CN100392356C - 传感器 - Google Patents

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Abstract

一种位置探测器包括一个线圈(1)和一个导体(2)或一个磁性体(3)，其匹配部分(p)具有按照要探测的物体的位置变化而变化的面积。位置探测器进一步包括一个电阻器(6)、一个电容器(4)、一个倒相输出比较器(5)、及一个用来调节一个连续振荡操作周期(T)常数的计时电路(50a)。探测要探测物体的位置的变化作为时间宽度(t)的变化，直到比较器(5)的输出在从周期(T)的开始到接近结束的计时处倒相到高电平。设置电阻器(6)的一个电阻值，从而时间宽度(t)的变化在一个估计温度下相对于电阻器(6)的电阻值的变化具有最小值。有可能相对于位置的变化改进输出的温度特性和线性。

Description

传感器
技术领域
本发明涉及一位置传感器，并且更具体地说，涉及一种在温度性能方面和在其输出对于要测量的位移的线性方面改进的位置传感器。
背景技术
已知的一种常规位置传感器包括都如此布置的线圈和磁性件，从而它们的重叠面积的大小随要检查的物体的位置变化而变化，一个电阻器与线圈串联连接，一个电容器布置成通过线圈和电阻器的串联电路充电和放电，及一个比较器，其布置成倒相输出(inverse output)型以便接收电容器的充电电压作为一个输入，并且当输出处于高电平时，进行电容器的充电，而当输出处于低电平时，进行电容器的放电，其中探测物体的位移作为连续振荡运动的周期T的变化。
然而这样一种常规位置传感器具有一个缺点：由于与温度有关的变化，包括线圈电阻变化，周期T保持不统一，由此使温度性能变坏。
而且，由于在常规位置传感器中的周期T与要检查物体的位移成反比例地变化，因而降低输出的线性。
因而本发明的一个目的在于，提供一种在温度性能方面改进的位置传感器和一种代表位移的输出在线性方面改进的位置传感器。
发明内容
作为本发明的一个第一特征，提供的位置传感器包括：线圈1和电导体2或磁性件3，都如此布置，从而它们的重叠面积p随要检查的物体的位置变化而变化，与线圈1串联连接的电阻器6，；电容器4，其布置成通过线圈1和电阻器6的串联电路充电和放电；及比较器5，其布置成一种倒相输出型以用于接收电容器4的充电电压作为输入，并且当输出处于高电平时，进行电容器4的充电，而当输出处于低电平时，进行电容器4的放电，其中探测要检查的物体的位移作为连续振荡运动的周期T的变化。尤其，位置传感器100的特征在于，这样确定线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值，从而当线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值的至少一个变化时并且当温度在预定度数下时，周期T的变化保持最小。
周期T取决于充电和放电电容器4的时间常数，并且当电阻器6或线圈1的电阻增大时周期T可能增大。然而通过由本发明者进行的一系列试验发现，在某种条件下，当电阻从0Ω增大时，周期T变短。周期T在一个点处测得最短，并且然后变长。周期T在该点处变得最短的原因是不确定的，但可能大致与某些因素有关，包括通过在线圈1上的反电动势及充电和放电电流的相位和超调(overshoot)的影响的电压振荡。
因而在第一特征的位置传感器100中调节的是，确定线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值，从而即使当线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值的至少一个变化时，周期T在一个操作温度范围内变化最小。这允许当操作温度在温度范围内(例如从-25℃到75℃)跨过预定度数(例如，25℃)显著移动时周期T的变化最小。
当把线圈1插入到电导体2中时，其感应磁通(inducing magneticflux)可以在电导体2上产生一种涡流，这导致能量损失并且将降低线圈1的电感。
另外，当把线圈1插入到磁性件3中时，其感应磁通能通过磁性件3的作用集中，因而增大线圈1的电感。
取决于电导体2或磁性件3的使用，线圈1的特征在于其电感可增大或减小。
当线圈1是无芯型的并且电导体2是非磁性的时，环境直流磁化(ambient direct-current magnetization)的影响将最小，因而减小线圈1的整体尺寸，而几乎不涉及交流磁场的影响。
而且，当线圈1供有脉冲形式的电压时，即使线圈电感较低，其输出也能满意地较高。因而，能减小线圈1的整体尺寸。
作为本发明的一个第二特征，提供的一种位置传感器包括：线圈1和电导体2或磁性件3，都如此布置，从而它们重叠面积p的大小随要检查的物体的位置变化而变化；电阻器6，与线圈1串联连接；电容器4，其布置成通过线圈1和电阻器6的串联电路充电和放电；比较器5，布置成一种倒相输出型以用于接收电容器4的充电电压作为一个输入，并且计时电路50a或50b用来均匀地限制连续振荡运动的周期T。这个实施例的位置传感器200a或200b的特征在于，探测要检查的物体的位移，作为从周期T的前端延伸到当比较器5的输出返回到基本上与周期T的后端同时刻的高电平时的时间段t的变化。
线圈1的电感L与重叠面积的大小或要检查的物体的位移的变化成比例地变化。然而，周期T与1/√{L}成反比地变化。更具体地说，连续振荡运动的周期T与要检查的物体的位移成反比，因而降低线性。
这样设计第二特征的位置传感器200a或200b，其中探测物体的位移，作为从周期T的前端延伸到当比较器5的输出返回到基本上与周期T的后端同时刻的高电平时的时间段t的变化。如以后将更详细描述的那样，时间段t与要检查的物体的位移成比例。由于通过计时电路50a或50b使连续振荡运动的周期T均匀，所以在方波信号中时间段或脉冲宽度t的有效值可与要检查的物体的位移成比例，因而改进线性。
作为本发明的第三特征，修改位置传感器200a或200b，其中确定线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值，从而当线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值的至少一个变化时并且当温度在预定度数时，时间段t的变化保持最小。
时间段t取决于电容器4的充电和放电时间常数，并且当线圈1或电阻器6的电阻增大时变得较长。然而过去通过由本发明者进行的一系列试验发现，在某种条件下，当电阻从0Ω增大时，时间段变短。时间段t在一个点处测得最短，并且然后变长。时间段t在该点处变得最短的原因是不确定的，但可能与某些因素密切相关，包括在线圈1上的反电动势及充电和放电电流的相位和超调的影响的电压振荡。
因而在第三特征的位置传感器200a或200b中调节的是，确定线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值，从而即使当线圈1的电阻、电阻器6的电阻、电容器4的电容、及比较器5的阈值的至少一个变化时，时间段t在一个操作温度范围内变化最小。这允许当操作温度在温度范围内(例如从-25℃到75℃)跨过预定度数(例如，25℃)显著移动时时间段t的变化最小。
作为本发明的第四特征，修改位置传感器，其中比较器5的阈值的特征在于滞后作用，因而保证稳定的振荡动作。
作为本发明的一个第五特征，提供的一种位置传感器包括：线圈1和电导体2或磁性件3，都如此布置，从而它们重叠面积p的大小随要检查的物体的位置变化而变化；电阻器6，与线圈1串联连接；电容器4，布置成通过线圈1和电阻器6的串联电路充电和放电；比较器5，布置成一种倒相输出型以用于接收电容器4的充电电压作为输入及其比较器的特征在于滞后作用；及计时电路50a，用来均匀地限制连续振荡运动的周期T。具体地说，这个特征的位置传感器200c或200d的特征在于，探测要检查的物体的位移，作为用来充电电容器4的时间段t′或用来放电电容器4的时间段t″的变化。
线圈1的电感L与重叠面积的大小或要检查的物体的位移的变化成比例地变化。连续振荡运动的周期T与1/√{L}成比例地变化。更明确地说，连续振荡运动的周期T与要检查的物体的位移成反比，因而在线性方面是不适宜的。
第五特征的位置传感器200c或200d，允许将测量的充电电容器4的时间段t′或放电电容器4的时间段t″的变化作为要检查的物体的位移。如以后将更详细描述的那样，时间段t与物体的位移成比例。由于通过计时电路50a均匀地控制连续振荡运动的周期T，所以在方波中时间段t′或t″的有效值与物体的位移成比例，因而改进线性。
作为本发明的一个第六特征，修改位置传感器，其中要检查的物体带有线圈1或电导体2或磁性件3，从而当物体直线行驶时，改变其在线圈1的外或内侧处的重叠面积的大小。
当在外侧处测量重叠面积的大小时，第六特征的位置传感器允许有芯线圈用作线圈1。另外，当在内侧处测量重叠面积的大小时，可把一个无芯线圈用作线圈1。
作为本发明的一个第七特征，修改位置传感器，其中要检查的物体带有线圈1或电导体2或磁性件3，从而当物体直线行驶时，改变其在线圈1的外或内侧处的重叠面积的大小。
第七特征的位置传感器能产生较大电平的输出。
作为本发明的第八特征，修改位置传感器，其中要检查的物体是旋转轴14，旋转轴上安装一种逐渐径向发散盘形的一个电导体15或磁性件16，并且布置线圈17，从而其重叠面积的大小随旋转轴14转动而变化。
第八特征的位置传感器能顺利地测量在旋转轴14的转动方向上的角位置。
作为本发明的第九特征，修改位置传感器，其中要检查的物体是一个旋转轴14，旋转轴上安装一种逐渐径向发散盘形的一个电导体15或磁性件16，并且布置一对线圈17以夹着逐渐径向发散盘，从而其重叠面积的大小随旋转轴14转动而变化。
第九特征的位置传感器允许电导体15或磁性件16的盘夹在成对线圈17之间，从而补偿由推力引起的旋转轴14的轴向错位的影响。这样，能使输出的变化最小。
作为本发明的第十特征，修改位置传感器，其中要检查的物体是旋转轴14，旋转轴上彼此离开一个距离和同相地安装一种逐渐径向发散盘形的一对电导体15或磁性件16，并且在成对盘之间布置线圈17，从而其重叠面积的大小随旋转轴14转动而变化。
第十特征的位置传感器允许线圈17夹持在成对电导体15或磁性件16之间，因而补偿由推力引起的旋转轴14的轴向错位的影响。因而，能使输出的变化最小。
作为本发明的第十一特征，修改位置传感器，其中要检查的物体是一个旋转轴14，旋转轴上安装绕中心点对称的一种逐渐径向发散盘形的电导体15或磁性件16，并且一对线圈17绕中心点对称布置，从而其重叠面积的大小随旋转轴14转动而变化。
第十一特征的位置传感器允许两个线圈17绕旋转轴14的轴线对称布置，因而补偿由径向力引起的旋转轴14的径向错位的影响。因而，能使输出的变化最小。
作为本发明的第十二特征，修改位置传感器，其中要检查的物体是一个旋转轴14，旋转轴上安装绕中心点对称的一种逐渐径向发散盘形的一个电导体15或磁性件16，并且两对线圈17绕中心点对称布置以把盘夹持在每对之间，从而其重叠面积的大小随旋转轴14转动而变化。
第十二特征的位置传感器允许电导体15或磁性件16的盘夹持在线圈17的每对之间，因而补偿由推力引起的旋转轴14的轴向错位的影响和由径向力引起的旋转轴14的径向错位的影响。因而，能进一步使输出的变化最小。
作为本发明的第十三特征，修改位置传感器，其中要检查的物体是一个旋转轴14，旋转轴上以彼此离开的一个距离和同相地安装绕中心点对称的一种逐渐径向发散盘形的一对电导体15或磁性件16，并且一对线圈17布置在成对盘之间，从而其重叠面积的大小随旋转轴14转动而变化。
第十三特征的位置传感器允许每个线圈17夹持在两个电导体15或磁性件16之间，因而补偿由一个推力引起的旋转轴14的轴向错位的影响和由径向力引起的旋转轴14的径向错位的影响。因而，能进一步使输出的变化最小。
作为本发明的第十四特征，修改位置传感器，其中线圈1是在其中心中提供的一个磁心的有芯型的。
第十四特征的位置传感器允许有芯型线圈1有一个磁心提供在其中心中，并因而即使当限制其尺寸时也增大电感。而且，线圈1能安装在由不锈钢等制成的壁加厚压力容器中。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的一种位置传感器的示意图；
图2是表示在第一实施例的位置传感器中的比较器的输入电压和输出电压的波形图；
图3是由在第一实施例的位置传感器中的电感值分类的比较信号的波形的波形图；
图4是由在第一实施例的位置传感器中的电阻值分类的比较信号的波形的波形图；
图5是曲线图，表示在第一实施例的位置传感器中周期T与电阻器的电阻之间的关系；
图6是根据本发明第二实施例的一种位置传感器的示意图；
图7是在第二实施例的位置传感器中的比较信号的波形的波形图；
图8是由在第二实施例的位置传感器中的电感值分类的比较信号的波形的波形图；
图9是由在第二实施例的位置传感器中的电阻值分类的比较信号的波形的波形图；
图10是曲线图，表示在第二实施例的位置传感器中周期T与电阻器的电阻之间的关系；
图11是根据本发明第三实施例的一种位置传感器的示意图；
图12是在第三实施例的位置传感器中的比较信号的波形的波形图；
图13表示本发明的第四实施例的位移探测器的剖视图，；
图14表示本发明的第五实施例的位移探测器的剖视图；
图15表示本发明的第六实施例的位移探测器的剖视图；
图16表示本发明的第七实施例的位移探测器的剖视图；
图17表示本发明的第八实施例的位移探测器的剖视图；
图18表示本发明的第九实施例的位移探测器的剖视图；
图19表示本发明的第十实施例的位移探测器的剖视图；
图20表示本发明的第十一实施例的位移探测器的剖视图；
图21表示本发明的第十二实施例的位移探测器的剖视图；
图22表示本发明的第十三实施例的位移探测器的剖视图；
图23是根据本发明第十四实施例的位置传感器的示意图；及
图24是根据本发明第十五实施例的位置传感器的示意图。
具体实施方式
参照在相关图中表示的一些实施例更详细地描述本发明。应该理解，本发明不限于各实施例。
(第一实施例)
图1是表示本发明第一实施例的位置传感器100的示意图。
位置传感器100包括位移探测器30、脉冲输出模块40、电压变换器60、及输出变换器70。
位移探测器30包括线圈1和电导体2或磁性件3。
电导体2或磁性件3相对于线圈1布置，从而其与线圈1的重叠长度根据要检查的物体的位置位移而变化。
线圈1可以是其内径是2.3mm和长度是22mm的0.071-mm漆包铜线的四层辊(roll)，并且具有1240匝。线圈1可以装在其内径是3mm并且外径是3.8mm的不锈钢保护管中。
电导体2或磁性件3可以由其内径是4.5mm并且外径是6.5mm的铝管制成。
脉冲输出模块40包括电容器4、比较器5、及电阻器6。电容器4是15000pF型的。电阻器6是60Ω型的。
电容器4在一端处连接到比较器5的一个输入端口上，而在另一端处连接到一个0V电源或接地上。电阻器6与位移探测器30串联连接。电阻器6和位移探测器30的串联电路在一端处连接到比较器5的输入端口上，而在另一端处连接到比较器5的一个输出端口上。
比较器5是一种倒相输出型以用于当输入电压S1增大并且保持不高于一个上部阈值VthH时释放一个高电平输出，而当输入电压S1超过上部阈值VthH时释放一个低电平输出。另外，当输入电压S1减小并且保持不低于一个下部阈值VthL时释放一个低电平输出，而当输入电压S1从下部阈值VthL下降时释放一个高电平输出。
电压变换器60包括一个平滑电路62和一个单触发(one shot)电路61，单触发电路61用于当在来自比较器5的输出电压S2的上升和衰减计时时触发产生脉冲宽度t的方波m，平滑电路62用来产生与由t脉冲宽度方波m的单位时间定义的面积成比例的电压输出。这种布置作为一种频率对电压变换器电路是熟知的。
输出变换器70设计成用来释放与来自电压变换器60的输出电压相对应的电压或电流，或者检查来自电压变换器60的输出电压是低于还是高于一个预定阈值以产生切换输出。
现在将更详细地描述位置传感器100的动作。
如在图2中由时间间隔a指示的那样，当来自比较器5的输出电压S2处于高电平时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，从比较器5的输出端口充电电容器4。更具体地说，比较器5的输入电压S1从较低电压增大。
在比较器5的输入电压S1达到上部阈值VthH之前，来自比较器5的输出电压S2保持在高电平下。
如在图2中由时间间隔b指示的那样，当比较器5的输入电压S1超过上部阈值VthH时，来自比较器5的输出电压S2返回到低电平(0V或地电平)。然后当来自比较器5的输出电压S2处于低电平时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，把电容器4放电到比较器的输出端口。
在比较器5的输入电压S1达到下部阈值VthL之前，来自比较器5的输出电压S2保持在低电平下。
如在图2中由时间间隔c指示的那样，比较器5的输入电压S1不会在来自比较器5的输出电压S2返回到低电平之后立即下降，而是首先超调并且然后降低。
当比较器5的输入电压S1低于下部阈值VthL时，来自比较器5的输出电压S2返回到高电平，并且动作返回到以上步骤。通过重复这些步骤，能连续地进行振荡。
现在假定，在比较器5中的两个阈值VthH和VthL的特征在于具有滞后，如上部阈值VthH＞下部阈值VthL。因此当在图2中表示的电压差ΔV保持在一个足够电平下时，能稳定地进行振荡。
即使在比较器5中的两个阈值VthH和VthL的特征不在于具有滞后，如VthH＝VthL，借助于在线圈1上的反电动势通过超调输出也可以成功地进行振荡。
当在线圈1与电导体2或磁性件3之间的重叠长度p变化时，依据要检查的物体的位移能改变在位移探测器30中的线圈1的电感。
如在图3中由实线指示的那样，当线圈1的电感较低时，信号的周期T减小。然而，如在图3中由虚线指示的那样，当线圈1的电感较高时，信号的周期T增大。
如图3中所示，在电压变换器60中的单触发电路61与来自比较器5的输出电压S2的上升和衰减同步，以产生脉冲宽度t的方波m。
在电压变换器60中的平滑电路62输出方波m的一个有效值，并且作为输出电压释放它。
当如在图3中由实线指示的那样线圈1的电感较低并且信号的周期T较短时，能按每单位时间产生的频率增大脉冲宽度t的方波m，因而增大输出电压。
相反，当如在图3中由虚线指示的那样线圈1的电感较高并且信号的周期T较长时，能按每单位时间产生的频率减小脉冲宽度t的方波m，因而降低输出电压。
因而，当输出变换器70产生与来自电压变换器60的输出电压相对应的电压电平或电流时，其输出能是指示要检查的物体的位置的探测信号。
而且，检查来自电压变换器60的输出电压是低于还是高于阈值，以产生开关输出，该开关输出可是一个指示要检查的物体位于阈值点的特定侧的判断信号。
图4是当电阻器6的电阻随比较器5的阈值VthH和VthL变化而线圈1和电容器4的电阻保持不变时的波形图。
由实线指示的波形是当电阻器6的电阻较低时，而由虚线指示的波形是当电阻较高时。电阻器6的电阻越高，波形的周期T增大得越长。
因而，当电阻器6或线圈1的电阻由于温度变化而变化时，周期T是不稳定的，因而产生一个位置探测误差。因此必须补偿温度。
周期T取决于电容器4的充电和放电时间常数，并且假定当电阻器6或线圈1的电阻增大时周期T增大。更明确地说，它假定具有在图5a中表示的特性曲线。
然而通过由本发明者进行的一系列试验发现，周期T不仅指示为在图5a中表示的特性曲线而且也指示为在图5b中的曲线。在某种条件下测得，当电阻从0Ω增大时，周期T达到最小值并且然后变得增大。
周期T在一个点处变得最短的原因是不确定的，但可能与某些因素密切相关，包括受在线圈1上的反电动势及充电和放电电流的相位的影响的电压振荡。另外，事件可能起因于在图2中由c指示的超调。
因而在位置传感器100中调节的是，把在操作温度范围内线圈1的电阻和电阻器6的电阻之和设置到在图5b中表示的特定电平ro或其附近。
这允许当线圈1在温度方面并因而在电阻方面改变时周期T的变化保持最小。
现在解释把电阻之和设置到特定电平ro或其附近的原因。当线圈1在温度方面变化时，其静电容(static capacitance)或形状以及其电阻可能变化。因此真实的是，电阻的特定电平ro对于温度补偿几乎不是理想的。然而证明，电阻是用来改变周期T的主要原因之一，并且其用于温度补偿的最佳电平很少远离ro。
借助于包括3mm外径的线圈和由铝管制成的电导体2并且其测量距离(p的最大值)是50mm的位置传感器100进行测量。对于线圈1的温度从25℃变化到75℃，每1℃变化值的速率到满刻度变化是从30ppm到50ppm。30ppm的量级基本上等效于线圈1或铝管的热膨胀系数，并且在30ppm以下的测量是不实际的。
第一实施例的位置传感器100的优点在于：
能最小化其尺寸，因为两个磁化型和差动型传统线圈由单个线圈1代替，并且其使用在小尺寸系统中或在一个限制安装区域处是适宜的，
其输出电压与要测量的位移成反比，及
不用两个差动型传统线圈能进行温度补偿，并且温度变化几乎不对要测量的位移产生任何影响。
尽管通过调节线圈1的电阻和电阻器6的电阻之和进行在这个实施例中的温度补偿，但它通过确定电容器4的电容和比较器5的阈值VthH和VthL可以实现。通过检查在周期T与诸如电容和阈值电压之类的值之间的关系并且求出使周期T在温度的一个希望范围下最小的值，能确定电容器4的电容和比较器5的阈值VthH和VthL。然而在实际操作中容易和实用的是控制电阻器6的电阻而使其它条件保持固定。
(第二实施例)
本发明的第二实施例布置成产生一个与位移成比例的输出电压。如描述的那样，在第一实施例中的输出电压与位移成反比。
图6是表示第二实施例的位置传感器200a的示意图。
位置传感器200a包括一个位移探测器30、一个脉冲输出模块40、一个计时电路50a、一个电压变换器60、及一个输出变换器70。
位移探测器30包括一个线圈1和一个电导体2或磁性件3。
电导体2或磁性件3相对于线圈1布置，从而其与线圈1的重叠长度根据要检查的物体的位置位移而变化。
线圈1可以是其内径是2.3mm和长度是22mm的0.071-mm漆包铜线并且具有1240匝的四层辊。线圈1可以装在其内径是3mm并且外径是3.8mm的不锈钢保护管中。
电导体2或磁性件3可以由其内径是4.5mm并且外径是6.5mm的铝管制成。
脉冲输出模块40包括一个电容器4、一个比较器5、及一个电阻器6。电容器4是15000pF型的。电阻器6是60Ω型的。
电容器4在一端处连接到比较器5的一个输入端口上，而在另一端处连接到一个0V电源或地上。电阻器6与线圈1串联连接。线圈1和电阻器6的串联电路在一端处连接到比较器5的输入端口上。比较器5的输出端口连接到计时电路50a的一个输入端口上。
比较器5是一种倒相输出型的，以便当输入电压S1增大并且保持不高于上部阈值VthH时释放一个高电平输出，而当输入电压S1超过上部阈值VthH时释放一个低电平输出。另外，当输入电压S1减小并且保持不低于一个下部阈值VthL时释放一个低电平输出，而当输入电压S1从下部阈值VthL下降时释放一个高电平输出。
计时电路50a包括一个振荡器51、一个触发器52、及一个缓冲器54。振荡器51可以布置成产生一个在100kHz下具有1∶1工作比(dutycircle)的方波。
在计时电路50a中的缓冲器54在其输出端口处连接到线圈1和电阻器6的串联电路的另一端上。
电压变换器60包括：一个触发器63，用来当振荡器51的时钟信号CK保持在高电平下时把输出设置到一个高电平，并且响应来自比较器5的输出电压S2的升高把输出重新设置到一个低电平，就是说，在时钟信号CK转到低电平之后，产生一个从时钟信号CK的上升延伸到比较器5的输出电压S2的上升的脉冲宽度t的方波m，和一个平滑电路62，用来产生与由方波m的单位时间定义的面积成比例的一个电压输出。这种布置起一种频率对电压变换器电路的作用，这在以后更详细地解释。
把输出变换器70设计成用来释放与电压变换器60的输出电压相对应的电压或电流或者检查来自电压变换器60的输出电压是低于还是高于预定阈值以产生一个切换输出的。
现在将更详细地解释位置传感器200a的作用。
如图7中所示，在计时电路50a中的振荡器51以一个周期T的间隔产生时钟信号CK。与时钟信号CK的升高同步，触发器52的输出S4，就是说，缓冲器54的输出信号S3转到高电平。
在来自缓冲器54的输出信号S3保持在由在图7中a指示的高电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、和电容器4的组合确定的时间常数下，从缓冲器54的输出端口充电电容器4。这允许比较器5的输入电压S1进入上升模式。
在比较器5的输入电压S1达到上部阈值VthH之前，来自比较器5的输出电压S2保持在高电平下。
当如在图7中由b指示的那样比较器5的输入电压S1超过上部阈值VthH时，比较器5的输出电压S2转到低电平(0V或地电平)。因此，触发器52的输出S4或缓冲器54的输出信号S3转到低电平。
在缓冲器54的输出电压S3保持在低电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，把电容器4放电到缓冲器54的输出端口。
在比较器5的输入电压S1下降到下部阈值VthL之前，来自比较器5的输出电压S2保持在低电平下。
如在图7中由c指示的那样，比较器5的输入电压S1不会在缓冲器54的输出电压S3返回到低电平之后立即下降，而是首先超调并且然后降低。
当比较器5的输入电压S1变得低于下部阈值VthL时，比较器5的输出电压S2转到高电平。与时钟信号CK的上升同步同时比较器5的输出电压保持在高电平下，触发器52的输出Q或缓冲器54的输出信号S3转到高电平，并且动作返回到以上步骤。通过重复这些步骤，能连续地进行振荡。
当在比较器5中的两个阈值VthH和VthL的特征在于具有滞后，如上部阈值VthH＞下部阈值VthL，并且在图7中表示的电压差ΔV保持在一个足够电平下时，因此能稳定地进行振荡。
即使在比较器5中的两个阈值VthH和VthL的特征不在于具有滞后，如VthH＝VthL，通过借助于在线圈1上的反电动势通过超调输出也可以成功地进行振荡。
当在线圈1与电导体2或磁性件3之间的重叠长度p变化时，依据要检查的物体的位移能改变在位移探测器30中的线圈1的电感。如在图8中由实线指示的那样，当线圈1的电感较低时，在充电和放电期间电容器4的时间常数可能减小。然而，如在图8中由虚线指示的那样，当线圈1的电感较高时，电容器4的时间常数增大。
但是，周期T保持均匀，因为开始充电的计时由振荡器51的时钟信号CK严格控制。如由在图8中的实线指示的那样，当线圈1的电感较低时，从时钟信号CK的上升到输出电压S2的上升的间隔t减小。如在图8中由虚线指示的那样，当线圈1的电感较高时，间隔t增大。
如图8中所示，在电压变换器60中的触发器63以与线圈1的电感相对应的周期T的间隔产生脉冲宽度t的方波m。
在电压变换器60中的平滑电路62输出方波m的一个有效值，并且作为输出电压释放它。
当如在图8中由实线指示的那样线圈1的电感较低并且信号的脉冲宽度t较短时，输出电压变得较小。
相反，当如在图8中由虚线指示的那样线圈1的电感较高并且信号的脉冲宽度t较长时，输出电压变得较大。
因而，当输出变换器70产生与电压变换器60的输出电压相对应的电压电平或电流时，其输出能是指示要检查的物体的位置的探测信号。
另一方面，检查电压变换器60的输出电压是低于还是高于阈值，以产生能是一个指示要检查的物体位于阈值点的特定侧的判断信号的切换输出。
图9是当电阻器6的电阻随比较器5的阈值VthH和VthL变化而线圈1和电容器4的电阻保持不变时的波形图。
由实线指示的波形是当电阻器6的电阻较低时，而由虚线指示的波形是当电阻较高时。电阻器6的电阻越高，信号的脉冲宽度t增大得越长。
相应地，当电阻器6或线圈1的电阻由于温度变化而变化时，脉冲宽度t是不稳定的，因而产生位置探测误差。因此必须补偿温度。
脉冲宽度t取决于用来充电和放电电容器4的时间常数，并且假定当电阻器6或线圈1的电阻增大时其增大。更明确地说，它假定具有在图10a中表示的特性曲线。
然而通过由本发明者进行的一系列试验发现，脉冲宽度t不仅指示为在图10a中的特性曲线而且也指示为在图10b中的曲线。在某种条件下测得，当电阻从0Ω增大时，脉冲宽度t减小，并且脉冲宽度t达到最小值而然后变得增大。
脉冲宽度t在一个点处变得最短的原因是不确定的，但可能与某些因素密切相关，包括受线圈1上的反电动势及充电和放电电流的相位的影响的电压振荡。另外，事件可能起因于在图7中由c指示的超调。而且，事件可能起因于在用来充电或放电电容器4的时间常数与时钟信号CK的周期T之间的相互干扰。
因而在本实施例的位置传感器200a中调节的是，把在操作温度范围内线圈1的电阻和电阻器6的电阻之和设置到在图10b中表示的特定电平ro或其附近。
这使得当线圈1在温度方面并因而在电阻方面改变时脉冲宽度t的变化保持最小。
现在解释把电阻之和设置到特定级别ro或其附近的原因。当线圈1在温度方面变化时，其静电容或形状以及其电阻可能变化。因此真实的是，电阻的特定级别ro对于温度补偿几乎不是理想的。然而证明，电阻是用来改变周期T的主要原因之一，并且其用于温度补偿的最佳级别很少远离ro。
利用包括3mm外径的线圈和由铝管制成的电导体2并且其测量距离(p的最大值)是50mm的位置传感器200a进行测量。对于线圈1的温度从25℃变化到75℃，每1℃变化值的速率到满刻度变化是从30ppm到50ppm。30ppm的量级基本上等于线圈1或铝管的热膨胀系数，并且在30ppm以下的测量是不实际的。
第二实施例的位置传感器200a的优点在于：
能最小化其尺寸，因为两个磁化型和差动型传统线圈由单个线圈1代替，并且其使用在小尺寸系统中或在一个限制安装区域处是适宜的，
其输出电压与物体的位移成比例，并且当在沿直线方向的位置测量在线性方面强调时最好能采用，及
不用两个差动型传统线圈能进行温度补偿，并且温度变化几乎不对要测量的位移产生任何影响。
尽管通过调节线圈1的电阻和电阻器6的电阻之和进行在这个实施例中的温度补偿，但它通过确定电容器4的电容和比较器5的阈值VthH和VthL可以实现。通过检查在周期T与诸如电容和阈值电压之类的值之间的关系并且求出使周期T在温度的一个希望范围下最小的值，能确定电容器4的电容和比较器5的阈值VthH和VthL。另外，通过控制时钟信号CK的周期T能进行温度补偿，因为连续振荡受电容器4的充电或放电期间开始连续周期T时的时间影响。此外，通过控制施加到线圈1上的电压的波形能进行温度补偿，因为连续振荡受是锋利或钝的波形脉冲的形状的影响。然而在实际操作中容易和实用的是，控制电阻器6的电阻而使其它条件保持固定。
(第三实施例)
本发明的第三实施例布置成即使当由线圈1、电阻器6、和电容器4的组合确定的时间常数远小于时钟信号CK的周期T时也产生一个希望的输出电压电平。这可能发生在当线圈1的电感由于尺寸限制变得较低时。在这种情况下，输出电压在第二实施例中可能较低。
图11是表示第三实施例的位置传感器200b的示意图.
除计时电路50b之外，位置传感器200b在布置方面基本上与第二实施例的位置传感器200a相同。
计时电路50b包括一个振荡器51、一个触发器52、一个AND(与)电路53、一个缓冲器54、及一个计数器电路56。
在计时电路50b中的缓冲器54在其输出端口处连接到由线圈1和电阻器6组成的串联电路的另一端。
电压变换器60包括：一个触发器63，用来当触发器52的一个输出信号S4保持在高电平下时把输出设置到一个高电平，并且响应比较器5的输出电压S2的升高把输出重新设置到一个低电平，就是说，在输出电压S4转到低电平之后，产生一个从输出信号S4的上升延伸到比较器5的输出电压S2的上升的脉冲宽度t的方波m，和一个平滑电路62，用来产生与由方波m的单位时间定义的面积成比例的一个电压输出。这种布置起一种频率对电压变换器电路的作用，这在以后更详细地解释。
现在将更详细地解释位置传感器200b的作用。
假定比较器5的输出信号S2在初始状态下处于高电平。而且，把触发器52的输出信号S4设置到低电平。计数器电路56计数零，并且其“3”端口输出信号S5保持在低电平下。
如图12中所示，在计时电路50b中的振荡器51以一个周期T的间隔产生时钟信号CK。与时钟信号CK的上升同步，触发器52的输出S4转到高电平。
在该时刻，当比较器5的输出信号S2保持在高电平下时，AND电路53的输出，就是说，缓冲器54的输出信号S3处于高电平。
在缓冲器54的输出信号S3保持在由在图12中a指示的高电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、和电容器4的组合确定的时间常数下，从缓冲器54的输出端口充电电容器4。这使得比较器5的输入电压S1进入上升模式。
在比较器5的输入电压S1达到上部阈值VthH之前，比较器5的输出电压S2保持在高电平下。
当如在图12中由b指示的那样比较器5的输入电压S1超过上部阈值VthH时，比较器5的输出电压S2回到低电平(0V或地电平)。然后，计数器电路56计数比较器5的输出电压S2的衰减，并且其计数移位到“1”。至此，计数器电路56的“3”端口输出信号S5保持在低电平下。而且，AND电路53的输出或缓冲器54的输出信号S3转到低电平。
在缓冲器54的输出电压S3保持在低电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，把电容器4放电到缓冲器54的输出端口。
在比较器5的输入电压S1下降到下部阈值VthL之前，比较器5的输出电压S2保持在低电平下。
如在图12中由c指示的那样，比较器5的输入电压S1不会在缓冲器54的输出电压S3返回到低电平之后立即下降，而是首先超调并且然后降低。
当比较器5的输入电压S1变得低于下部阈值VthL时，比较器5的输出电压S2转到高电平，如在图12中由d指示的那样。然后，AND电路53的输出或缓冲器54的输出信号S3转到高电平。
在缓冲器54的输出电压S3保持在高电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，从缓冲器54的输出端口充电电容器4。
如在图12中由e指示的那样，比较器5的输入电压S1不会在缓冲器54的输出电压S3返回到高电平之后立即升高，而是首先超调并且然后增大。
当比较器5的输入电压S1超过上部阈值VthH时，比较器5的输出电压S2转到低电平，如在图12中由f指示的那样。然后，计数器电路56计数比较器5的输出电压S2的衰减，并且其计数移位到“2”。至此，计数器电路56的“3”端口输出信号S5保持在低电平下。AND电路53的输出或缓冲器54的输出信号S3因此转到低电平。
在缓冲器54的输出电压S3保持在低电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，把电容器4放电到缓冲器54的输出端口。
在比较器5的输入电压S1下降到下部阈值VthL之前，比较器5的输出电压S2保持在低电平下。
当比较器5的输入电压S1变得低于下部阈值VthL时，比较器5的输出电压S2转到高电平，如在图12中由g指示的那样。然后，AND电路53的输出或缓冲器54的输出信号S3转到高电平。
在缓冲器54的输出电压S3保持在高电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，从缓冲器54的输出端口充电电容器4。
当比较器5的输入电压S1超过上部阈值VthH时，比较器5的输出电压S2转到低电平，如在图12中由h指示的那样。然后，计数器电路56计数比较器5的输出电压S2的衰减，并且其计数移位到“3”。这使计数器电路56的“3”端口输出信号S5转到高电平。相应地，与“3”端口输出信号S5的上升同步，触发器52的输出信号54转到低电平。然后，清除计数器电路56以把其计数移位到“0”。因此，计数器电路56的“3”端口输出信号S5返回到低电平。
同时，AND电路53的输出或缓冲器54的输出信号S3因此转到低电平。
在缓冲器54的输出电压S3保持在低电平下的同时，在由线圈1、电阻器6、及电容器4的组合确定的时间常数下，把电容器4放电到缓冲器54的输出端口。
在比较器5的输入电压S1下降到下部阈值VthL之前，比较器5的输出电压S2保持在低电平下。
当比较器5的输入电压S1变得低于下部阈值VthL时，比较器5的输出电压S2转到高电平，如在图12中由i指示的那样。然而，对于触发器52的输出信号S4处于低电平，AND电路53的输出，就是说，缓冲器54的输出信号S3保持在低电平下。这使得电容器4连续放电到缓冲器54的输出端口。
然后，与时钟信号CK的上升同步，触发器52的输出S4转到高电平，并且动作返回到以上步骤。通过重复这些步骤，能连续地进行振荡。
当在比较器5中的两个阈值VthH和VthL的特征在于具有滞后，如上部阈值VthH＞下部阈值VthL，并且在图12中表示的电压差ΔV保持在一个足够电平下时，因此能稳定地进行振荡。
即使在比较器5中的两个阈值VthH和VthL的特征不在于具有滞后，如VthH＝VthL，通过借助于在线圈1上的反电动势通过超调输出也可以成功地进行振荡。
如图12中所示，在输出信号S4转到低电平之后，在电压变换器60中的触发器63产生一个从触发器52的输出信号S4的上升延伸到来自比较器5的输出电压S2的上升的脉冲宽度t的方波输出m。
当在线圈1与电导体2或磁性件3之间的重叠长度p变化时，依据要检查的物体的位移能改变在位移探测器30中的线圈1的电感。如解释的那样，当线圈1的电感较低时，在充电和放电期间电容器4的时间常数可能减小，而当线圈1的电感较高时，时间常数增大。
然而，周期T保持均匀，因为开始充电或放电的计时由振荡器51的时钟信号CK严格控制。当线圈1的电感较低时，方波输出m的脉冲宽度t减小，而当线圈1的电感较高时，脉冲宽度t增大。
在电压变换器60中的平滑电路62输出方波m的一个有效值，并且作为输出电压释放它。相应地，当线圈1的电感较低并且信号的脉冲宽度t较短时，输出电压变得较小。相反，当线圈1的电感较高并且信号的脉冲宽度t较长时，输出电压变得较大。
因此，当输出变换器70产生与来压变换器60的输出电压相对应的电压电平或电流时，其输出能是指示要检查的物体的位置的探测信号。
而且，检查来自电压变换器60的输出电压是低于还是高于阈值，以产生能是一个指示要检查的物体位于阈值点的特定侧的判断信号的切换输出。
类似于第二实施例的位置传感器200a，当电阻器6或线圈1的电阻由于温度变化而变化时，这个实施例的位置传感器200b使脉冲宽度t转成不稳定的，因而产生一个位置探测误差。因此必须补偿温度。
脉冲宽度t取决于用来充电和放电电容器4的时间常数，并且假定当电阻器6或线圈1的电阻增大时增大。更明确地说，它假定具有在图10a中表示的特性曲线。
然而通过由本发明者进行的一系列试验发现，脉冲宽度t不仅指示为在图10a中的特性曲线而且也指示为在图10b中的曲线。在某种条件下，当电阻从0Ω增大时，脉冲宽度t变短。在一个点处测得脉冲宽度t最短，而然后变长。
脉冲宽度t在一个点处变得最短的原因是不确定的，但可能与某些因素密切相关，包括通过在线圈1上的反电动势及充电和放电电流的相位的影响的电压振荡。另外，事件可能起因于在图12中由c和e指示的超调。而且，事件可能起因于在用来充电或放电电容器4的时间常数与时钟信号CK的周期T之间的相互干扰。
因而在这个实施例的位置传感器200b中调节的是，把在操作温度范围内线圈1的电阻和电阻器6的电阻之和设置到在图10b中表示的特定级别ro或其附近。
这使得当在温度方面并因而在电阻方面改变线圈1时脉冲宽度t的变化最小。
现在解释把电阻之和设置到特定级别ro或其附近的原因。当线圈1在温度方面变化时，其静电容或形状以及其电阻可能变化。因此真实的是，电阻的特定级别ro对于补偿温度几乎不是理想的。然而证明，电阻是用来改变脉冲宽度t的主要原因之一，并且其用来补偿温度的最佳电平很少远离ro。
利用包括3mm外径的线圈1和由铝管制成的电导体2并且其测量距离(p的最大值)是50mm的位置传感器200b进行测量。对于线圈1的温度从25℃变化到75℃，位移到(满刻度)变化的速率对于每1℃是从30ppm到50ppm。30ppm的量级基本上等效于线圈1或铝管的热膨胀系数，并且在30ppm以下的测量是不实际的。
第三实施例的位置传感器200b的优点在于：
能最小化其尺寸，因为两个磁化型和差动型传统线圈由单个线圈1代替，并且其使用在小尺寸系统中或在一个限制安装区域处是适宜的，
其输出电压与位移成比例，并且当在线性方面强调在沿直线方向的位置测量时最好能采用，
不用两个差动型传统线圈能进行温度补偿，并且温度变化几乎不对要测量的位移产生任何影响，及
即使当线圈1的电感由于尺寸限制较低时，输出电压也能保持在足够的电平下。
尽管通过调节线圈1的电阻和电阻器6的电阻之和进行在这个实施例中的温度补偿，但它通过确定电容器4的电容和比较器5的阈值VthH和VthL可以实现。通过检查在周期T与诸如电容和阈值电压之类的值之间的关系并且求出使周期T在温度的一个希望范围下最小的值，能确定电容器4的电容和比较器5的阈值VthH和VthL。另外，通过控制时钟信号CK的周期T能进行温度补偿，因为连续振荡受当在电容器4的充电或放电期间开始连续周期T时的时间影响。此外，通过控制施加到线圈1上的电压的波形能进行温度补偿，因为连续振荡受在前沿处是锋利或钝的波形脉冲的形状的影响。然而在实际操作中容易和实用的是，控制电阻器6的电阻而使其它条件保持固定。
(第四实施例)
如图13中所示，修改该布置，其中把一个电导体12或磁性件13插入到一个线圈11的内部空间中以便探测沿直线方向的位置。
当希望电导体12或磁性件13的体积或重量最小化时，这个实施例是适宜的。
(第五实施例)
如图14中所示，修改该布置，其中把电导体12或磁性件13可运动地装配在线圈11的外侧上以便探测沿直线方向的位置。
这个实施例使得线圈11容易用保护盖保护，并且其生产简单。
一个试验借助外径于尺寸是0.9mm并且具有20mm的测量距离的线圈11实现。证明输出足够大，从而线圈11能进一步最小化。
而且，另一个试验借助于装在是5mm外径和0.5mm厚度的不锈钢压力容器中的线圈11进行。证明该布置对于借助于液压缸的用途是适宜的。
又一个试验利用提供在其中心提供磁芯的有芯型的并且装在是7mm外径和1mm厚度的不锈钢压力容器中的线圈11进行。证明不锈钢压力容器承受1000个大气压或更高，并因而对于借助于公共液压系统的用途是适宜的。
(第六实施例)
如图15中所示，修改该布置，其中把特定形状的电导体12或磁性件13可运动地装配在一个线圈11内和上以便探测沿直线方向的位置。
这个实施例允许输出充分增大，并且因而能适宜地用来提高分辩率。
(第七实施例)
图16表明为探测在圆形运动中的位置而提供的这个实施例。
把逐渐径向发散盘形的电导体15或磁性件16固定安装到旋转轴14上，并且布置线圈17，从而其重叠面积p的大小随旋转轴14转动而变化。
对于这个实施例的布置，最大能测量经270°的转动角度。其用途之一是探测由气动或液压动力驱动的旋转螺线管或旋转激励器上的转动角度。
(第八实施例)
如图17中所示，修改该布置，其中在把一个逐渐径向发散盘形的电导体15或磁性件16固定安装到一个旋转轴14上的同时，布置一对线圈17，从而其重叠面积p的大小随旋转轴14转动而变化，并且一对线圈17彼此串联连接。
由于旋转轴14由推力的作用轴向偏置，所以这个实施例允许两个线圈17之一变得靠近电导体15或磁性件16，即使当另一个远离电导体15或磁性件16时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的推力造成的输出变化。
(第九实施例)
如图18中所示，修改该布置，其中在把一对逐渐径向发散盘形的电导体15或磁性件16固定安装到旋转轴14上以彼此离开一个距离和同相的同时，线圈17布置在该对之间，从而其重叠面积p的大小随旋转轴14转动而变化。
由于旋转轴14由推力的作用轴向偏置，所以这个实施例使得两个电导体15或磁性件16变得靠近线圈17，即使当另一个远离线圈17时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的推力造成的输出变化。
(第十实施例)
如图19中所示，修改该布置，其中在布置绕中心点对称并且固定安装到旋转轴14上的逐渐径向发散盘形的电导体15或磁性件16的同时，把一对线圈17彼此串联连接并且绕中心点以对称关系布置，从而其重叠面积p的大小随旋转轴14转动而变化。
由于旋转轴14由径向力的作用径向偏置，所以这个实施例允许两个线圈17之一变得与电导体15或磁性件16的重叠面积p的尺寸较大，即使当另一个重叠面积p的尺寸较小时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的径向力造成的输出变化。
而且，当旋转轴14的转动角度相对较小时，这个实施例的布置特别适宜。
(第十一实施例)
如图20中所示，修改该布置，其中在布置绕中心点对称并且固定安装到旋转轴14上的逐渐径向发散盘形的电导体15或磁性件16的同时，将两对线圈17串联连接并且围绕中心呈对称关系以便线圈17的每一对从两侧夹持电导体15或磁性件16，从而其重叠面积p的大小随旋转轴14转动而变化。
由于旋转轴14由推力的作用轴向偏置，所以这个实施例允许线圈17每对之一变得靠近电导体15或磁性件16，即使当另一个远离电导体15或磁性件16时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的推力造成的输出变化。类似地，由于旋转轴14由径向力的作用径向偏置，线圈17每对之一变得与电导体15或磁性件16的重叠面积p的尺寸较大，即使当另一个保持重叠面积p的尺寸较小时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的径向力造成的输出变化。
(第十二实施例)
如图21中所示，修改该布置，其中等同地布置绕中心点对称并且彼此离开一个距离和同相地固定安装到旋转轴14上的逐渐径向发散盘形的一对电导体15或磁性件16，并且把一对线圈17彼此串联连接和以绕中心点的对称关系布置，从而它们夹持在两个电导体15或两个磁性件16之间，并且其重叠面积p的大小随旋转轴14转动而变化。
由于旋转轴14由推力的作用轴向偏置，所以这个实施例允许两个电导体15或磁性件16之一变得靠近线圈对17，即使当另一个远离线圈对17时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的推力造成的输出变化。类似地，由于旋转轴14由径向力的作用径向偏置，两个线圈17之一变得与电导体对15或磁性件对16的重叠面积p的尺寸较大，即使当另一个保持重叠面积p的尺寸较小时也是如此，因此补偿偏置事件的结果。因而，能避免由在旋转轴14上的径向力造成的输出变化。
(第十三实施例)
图22表明布置成用来测量在气缸或液压缸中的活塞杆18的位置的一个另外实施例。
活塞杆18设计成在其中提供的一个孔的缸筒24中向前和向后运动，，其中孔固定容纳管形的电导体19或磁性件20(参照，当活塞杆18本身由带有孔的导电或磁性材料制成时，消除电导体19或磁性件20)。把安装在一个压力容器21中的一个线圈22固定安装到一个缸头22上。同时，定位在压力容器21中的线圈22，以延伸到电导体19或磁性件20的管形内部空间中。
可优选这样的尺寸：缸筒24的内径是4mm，活塞杆18的外径是2mm，活塞杆18的孔径是1mm，及压力容器21的外径是0.9mm。
(第十四实施例)
图23表示本发明的第十四实施例的位置传感器200c的示意图，。
位置传感器200c是第二实施例的一种修改，其中把在计时电路50a中的触发器52的输出信号S4传输到电压变换器60c，其中其有效值由一个平滑电路62拾取，并且作为输出电压释放。
电压变换器60c的输出电压与在图8中表示的输出信号S4的脉冲宽度t′成比例。脉冲宽度t′等于用来充电电容器4的持续时间并且与线圈1的电感变化或要检查的物体的位移成比例，因而有助于较高程度的线性。
(第十五实施例)
图24表示本发明的第十五实施例的位置传感器200d的示意图。
位置传感器200d是第二实施例的另一种修改，其中把比较器5的输出信号S2传输到一个电压变换器60d，其中输出信号由倒相电路64倒相并且然后其有效值在作为输出电压释放之前由一个平滑电路62拾取。
电压变换器60d的输出电压与在图8中表示的输出信号S2的低电平持续时间t″成比例。低电平持续时间t″等于用来放电电容器4的持续时间并且与线圈1的电感变化或要检查的物体的位移成比例，因而有助于较高程度的线性。
(第十六实施例)
借助于一个电子计数器的使用测量周期T、脉冲宽度t′、或低电平持续时间t″，电子计数器又释放与测量成比例的一个电压。
工业实用性
根据本发明的位置传感器具有如下优点。
(1)能改进温度性能，而不用专用于温度补偿的额外电路。
(2)能在线性方面改进指示要测量的位移的输出。
(3)由于电感较低的线圈施加有一个脉冲形式的电压，所以其由于电压的高频分量能适宜地利用其涡流。结果，能使线圈的尺寸最小。允许位置传感器采用逻辑器件，并因而能通过IC技术实现。然而在先有技术中必须供给电感较低的线圈一个具有200kHz到500kHz高频的正弦波形式的电压。因而，先有技术不得不冗余地装有一个高端运算放大器。

Claims (14)

1.一种位置传感器，所述位置传感器包括：
一个线圈；
一个电导体或磁性件，该电导体或磁性件在所述线圈的至少一部分上具有重叠面积，将所述线圈和所述电导体或磁性件布置在一起从而所述重叠面积的大小随正在位置正被检查的物体的位置变化而变化；
一个电阻器，所述电阻器与线圈串联连接并与所述线圈构成一串联电路，以使所述电阻具有大于零的电阻值从而将所述串联电路的振荡周期(T)最小化；
一个电容器，所述电容器通过线圈和电阻器的所述串联电路交替地充电和放电；
及一个反相输出比较器，所述反相输出比较器用于接收电容器的充电电压作为输入；并且当反相输出比较器的输出处于高电平时，所述反相输出比较器进行电容器的充电；并且当所述反相输出比较器的输出处于低电平时，所述反相输出比较器进行电容器的放电；
从而位置正被检查的物体的位移检测作为所述串联电路的连续振荡运动的周期(T)的变化；
其中确定线圈的电阻、电阻器的电阻、电容器的电容、及比较器的阈值电压，从而当线圈的电阻、电阻器的电阻、电容器的电容、及比较器的阈值电压的至少一个变化时并且当温度在预定水平之下时，所述串联电路的连续振荡运动的周期(T)的变化保持最小。
2.一种位置传感器，所述位置传感器包括：
一个线圈；
一个电导体或磁性件，所述电导体或磁性件该电导体或磁性件在所述线圈的至少一部分上具有重叠面积，将所述线圈和所述电导体或磁性件布置在一起从而所述重叠面积的大小随位置正被检查的物体的位置变化而变化；
一个电阻器，所述电阻器与线圈串联连接并与所述线圈构成一串联电路，以使所述电阻具有大于零的电阻值从而将所述串联电路的振荡周期最小化；
一个电容器，所述电容器通过线圈和电阻器的串联电路交替地充电和放电；
一个反相输出比较器，其用于接收电容器的充电电压作为输入；
及一个计时电路，其用来均匀地限制所述串联电路的连续振荡运动的周期；
从而探测位置正被检查的物体的位移作为时间段(t)变化，该时间段(t)从所述周期(T)的前端延伸到当所述比较器的输出返回到与所述周期(T)的后端同步的高电平时的时刻。
3.根据权利要求2所述的位置传感器，其中确定所述线圈的电阻、所述电阻器的电阻、所述电容器的电容、及所述比较器的阈值电压，从而当所述线圈的电阻、所述电阻器的电阻、所述电容器的电容、及所述比较器的阈值电压的至少一个变化时，并且当温度在预定度数下时，所述时间段(t)变化保持最小。
4.根据权利要求1至3任一项所述的位置传感器，其中所述比较器的阈值电压具有滞后性。
5.一种位置传感器，其包括：
一个线圈；
一个电导体或磁性件，所述电导体或磁性件该电导体或磁性件在所述线圈的至少一部分上具有重叠面积，将所述线圈和所述电导体或磁性件布置在一起，从而所述重叠面积的大小随位置正被检查的物体的位置变化而变化；
一个电阻器，所述电阻器与所述线圈串联连接并与所述线圈构成一串联电路，以使所述电阻具有大于零的电阻值从而将所述串联电路的振荡周期最小化；
一个电容器，其通过所述线圈和所述电阻器的所述串联电路充电和放电；
一个反相输出比较器，其用于接收所述电容器的充电电压作为输入，并且所述反相输出比较器的阈值电压具有滞后性；
及一个计时电路，其用来均匀地限制所述串联电路的连续振荡运动的周期，
从而探测所述位置正被检查的物体的位移，将所述位移作为用来充电所述电容器的时间段或用来放电所述电容器的所述时间段的变化。
6.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体带有一个所述线圈和所述电导体或所述磁性件中的一个，从而在所述线圈的内侧或外侧之一以及在所述电导体或所述磁性件之一的重叠面积的大小随所述物体直线运动而变化。
7.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中位置正被检查的物体带有所述线圈或所述电导体或所述磁性件，从而其在所述线圈外或内侧处的重叠面积的大小随所述物体直线运动而变化。
8.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体是在其上安装逐渐径向发散盘形的电导体或磁性件的旋转轴；并且布置一个线圈从而所述线圈和所选择的电导体或磁性件的重叠面积的大小随所述旋转轴转动而变化。
9.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体是在其上安装逐渐径向发散盘形的电导体或磁性件的旋转轴，并且布置一对线圈以在所述逐渐径向发散盘形的电导体或磁性件的两侧，从而所述线圈和所选择的电导体或磁性件的重叠面积的大小随所述旋转轴转动而变化。
10.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体是一旋转轴，所述旋转轴上彼此离开一个距离和同相地安装一逐渐径向发散盘形的一对电导体或磁性件，并且在所述成对的电导体或磁性件之间布置一个线圈，从而所述线圈和所选择的电导体或磁性件的重叠面积的大小随所述旋转轴转动而变化。
11.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体是一个旋转轴，所述旋转轴上安装绕中心点对称的一逐渐径向发散盘形的电导体或磁性件，并且一对线圈绕所述中心点对称布置，从而所述线圈和所选择的电导体或磁性件的重叠面积的大小随旋转轴转动而变化。
12.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体是一个旋转轴，在所述旋转轴上安装绕中心点对称的逐渐径向发散盘形的电导体或磁性件，并且两对线圈绕所述中心点对称布置，每对线圈之间具有所述径向发散盘形的电导体或磁性件，从而使所述线圈和所选择的电导体或磁性件的重叠面积的大小随所述旋转轴转动而变化。
13.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述位置正被检查的物体是一个旋转轴，所述旋转轴其上以彼此离开的  个距离和同相地安装绕中心点对称的逐渐径向发散盘形的一对电导体或磁性件，并且一对线圈布置在成对的所选电导体或磁性件之间，从而所述线圈和所选择的电导体或磁性件重叠面积的大小随所述旋转轴转动而变化。
14.根据权利要求1-3以及权利要求5中任一项所述的位置传感器，其中所述线圈在其中心中具有磁心。
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