yōu)選為永久磁鐵。因此，可使用被測(cè)物，與任何附加的電源無(wú) 關(guān)。然而，該磁鐵還可由電磁鐵組成。因此，對(duì)測(cè)量有影響。例如，如果被測(cè)物比 較接近該傳感器，磁鐵的磁場(chǎng)可透過(guò)減少激發(fā)電流而減弱。當(dāng)被測(cè)物與傳感器之間 的間距大時(shí)，該激發(fā)電流也可提高。兩種磁鐵的實(shí)施例還可組合使用。
在一種傳感器的評(píng)估電路的可能的實(shí)施例中，該金屬薄片電容性地與傳感線
11圈耦合。在這實(shí)施例中，該金屬薄片具有電觸點(diǎn)與振蕩器連接。振蕩器的另一極與 傳感線圈的其中一端連接。在這情況下，能量以電容性與傳感線圈耦合。傳感線圈 的兩端與放大器的輸入端連接，其放大傳感線圈的電壓降。該放大器為評(píng)估電路的 一部分，用于測(cè)定金屬薄片的磁導(dǎo)率變化。線圈的電壓降由放大器放大并作為放大 信號(hào)U2提供。這信號(hào)U2與相對(duì)阻抗變化AZ/Z成比例。
作為這實(shí)施例的一種選擇，該振蕩器可直接與該傳感線圈連接。因此，交流 電可直接與該線圈耦合。然后，該金屬薄片，例如，可接地。在這實(shí)施例中，該傳 感線圈的電壓降也可被放大并可產(chǎn)生與相對(duì)阻抗變化AZ/Z成比例的信號(hào)U2。
在兩種情況下，可設(shè)有形成電壓信號(hào)u2的兩個(gè)正交分量的電子裝置。該兩 個(gè)分量與該傳感線圈的復(fù)阻抗的實(shí)部Re(Z)以及虛部lm(Z)成比例。該電子裝置產(chǎn)
生電壓信號(hào)U3和U4，其表示兩個(gè)正交電壓分量。該信號(hào)U4可用于使振蕩器同步， 而信號(hào)U3則用于控制向補(bǔ)償線圈供直流電的電壓源。
該電子裝置可從實(shí)踐得知的各種裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選以數(shù)字分析該放大信號(hào)。 該電子裝置具有A/D變換器、處理器以及存儲(chǔ)器。為了使電子裝置與電源在電流上 隔離，可附加設(shè)有光耦合器，通過(guò)該光耦合器將控制信息傳送到電流去耦的電源。
在沒(méi)有補(bǔ)償線圈而將被測(cè)物的移動(dòng)方向限制在平行于該金屬薄片的伸縮方向 的傳感裝置的實(shí)施例中，該磁鐵還可是永久磁鐵或電磁鐵。在使用電磁鐵的實(shí)施例 中，該傳感器的測(cè)量會(huì)再次受影響(如上所述)。
傳感裝置的校準(zhǔn)也可在這類的配置中進(jìn)行。為了這目的，上述的傳感器特征 的測(cè)定步驟會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行。
與補(bǔ)償電路的實(shí)施例一樣，評(píng)估電路的實(shí)施例以可比較的方式想到。振蕩器 可直接向該金屬薄片的接觸點(diǎn)供電壓信號(hào)。然后，該電壓電容性地與傳感線圈耦 合。在線圈上發(fā)展的電壓可通過(guò)放大器放大并且可供給電子裝置以確定實(shí)部和虛
部。振蕩器的同步可由與該虛部成比例的電壓信號(hào)U4產(chǎn)生。
振蕩器也可直接與傳感線圈連接以及在線圈上發(fā)展的電壓降由放大器放大。 被放大的信號(hào)可供給電子裝置以便從該被放大的信號(hào)中提取實(shí)部和虛部。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的兩種實(shí)施例中(即帶有或沒(méi)有補(bǔ)償線圈的傳感器 裝置)，傳感器可以不同的方式形成。該傳感器可放置在圓型或其它三維壓紋的支 撐件上。該傳感線圈、該金屬薄片以及可選擇的補(bǔ)償線圈可纏繞、粘合或以其它方
12式放置在該支撐件上。
在另一實(shí)施例中，傳感器可設(shè)計(jì)成扁平狀。然后，該傳感器優(yōu)選放置在扁平 的支撐件上。然而，傳感器還可呈弧形并適合于特別的工作環(huán)境。可在相應(yīng)的校準(zhǔn) 措施后沒(méi)有問(wèn)題的情況下使用這樣的傳感器。
為了進(jìn)一步改進(jìn)傳感器裝置的敏感度，金屬薄片的厚度可適合于由傳感線圈 所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的穿透深度。因而，由傳感線圈所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)優(yōu)選為高頻的電磁 場(chǎng)。以下公式用來(lái)表示導(dǎo)電材料中的穿透深度S:
其中，"=2Mf， f為該交變場(chǎng)頻率以及o為電導(dǎo)率以及y為該金屬薄片的磁導(dǎo)率。 從式中可見(jiàn)，S與該金屬薄片的磁導(dǎo)率p的平方根成反比例。如果因?yàn)橥獠看艌?chǎng)而
使該金屬薄片的磁導(dǎo)率下降，則該金屬薄片中的電磁場(chǎng)的穿透深度增大。如果金屬 薄片的厚度合適，電磁場(chǎng)在低磁導(dǎo)率的區(qū)穿過(guò)該金屬薄片。這效果也可用于提高敏 感度?？稍诿鎸?duì)遠(yuǎn)離靠近金屬薄片的傳感線圈一側(cè)上設(shè)置傳導(dǎo)面。這傳導(dǎo)面優(yōu)選具 有比軟磁金屬薄片更高的電導(dǎo)率。因此，在該傳導(dǎo)面中感應(yīng)的渦流較在軟磁金屬薄 片中感應(yīng)的為多。
尤其當(dāng)被測(cè)物的移動(dòng)方向限制在基本上平行于該金屬薄片的伸縮方向時(shí)，會(huì) 達(dá)到軟磁金屬薄片使位于其后面的傳導(dǎo)面暴露的位置，隨被測(cè)物的位置而變。按照 被測(cè)物的位置，具有減少了磁導(dǎo)率的不同寬度的區(qū)域可使傳感線圈的電磁場(chǎng)能夠穿 過(guò)該軟磁金屬薄片。(顯然，這可想象成金屬薄片以類似百葉窗的方式露出部分不 同大小的窗口。)因此，按照被測(cè)物的位置，在傳導(dǎo)面上將感應(yīng)出不同程度的渦 流。這會(huì)對(duì)傳惑線圈的阻抗產(chǎn)生比軟磁金屬薄片中感應(yīng)的渦流更強(qiáng)的效果，其對(duì)傳 感器裝置的敏感度具有積極效果。
最好向傳感線圈提供高頻交流電。因此，傳感器的動(dòng)力很高。因?yàn)轭l率高，
導(dǎo)電材料中的渦流的穿透深度為小，然而，對(duì)于薄的金屬薄片(例如20um)來(lái)說(shuō)， 這穿透深度已經(jīng)足夠。顯而易見(jiàn)，體積效應(yīng)并不需要，.甚至不希望，因?yàn)樵隗w積大 的軟磁材料中，渦流也只在薄層中流過(guò)，以致于測(cè)量效果相對(duì)于體積受到限制。
如上所述，磁導(dǎo)率變化區(qū)取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)該磁鐵，該傳感器可在相對(duì)大的距離(例如30-50)并以非常高的分辨率(幾個(gè)U m)通過(guò)定位整個(gè)適合的裝置的最 高敏感區(qū)，以致于該工作點(diǎn)位于相對(duì)于該傳感器的磁鐵的規(guī)定的基距上測(cè)量該磁鐵 的位置。在一種磁路的適合實(shí)施例中，可到達(dá)的是所謂的冗余系數(shù)通常大約3。這 意味著被測(cè)物的移動(dòng)路線較金屬薄片中磁導(dǎo)率分布的變化大3倍。因此，金屬薄片 的長(zhǎng)度相對(duì)于該移動(dòng)路徑縮短了該冗余系數(shù)。這是特別有利，因?yàn)檫@樣才有可能設(shè) 計(jì)出簡(jiǎn)單而小型的傳感器。
所述的傳感器的實(shí)施例還可這樣實(shí)現(xiàn)金屬薄片及磁鐵固定，只有線圈可移動(dòng)。
在另一有利的實(shí)施例中，該磁鐵可與該傳感器固定連接。為了在該傳感線圈 的位置獲得可按被測(cè)物位置變化的磁場(chǎng)，被測(cè)物必須由可影響磁場(chǎng)的材料組成。這 可為鐵磁材料。透過(guò)鐵磁被測(cè)物相對(duì)于傳感器以及與傳感器連接的磁鐵的位置變 化，可影響磁場(chǎng)線以及還在金屬薄片中磁導(dǎo)率分布產(chǎn)生變化。
現(xiàn)有不同的可能性可使本發(fā)明構(gòu)思以有利的方式構(gòu)成及改進(jìn)。為此， 一方面
可以參照權(quán)利要求l、 13和15,另一方面，可結(jié)合附圖參照本發(fā)明一些較佳實(shí)施例 作以下敘述。在結(jié)合


本發(fā)明一些較佳實(shí)施例的同時(shí)， 一般還對(duì)本發(fā)明構(gòu)思 的改進(jìn)及較佳實(shí)施例作敘述。

圖1為本發(fā)明的被測(cè)物的位置和/或位置變化的記錄裝置的示意圖2為沿軟磁金屬薄片的磁場(chǎng)分布與被測(cè)物的位置h的關(guān)系的曲線圖3為相對(duì)敏感度S隨相對(duì)于傳感器的被測(cè)物位置h而變的典型趨勢(shì)曲線
圖4為直流電I—隨被測(cè)物的位置h而變的趨勢(shì)曲線圖5為本發(fā)明的具有補(bǔ)償線圈的傳感器裝置的第一實(shí)施例示意圖； 圖6為本發(fā)明的具有補(bǔ)償線圈的傳感器裝置的第二實(shí)施例示意圖； 圖7為本發(fā)明的設(shè)有補(bǔ)償線圈以及加入固定的永久磁鐵的傳感器裝置的第三 實(shí)施例示意圖；以及
圖8為控制直流電線圈的控制電源的電路圖。 在每幅圖中的同一或等同的組件使用了同一標(biāo)號(hào)。
1具體實(shí)施例方式
圖1所示為一種記錄被測(cè)物2相對(duì)于電磁傳感器3的位置h和/或位置變化 的根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置1的方框圖。永久磁鐵4分配給被測(cè)物2，在所述變型 中，該磁鐵的幾乎所有側(cè)面均被被測(cè)物2包圍。傳感器3具有線圈組5，該線圈組 由傳感線圈6以及補(bǔ)償線圈7組成。于線圈組5的作用范圍內(nèi)設(shè)置軟磁材料的金屬 薄片8。傳感線圈6具有兩端K和K2。端^與可同步的振蕩器10連接，而端K2 與評(píng)估電路11的輸入端以及該金屬薄片的電觸點(diǎn)9連接。振蕩器10向該傳感線圈 6提供固定頻率和振幅的交流電壓。在這情況下，由該傳感線圈6產(chǎn)生電磁交變 場(chǎng)，其在金屬薄片8中感應(yīng)渦流。金屬薄片8的材料的電磁性質(zhì)，如電導(dǎo)率o以及 磁導(dǎo)率u，影響在交變場(chǎng)上的渦流的特性和反饋。通過(guò)被測(cè)物2與傳感器3之間的 距離變化，使金屬薄片8的磁導(dǎo)率u變化，該磁導(dǎo)率變化導(dǎo)致在線圈組5中的交變 場(chǎng)變化。結(jié)果，改變傳感線圈6的復(fù)阻抗Z，可利用評(píng)估電路11來(lái)測(cè)量該復(fù)阻抗Z 的變化。端K和K2之間的電壓降由差分放大器12放大，其中，在放大器12的輸 出端的電壓U2與傳感線圈6的阻抗Z成比例。透過(guò)電子裝置13測(cè)定電壓U2的兩 個(gè)正交分量Lb和U4。
電壓Lb用于控制可控的電壓源14，其向線圈組5的補(bǔ)償線圈7供直流電 I一。因此，補(bǔ)償線圈7所產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，加上永久磁鐵4的磁場(chǎng)以及傳感線圈6 的交變場(chǎng)一起形成合成磁場(chǎng)。利用積分器16通過(guò)在穩(wěn)定電阻上的電壓降來(lái)測(cè)量直 流電I一的大小。在積分器16的輸出端"outl"的信號(hào)用于測(cè)定被測(cè)物2與傳感器 3之間的距離變化。
該可控的電壓源14可以不同的方式形成?？刹捎猛ㄟ^(guò)信號(hào)U3所驅(qū)動(dòng)的D/A 變換器或數(shù)字電位計(jì)。圖8所示的一可能的實(shí)施例，以下將進(jìn)一步詳細(xì)描述。
從電壓U2透過(guò)電子裝置所產(chǎn)生的第二電壓分量U4用于使振蕩器10同步。 因此，由振蕩器所產(chǎn)生的電壓Lh和電壓U4為同步。
傳感器裝置1可用于閉合控制回路中，其中信號(hào)U3為控制量，該控制量確 定為在電子裝置13的儲(chǔ)存器中的目標(biāo)值與電壓U2的差。在另一控制回路的變型 中，信號(hào)U3被中斷并通過(guò)，例如，鍵盤手動(dòng)控制該電壓源14以便達(dá)到直流電1_某 一數(shù)值。輸出信號(hào)由該電子裝置13的"out2"產(chǎn)生。將結(jié)合圖2(A)、 (B)及(C)來(lái)說(shuō)明沿金屬薄片8的磁場(chǎng)分/i」以及磁鐵4的位置 h之間的關(guān)系。該金屬薄片8由放置在支撐件17的納米晶體材料組成，例如由陶瓷 組成。在圖2中，冗余系數(shù)的重要性是顯而易見(jiàn)的在被測(cè)物的位置從^至h4變 化中，金屬薄片中磁導(dǎo)率的分配只從路徑a-b變化到g-h。這路徑因相對(duì)于由被測(cè) 物所覆蓋的路徑h的冗余系數(shù)而縮短，其中該冗余系數(shù)值例如為3。
圖2(A)示出了一種由放置在支撐件17上的金屬薄片8組成的裝置，利用這 裝置，由永久磁鐵4所產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿金屬薄片8的分配可間接地測(cè)定。寬度A-3mm 的測(cè)量線圈18以一層環(huán)繞該支撐件17以及金屬薄片8設(shè)置。該測(cè)量線圈18這樣 配置，以致于它可沿金屬薄片8的縱向方向移動(dòng)。
圖2(B)中的曲線圖標(biāo)出了當(dāng)測(cè)量線圈18沿金屬薄片8的x方向移動(dòng)時(shí)測(cè)量 線圈18的復(fù)阻抗量(金屬薄片的長(zhǎng)度L=25mm、寬度為5 以及厚度為0. 02mm)。該 曲線圖揭示了于被測(cè)物2相對(duì)于金屬薄片8的不同位置h所獲得的幾個(gè)阻抗趨勢(shì)。 為使更清晰，位置被設(shè)定成數(shù)值，其中hf60mm、 h2=50mm 、 h3=40mm以及 h4=30mm。這也示出了這樣的裝置的測(cè)量范圍可設(shè)定多大。
圖2(C)中的示意圖標(biāo)出了該金屬薄片的范圍，在該范圍中設(shè)定采用軟磁金屬 薄片的傳感器的阻抗特性的最大斜度以及最大敏感度。圖中所示的范圍相對(duì)于位置 hf60,、 h2=50mm、 h3=40mm以及h4=30mm。顯而易見(jiàn)，范圍(a-b)、 (c-d) 、 (e-f) 以及(g-h)按比例地移到永久磁鐵4的位置h。
圖3較精確地繪制出相對(duì)敏感度S隨被測(cè)物2的位置h而變的曲線。傳感器 3的敏感度S以下式示出
其中AZ/Z為傳感器線圈(7)的相對(duì)阻抗變化以及Sh為單個(gè)位置h之間的步寬。圖 中不難見(jiàn)到，在位置ho上假定相對(duì)敏感度S達(dá)最大值。在位置ho前后的范圍土Ah 內(nèi)，相對(duì)敏感度S仍保持在較大的數(shù)值并且然后顯著地減少。
圖4示出了取決于被測(cè)物相對(duì)于基本位置ho的位置變化土 Ah的直流電趨勢(shì) 圖。圖中示出了在直流電1_與該永久磁鐵的位置變化士 Ah之間呈統(tǒng)性函數(shù)關(guān)系。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的第一實(shí)施例，該傳感器裝置由被測(cè)物 2以及傳感器3組成。永久磁鐵4置于被測(cè)物2的包圍體中以致于磁場(chǎng)方向與被測(cè)物2的移動(dòng)軸線 一致。傳感器3設(shè)計(jì)為扁平狀并且包括支撐件17，在該支撐件的兩側(cè)上設(shè)置兩個(gè)平 面線圈6禾口 7。
電路板或陶瓷基片可用于支撐件17以及該線圈6和7可由已知的方法合適 地制成，例如，利用絲網(wǎng)印刷印在支撐件17上或粘合在其上。
設(shè)有線圈6和7的支撐件17由兩塊以導(dǎo)電材料，優(yōu)選鋁或銅，制成的電路 板19、 20覆蓋。線圈6和7的寬度"A"僅為金屬薄片8的長(zhǎng)度"I"的約百分之 二十五，該金屬薄片粘合在電路板20的一側(cè)上。向線圈6供給高頻交流電壓并用 作測(cè)量線圈。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的第二實(shí)施例。傳感器3由以塑料制成的圓 型支撐件17組成。用作補(bǔ)償線圈7以及供給直流電的第一多層線圈纏繞在槽式圓 形支撐件17上。
由振蕩器供給高頻交流電的測(cè)量線圈6沿支撐件17繞一層并且圍住該補(bǔ)償
線圈7。
以納米晶體或非結(jié)晶體的材料制成的金屬薄片8粘合在管21的內(nèi)部。管21 由高電導(dǎo)率的材料組成并且同時(shí)地用作傳感器的殼體。在被測(cè)物2的一側(cè)上，管21 用以導(dǎo)電材料制成的覆蓋件23覆蓋。然而，該覆蓋件可被被測(cè)物2的永久磁場(chǎng)(H力 穿過(guò)。評(píng)估電子裝置24置于殼體25中，為了電磁兼容性的原因，殼體應(yīng)該與管 21以及金屬薄片8連接。
在這種變型中，有利的是，傳感器3被完全密封及屏蔽以及在沒(méi)有附加壓力 管的情況下直接放置在壓力空間中，例如液壓或氣壓缸。
圖7示出了傳感器3的第三變型，其中永久磁鐵4以與傳感器3的線圈組5 相距特定固定距離D設(shè)置并且不與被測(cè)物2 —起移動(dòng)。
由鐵磁鋼組成的被測(cè)物2可移動(dòng)，并且以與傳感器3的表面相距基距h設(shè)置。
在第一變型(A)中，永久磁鐵4設(shè)置在面對(duì)遠(yuǎn)離被測(cè)物2的線圈組5的一側(cè) 上。這安排對(duì)于傳感器3的大小受限制，例如直徑10mm以完全線性進(jìn)行較大的測(cè) 量范圍，例如15mm測(cè)量是特別有利。
在第二變型(B)中，永久磁鐵4設(shè)置在被測(cè)物2與線圈組5之間。當(dāng)以較大
17的基距h，例如25-30,以及該傳感器的直徑僅為10mm而測(cè)量小的位置變化Ah 時(shí)，釆用這種變型是有利的。
在第三變型中，由兩組線圈6和7組成的傳感器3的線圈組5同心纏繞在支 撐件17上。軟磁材料的金屬薄片8設(shè)置在線圈6和7之間并包圍線圈7。線圈6用 作測(cè)量線圈，線圈6的阻抗或該阻抗的虛部ImZ取決于距離h并被測(cè)量。向線圈7 供給直流電并且用作補(bǔ)償線圈。以導(dǎo)電材料，例如鋁或銅制成的管26位于線圈7 上面。殼體25因而可由非導(dǎo)電材料，例如塑料制成。直流電可這樣調(diào)整(或設(shè) 定)，以致于在傳感器3與被測(cè)物2之間位置變化Ah的時(shí)候，該阻抗或lmZ保持 恒定。在這情況下，直流電的程度與該位置變化Ah成比例。被測(cè)物還可具有齒形 面，例如齒輪或轉(zhuǎn)子以致于轉(zhuǎn)速和/或角度也可用傳感器測(cè)量。
圖8示出了用根據(jù)圖1的裝置驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償線圈的可控直流電電源的電路圖。該 直流電電源的電子可調(diào)數(shù)字電位計(jì)27通過(guò)控制線28由跟蹤控制或鍵盤驅(qū)動(dòng)。該數(shù) 字電位計(jì)27由兩個(gè)運(yùn)算放大器29、 30對(duì)稱地供給直流電壓，其中參考電壓URef位 于運(yùn)算放大器29、 30的非反相輸入端之間。該數(shù)字電位計(jì)27的電位計(jì)滑動(dòng)臂31 與附加的運(yùn)算放大器32的非反相輸入端連接。通直流電I—的線圈33設(shè)置在該運(yùn)算 放大器32的輸出端與它的非反相輸入端之間。該線圈33由根據(jù)圖1的電路的補(bǔ)償 線圈7形成。直流電I一的水平隨運(yùn)算放大器32的輸出端的電壓而變并由電阻器34 測(cè)定，其又取決于數(shù)字電位計(jì)的電位計(jì)滑動(dòng)臂31的位置。然后，定出電路的尺 寸，以致于在電位計(jì)滑動(dòng)臂31的中間位置直流電I—等于零。根據(jù)電位計(jì)滑動(dòng)臂的 位置可產(chǎn)生正或負(fù)電流。根據(jù)該傳感器的工作點(diǎn)的位置設(shè)定直流電I—的極性以及水 平，以致于傳感器的恒定敏感度可在范圍土Ah內(nèi)達(dá)到。
電阻器34的電壓降通過(guò)積分器測(cè)量，該積分器由操作放大器35、電阻器36 以及電容器37組成。
最后，應(yīng)該指出上述實(shí)施例僅僅說(shuō)明權(quán)利要求的示教而非將所述示教限制于 這些實(shí)施例。標(biāo)號(hào)列表
1傳感器裝置
2被測(cè)物
3傳感器
4磁鐵
5線圈組
6傳感線圈
7補(bǔ)償線圈
8金屬薄片
9電觸點(diǎn)
10振蕩器
11評(píng)估電路
12放大器
13電子裝置
14電壓源
15 (測(cè)量)電阻器
16積分器
17支撐件
18測(cè)量線圈
19支撐件(圓型)
20管
21電觸點(diǎn)(管)
22殼體
23評(píng)估電路
24支撐件(扁平型)
25屏蔽罩
26傳導(dǎo)面
27數(shù)字電位計(jì)
28控制線29運(yùn)算放大器
30運(yùn)算放大器
31電位計(jì)滑動(dòng)臂(電位計(jì))
32運(yùn)算放大器
33線圈
34電阻器
35運(yùn)算放大器
36電阻器
37電容器
權(quán)利要求
1.一種被測(cè)物相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化的測(cè)定方法，其中所述傳感器(2)優(yōu)選具有施加以交流電的傳感線圈(7)，其特征在于金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率變化由分配給軟磁金屬薄片(4)中被測(cè)物(1)的磁鐵(5)所產(chǎn)生，其磁導(dǎo)率在磁場(chǎng)的作用下隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化并安排在傳感器(2)的作用范圍內(nèi)，而所述金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率變化由傳感器(2)上的反饋來(lái)確定并由其測(cè)定被測(cè)物(1)相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于磁場(chǎng)由以直流電激發(fā)的補(bǔ)償線圈(8) 產(chǎn)生，通過(guò)磁場(chǎng)影響金屬薄片(4)或部分金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述直流電這樣調(diào)整，以致于傳感線 圈(7)建立基本上恒定的磁場(chǎng)。
4. 如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于以以下步驟對(duì)傳感器(2)進(jìn)行校準(zhǔn)
5.以步寛S h對(duì)在相對(duì)于傳感器(2)的多個(gè)位置h上的被測(cè)物(l)定位； 向傳感線圈(7)供交流電測(cè)定每一位置上的傳感線圈(7)的阻抗Z和/或相對(duì)阻抗變化A Z/Z;確定傳感線圈(7)的相對(duì)敏感度S對(duì)被測(cè)物(l)的位置h的相關(guān)性特征，其中確定特征中的位置ho,在該位置上假定相對(duì)敏感度S達(dá)最大值； 儲(chǔ)存復(fù)阻抗Zo的值，其相應(yīng)于在非易失性存儲(chǔ)器中的位置ho; 向補(bǔ)償線圈(8)供直流電；測(cè)定每一位置h上傳感線圈(7)的阻抗Z和/或相對(duì)阻抗變化AZ/Z，其中所述傳 感線圈(7)、所述補(bǔ)償線圈(8)以及磁鐵(5)的磁場(chǎng)都作用在金屬薄片(4)上；使直流電在測(cè)量范圍土 Ah內(nèi)變化直至達(dá)到已儲(chǔ)存的阻抗目標(biāo)值；以及 確定直流電與被測(cè)物(l)的位置變化的相關(guān)性。 5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于對(duì)阻抗或它的變化進(jìn)行測(cè)定以檢測(cè)由所述金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率變化而在傳感線圈(7)產(chǎn)生的反饋。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于確定傳感線圈(7)的復(fù)阻抗的實(shí)部Re(Z)和虛部lm(Z似及其比率D=Re{Z}/lm{Z}。
7. 如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于直流電的大小經(jīng)由跟蹤控制中的補(bǔ)償線圈(8)由閉合控制回路設(shè)定。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述比率D用作所述控制回路的目標(biāo)值。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于所述虛部lm(Z)用于確定被測(cè)物 (1)與所述傳感器(2)之間的位置變化，其中D為保持恒定。
10. 如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于流經(jīng)所述補(bǔ)償線圈(8)的直流電 的強(qiáng)度用于位置確定。
11. 如權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于傳感器(2)的最大相 對(duì)敏感度S在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)或部分受控測(cè)量范圍內(nèi)保持恒定。
12. 如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于.直流電以手動(dòng)調(diào)節(jié)。
13. —種被測(cè)物(l)相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化測(cè)定用的傳感器裝置， 其中磁鐵(5)優(yōu)選分配給被測(cè)物(1)以及所述傳感器(2)優(yōu)選具有施加以交流電的傳感 線圈(7)，特別供根據(jù)權(quán)利要求1至12中任何一項(xiàng)所述方法應(yīng)用，其特征在于在傳 感器(2)的作用范圍內(nèi)設(shè)置軟磁材料的金屬薄片(4)，其中所述金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率 在磁場(chǎng)的作用下隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化，并且還設(shè)有評(píng)估電路(IO)，利用所述評(píng)估 電路，再由傳感器(2)上的反饋測(cè)定所述金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率變化以及得出關(guān)于被測(cè) 物(1)相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化的結(jié)果。
14. 如權(quán)利要求13所述的傳感器裝置，其特征在于所述的傳感器裝置設(shè)有以直 流電激發(fā)的補(bǔ)償線圈(8)，利用所述的補(bǔ)償線圈(8)來(lái)影響金屬薄片(4)或部分金屬薄 片(4)的磁導(dǎo)率。
15. 如權(quán)利要求14所述的傳感器裝置，其特征在于所述傳感線圈(7)、補(bǔ)償線圈 (8)以及磁鐵(5)的磁場(chǎng)疊加成一合成磁場(chǎng)。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的傳感器裝置，其特征在于所述傳感線圈(7)與所述 補(bǔ)償線圈(8)在電流上隔離。
17. 如權(quán)利要求13至16中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于所述直流電 的強(qiáng)度是可調(diào)整的。
18. 如權(quán)利要求13至17中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于所述磁鐵(5)包括永久磁鐵和/或電磁鐵。
19. 如權(quán)利要求13至18中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于所述金屬薄 片(4)電容性地與傳感線圈(7)耦合，并且具有電觸點(diǎn)(6)。
20. 如權(quán)利要求19所述的傳感器裝置，其特征在于金屬薄片(4)的觸點(diǎn)(6)與所 述傳感線圈(7)的接頭(17)之間連接振蕩器(14)。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的傳感器裝置，其特征在于所述傳感線圈(7)的第二 接頭(18)與所述評(píng)估電路(10)的放大器(11)的輸入端連接，其中由所述放大器(ll)所 產(chǎn)生的信號(hào)U2與所述傳感線圈(7)的相對(duì)阻抗變化AZ/Z成比例。
22. 如權(quán)利要求21所述的傳感器裝置，其特征在于所述傳感器裝置設(shè)有測(cè)定電 壓U2的兩個(gè)正交分量的電子裝置(12)，其中所述兩個(gè)分量中的一分量與所述傳感線 圈(7)的復(fù)阻抗的實(shí)部Re(Z)成比例以及另一分量與所述傳感線圈(7)的復(fù)阻抗的虛部 lm(Z)成比例。
23. 如權(quán)利要求22所述的傳感器裝置，其特征在于所述電子裝置(12)產(chǎn)生信號(hào)113和1)4，由信號(hào)U4使振蕩器(14)同步，而信號(hào)U3則用于控制電壓源(13)。
24. 如權(quán)利要求22或23所述的傳感器裝置，其特征在于所述電子裝置(12)包括 A/D變換器、處理器以及存儲(chǔ)器，并且通過(guò)光耦合器與所述電壓源(13)的輸入端連 接。
25. —種被測(cè)物(1)相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化測(cè)定用的傳感器裝置， 其中磁鐵(5)優(yōu)選分配給被測(cè)物(1)以及所述傳感器(2)優(yōu)選具有施加以交流電的傳感 線圈(7)，其特征在于在傳感器(2)的作用范圍內(nèi)設(shè)置由軟磁材料制成的金屬薄片 (4)，其中所述金屬薄片的磁導(dǎo)率在磁場(chǎng)的作用下隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化，并且被 測(cè)物(1)的移動(dòng)基本上在平行于所述金屬薄片(4)的伸縮方向以及所述金屬薄片(4)的 磁導(dǎo)率變化由傳感器(2)上的反饋測(cè)定以及由此測(cè)定被測(cè)物(1)相對(duì)于傳感器(2)的位 置和/或位置變化。
26. 如權(quán)利要求25所述的傳感器裝置，其特征在于所述的傳感器裝置設(shè)有評(píng)估 電路(IO)，利用所述評(píng)估電路，由傳感線圈(7)上的反饋來(lái)測(cè)定所述金屬薄片(4)的磁 導(dǎo)率變化。
27. 如權(quán)利要求26所述的傳感器裝置，其特征在于所述磁鐵(5)包括永久磁鐵和/或電磁鐵。
28. 如權(quán)利要求26或27所述的傳感器裝置，其特征在于金屬薄片(4)電容性地 與傳感線圈(7)耦合，并且具有電觸點(diǎn)(6)。
29. 如權(quán)利要求28所述的傳感器裝置，其特征在于金屬薄片(4)的觸點(diǎn)(6)與傳 感線圈(7)的接頭(17)之間連接振蕩器(14)。
30. 如權(quán)利要求28或29所述的傳感器裝置，其特征在于傳感線圈(7)的第二接頭 (18)與所述評(píng)估電路(10)的放大器(11)連接，其中在所述放大器(ll)的輸出端的信號(hào) U2與傳感線圈(7)的阻抗變化A Z/Z成比例。
31. 如權(quán)利要求13至30中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于所述傳感器 (17)施加于圓形支撐件(21)上。
32. 如權(quán)利要求13至30中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于所述傳感器 (34)呈扁平型并且施加于優(yōu)選扁平的支撐件上。
33. 如權(quán)利要求13至32中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于由所述傳感 線圈(7)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的穿透深度隨所述金屬薄片的磁導(dǎo)率變化而增大，并且設(shè)定所 述金屬薄片(4)的厚度尺寸以致于所述電磁場(chǎng)能夠在低磁導(dǎo)率的范圍通過(guò)所述金屬薄 片(4)。
34. 如權(quán)利要求13至33中任何一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其特征在于所述的傳感 器裝置設(shè)有傳導(dǎo)面(26)，所述的傳導(dǎo)面靠近金屬薄片(4)設(shè)置并在面對(duì)遠(yuǎn)離傳感線圈(7) 的一側(cè)上。
35. 如權(quán)利要求33或34所述的傳感器裝置，其特征在于通過(guò)所述金屬薄片(4) 的電磁場(chǎng)在所述傳導(dǎo)面中感應(yīng)渦流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被測(cè)物相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化的測(cè)定方法，其中所述傳感器(2)優(yōu)選具有施加以交流電的傳感線圈(7)，其特征在于軟磁金屬薄片(4)中與被測(cè)物(1)關(guān)聯(lián)的磁鐵(5)使金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率產(chǎn)生變化，金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率在磁場(chǎng)的作用下隨磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)變化而變化并安排在傳感器(2)的作用范圍內(nèi)，而金屬薄片(4)的磁導(dǎo)率變化由被測(cè)物對(duì)傳感器(2)的反應(yīng)來(lái)確定并可用于測(cè)定被測(cè)物(1)相對(duì)于傳感器(2)的位置和/或位置變化。從而設(shè)計(jì)出一種傳感器裝置。
文檔編號(hào)H03K17/95GK101563585SQ200780047304
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者V·蒙德尼科夫 申請(qǐng)人:微-埃普西龍測(cè)量技術(shù)有限兩合公司