感應式位移傳感器制造技術

感應式位移傳感器和使用這些感應式位移傳感器的方法可以用于各種環境。例如，用于精確地測量線性運動或角運動的系統可以使用感應式位移傳感器來測量位置的改變。如傳感器等裝置可以包括初級電感器。該裝置還可以包括第一次級電感器，該第一次級電感器場耦合至該初級電感器。該裝置可以進一步包括第二次級電感器，該第二次級電感器場耦合至該初級電感器。該第一次級電感器和該第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協調的電感器。該協調的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號，其中，該參考信號跨該耦合器的運動范圍具有恒定振幅。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用本申請涉及并要求于2014年4月28日提交的美國臨時專利申請號61/985,372的權益和優先權，該專利申請的全部內容通過引用結合在此。背景
感應式位移傳感器和使用這些傳感器的方法可以用于各種環境。例如，用于精確地測量線性運動或角運動的系統可以使用感應式位移傳感器來測量位置的改變。
技術介紹
在某些常規感應式傳感器中，提供了初級線圈和兩個次級線圈。在這些傳感器中，這兩個次級線圈被設計為使得接收信號的大小相對于彼此隨機械運動相反地變化。此類傳感器的早期版本被稱為線性可變差動變壓器(LVDT)。LVDT是將相對于機械參考(或零)的線性位移或角運動轉換成包含相位信息(針對方向)和振幅信息(針對距離)的成比例的電信號的感應式換能器。圖1展示了典型的LVDT配置。如圖1所示，LVDT由在非鐵磁性孔襯里或軸管的整個長度上或者在圓柱形非導電材料(如采用線圈形式或線筒的塑料或陶瓷材料)的整個長度上繞線的初級線圈組成。兩個次級線圈(次級a，次級b)圍繞初級線圈而纏繞。這兩個次級線圈通常以相反順序連接或者采用差動連接。這些次級線圈相對于彼此是對稱的，從而使得他們有效地形成正弦-余弦關系。較新的感應式傳感器代替在具有印刷在PCB上的線圈的LVDT中找到的變壓器。這種替代引起類似的磁耦合效應，其中，顯著減小了傳感器的大小和成本。與LVDT一樣，使用正弦波載波來驅動初級線圈。耦合器(典型地配置有形成短路線圈的PCB跡線的另一個PCB)用于將由初級線圈所創建的場耦合到次級線圈，從而使得所接收的信號的振幅隨耦合器的機械運動而變化。在次級線圈上所接收的信號向引起自動增益控制(AGC)的系統提供反饋。此反饋依賴于這兩個接收信號之間的正弦/余弦關系，該關系支持以下等式：A2+B2＝K，其中K為常量。所計算出的K與K的理想值之差被用作系統的反饋信號。可以利用該反饋來改變驅動至初級線圈的正弦波的大小和/或改變在系統的信號調節路徑中的放大器的增益。由于該反饋均等地應用于兩個信號，所以這兩個信號的比率關系保持完整，并且每個輸出繼續成比例地反映輸入。在次級線圈上接收的信號還被利用來測量機械運動。在常規的雙線圈感應式傳感器的情況下，次級線圈具有需要信號處理以便產生正切或余切結果的正弦/余弦關系。然后，必須通過查找表或其他方式進一步處理此正切/余切結果，以創建指示耦合器的運動的線性輸出或其他輸出。這樣的信號處理需要包括處理器、存儲器和信號處理算法的系統。
技術實現思路
根據本專利技術的某些實施例，一種裝置可以包括初級電感器、場耦合至所述初級電感器的第一次級電感器、以及由耦合器場耦合至所述初級電感器的第二次級電感器，所述耦合器的運動將被檢測。所述第一次級電感器和所述第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協調的電感器。該協調的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號，其中，該參考信號跨該耦合器的運動范圍具有恒定振幅。在本專利技術的某些實施例中，一種方法可以包括為初級電感器供能。所述方法還可以包括：提供來自多個次級電感器中的至少一個次級電感器的參考信號，其中，所述多個次級電感器由耦合器場耦合至所述初級電感器，并且其中，來自所述多個次級電感器的一對次級電感器被配置為協調的電感器。所述方法可以進一步包括：提供來自所述多個次級電感器中的至少一個另一個次級電感器的測量信號，其中，所述測量信號被配置成用于反映所述耦合器的運動。所述參考信號可以跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。此外，所述方法可以另外包括：基于所述測量信號的變化來確定所述耦合器的運動。根據本專利技術的某些實施例，一種系統可以包括：傳感器，所述傳感器包括初級電感器、場耦合至所述初級電感器的第一次級電感器、以及由耦合器場耦合至所述初級電感器的第二次級電感器。所述第一次級電感器和所述第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協調的電感器。所述協調的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號。所述參考信號可以跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。所述系統還可以包括輸出，所述輸出被配置成用于提供對由所述傳感器檢測到的所述運動的表示。附圖說明為正確地理解本專利技術，應當參照附圖，其中：圖1展示了典型的LVDT配置。圖2展示了根據本專利技術的某些實施例的感應線圈配置。圖3展示了根據本專利技術的某些實施例的復雜感應線圈配置。圖4展示了根據本專利技術的某些實施例的感應線圈。圖5展示了根據本專利技術的某些實施例的復雜感應線圈。圖6展示了根據本專利技術的某些實施例的來自復雜感應線圈的信號。圖7展示了根據本專利技術的某些實施例的傳感器系統。圖8展示了根據本專利技術的某些實施例的多個相位與特定段的標識的關系。圖9展示了根據本專利技術的某些實施例的裝置。圖10展示了根據本專利技術的某些實施例的方法。圖11展示了根據本專利技術的某些實施例的感應線圈配置。圖12展示了根據本專利技術的某些實施例的與不同電感器位置的固定耦合面積。圖13A和13B展示了根據本專利技術的某些實施例的由于線圈的前側和后側部分的位置反轉引起的輸出電流的影響。具體實施方式本專利技術的某些實施例適用于可以利用來測量機械運動(如線性運動或角運動/旋轉運動)的傳感器。具體地，本專利技術的某些實施例適用于可以利用初級線圈來發射源信號并且可以利用兩個或更多個次級線圈來經由耦合器接收發射的源信號的感應式傳感器。該傳感器可以被實現為印刷電路板(PCB)上的跡線。因此，線圈可以是電感器而不是老式傳感器中的傳統的卷線，并且因此，此處使用的詞語“線圈”與詞語“電感器”是可互換的。更具體地，本專利技術的某些實施例可以提供傳感器設計和傳感器系統，在這些設計和系統中，次級線圈可以被設計為使得可以存在參考信號和測量信號而不是前述傳感器中的正弦/余弦關系。不考慮耦合器的位置，固定信號可以由次級線圈中的一個或另一個次級線圈產生。固定信號可以被用作系統的參考信號并且可以提供AGC反饋。圖2展示了根據本專利技術的某些實施例的感應線圈配置。在圖2中，如由實線封閉面積指示的，線圈A具有在耦合器的運動范圍內的固定面積，并且如由虛線封閉面積指示的，線圈B具有線圈A的面積的50％的面積，線圈B的面積被安排為在耦合器的運動范圍內線性地改變。因此，由于耦合器水平地移動跨過這兩個線圈，所以來自線圈A的信號可以保持為不變值，而當耦合器向左移動時來自線圈B的信號可以增加，并且當耦合器向右移動時來自線圈B的信號可以降低。由于線圈B面積的改變線性地變化，所以來自線圈B的輸出信號可以是線性的。如果這樣的線性輸出是期望的，那么線圈設計的這方面引起不需要復雜處理的輸出以便實現系統的線性輸出。在家庭或辦公環境中使用的系統中，可能存在將傳感器暴露于干擾信號的環境條件。這樣的干擾可能來自附近的手機、位于傳感器附近的導電材料、位于傳感器附近的磁性材料等。如果這兩個次級線圈的面積不是完全相同，則干擾信號可以對來自線圈的輸出信號具有不平衡的影響。這可能會引起傳感器系統中的測量錯誤。在圖2的感應線圈配置中，線圈A的整個面積是線圈B的整個面積的兩倍，因此，相比于線圈B，干擾信號會對線圈A具有兩倍的耦合效應。由于系統可能無法檢測干擾信號的存在，所以此效應可能會引起系統測量錯誤。為了減輕這樣的效應，可以給線圈B增加附加面積，從而使得線圈B的整個面積等于線圈A的面積本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝置，包括：初級電感器；第一次級電感器，所述第一次級電感器場耦合至所述初級電感器；以及第二次級電感器，所述第二次級電感器場耦合至所述初級電感器；其中，所述第一次級電感器和所述第二次級電感器被配置為協調的電感器以用于檢測耦合器的運動；并且其中，所述協調的電感器被配置成用于提供參考信號和測量信號，其中，所述參考信號跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.04.28 US 61/985,3721.一種裝置，包括：初級電感器；第一次級電感器，所述第一次級電感器場耦合至所述初級電感器；以及第二次級電感器，所述第二次級電感器場耦合至所述初級電感器；其中，所述第一次級電感器和所述第二次級電感器被配置為協調的電感器以用于檢測耦合器的運動；并且其中，所述協調的電感器被配置成用于提供參考信號和測量信號，其中，所述參考信號跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述參考信號被配置為最大信號。3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述耦合器被配置成用于場耦合所述初級電感器與所述第一次級電感器和所述第二次級電感器。4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述測量信號相對于所述耦合器的運動而線性地變化。5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述測量信號相對于所述耦合器的運動而非線性地變化。6.如權利要求1所述的裝置，進一步包括：比較器，所述比較器被配置成用于比較來自所述第一次級電感器的第一信號與來自所述第二次級電感器的第二信號，其中，所述比較器被配置成用于確定哪個次級電感器信號表示所述參考信號以及哪個次級電感器信號表示所述測量信號。7.如權利要求1所述的裝置，其中，以所述運動范圍將所述第一次級電感器和所述第二次級電感器分成多段，其中，所述運動范圍包括多個段。8.如權利要求7所述的裝置，進一步包括：相位檢測器，所述相位檢測器被配置成用于從所述多個段中識別出當前段，其中，所述當前段對應于所述耦合器的位置。9.如權利要求1所述的裝置，其中，所述第一次級電感器和所述第二次級電感器被印刷在電路板上。10.如權利要求1所述的裝置，其中，所述協調的電感器被配置成用于在提供所述參考信號與提供所述測量信號之間交替。11.如權利要求1所述的裝置，其中，所述耦合器具有預定寬度，并且其中，所述第一次級電感器和所述第二次級電感器中的提供所述參考信號的那個次級電感器安排有沿著所述耦合器的行進方向以周期性重復的方式改變的面積，其周期等于所述預定寬度。12.一種方法，包括：為初級電感器供能；提供來自多個次級電感器中的至少一個次級電感器的參考信號，其中，所述多個次級電感器場耦合至所述初級電感器，并且其中，來自所述多個次級電感器的一對次級電感器被配置為協調的電感器；提供來自所述多個次級電感器中的至少一個另一個次級電感器的測量信號，其中，所述測量信號被配置成用于反映耦合器的運動，并且其中所述參考信號跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅；以...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T·R·杰克森，王世舉，
申請(專利權)人：美高森美公司，
類型：發明
國別省市：美國;US