CN101305292A - 用于电感传感器的干扰消除系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于电感传感器的干扰消除系统,所述电感传感器用于监控移动对象的运动,其包括由两个磁性相反的相同半线圈(L2和L3)所形成的电感部件,所述半线圈(L2和L3)互相平行设置且与在受监控的移动部件上提供的磁性部件(1)的运动平面共面,并且面向运动磁性部件(1)所经过的点。
Description
技术领域
本发明涉及通过利用电感传感器来对机器或设备中的机构的运动进行监控,提出了一种能够抵消电感干扰的系统,所述电感干扰由检测系统外部的磁场引起并能够导致检测系统的不良运行。
背景技术
用于对某些例如汽车的发动机、ABS或变速箱等机构的运动进行监控的设备的使用以及其它应用是公知的,例如在西班牙专利ES 200501503中所描述的,这些设备使用由线圈形成的电感传感器,其中,移动磁性部件(磁体等)在线圈前方经过,这能够改变所述线圈中出现的通量,在所述线圈中感应出较小的电动势或电子电压,所述电动势或电子电压被电子电路处理和放大,从而根据其中安装有磁性部件的移动部件的所述经过来产生数字脉冲。
在所述电感传感器中,当移动部件的经过速度较慢时,由移动部件的所述经过所引起的磁通量变化以及由其产生的相应电动势是非常小的,使得移动部件所感应的电动势在幅度上与放置传感器的空间内出现的其它磁场所感应的电动势(其可由发动机、致动器、电阀或者任意电气电子机构引起,其中在这些机构中流动着随着时间而变化的电流)是可比的,虽然可以将所述电动势视为在传感器所位于的空间内是均匀的,但是它们一般会随着时间而变化,由此可能引起干扰电动势。
此外,反作用线圈的使用是公知的,一旦这种线圈处于公共交变场的作用下,就会消抵其电感效应,由此能够获得测量结果,以便例如确定在由非磁性材料制成的对象中磁性材料的内容,例如在西班牙专利ES 465,446中所描述的。
发明内容
根据本发明,提出了一种系统,该系统能够完全解决对应用电感传感器的空间产生影响的外部干扰问题,从而实现高效的电感传感器功能。
本发明的该系统实体包括形成应用了两个相同半线圈的电感传感器,所述半线圈串行地且磁性相反地电性设置,在传感器的移动磁性部件的运动平面内且在所述移动磁性部件所经过的位置前方放置所述平行且共面的半线圈。
由此获得一种组合件,在该组合件中,产生影响的磁场在半线圈中所感应的电动势消抵,使得当影响两个半线圈的磁通量相等时,从所述组合件产生的感应电动势为零。
因此,在两个半线圈中,由外部磁场感应的、仅随着时间而变化的电动势是相等的并因而被抵消,然而,由于在运动期间移动磁性部件的位置相对于两个半线圈发生变化,所以在两个半线圈中由所述磁性部件引起的电动势是不同的,从而由于所述移动磁性部件的所述经过的影响可以获得合成电动势,这样就能够对所述移动磁性部件的运动进行监控。
通过对组成部件的几何形状和磁属性进行适当调整,可以进一步改造所述系统,使得传感器的两个半线圈的正或负半波被电性加在一起,从而,相对于干扰的影响,由移动磁性部件的影响所获得的感应电动势的信号得到优化。
当干扰场在传感器的半线圈所占用的空间内不完全均匀的情况下,作用在半线圈的磁芯的效应也可以被消抵,使得在移动磁性部件未运动的情况下,传感器的输出信号为零。
根据所述系统的特定结构性实施例,利用两个绕组将电感传感器系统的两个线圈安装在公共磁芯上,其中通过在两个轴向连续的部分中以相反绕组方向缠绕单根导线来形成所述两个线圈。
在这种情况下,例如,其上形成有线圈的公共磁芯被配置为平行六面体形状并且其是由冲切的片或条带形成的,所述磁芯优选以其较大表面的平面位于相对于移动机构的垂直位置中的方式进行设置,其中由磁体形成的传感器的磁性部件位于所述移动机构中。
由此获得一种组合件和设置,通过该组合件和设置,在相反线圈的组合件中抵消了系统外部干扰磁场的影响,其中,所述干扰磁场在传感器的环境中具有均匀的空间分布,然而,根据在运动过程期间移动机构相对于所述线圈的位置变化,设置在移动机构上的磁体在线圈中产生可变电动势,使得两个线圈中所产生的电动势的差异引起可被变换成与磁体在线圈前方的每一次经过相对应的脉冲的信号,从而可以根据所述脉冲来确定受到监控的机构的运动的等效量。
由此形成的传感器实际上可被设置在平面空间内,从而在线圈设置与所应用的移动机构之间需要非常小的空间,然而,由于传感器的两个线圈缠绕在公共磁芯上,所以与两个线圈形成在单独磁芯上的方案相比,寄生磁场在上述两个线圈上的影响要均匀的多,从而通过基于绕组的轴来移动公共磁芯能够容易地抵消合成不对称性,这有助于减少干扰信号的影响。
由于可以通过使用金属片或金属扁条进行简单冲切来获得线圈的平行六面体磁芯,所以所述磁芯的成本也是非常低的。
因此,本发明的所述系统实体具有有利的特征,即,对于其所针对的功能获得其自身的特性和优选的特征。
附图说明
图1示出受干扰场作用的常规电感传感器的功能性设置图。
图2示出两个电动势比较图,所述电动势为在前图传感器的线圈中由传感器的磁性部件的移动和干扰所感应的电动势,以及由前述两者的和所产生的电动势。
图3是受干扰场作用的根据本发明目的的电感传感器的功能性设置图。
图4是组成半线圈(half-coil)并行放置的本发明传感器实体的实施例的透视图。
图5示出由传感器半线圈中的干扰所感应的电动势以及根据相应的和所产生的电动势的视图。
图6示出在传感器半线圈中由移动磁性部件所感应的电动势以及根据相应的和所产生的电动势的视图。
图7是基于相反连接的本发明传感器的半线圈的设置图。
图8是绕组方向相反的本发明传感器的半线圈的设置图。
图9示出半线圈位于公共磁芯上的根据本发明目的的电感传感器的功能性设置图。
图10是前图所述传感器的操作的示意图。
具体实施方式
本发明的目的涉及一种系统,其使用能够抵消外部部件干扰影响的设置,抵消在用于监控机构运动的电感传感器上由外部影响所引起的干扰影响。
图1所示类型的常规电感传感器包括线圈(L1),其被设置在将要监控的移动部件对面,在所述移动部件内安装有可为任意类型磁导体的磁性部件(1),一旦磁性部件(1)在线圈(L1)前方经过,其就会改变线圈(L1)中出现的磁通量,在所述线圈(L1)内感应出电动势或电子电压,从而通过利用电子电路对该信号进行放大,可根据安装有磁性部件(1)的移动部件的运动产生数字脉冲。
然而,在应用所述电感传感器的地方,通常存在产生磁影响(magneticinfluence)的外部部件,例如发动机、致动器、电阀等,使得一旦磁性部件(1)在所述线圈(L1)前方经过,线圈(L1)就受到磁性部件(1)的磁场(B1)的影响的作用,并且受到外部部件的磁场(B2)的影响的作用。
磁性部件(1)对线圈(L1)的影响取决于所述磁性部件(1)的运动速度(V),在外部部件的影响随着时间而变化的情况下,两种影响在线圈(L1)中引起相应的感应电动势,图2中示出了感应电动势的曲线(a和b),从而将所述电动势加在一起,产生对应于图2所示的曲线(c)的合成电动势(ε)。
因此,外部部件的场(B2)的影响形成对传感器操作产生影响的干扰,当外部部件所感应的电动势具有与磁性部件(1)所感应的电动势类似的幅度时,所述干扰能够使所述操作失真到使得所提供的数据不可用的程度。
这基于如下事实:图1中传感器的合成电动势(ε)(对应于图2中的曲线(c))是磁性部件(1)和外部部件所感应的电动势(ε1和ε2)(对应于图2中的曲线(a和b))的和,其根据以下公式:
ε=-d(Φ1+Φ2)L1/d(t)
其中,Φ1和Φ2是图1视图中磁场B1和B2的通量。
换句话说,在这种情况下,干扰场B2所引起的信号(ε2)与磁性部件(1)的运动所引起的信号(ε1)相叠加并混合,从而难以或不能区分所述磁性部件(1)在线圈(L1)前方的经过,其中所述信号(ε2)在空间内是均匀的但是其随着时间而变化。
根据本发明的系统(图3和图4),利用两个半线圈(L2和L3)形成电感传感器,其中在相对于所述磁性部件(1)的经过点的相对位置中,所述半线圈(L2和L3)磁性相反地设置,其位置互相平行并且相对于磁性部件(1)的运动平面(2)共面。
对两个半线圈(L2和L3)的绕组以及其相互之间的连接和到外部电路的连接进行设置,使得所述半线圈(L2和L3)上的磁影响引起其中所感应的电动势(εL2和εL3)的互相抵消效应,当两个半线圈(L2和L3)上的磁影响相等时,合成电动势(ε)在连接到外部的端点内为零。为此,半线圈(L2和L3)可以用相反的方式进行电性连接,如图7的实例所示,或者半线圈(L2和L3)可以以其绕组方向相反的方式进行设置,如图8的实例所示。
由此实现如下效果:在半线圈(L2和L3)的组合件的输出中由干扰场(B2)所感应的电动势为零或接近零,并且由于移动磁性部件(1)相对于半线圈(L2和L3)的距离不同且在经过半线圈(L2和L3)前方的运动期间变化,所以只有由移动磁性部件(1)的磁场(B1)所感应的电动势是明显的,从而使得所述磁性部件(1)的影响在两个半线圈(L2和L3)中产生不同的感应,因而组合件的输出具有合成电动势(ε),其在传感器的操作中被用作传感器的激励信号。
这基于如下事实:由于感应效应在两个半线圈(L2和L3)中产生相反的电动势,所以组合件的合成电动势(ε)是所述半线圈(L2和L3)中所感应的电动势(εL2和εL3)之间的差异,即:
ε=εL2-εL3
ε=-d(Φ4+Φ2)L2/d(t)+d(Φ1+Φ2)L3/d(t)
其中,Φ1和Φ2是图3视图中磁场B1和B2的通量。
然而,由于半线圈(L2和L3)是相同的并且互相接近,所以可以将磁场(B2)的影响的效应视为在任意时刻处在两个半线圈(L2和L3)上相等,
由此:
εΦ2=-d(Φ2)L2/d(t)+d(Φ2)L3/d(t)=0
这在图5中用图形反映出来,其中,曲线(e,f)对应于磁场(B2)在半线圈(L2和L3)内所感应的相应电动势,而直线(g)对应于根据这两部分电动势所产生的和。
关于场(B1),由于半线圈(L2和L3)之间的距离以及磁性部件(1)相对于半线圈(L2和L3)的距离,在给定时刻处不会出现相等的Φ1L2和Φ1L3通量,从而在组合件的输出中总是存在电压脉冲,由此能够对磁性部件(1)的经过进行监控,并进而对安装有所述磁性部件(1)的移动部件的运动进行监控。
这在图6中用图形反映出来,其中,曲线(h,i)对应于磁场(B1)在半线圈(L2和L3)内所感应的相应电动势,而曲线(j)对应于根据这两部分电动势所产生的和。
通过选择半线圈(L2和L3)的轴之间的距离以及所述半线圈(L2和L3)与移动磁性部件(1)之间的距离,可以使得两个半线圈(L2和L3)的正或负半波以某一时滞出现,以便将其幅度电性相加,如图5和图6的视图中所示,由此,相对于由外部部件所引起的干扰感应的影响,由磁性部件(1)的感应所引起的合成信号的影响得到提高,从而使传感器功能的结果得到优化。
根据包括在本发明同一概念中的结构性实施例(图9和图10),利用由磁导材料制成的、基本上为平面平行六面体形状的磁芯(4)形成电感传感器,使得可以在不限制所述形成的情况下通过从简易金属片上进行冲切来获得所述磁芯。
利用相应的绕组(2和3)在所述磁芯(4)上形成两个轴向连续的半线圈(L2和L3),其中通过使单根导线以相反绕组方向在两个部分上进行缠绕而连续地形成所述绕组(2和3)。
利用例如永久性磁体的磁性部件(1)来形成传感器,所述磁性部件(1)被安装到利用传感器监控其运动的移动机构上,半线圈(L1和L2)的组合件被设置在与所述磁体(1)经过的区域相对的位置中,当在应用机构的运动中该应用机构承载所述磁体(1)时,将半线圈(L2和L3)的组合件设置在相对于所述运动的纵向位置中,优选地,采用磁芯(4)的较大表面的平面垂直于安装有磁体(1)的机构的设置,如图9中所示,但是也可以位于其它位置。
在这种情况下,如图10所示,磁体(1)的磁场分布成两个磁力线波瓣(5.1和5.2),其在实际磁体(1)的两侧相对于中心线(6)对称地闭合。
在这些情况下,当磁体(1)的所述磁场的中心线(6)与磁芯(4)上半线圈(L2和L3)的分布的纵向中心重合时,如在所述图10的位置(A)中,磁力线波瓣(5.1和5.2)均等地作用于两个半线圈(L2和L3),由此通过影响而在其中创建互相抵消的相等且相反的电动势,从而在所述半线圈(L2和L3)的导线端点之间没有明显的信号。
然而,在磁体(1)经过具有所述设置的半线圈(L2和L3)前方的运动期间,根据磁体(1)与半线圈(L2和L3)的不同距离(如在位置(B和C)),波瓣(5.1和5.2)以不同的方式作用于每个半线圈(L2和L3),因此,在所述半线圈(L2和L3)中发生影响并从而产生不同的电动势,所述电动势在半线圈(L2和L3)的公共导线端点之间的差异较为明显并具有相当大的电压信号,根据该电压信号可以对磁体(1)在该位置处的经过进行计数,并且根据该电压信号来确定设置有磁体(D)的受监控机构的运动的等效量。
由于示例性的原因,图10的视图假定磁体(1)处于固定位置并且半线圈(L2和L3)的组合件围绕所述磁体(1)旋转,为了对操作进行解释的目的,这与假设半线圈(L2和L3)的组合件保持在固定位置而磁体(1)周期性地在所述位置前方经过的情况是相同的,当将磁体(1)安装到旋转机构中时会出现这种情况,这种情况是在传感器的实际应用中经常发生的情况。
在这种情况下,由于两个半线圈(L2和L3)缠绕在公共磁芯(1)上,所以作用于安装位置的寄生场在两个半线圈(L2和L3)上的影响是非常均匀的,并且在任何情况下,可以通过基于半线圈(L2和L3)的轴稍微移动磁芯(4)的简单方式来抵消合成的残余不对称性,从而有助于将噪声信号减小到非常低的级别。
Claims (10)
1、一种用于电感传感器的干扰消除系统,该类型的电感传感器包括电感线圈,其中安装到移动部件上的磁性部件在所述电感线圈前方经过,并且所述移动部件的运动将被监控,其特征在于:两个相同的半线圈(L2和L3)以实现电感线圈功能的方式设置,所述半线圈磁性相反、互相平行设置并且在它们的组合件中相对于所述磁性部件(1)的运动平面共面,其中所述磁性部件(1)安装到将被监控的所述移动部件上。
2、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:在相对于所述磁性部件(1)的某一距离处、以两者之间具有某一间隔的方式放置所述半线圈(L2和L3),使得所述半线圈(L2和L3)上的磁影响所引起的相应感应的正或负半波以某一时滞出现,以便将其幅度加在一起。
3、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:所述半线圈(L2和L3)串行地但方向相反地电性连接。
4、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:所述半线圈(L2和L3)串行地电性连接,并且所述半线圈(L2和L3)的绕组方向相反。
5、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:在用于放置所述半线圈(L2和L3)的空间中,均匀磁场(B2)的影响在所述半线圈(L2和L3)中引起互相抵消的相等感应。
6、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:根据相对于所述半线圈(L2和L3)的所述运动,所述磁性部件(1)的磁场(B1)的影响是可变的,这在所述半线圈(L2和L3)中引起不同的感应,使得所述组合件的输出中产生合成脉冲。
7、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:所述半线圈(L2和L3)被设置成在所述磁性部件(1)未运动时,所述半线圈(L2和L3)的所述组合件的输出信号为零。
8、如权利要求1所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:所述半线圈(L2和L3)被安装到公共磁芯(4)上,所述半线圈(L2和L3)由单根导线形成,所述导线依照具有相反绕组方向的两个轴向连续的绕组(2和3)而缠绕在所述磁芯(4)上。
9、如权利要求8所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:所述公共磁芯(4)是由磁导材料所制成的、优选具有平面结构的平行六面体形成的,其中在所述公共磁芯(4)上形成所述半线圈(L2和L3)。
10、如权利要求8和9所述的用于电感传感器的干扰消除系统,其特征在于:在相对于磁体(1)的所述经过运动的纵向位置中,设置被安装到所述公共磁芯(4)上的所述半线圈(L2和L3)的所述组合件,其中,所述磁体(1)由将被监控的所述移动机构承载,所述半线圈(L2和L3)的所述组合件优选以所述公共磁芯(4)的平面垂直于所述移动机构的方式设置,其中所述磁体(1)被安装到所述移动机构中。
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Open date: 20081112 |