CN101189490B - 用于电感式位置传感器的信号调节系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电感式位置传感器的信号调节器包括模拟除法级和用于将预存值和输出信号相加以使输出信号符合要求的规格的电路。比较器电路将输出信号电压与存储的上和下平稳值进行比较，并且当输出信号电压位于平稳值之间时输出信号电压，并且当信号达到这些值时输出上和下平稳值。

Description

用于电感式位置传感器的信号调节系统

相关申请的引用

本申请要求2005年4月8日提交的美国临时专利申请序列号No.60/669,478的优先权。

技术领域

本发明涉及用于电感式传感器，例如用于测量活动式部件位置(比如诸如车辆油门踏板的枢轴转动部件的旋转位置)的非接触电感式传感器的信号调节系统。

背景技术

位置传感器广泛用于各种应用。例如，诸如汽车的机动车装备有控制发动机速度的使用者操作的控制器。一般，使用者操作的控制器包括踏板臂，其具有位于踏板臂下端的脚踏板，一般是指加速踏板。加速踏板提供从加速踏板传送至与发动机相关联的发动机油门控制器的油门控制信号。常规地，在加速踏板和发动机油门控制器之间存在机械连接，并且油门控制信号是机械信号。然而，近来已经倾向于电控制的油门控制系统，有时称为电传操纵(fly-by-wire)系统，其中加速踏板或其他使用者操作的控制器与发动机油门控制器进行电通信，油门控制信号是电信号。在这个和其他应用中，通常预计任何传感器系统的输出信号符合确定规格。因此，需要一种从位置传感器如电感式位置传感器接受信号并且提供具有期望特性的输出信号的信号调节器。

发明内容

电感式位置传感器包括由AC源供电以产生电磁载波通量的发射器线圈。接收器线圈接收载波通量并且产生接收器信号。接收器信号随平行于并且非常靠近发射器线圈和接收器线圈受支撑的耦合器元件(如转子)的位置而改变。耦合器元件随其位置要被测量的部件移动。

在本发明的优选实施例中，电感式位置传感器包括第三线圈，参考线圈，该参考线圈由于载波通量而产生参考信号，不过它被缠绕以便不受要测量耦合器元件的位置的影响。对于旋转的传感器，参考信号基本上不受耦合器元件的角取向的影响，但随耦合器和参考线圈之间的间隙距离而变化。这个变化对于补偿输出信号的组装参数如间隙的变化是有用的。优选地，参考线圈具有差分结构，所以当没有耦合器元件时，在线圈不同部分内的感应电压互相抵消并且参考信号接近于0。在某些情况下，当耦合器被移除以便更好的补偿线圈和耦合器元件之间的间隙的变化时，参考信号不必要为0。接收器线圈也可具有差分结构，使得当没有耦合器元件时不存在接收器信号。然而，当存在耦合器元件时，接收器信号对耦合器元件的位置高度敏感。

用于电感式位置传感器的信号调节器包括模拟除法级和用于将预存值和输出信号相加以使输出信号符合要求的规格的电路。比较器电路将输出信号电压与存储的上和下平稳值(plateau value)进行比较，并且当输出信号电压位于平稳值之间时输出信号电压，而当信号达到这些平稳值时输出上和下平稳值。

用于提供与在位置范围内可活动的部件的部件位置相关的输出信号的装置，如电感式耦合位置传感器，包括发射器线圈和位于发射器线圈附近的接收器线圈，当发射器线圈被激励信号激励时其产生电磁场，当发射器线圈被激励时，由于在发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合，所述接收器线圈产生接收器信号，该接收器信号与部件位置相关。优选地，参考线圈提供基本与部件位置无关的参考信号。接收器信号和参考信号通过信号调节器，信号调节器包括用于从接收器信号和参考信号产生比例信号的模拟除法器。输出信号从比例信号得到，并且与在装置的位置范围内的部件位置基本线性相关。稳定(或箝位)电压以及电压增益曲线(信号曲线的斜率和位置(角度或距离))可由可微调的电阻器设置。

部件位置可以具有旋转角度，如用于汽车电子油门组合件中使用的踏板组合件的枢轴角度。耦合器元件用于修改发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合。信号调节器还可包括电压箝，以使输出信号具有下平稳电压和上平稳电压。信号调节器还可包括逻辑电路，例如包括用于存储校准调整的非易失性(长期)存储器，例如齐纳阵列。校准调整可以是添加到输出信号的电压调整。电压调整被存储在非易失性存储器中，并且与非易失性存储器相联的虚地电平调整器用于调整输出信号。接收器线圈、参考线圈、发射器线圈和信号调节器都可由单个印刷电路板支撑。

附图说明

描述参考了附图，其中：

图1A是信号调节系统的简化框图；

图1B是线圈组合件的简化示意图；

图2是模拟信号调节器的框图；

图3是带有模拟除法的信号调节器的框图；

图4是带有模拟除法和逻辑支持(logic support)的信号调节电路的框图；

图5是示出了由于相加来自静态RAM的存储电压，输出电压偏移的曲线图；

图6A和6B是用于电压偏移和箝位输出信号以使其符合期望特性的电路的原理图；

图7和8示出带有逻辑支持的其他配置；

图9是使用齐纳开关的虚地调节的原理图；和

图10是根据本发明的示例的电子模块的高度简化的布局图。

具体实施方式

根据本发明实施例的信号调节器接收接收器信号和参考信号并且利用它们来提供与要测量的部件位置成比例的线性输出信号。对于汽车的应用，如电子油门，输出可被调节成符合车辆的标准设置，并且基本不受耦合器元件和线圈组合件之间间隙的制造变化或其它共模信号的影响。希望信号调节器尽可能简单，以使成本低和操作非常可靠，并且避免使用昂贵的组件。

信号调节器优选包括发射器线圈的激励源，例如科尔皮兹振荡器(Colpitts oscillator)，对于它而言发射器线圈是感应组件。信号调节器接收至少一个接收器信号和一个参考信号，并且放大各个信号。信号各自和激励电压相乘以便用于信号检测。每个乘法器的输出然后被低通滤波并且然后两个输出被除，以针对由参考线圈检测出的共模变化有效地校正接收器线圈的输出。

参考信号用于校正接收器信号的共模效应，如耦合器元件和线圈组合件之间的间隙的变化。发射器线圈、接收器线圈和参考线圈可作为线圈组合件一起被支撑在共同的衬底(如印刷电路板)上。电路板然后被置于接近耦合器元件的位置，耦合器元件机械地被耦连到其位置将要被确定的部件上。线圈组合件和耦合器元件间的间隔在制造过程中固有地变化，并且这个间隔可使用带有差分结构的参考线圈很容易地被校正。参考线圈也可用于校正共模信号，如杂散电感电压、温度和发射器功率变化。

在旋转位置传感器中，接收器线圈可替换地被称作旋转调制器，因为接收器信号随耦合器元件的旋转位置而变化。如果参考线圈具有差分结构，则参考线圈可被称为轴向调制器，因为参考信号然后随线圈组合件和耦合器元件的轴向间隔而变化，而不是随耦合器元件的旋转位置而变化。发射器线圈可替换地被称为激励线圈。

在优选实施例中，接收器线圈和参考线圈的输出都通过与参考信号相乘被整流(被放大和然后被检测)，或者可替换地采用激励信号例如来自科尔皮兹振荡器的激励信号进行整流。已检测的输出各自通过低通滤波器并且然后被送到模拟除法器。除法器实质上针对有效地将载波信号耦合到旋转调制器的转子和轴向调制器之间间隙的变化校正旋转调节器信号，并且平行于且非常接近于承载其他线圈的衬底被支撑。在生产操作中必然发生的转子和线圈之间的间隙变化由模拟除法器标准化为共模变化，如随机感应信号、电源电压的变化和类似变化。

模拟电压然后可被加到比例度量信号(ratio-metric signal)以将传感器输出信号转换为符合期望的信号规格，例如电子油门传感器中的其它自动电子设备所要求的信号规格。这个模拟电压在初始化校准过程中产生并且能够以数字形式存储在齐纳二极管阵列中(作为静态RAM)或标准静态RAM中，并且可以转换为模拟形式，用以加到原始信号上。输出信号然后通过使用存储的电压调整由差分放大器进行调整。该信号然后提供给电压箝，电压箝通过将该信号与上和下平稳值的存储值相比较，固定信号的上限和下限。

输出电压范围因此被箝位到上和下平稳值。通过使用微调电阻器(trim resistor)，微调被用于将增益斜率调整到期望值。可采用电阻器的激光微调，例如通过烧断碳带，或者传统旋转接触可变电阻器也可用在一些应用中。在汽车电子油门控制应用中，这个微调步骤可在工厂校准期间执行一次。在采用比例度量感测的情况下这是非常有效的。

示例校准过程包括检测初始信号电压，使用模数转换器将其转换为数字形式并且对随后存储在齐纳二极管阵列(充当静态RAM)或标准静态RAM中的上和下平稳值的电压进行转换。一个电路然后通过逻辑支持电路对下平稳电压和初始信号电压之差进行比较并且将该值存储在静态RAM中。在正常工作期间，包括一对比较器的多路复用器检测原信号电压并且将其与上和下平稳电压进行比较，以使得输出信号或者包括原信号、达到原信号超过上平稳电压的程度的上平稳电压，或者达到原信号低于下平稳电压的程度的下平稳电压。因此，输出信号被箝位在上和下平稳值之间。提供可微调的电阻器，以控制输出增益和定义上和下平稳值。

根据本发明的信号调节器因此不需要使用在传统系统中所使用的微处理器类型。例如，在传统电子油门应用中，微处理器用于将原信号转换为一种与发动机系统兼容的形式。微处理器增加了成本、复杂性和关联的故障模式和处理延迟。然而在本发明的实施例中，使用低成本的模数转换器(低分辨率，如8位或更低)和非易失性存储器(如静态RAM，在一些示例中需要几个字节或更少)。

信号调节器可在ASIC芯片中实现而不需要处理器、RAM、模数(A/D)转换器或温度补偿电路。例如，传统信号处理器试图使用查找表校正温度变化。然而，这是复杂的并且易于出错。此外，不论初始被校准得怎样优良，传统系统都不能解决由于机械磨损造成的几何变化。例如，枢轴松动对于电感式传感器的传统电子油门应用是非常严重的问题。然而，根据本发明的系统自动地补偿如枢轴松动的几何变化。对于电子油门应用，在-40℃到80℃范围上的温度，超过1mm的(在线圈组合件和耦合器元件之间)间隙变化和超过1mm的枢轴下降变化，可得到极好的信号再现性。对于一些应用，可提供许多独立线圈和或关联的信号调节器用于冗余和安全操作。

图1示出了传感器系统的框图，所述传感器系统包括振荡器10、发射器线圈12、耦合器元件14(未详细显示)、接收器线圈16和参考线圈18。对于旋转式传感器，接收器线圈提供对耦合器元件的角位置敏感的接收器信号。参考线圈提供基本不受耦合器元件的角位置影响的参考信号。接收器信号和参考信号由第一和第二放大器(AMP)(分别为20和22)进行放大，并且接收器信号然后在模拟除法器24中被参考信号除。输出26为模拟信号。信号调节器接受两个信号(接收器信号和参考信号)并且将它们相除以获得比例(或比例度量)信号。这个比例信号然后被电源电压乘，以获得与电源电压无关的输出信号。接收器信号与由线圈配置确定的在特定角范围内的耦合器元件的角度成比例，而参考信号对于耦合器元件遍历的角度基本保持恒定。然而，两个信号一般都对共模效应如电磁干扰(EMI)和温度敏感，并且(在一些配置中)对机械公差如在耦合器元件和线圈组合件之间的间隙敏感。由模拟电路进行信号处理来得到比例信号避免了数字处理的延迟，数字处理还需要模数转换。

在优选实施例中，接收器和参考线圈与发射器线圈一起通过印刷电路板技术形成在同一衬底上。发射器线圈由交流电流激励，并且可以例如构成产生正弦电压的科尔皮兹振荡器电路的部分，这个电路可被构成为信号调节装置的一部分。

电感式传感器对于静电或磁场具有良好的抗干扰性，但通常被视为易受拍频现象的影响。拍频发生在相似频率之间，例如在发射器和传感器振荡器电路之间，并且产生和频率和差频率。低频差频相对难以滤除。一种方法是使用两个振荡器的固有趋势以达到相同频率，这是通常所说的惠更斯时钟现象或锁定同步的自适应机制。然而，共振频率的适应需要低Q因数的谐振器。拍频对于接收器线圈和参考线圈都是共模信号，并且本发明的比例度量方法允许接收器信号和参考信号中的任何同频成分被析出因数。因此对于振荡器的Q因数不存在上限，因此提高效率并且产生低噪声系统操作。与传统系统接近20的因数Q相比，该因数Q可接近30或更高。

系统调节器是低噪声的。可采用纯模拟处理，相比于数字处理，其显著减少EMC。电感式传感器可配备有至少一个无源并联振荡电路，在任何适当的辐射抗扰测试范围内的频率上共振。示例感应线圈具有在20MHz和200MHz之间的共振频率，而辐射抗扰测试从150K扫描到1GHz。传感器可具有内装的LPF并且接收器和参考线圈的共振频率匹配。

图1B是示例装置的简化图，其包括发射器线圈(外环30)、接收器线圈34(在34示出的叶形似轮的结构)、参考线圈(在36示出的外直径)和耦合器元件32(包括三个导电板，在这个视图中位于线圈组合件的前面)。耦合器元件的旋转改变发送器线圈和接收器线圈的叶片之间的电感耦合。由于各种感应电位的自取消，接收器线圈优选地配置为当没有耦合器元件时不产生信号。接收器线圈可被配置以使在相邻叶片中感应电位的极性相反。在具体示例中，接收器线圈包括被配置的第一和第二环结构，以趋向于取消彼此的感应电位。每个环结构具有与内径上的圆周段交替的外径上的圆周段，图1B所示的结构34对应于两个环结构的覆盖图。为了清晰，未示出线圈连接。此处，DDi是参考线圈(差分模型)的内径，并且DEo是发射器线圈(或激励线圈)的外径。

图2示出了一体的模拟结构的简化框图。该系统包括提供参考信号的参考线圈40(在这种情况下，是差分模型DD)、提供接收器信号的接收器线圈42(REC)、由激励信号激励的发射器线圈(或激励器)46(EXC)、第一和第二放大器46和48(AMP)、第一和第二乘法器50和52、低通滤波器54和56、模拟除法器58、信号分解器(signal degenerator)69、轨至轨放大器60和电压箝62。除了线圈，这些组件可包含于模拟ASIC中，如方框70所示。外部电阻器64和这些组件可包含于模拟ASIC中，如方框70所示。外部电阻器64和66分别用于调节增益和箝位点，并且在68得到输出信号。输出信号与活动式部件的位置相关，这样信号调节器充当部件位置传感器(PPS)。一种特定应用是汽车的踏板位置传感器。

在工作时，参考信号被第一放大器放大，和激励信号相乘，并且被低通滤波。接收器信号被第二放大器放大，也和激励信号相乘，并且被低通滤波。除法器58接收经放大、经相乘和经滤波的信号并且提供比例度量信号。比例度量信号通过(可选的)信号分解器59，信号分解器用电源电压乘比例信号。比例度量信号然后通过放大器60，并且为期望的增益而调节外部电阻器60。比例度量信号然后通过电压箝62，其防止输出信号高于上平稳值，或低于下平稳值。平稳值可使用电阻器对66进行调节。在这个示例中，模拟电路包含于模拟ASIC(70)中，并且电阻器64和66在ASIC的外部，这样能够容易实现对增益和平稳电压的调整。信号分解器是可选的，并且被包含以便跟踪电源电压。这使输出信号依赖电源电压，但如果需要则允许跟踪电源电压。

所示的在低通滤波器和除法器间的波形是来自接收器和参考线圈的可能的位置依赖信号。接收器信号一般具有合理的线性部分。箝位点设置优选地纳入接收器信号的线性区域。参考信号基本与位置无关。比例信号有时被称为特征曲线(Ccurve)。

对于一些应用，需要与电源电压变化无关的输出，并且采用信号分解器59。信号分解器可以是模拟除法器、乘法器、模拟开关或其它器件。例如，通过用电源电压除来自模拟除法器的信号，得到与电源电压无关的比例信号。

图3示出了可替换的配置，其包括三个线圈(40、42、44)和如上面关于图2描述的电路70。在这个配置中，比例信号从模拟ASIC70传到可作为数字ASIC实现的数字电路72。数字电路72包括模数转换器(ADC)74和处理器76。对于电子油门应用，如果在模拟电路中进行增益调整则ADC仅需8位。处理器76用于消除部件间的变化并且用于PWM管理。在这个示例中，数字处理取代了电压箝。

图4A示出了带有最少逻辑支持的信号调节器的框图。模拟ASIC(100)类似于关于图2描述的ASIC，并且不在此处再次详细描述模拟除法过程。如关于图2讨论的，模拟除法器的输出通过信号分解器，该分解器用电源电压乘比例信号以去除电源电压变化对比例信号的影响。

在这个示例中，将这个比例信号提供给逻辑支持电路112，其包括模数转换器102、静态RAM 103和多路复用器110。对于电子油门应用，ADC(102)可以是6位。不过，可以使用其它分辨率。模数转换器接收存储在静态RAM(103)中的电压，并且这个存储电压被加到模拟除法器的输出(比例信号)。存储在静态RAM中的下平稳电压在校准过程中形成(这点在下面更详细描述)，以使输出信号成为期望形式。对于电子油门而言，静态RAM中存储的下平稳电压用于将输出信号调整为随后的汽车电子装置所需要的形式。可将静态RAM中的一个字节分配给在调整之前在标称零位置测量的初始信号。

电压偏移的比例信号然后通过轨至轨放大器104，该放大器104的输入由使用一对可变电阻器的电压除法器进行调节，这对电阻器可在校准期间被调节并且进行工作从而建立信号的上和下平稳值。电压箝106将瞬时信号与上和下平稳值进行比较，并且当信号高于上平稳值时，连接到多路复用器110的开关108接通存储的平稳电压作为输出信号。相似地，当传感器电压低于下平稳电压时，信号调节器输出下平稳电压。否则，输出信号与比例信号相关。

存储在静态RAM中的电压在校准过程中形成，这包括检测初始信号电压并且然后在模数转换器中将其转换为数字形式。同样，上和下平稳电压通过模数转换器被转换为数字形式，并且存储在静态RAM中。接着，下平稳值和初始信号电压之差被比较并且被转换为模拟电压。这个模拟电压被存储以便通过轨至轨放大器将其加到传感器信号。

初始值和下平稳检测电路不需要是信号调节电子装置的一部分，但可以是在初始化时使用的安装设备的一部分。类似地，外部模数/数模转换器可以是安装设备的一部分并且不随车辆移动。

图4B示出了带有最少逻辑支持的信号调节器的另一框图。在这个配置中，逻辑支持电路114包括用于调整比例信号的齐纳阵列、多路复用器118和用于校准的串并转换器(120)。

串并转换器的使用允许校准数据通过单针脚(122)进入。其它数据存储方法可用来取代用于调节虚地(virtual ground)的齐纳阵列。分离的逻辑支持电路可以与信号调节器的模拟电路(如模拟ASIC)一起使用。然而，逻辑电路如串并转换器和齐纳阵列可以与单个ASIC中的模拟电路相结合。

图5是说明作为位置的函数的初始输出电压(被标记为I)和已偏移的(或已调节的)输出电压(被标记为S)的曲线图。在这个示例中，由于相加了存储电压，被偏移的信号高于初始输出信号。存储电压使输出电压提高，所以输出电压和下平稳值的交点位于期望位置。对于电子油门应用，这个交点可能在踏板移动一小部分之后出现。由于油门踏板被压下，信号调节器的输出在踏板少量移动期间保持在被称为空闲平稳水平的低平稳电压，并且然后输出电压随踏板枢轴角线性增加，直到输出电压达到上平稳电压。输出电压然后被箝位在上平稳电压，并且不能超过这个值，而与由模拟除法产生的比例信号无关。

因此，存储的恒定电压被加到输出电压以得到期望的斜率位置，并且这也调整空闲平稳水平长度。空闲位置可被调整，对应于使用虚地调整的低平稳电压调整。例如，对于大约0-5V电压输出范围，相对于底盘接地，虚地可大概为2.5V。校准可以通过使用电路板上ASIC中的可开关电阻器来实现，并且在传感器初始构造期间仅需完成一次。

图6示出了用于偏移和箝位输出信号的逻辑电路的框图。该图示出了用于调节箝位对的在框104中示出的电阻器对、接收来自模拟除法的比例信号的第一和第二比较器(142和144)、ADC和静态RAM(如上面关于图5描述的)、开关电路146和加法放大器148(模拟加法器)。到每个比较器的第二输入包括包含电阻器对的电压除法器，电阻器对其中的一个是在校准期间被调节的可变电阻器。静态RAM为低平稳信号存储一字节和为初始信号存储一字节。这些值被加到初始信号以提高电路的输出信号。模数转换器的参考电压和下平稳电压是已知的并且可被预编程，即硬连线到电路中。仅初始信号值需要被分配给静态RAM。关于图4B讨论的逻辑支持电路114可用于取代此处所示的逻辑支持电路112。

示例校准过程如下。来自电压除法的初始信号电压被确定，并且利用模数转换器(ADC)被转换为数字形式。上和下平稳电压也被ADC转换为数字形式，并且被储存在静态RAM中。逻辑支持电路，如带有处理器的电子器件，被用于比较下平稳电压和初始信号电压(例如，踏板没有移动或者移除了耦合器元件)之差。作为数字值计算的差电压被转换为模拟电压并且利用加法放大器加到信号电压。

在操作过程中随后的逻辑过程如下，参考图6。如果第一比较器(142)断开并且第二比较器(144)接通，则输出电压跟随比例信号，即将初始信号电压用作输出。如果两个比较器都接通，则将下平稳电压作为输出。如果第二比较器接通并且第一比较器是临时的，则将上平稳电压作为输出。其它逻辑方案可能产生错误代码。在汽车应用中，错误代码可能引起车辆进入应急模式或自我保护模式。

图7示出了带有逻辑支持的另一配置。该系统包括线圈40、42和44，模拟ASIC 70(这个原理图示出了发射器线圈的科尔皮兹振荡器并且其功能在关于图2的上述描述中被更完整地描述)。该系统还包括带有静态RAM 164和多路复用器166的逻辑支持电路162和模数转换器(ADC)160。对于电子油门，在这个配置中ADC优选具有10位分辨率。逻辑支持电路可用于确定一个或更多个下面的参数：平稳电压、用以调节输出电压的存储电压和增益斜率。逻辑支持不需要是完整的CPU配置，因为不需要寄存器和总线控制器。在这个配置中，未使用在模拟ASIC中的轨至轨放大器60和电压箝62，并且输出信号在168得到。

图8示出了带有逻辑支持的另一信号调节器配置。该图示出了线圈组合件180(包括参考线圈、接收器线圈和发射器线圈)和信号调节器182，信号调节器182包括用于参考线圈的相敏整流器184、用于接收器线圈的相敏整流器186、模拟除法器188、模拟乘法器190、振荡器192、电压箝194、虚地电平调整器196、逻辑电路198、串并转换器200。外部设备202用于校准，其包括外部ADC/DAC 204和电压电平检测器205。初始值和下平稳值从外部设备得到，被存储在逻辑电路198中并且用于调节虚地且因此调节输出信号电平。对电阻器208进行微调以设置箝位和上平稳电平。输出信号通过负载210施加。

图9是利用齐纳开关进行虚地调整的原理图，虚地调整产生可控电压源。该电路包括一组齐纳开关(齐纳阵列)如220。使用齐纳击穿(Zener zapping)来控制末级放大器222的电压输出，并且这个输出224用作可调节的虚地。该齐纳阵列充当静态RAM，并且该齐纳阵列优选是逻辑支持的数据存储电路。其它数据存储电路可以被使用。对于校准数据的存储，数据存储器优选地是持久的。本发明的实施例还可用于多匝传感器，其中齐纳阵列可用于一次校准数据的存储，并且临时数据存储器用于中间存储，例如为了监视旋转数量，比如计数逻辑或标准静态RAM。电压调整如加法，可使用标准模拟电路如运算放大器电路来实现。

图10示出了根据本发明示例的电子模块的高度简化的线路图。共同衬底240，在这个示例中的印刷电路板，其上印制了发射器、接收器和参考线圈以形成线圈体242。电子模块244，如根据本发明的信号调节器，连同外部可微修的电阻器(246)和科尔皮兹电容器(250)一起被支撑在该衬底上。输出通过连接器248。第二信号调节器252作为备份提供，并且如果两个信号调节器的输出不一致，则产生错误状态。对于电子油门，车辆可进入应急模式，或已用的较低加速设置。

信号调整的其他方面

输出电压可不完全线性地依赖于位置。线性的可用范围可被定义，推广到虚地，虚地相对于真地可以是负电压。比例信号可形成为比率(接收器信号+A)/(参考信号+B)，其中参考信号和接收器信号指的是通过例如分别对接收器和参考信号进行解调和低通滤波得到的DC电压。由于在轻微的非线性响应上的假设线性，A和B是指虚地修正。可用线性范围的宽度可由准确性要求来确定。修正项A和B可能非常相似，并且可将相同值用于A和B。

在本发明的示例中，提供微调电阻器，其包括输出增益控制电阻器和下/上平稳定义电阻器对，该电阻器对可被微调以对电感式传感器提供期望的输出电压范围，例如当耦合器元件旋转时基本上随旋转角线性变化的电压。

信号调节可包括调制和解调步骤。在调制步骤中，与耦合制信号使用相敏整流器。相敏电路的使用可使被测角的线性范围加倍。而且，比例度量位置感测意在以这样一种方法形成解调的信号，以使输出信号更少地依赖于激励电压。

本发明的示例不需要将存储在存储器中的温度校准数据，因为这个共模因数可通过使用参考线圈和比例度量感测进行补偿。

输出电压范围可被箝位在上和下平稳值。使用微调电阻器，微调用于将增益斜率调整到期望值。可使用电阻器的激光微调，例如通过烧断碳带，或传统的旋转接触可变电阻器也可用于一些应用中。在汽车电子油门控制应用中，这个微调步骤可在出厂调整期间完成一次。

电感式位置传感器的其他应用包括电子油门控制器、进气管阀、刹车控制器、转向系统、燃油箱位读数和换档杆。

确定活动式部件的部件位置的方法包括使用交流电流激励发射器线圈；得到来自接收器线圈的对部件位置敏感的接收器信号；得到基本与部件位置无关的参考信号；用参考信号模拟除接收器信号以得到比例信号；将电压调整加到比例信号以得到输出信号；以及将输出信号箝位在上和下平稳电平之间，部件位置是从输出信号确定的。

本发明示例还包括多匝传感器。多匝传感器可包括多个接收器线圈，例如使用彼此存在角偏移的多极线圈。例如，可使用提供具有不同的各自位置范围的异相接收器信号的两个接收器线圈。传感器可包括具有用于信号调节的ASIC模块的电子模块。电子模块可包括支持线圈的印刷电路板，所述线圈比如为参考线圈、接收器线圈和在通过交流电流源激励时产生电磁场的发送器线圈。对于多匝感测，虚地可用匝数(或某个旋转角的倍数)进行调节，而传感器的旋转历史由逻辑堆栈管理。决定使用哪个接收器信号的决策由逻辑电路确定。当达到预定的信号电压时，使用多路复用器选定多个接收器线圈其中之一。多匝传感器可用于速度确定、距离测量和类似用途。

例如，使用3极耦合器元件，单个接收器线圈的角范围可为大约40度。虚地电平可根据这个角范围的倍数进行设置。通过使用三个接收器线圈和段管理，传感器系统的角范围可以是120度。旋转历史可存储在存储器中，例如使用带有链表数据结构的栈操作。虚地调节器的使用与平稳电压调整的使用相似。

本发明的实施例包括采用非接触电感式传感器的信号调节系统，该非接触电感式传感器用于测量活动式部件如在汽车应用中的绕枢轴转动油门踏板的位置，以及用于产生与部件位置直接成比例的用于控制车辆的电信号，并且更具体地是这样的与电感式传感器一起工作的信号调节系统。这个电感式传感器优选具有至少三个绕阻，其包括用于产生载波信号的发射器线圈，用于检测由与其位置要被测量的部件相关的耦合器元件调制的载波信号的接收器线圈，以及接收载波信号的参考线圈，但参考线圈的缠绕方式使其不受转子位置的影响，从而产生能够用于针对转子和三个绕阻之间的间隙的变化校正旋转调制信号以及如电源波动的其它共模信号。

本发明不限于上述的说明性示例。示例不视为对本发明范围的限定。本说明书描述的方法、装置、组成和类似内容作为示例并且不视为对本发明范围的限制。其内的修改和其他应用可被本领域的技术人员想到。本发明的范围由权利要求的范围限定。

Claims (19)

1.一种用于提供输出信号的装置，所述输出信号与位置范围内的活动式部件的部件位置相关，所述装置包括：

发射器线圈，当被激励信号激励时所述发射器线圈产生电磁场；

位置靠近所述发射器线圈的接收器线圈，当所述发射器线圈由于所述发射器线圈和所述接收器线圈之间的电感耦合而被激励时，所述接收器线圈产生接收器信号，所述接收器信号对所述部件位置敏感；

参考线圈，其提供与所述部件位置基本无关的参考信号，当所述发射器线圈被激励时，由所述发射器线圈产生的所述电磁场在所述参考线圈中感应所述参考信号；

支撑所述发射器线圈、所述接收器线圈和所述参考线圈的共同衬底；和

接收所述接收器信号和所述参考信号的信号调节器，所述信号调节器包括从所述接收器信号和所述参考信号产生比例信号的模拟除法器，

所述输出信号从所述比例信号得到。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述比例信号与在所述位置范围内的所述部件位置基本线性相关。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述部件位置是旋转角度。

4.如权利要求1所述的装置，还包括具有与所述部件位置相关的耦合器元件位置的耦合器元件，所述发射器线圈和所述接收器线圈之间的所述电感耦合对所述耦合器元件位置敏感。

5.如权利要求1所述的装置，所述信号调节器还包括电压箝，所述输出信号具有下平稳电压和上平稳电压。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述平稳电压和增益曲线由可微调的电阻器设置。

7.如权利要求1所述的装置，所述信号调节器还包括长期存储器，所述长期存储器存储电压调整，

所述输出信号从所述比例信号和所述电压调整得到。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述电压调整在校准过程中进入被存储到所述长期存储器中。

9.如权利要求7所述的装置，其中所述长期存储器是包括齐纳二极管的开关阵列。

10.一种用于提供输出信号的装置，所述输出信号在与位置范围内的与活动式部件的部件位置相关，

所述装置包括：

线圈组合件，其包括发射器线圈、接收器线圈和参考线圈，

在所述发射器线圈被激励时，所述接收器线圈提供接收器信号而所述参考线圈提供参考信号，所述接收器信号对所述部件位置敏感，并且所述参考信号对所述部件位置基本不敏感；和

接收所述接收器信号和所述参考信号的信号调节器，

所述信号调节器包括用于从所述接收器信号和所述参考信号产生比例信号的模拟除法器，

所述信号调节器提供与所述部件位置相关的输出信号，所述输出信号从所述比例信号得到。

11.如权利要求10所述的装置，所述信号调节器还包括振荡器，

所述接收器信号和所述参考信号在所述发射器线圈被所述振荡器激励时得到。

12.如权利要求10所述的装置，所述信号调节器还包括用于以电源电压信号乘来自所述模拟除法器的输出的电路。

13.如权利要求10所述的装置，其中

所述信号调节器还包括虚地电平调整器，

所述输出信号包括由所述虚地电平调整器控制的电压调整。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述电压调整被存储在非易失性存储器中，所述虚地电平调整器与所述非易失性存储器通信。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述非易失性存储器是齐纳阵列。

16.如权利要求10所述的装置，其中所述接收器线圈、所述参考线圈、所述发射器线圈和所述信号调节器由单个印刷电路板支撑。

17.一种确定活动式部件的部件位置的方法，所述方法包括：

使用交流电流激励发射器线圈；

从接收器线圈得到接收器信号，所述接收器信号对所述部件位置敏感；

得到与所述部件位置基本无关的参考信号，当所述发射器线圈被激励时，由所述发射器线圈产生的所述电磁场在参考线圈中感应所述参考信号；

在模拟除法器电路中用所述参考信号除所述接收器信号以提供比例信号；

将电压调整加到所述比例信号以得到输出信号；

将所述输出信号箝位在上和下平稳电平之间；和

利用所述输出信号确定所述部件位置。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述电压调整由模拟加法器加到比例电路。

19.如权利要求17所述的方法，所述电压调整被存储在非易失性存储器中。

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