CN101137892A - 感应式角位传感器 - Google Patents

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Abstract

感应式角位传感器，包括：部分金属化的圆盘，其绕着它的转轴旋转；以及包括初级线圈和几个次级线圈的定子，所述次级线圈相对于所述转轴基本上对称地成对布置，以便形成一对或多对次级线圈，从而每对所述次级线圈一方面相对于彼此串联并反相地彼此连接，而另一方面连接到测量装置的终端，该测量装置能产生取决于在所述对的终端处的电压的输出信号。

Description

感应式角位传感器
技术领域
本发明以感应式角位传感器为其目的。
背景技术
通常使用基于液体的流动而旋转的机械部件以便测量流率。一般而言，角位传感器检测旋转部件的旋转速率以便允许信息的电处理。虽然并不限于此，但本发明特别适用于此应用。
已知几种用来检测角位的方案。
第一种方案使用磁性传感器。其旋转部件装配有小型永磁体，该永磁体的磁场促使在附近安置的簧片安瓿(Reed ampoule)的电接触。从而，这种电接触的切换代表着液体的流动。例如，一些传感器依靠几个安瓿来使其能够检测旋转部件的旋转方向，从而检测液体的流动方向。这些角位传感器具有如下的缺点，即由于簧片安瓿是由玻璃制造的，因此易碎。此外，由于十分强大的外部磁场可能更改簧片安瓿的运转状态，因此它们易于舞弊。
第二种方案使用电容式传感器。其旋转部件装配有部分金属化的圆盘。在邻近且平行该圆盘之处，可以发现特别布置的金属化区域，其不同的电容性耦合基于圆盘的位置而改变。观测这些电容性耦合可以检测旋转部件的旋转，从而检测液体的流动。根据这些金属化区域的布置，可以检测旋转部件的旋转方向，从而检测液体的流动方向。电容式传感器具有必须非常靠近旋转圆盘的缺点。此外，它们很容易受在旋转圆盘和传感器间所发现的任何几何变化或改变的干扰。
第三种方案使用感应式传感器。其旋转部件装配有部分金属化的圆盘。靠近该圆盘，存在LC类型的振荡电路(电容线圈)，它的阻尼取决于在线圈L和金属化区域间的距离，并且通过其传送在振荡期间产生的傅科电流(Foucault current)。观测该阻尼可以检测例如旋转部件的旋转，从而检测液体的流动。例如，几个线圈的使用还可以检测旋转部件的旋转方向，从而检测液体的流动方向。感应式传感器具有相对高的成本和电耗的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免上述缺点中的至少一些的感应式角位传感器，其对安装条件不太敏感，并能抵御舞弊企图且很经济。
为此，本发明的目的是一种感应式角位传感器，其包括：
部分金属化的圆盘，该圆盘绕着它的转轴旋转；和
定子，其包括：初级线圈，该初级线圈具有基本上与所述转轴合并在一起的轴，被设计成由馈送装置馈送，以及
几个次级线圈，其被布置成允许在所述初级线圈和所述次级线圈间的电感耦合，
其特征在于，每个次级线圈的轴与所述转轴基本上平行，从而所述次级线圈相对于所述转轴基本上对称地成对布置，以便形成一对或多对次级线圈，从而每对所述次级线圈一方面相对于彼此串联并反相地彼此连接，而另一方面连接到测量装置的终端，该测量装置能产生取决于在所述对的终端处的电压的输出信号。
该传感器优选地包括两对次级线圈，因此所述次级线圈围绕所述转轴均匀分布。
根据本发明的特征，所述馈送装置为脉冲产生器。
根据本发明的实施例，所述测量装置包括与每对结合在一起的比较器。
根据本发明的另一实施例，所述测量装置包括与每对结合在一起的定量测量装置，从而所述定量测量装置与处理装置结合。
根据本发明的实施例，所述初级线圈围绕所述次级线圈。
所述部分金属化的圆盘优选地在相应于半个盘的表面上金属化。
有益地，所述初级线圈和所述次级线圈都形成在印刷电路上。
附图说明
参考所附示意图，在以下通过纯粹示例性而非限制性的实例方式提供的本发明的实施例的详细的说明性的描述中，将更好地理解本发明，并更加清晰地呈现出其他的目的、细节、特征以及后者的优点。
在附图中：
图1是显示根据本发明实施例的感应式角位传感器的示意性透视图；
图2是图1的传感器的印刷电路的示意性视图；
图3是图2的印刷电路的电路图；和
图4是图1的传感器的示意性透视图，显示了旋转圆盘、初级线圈和次级线圈。
具体实施方式
参考图1，示出了旋转移动体2，其由例如液体的流动(未示出)等驱动而沿其转轴A旋转。感应式角位传感器1包括定子20和转子21。定子20和转子21可以沿轴A相对于彼此有角度地移动。应当注意的是，术语定子的使用并不暗示定子20具有固定的方向。
转子21包括旋转圆盘3。旋转圆盘3被布置在旋转移动体2上，以便旋转圆盘3整体沿旋转移动体2的轴A旋转。圆盘3的与旋转移动体2相反的平面4被部分金属化。例如，金属化半个盘4a。
定子20包括印刷电路5(图2)。印刷电路5被布置在右边并靠近圆盘3，并与表面4基本上平行。
参考图2和3，现将描述印刷电路5。印刷电路5被布置在定子20面向表面4的表面20a上。印刷电路5包括初级线圈6。例如，初级线圈包括五匝。四个次级线圈7、8、9和10被布置在初级线圈6内。次级线圈7、8、9和10是相同的并每个包括例如4匝。在图4所示的变型中，初级线圈6包括三匝而每个次级线圈包括两匝。印刷电路5相对圆盘3布置以便初级线圈6的轴与轴A合并，从而每个次级线圈7、8、9和10的轴此时都与轴A基本上平行。次级线圈7、8、9和10围绕轴A均匀分布。
初级线圈6由脉冲产生器11馈送。因此立即显示从四个线圈7、8、9和10中输出的有用信息，如随后将详细描述，每个脉冲的持续时间可相对较短。例如，脉冲的持续时间约为几纳秒，这尤其可以最小化在初级线圈6中的电流消耗。应当注意的是，由于测量仅持续几纳秒，因此这样的传感器1特别能抵御舞弊企图。
次级线圈7、8、9和10耦合成对7和9(或8和10)，由此每对线圈都串联并反相安置。未连接到线圈9的线圈7的末端7a连接到比较器12的正输入12a。未连接到线圈7的线圈9的末端9a连接到比较器12的负输入12b。未连接到线圈10的线圈8的末端8a连接到比较器13的正输入13a。未连接到线圈8的线圈10的末端10a连接到比较器13的负输入13b。比较器12和13是电压比较器。比较器12(或13)的输出12c(或13c)的值是基于在其输入12a和12b(或13a和13b)间的电压V12(或V13)。应当注意的是，以差分模式连接次级线圈7、8、9和10的事实确保了对可能存在的外部破坏性磁场的良好抵拒，这有助于降低舞弊的风险。
现将描述传感器1的操作。
当脉冲施加到初级线圈6时，后者产生穿过四个线圈7、8、9和10的激励磁场。因此应当注意的是，线圈7、8、9和10以类似方式相对于线圈6布置，穿过每个线圈7、8、9和10的激励磁场的振幅是相等的。激励磁场还到达金属化的半盘4a。这在半盘4a上具有产生傅科电流的效应。傅科电流产生与激励磁场相反的反向磁场。
在第一步中，考虑当产生脉冲时，发现金属化的半盘4a就在线圈7下(图4)。此时，由激励磁场和穿过其的反向磁场之和所产生的磁场穿过每个线圈7、8、9和10。线圈7在半盘4a的右边，因此穿过其的反向磁场具有低的，但不能忽略不计的振幅。因此穿过线圈7的合成磁场略微弱于激励磁场。线圈9是距离半盘4a最远的次级线圈，因此穿过它的反向磁场的振幅比穿过线圈9的激励磁场的振幅要低很多，例如，基本为零。因此，穿过线圈9的合成磁场基本上等于激励磁场。线圈8和10相对于半盘4a对称布置，因此相同振幅的合成磁场穿过它们。穿过线圈7、8、9和10的合成磁场产生在线圈7、8、9和10中感应的电压，因此每个感应电压都是基于关联的合成磁场。在线圈7和9(或8和10)中感应的电压确定了电压V12和V13的振幅和符号。输出12c和13c可以基于电压V12和V13的振幅和符号而取几个值。
在线圈8和10中感应的电压相等并且反相安置线圈8和10，因此电压V13基本为零。在线圈7中感应的电压小于在线圈9中感应的电压，因此电压V12为负。因此输出13c为零而输出12c为负。应当注意的是，这只是一个安置实例，传感器1可以用反转的线圈7、8、9和10以类似的方式操作。
当半盘4a旋转1/8圈，以便在产生脉冲时它在线圈7和10的下面时，响应线圈6的脉冲而由半盘4a产生的反向磁场以相同的方式穿过线圈7和10。应当注意的是，如上所述，激励磁场以相同的方式穿过四个线圈7、8、9和10。因此穿过线圈7和10的合成磁场是相等的。同样，穿过线圈8和9的合成磁场也是相等的。因此一方面，感应电压在线圈7和10中具有相同的值，而另一方面，在线圈8和9中也具有相同的值。因此电压V12和V13具有相同的振幅。在图3的安置实例中，由于差分效应，电压V12和V13具有相反的符号，因此V12为负而V13为正。
当半盘4a再旋转1/8圈时，它恰好位于线圈10下。此时，以与半盘4a在线圈7下的情况类似的方式，获得基本为零的电压V12和正电压V13。因此输出12c为零，输出13c为正。
当半盘4a再旋转1/8圈，以便它位于线圈10和9的下面时，电压V12和V13具有相同的振幅和相同的符号。对于每个脉冲，传感器1以相同的方式测量电压V12和V13。
当圆盘3旋转时，输出12c和13c的信号频率可以确定圆盘3的旋转速率，从而确定液体的流动。此外，作为时间函数的输出13c和作为时间函数的输出12c的曲线正交。这使得能够通过确定哪条曲线在另一条的前面，即，通过比较输出12c和13c的振幅和符号而确定移动体2的旋转方向。在图3的实例中，当移动元件2以箭头15所示的顺时针方向旋转时，输出曲线13c在输出曲线12c的前面，而当移动体2以箭头16所示的逆时针方向旋转时，输出曲线12c在输出曲线13c的前面。
其他的变型也是可能的。例如，线圈的匝数可以是任意的。
可以提供单独一对次级线圈；在这种情况下，传感器不能检测移动体的旋转方向。
馈送初级线圈的产生器可以产生任意形状的信号，例如交流信号。
应当注意的是，传感器的不同元件相对于彼此的相对位置是不重要的，因此在位置上的任何不同都会带来在检测信号中的恒定的偏移，并且因此很容易校正这种偏移。
比较器通常包括约10毫伏的偏移。当信号很弱，例如大约2-3毫伏时，这可能是圆盘相对于线圈的距离导致的结果，这时使用用于在线圈对的终端测量电压的装置来替代比较器，以便获得电压的定量值，从而该值接着由例如软件或电子装置等的处理装置来处理，以便从偏移中分离信号。
虽然涉及了几个特定实施例而对本发明进行了描述，但很明显，这不是限制性的，本发明可以包括所有所描述的装置的技术等同以及其结合，如果后者落入了本发明的范围。

Claims (8)

1.感应式角位传感器，包括：
部分金属化的圆盘(3)，其绕着它的转轴(A)旋转；以及
定子，其包括：初级线圈(6)，该初级线圈具有基本上与所述转轴合并在一起的轴，被设计成由馈送装置(11)馈送，和几个次级线圈(7、8、9、10)，它们被布置成允许在所述初级线圈和所述次级线圈间的电感耦合，
其特征在于，每个次级线圈的轴与所述转轴基本上平行，从而所述次级线圈相对于所述转轴基本上对称地成对布置，以便形成一对或多对次级线圈，从而每对所述次级线圈一方面相对于彼此串联并反相地彼此连接，而另一方面连接到测量装置(12、13)的终端，该测量装置能产生取决于在所述对的终端处的电压的输出信号。
2.根据权利要求1的传感器，其中它包括两对次级线圈(7、8、9、10)，从而所述次级线圈围绕所述转轴(A)均匀分布。
3.根据权利要求1的传感器，其中所述馈送装置(11)为脉冲产生器。
4.根据权利要求1的传感器，其中所述测量装置包括与每对结合在一起的比较器(12、13)。
5.根据权利要求1的传感器，其中所述测量装置包括与每对关联的定量测量装置，从而所述定量测量装置与处理装置结合。
6.根据权利要求1的传感器，其中所述初级线圈围绕所述次级线圈。
7.根据权利要求1的传感器，其中所述部分金属化的圆盘在相应于半个盘(4a)的表面上被金属化。
8.根据权利要求1的传感器，其中所述初级线圈和所述次级线圈都形成在印刷电路上。
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