CN101788287B - 倾角传感器 - Google Patents

Abstract

为了能够同时在空间中的两个方向上测量角度偏差，一方面磁敏感传感器单元(其可在空间中或彼此正交的至少两个方向上测量磁通量密度)和另一方面磁体相对于彼此而移动，其中两个元件的其中之一是以其根据重力直接地或间接地使其自身定位的方式来提供位置的。最优测量结果是通过在经界定的可再现表面上导引两个元件中的其中之一以使得此元件的中心轴总是指向另一元件的中心轴来实现的。

Description

倾角传感器

技术领域

本发明涉及倾角传感器。

背景技术

倾角传感器用于连续监视可移动机器组件的角位置，例如用于安全性相关组件，比如起重机臂、载人电梯和类似物。

倾角传感器有各种配置。

先前，常常使用水银来检测倾角传感器内的水银的变化位置。出于环境保护的原因，使用此类水银传感器对于许多应用来说不再是合法的。

此后，主要使用摆式传感器，这样摆锤总是根据当前重力将其自身对直为完全垂直，这可能会受到阻尼，因为摆锤安置于填充有阻尼液体的阻尼腔中。

在摆锤的穿过摆锤腔朝传感器腔延伸的支撑轴杆上，在传感器腔中存在角度敏感元件，其旋转位置被检测，所述角度敏感元件例如为由读取头扫描的递增式旋转圆盘。

此配置的问题是摆锤轴穿过分隔壁的永久密封通路以及摆锤轴杆的轴承的运动的持久容易性，其促进了摆锤位置向重力的快速调节，即使对于微小角度改变也是如此。

除此之外，从DE 203 14 275已知不再使摆锤轴杆穿过分隔壁进入传感器腔，而是在摆锤腔内在摆锤轴杆上安置磁体，且无接触地通过磁敏感传感器穿过不可磁化的分隔壁检测磁体的旋转位置，所述磁敏感传感器安置在传感器腔中的相对侧上。

而且在此处，问题仍持续：必须在较小中心支承轴杆中且以非常小的静摩擦来永久地接收相对高的支承力，以便即使对于最小角偏差摆锤也有偏转。

此外已知使用单一霍尔元件作为磁敏感元件，这样的霍尔传感器，其实例在美国专利文献5,365,671中有描述。

然而，单个霍尔传感器仅可测量其安置处的磁场强度，且测量结果极高地取决于霍尔传感器距编码器磁体的距离。

因此，在当前案例中，根据重力使自身定位且安置有磁体的移动主体被安放在一个非常紧密包封的支撑外壳中。这样，为了减少相邻支撑表面中的摩擦，安置移动主体的腔内完全填充有液体，所述液体的比重对应于枢轴主体的比重，使得其类似于无重量而在液体中漂浮(第5,365,671号美国专利文献，第2列，第45行)。因此，其为重心在枢轴主体的旋转中心外部的摆锤，其支承是由外部周围支撑表面形成的。

此外，与此不同地，已知将编码器磁体安置于漂浮物中。然而，所有这些传感器仅在一个测量方向上测量角偏差。

发明内容

a)技术目的

因此，本发明的目的是提供一种倾角传感器，其同时在空间中在两个方向上测量角偏差，且可以简单且节省成本的方式来制造。

b)解决方案

所述目的通过专利权利要求1的特征来实现。可由从属权利要求导出优选实施例。为了本发明的目的，定义以下术语。

操作元件的中心轴线：

-对于传感器单元或在其中操作的传感器元件，这是两个相互垂直的可测量空间方向的正交，其中传感器元件能够测量磁通量，因此建立测量平面，因此建立与测量平面的正交；

-对于作为传感器芯片的传感器元件的实施例，其为正交的，其在俯视图中延伸通过传感器元件的中心；

-对于磁体，中心轴线是极方向的轴线，因此是北极的中心与南极的中心之间的连接线。

操作元件的中心点：

-对于传感器元件，在俯视图中其为传感器元件的几何中心；

-对于磁体，其为设置于北极与南极之间的几何中心的点。

操作元件的枢轴点：

-对于可相对于彼此枢转的两个元件，此处为操作元件，其仅仅是定义的问题，所述两个元件中的其中之一者被视为固定的，且另一元件被视为可相对于其枢转。通常，使可枢转元件枢转是围绕总是恒定的重心来执行的，且因此可枢转元件在球形表面上移动，只要距此重心的距离总是保持相同即可，通常是这样的情况。

重心因此是操作元件的中心轴线在任何移动状态中均指向的点。

操作元件的枢转轴线：

-围绕重心的可枢转性可在实际应用中通过支撑可围绕两个单独枢转轴枢转的操作元件来实施，所述两个单独枢转轴在其重心处交叉，类似于穿过万向接头，使得操作元件可在围绕重心的球形表面上采取任何位置，其定位于所述球形表面上。

通过省略机械支撑，例如对于具有大部分安置于小直径上的封闭轴承的摆锤，用于漂浮物或漂浮主体的支撑力可保持低得多，其随着对应于漂浮物主体的漂浮物形状的作用而变，且还随着所采用的液体和辅助装置的作用而变。

漂浮物与漂浮物腔之间的接触仅在漂浮物的外圆周处且因此在有效直径上发生(如果发生的话)，所述有效直径已比摆锤的相当于点状中心支撑的情况下大得多，且另外接触表面的尺寸可保持较小。安置于提供有确切机械支撑的液体中的漂浮物的机械上简单得多的配置所伴随的缺陷是漂浮物的枢转轴线的固定可能不如机械支撑那样确切。然而，另一方面，这在磁致伸缩式传感器穿过分隔壁检测编码器磁体的旋转位置的检测精度方面可忽略不计。

此外，避免了摆锤的缺点，其中反向力矩的大小是摆锤质量和其在向下方向上距枢转轴线的距离的函数。因此，摆锤总是必须在垂直(即径向)方向上具有最小延伸。

对于摆锤，漂浮物可相对于液体来配置，使得漂浮物的重心置于液体水平面以下。因此，漂浮物自己类似于液体水平面那样定位；然而，液体水平面是依据重力而使其自身定位的。

另一选择是漂浮物的重心完全地处于液体水平面的水平处，因此漂浮物无法在液体内仅采取一个旋转位置而是在液体内采取若干不同的旋转位置，其中漂浮物可围绕其处于液体水平面的水平处的纵向轴线旋转。特别是，其可为旋转对称，且因此是稳定的，然而这对于传感器的功能来说并不是消极的。

通过使用多霍尔传感器，尤其是配置为垂直或水平多IC的多霍尔IC，可测量静态梯度，如此测量当前磁场的强度在传感器(尤其是IC)的感应范围内增加或减小的程度，其便于计算磁场轴线相对于传感器的方位产生的倾角。

这具有的优点在于，相对于传感器轴线的正交，且因此相对于枢转轴线的正交，仅磁场角位置得到检测，而磁场轴线的所有其它角度偏差几乎不会使测量结果变差。

因此，在倾角传感器中，优选的是磁体定位于漂浮物处，使得进一步来调节参考了漂浮物的浸入深度的液体水平面的高度，使得磁体安置于传感器的水平处。

另外，磁体安置于漂浮物处，使得磁体轴线正交于流体水平面。

为了确保磁体的中心总是精确处于传感器的水平处，通常使漂浮物的轮廓尽可能精确地适合于漂浮物腔的轮廓，以防止漂浮物漂移。

相应地，还在横向方向上在漂浮物腔中支撑漂浮物，例如俯视图中的那样，漂浮物的宽度仅稍微小于漂浮物腔的内部宽度。

这样，剩余间隙和所需的液体量也减少，其又减少了在存在较强倾角改变时液体不受控地晃动的倾向。

为了减少漂浮物与壁之间的摩擦，它们之间的接触可由仅具有小表面的突起(例如点状旋钮)来执行，所述突起安置于漂浮物腔的内表面处或漂浮物的外表面处。良好的润滑液体(例如稀油)更减少了它们之间的摩擦。

可设想出漂浮物本身的另外不同几何配置。

根据这些基本原理，有可能通过设置相对于磁体枢转的扁平传感器元件而以较简单方式提供两轴倾角传感器，所述传感器元件能够在至少两个正交空间方向(所谓的测量方向)上测量磁通量，因此建立测量平面，且相对于彼此支撑操作元件，使得一个操作元件的中心轴线总是指向另一操作元件的中心轴线，优选直接指向另一操作元件的中心。

因此，在实际应用中，一个操作元件(主要是传感器元件)固定到将要检测倾角的组件上，而不需要任何电馈线的磁体被设置为可相对传感器元件枢转且优选被用作为液体中的漂浮物。

在两个操作元件相对于彼此为开始位置时，一个操作元件的重心设置于另一操作元件的中心轴线上。如上面已经陈述过的，磁体的中心轴线是其极轴线，而传感器元件的中心轴线相对于传感器元件的测量平面形成正交。

于是一个操作元件相对于另一操作元件的可移动性必须在界定的且因此可再现的表面上提供，所述表面不一定必须为弯曲表面。

但是，圆球形状的表面是优选的，其在每一点处具有距重心且因此距球形表面的中心相同的距离，因为这显著简化了处理那种信号，那种与以不同方式成形的表面(例如，不规则表面)有关的信号。

所述操作元件的其中之一围绕重心沿着球形表面的可枢转性可在一个实际的机械支撑件中实现，因为支撑元件是围绕在重心处交叉的2个枢转轴来支撑的可枢转性，尤其是彼此正交放置而不是围绕单独枢转轴线的支撑，一个操作元件的重力定位得以实现，因为此操作元件作为漂浮物在液体上漂浮。

当传感器单元保持能够在空间中不仅在2个方向上而且在全部3个方向上测量磁通量且保持能够根据其计算两个测量方向X和Y上的磁场的改变时，可实现尤其良好的结果。在实际应用中，传感器元件是集成电路，因此是配置为扁平的且因此具有平行于其最大表面尺寸的主平面的芯片，所述主平面通常也是测量平面。

优选地，传感器单元的处理电子元件应能够使得一个操作元件围绕另一操作元件进行球形移动，尤其是磁体围绕传感器元件的球形移动，以针对处理而考虑此沿着球形表面的移动的影响。

可枢转操作元件在上面移动的球形表面的半径优选由传感器单元的处理电子元件作为输入值输入。

通常，球形表面的半径越小，测量结果也就越好，使得最优情况是将球形表面的半径近似到0。因此将可枢转操作元件的重心移动为尽可能靠近另一操作元件的中心，尤其是使得所述中心重合。

因此，磁体围绕垂直于测量位置的轴线尤其是围绕其极轴线旋转是没有关系的，处理时不必考虑。

后续描述是基于以下前提：磁体是可移动的可枢转操作元件且传感器元件是固定的操作元件，但本发明不限于此。

为了实现一个操作元件尤其是磁体的所需可枢转性，摆锤悬挂尤其是万向摆锤(因此可围绕彼此垂直的2个枢转轴线枢转)也是可能的。再优选的是将磁体安置于漂浮物处或漂浮物中，所述漂浮物在漂浮物腔中以重力定位或漂浮在液体上。

传感器元件因此优选安置在漂浮物腔外部且由分隔壁隔离，为此目的，分隔壁却必须不可磁化以便使得磁体的磁场通过。

为了以可能的最佳方式支撑漂浮物且因此支撑磁体，使漂浮物的外部轮廓适合于漂浮物腔的内部轮廓。

垂直于流体水平面观看，优选漂浮物大体上填满漂浮物腔，其中可在漂浮物的外侧上朝向漂浮物腔的外壁提供小表面突起，以用于以可能的最低摩擦接触漂浮物腔的壁。

从流体水平面的方向上观看的漂浮物腔本身设置为圆形的或至少为圆区段形状的，这取决于漂浮物的许可枢转角度，且因此在3维上观看，其为球或球体，或者其为在彼此相对布置的3个点处被削平的球体。

为了防止漂浮物在漂浮物腔中的完全旋转，可在漂浮物腔中安置防晃挡板，其在正常条件下垂直于流体水平面设置，其中防晃挡板还穿过可作为阻塞点的开口。

另一可能性是用难以混合且具有不同比重的2种流体填充漂浮物腔，且设计漂浮物的比重的大小以使得其在重的流体上漂浮，因此使得其在2种流体的接触部分中。尤其优选的是漂浮物为圆盘形的，尤其是圆形圆盘形的漂浮物，且在漂浮物中心处的磁体被设置为其极轴线垂直于圆盘平面且因此垂直于液体水平面。漂浮物随后如上所述安置于球形或经削平的球形漂浮物腔中，而传感器元件安置于漂浮物腔外部，其中测量平面正切于球形漂浮物腔或平行于经削平的球形漂浮物腔的其中一个平坦侧面。

在另一优选实施例中，漂浮物腔具有带有球形外部的球形形状，或以球形外部参考表面和球形内部参考表面作参考，所述球形外部参考表面和球形内部参考表面同心安置以使得球形漂浮物腔在其中心处封闭一自由空间，传感器元件安置于其中。

为了中心腔中的传感器元件的可接近性，球形漂浮物腔在一侧开口，因此横截面上形状为U形。

因此漂浮物结构为扁平的且有一定大小，以使得其以它的其中一个主外表面的中心接触漂浮物腔的球形内部分隔壁，且以另一主外表面的外边缘接触漂浮物腔的外部球形分隔壁的内部。

由于此漂浮物中的磁体设置为其极轴线在其中心垂直于扁平漂浮物的主平面，因此可沿着球形漂浮物腔移动的漂浮物总是以其极轴线指向其中安置有传感器元件的球形漂浮物腔的中心。

第三优选实施例不同于第二优选实施例之处在于没有圆盘形状的漂浮物安置于所描述的球形漂浮物腔中，而是环形漂浮物，其有一定大小以使得环的中心与球形漂浮物腔的中心重合。环形漂浮物的重心因此设置于球形漂浮物腔的中心处，在所述球形漂浮物腔中通常又安置传感器元件。在此情况下使用环形磁体作为磁体，其制造为环形漂浮物且其拉动方向垂直于环形漂浮物的主平面延伸，且因此总是延伸穿过球形漂浮物腔的中心且因此穿过传感器元件。

因此，这个磁体就是可在球形表面上以零半径绕传感器元件枢转的磁体。

附图说明

随后参看附图以示范性方式描述根据本发明的实施例，其中

图1说明两个操作元件相对于彼此的几何移动可能性；

图2所示为倾角传感器的第一实施例；

图3所示为图2的备用版本；

图4所示为倾角传感器的第二实施例；以及

图5所示为倾角传感器的第三实施例。

具体实施方式

图1a到1d所示操作元件8、9相对于彼此可能的移动。

在图1a中，假定传感器元件9静止不动。扁平传感器元件9保持能够在其表面延伸的主平面的两个方向(测量方向X和Y)上以及还可能在垂直于X、Y测量平面的Z方向上测量磁通量改变。

如果传感器元件9安装到将在空间中检测旋转位置的组件上，那么磁体8根据重力进行调节，所述磁体相对于传感器元件9以可移动方式得到支撑且因此以可枢转方式得到支撑，使得当传感器元件9水平对准时，其安置在图1a中说明的开始位置，准确地处于延伸穿过传感器元件9的中心的正交中心轴线20上的正中。磁体8的中心轴线20′于是与传感器元件9的中心轴线20重合。

然而，当磁体8围绕传感器元件9的中心枢转时，其为半径保持恒定的球形表面21，这就产生了图1a的右边部分中说明的情形，但磁体8的极轴线15总是指向传感器元件9的中心。

仅当磁体8的重心10′没有设置于传感器元件9的中心处，而是例如偏移该处到了传感器元件9的中心轴线20的另一点时，将不再是这样的情况，进而测量结果将会变差。

图1c中说明此变型，其中磁体8枢转所围绕的枢轴点10′设置于传感器元件9的中心轴线20上，但不在传感器元件9中而是从那里偏移。

当固定传感器元件9安置于背对重心10′的中心表面21的外部时，磁体8可沿着所述中心表面21移动，因此磁体8的已有小偏转引起传感器元件9的部分中的较强通量改变，此布局主要适合于检测从正常位置的小偏转。

当磁体8的枢轴点10′没有安置在传感器元件的中心轴线20上时，情况甚至更是如此。

与此相反，根据图1a的解决方案还可涵盖从正常位置的大偏转。

图1a说明的是关于Z轴线因此也是关于传感器元件9的中心轴线20的旋转对称。

上面的陈述类似地适用于后续描述的图1b到图1d的配置。

在图1b中，两个操作元件8、9相对于图1a来说交换了位置，使得磁体8假定为以其极轴线15指向传感器元件9的固定组件，所述传感器元件处于其初始位置中。然而，传感器元件9的中心轴线20指向磁体的中心，而不管传感器元件此时在围绕磁体8的球体21′上采取的位置如何。

与此类似，图1d所示为根据图1b的情形的变型，根据所述变型，反过来假定为静止不动的磁体8安置于球形表面21′的外部，传感器元件9可沿着球形表面21′移动。传感器元件的重心10也反过来设置于磁体8的中心轴线20′上。

对于所有后续说明的现实实施例来说，认为图2a、2b、3、4a、4b、5a、5b中说明的纵向剖视图(也即解决方案)关于图中的中心垂直轴线旋转对称，因此关于传感器元件9的中心轴线20或在图3中两个传感器元件之间的中心轴线旋转对称。

在图2和4中，可看到可移动的操作元件8、9分别在正常位置，在图5中所示为它们又在偏转位置中通过圆周线。

图2的解决方案对应于图1b的几何情形。

尽管通常此处传感器元件9与其周围外壳部件2′一起还被安装在处于将要检测倾角的组件处，但磁体8仍通过周围的漂浮物腔4保持在适当位置，且当磁体8相对于传感器元件9偏转时，传感器元件9执行围绕保持在适当位置的磁体8的中心的枢转移动。

在根据图2a和图2b的实施例中，根据图2c的俯视图，因此也是沿图2a、2b的中心垂直轴线的方向看，其中装有磁体8的漂浮物5几乎覆盖了漂浮物腔4的内部的整个直径。

因此，实际漂浮物5在此视图中类似于漂浮物腔4的内部也是圆形的，但显然具有较小的直径。然而，其也可具有任何其它圆周形形状。

然而，尖端17从实际漂浮物5进一步伸出到达外部，且在尖端处测量的漂浮物的直径对应于在最大直径的位置处漂浮物腔4的内径，然而通过尖端17与漂浮物腔4之间的小接触表面而将摩擦限于最小值。

如图2a到2c中所示，居中安置于漂浮物5中的磁体8的极轴线15垂直于扁平漂浮物5的主平面且因此垂直于液体水平面而延伸。

漂浮物腔4填充有流体7，一直充到具有最大直径的这个点，且漂浮物5有一定重量以使得浸入流体中的漂浮物的近似一半的位置处形成能贯穿漂浮物腔4的直径，其中其向外突出的尖端17处于图2a的侧视图中的初始位置。

漂浮物腔4的内部的其余部分由气体体积16填充或由比下部液体7轻的液体填充。

在根据图2a的解决方案中，漂浮物腔4在侧视图中是圆形的，因此在3维视图中是球形的，且外壳2在其最低点处通过其中安置传感器元件9的外壳组件2′向外扩展，传感器元件9主要安置于电路板12上，电路板12当经充分地大小设计时可包含用于传感器元件9的信号的处理电子元件。

从该处，电缆13引出外壳组件2′，外壳组件2′是倾角传感器的整个外壳2的一部分，主要是沿径向引离球形漂浮物腔4。

图2b的配置与图2a的配置不同之处在于，图2a中的球形漂浮物腔4在顶部和底部变平，使得以中心最大直径精密配合安置的漂浮物5无法任意枢转而是仅可围绕有限的枢轴角度枢转。

这儿在变平了的其中一个侧面(在此情况下，底侧)处，安置单独的外壳组件2′，其中安置有传感器元件9，这同与外壳2的一体式配置相反，根据图2a外壳2还包含用于传感器元件9的外壳组件2′。

然而，在根据图2b的解决方案中，将上面主要以芯片的形式提供传感器元件9的印刷电路板选择得显著较大，因为为此目的，至少漂浮物腔4变平侧的延伸段可用。

因此，在大得多的印刷电路板12(从该处电缆13又是从外壳组件2′向外引出)上，通常可在不出现问题的情况下安置用于传感器元件9信号的整个处理电子元件。

图3的实施例是备用的实施例且与图2中的实施例不同之处在于，在漂浮物腔4的两个平坦点处，安置其中装有传感器元件9的外壳组件2′。

另外在此位置处，不仅传感器元件9可在此处安置于电路板12上和外壳组件2′中，而且两个传感器元件彼此相邻且因此在开始位置中在磁体8的中心轴线的两侧上对称安置，使得在开始位置中传感器元件9的中心轴线还相对于磁体8的中心轴线平行安置但稍微横向偏移。

然而，图4和5所示为具有球形漂浮物腔4的解决方案。

这对应于根据图1a的几何配置。因此，类似于根据图2a的解决方案，漂浮物腔4具有外壁4a，其完全为球形或至少部分为球形且在一侧上(顶侧)变平，以使得球的近似四分之一到三分之一消失。

另外，漂浮物腔4具有内壁4b，其也至少部分为球形的，此处为半球形，在该处连接有具有相同直径的一节圆柱。

内壁4b的球形(此处为半球形)部分因此与形成漂浮物腔4的外壁4a同心延伸，该漂浮物腔4在若干部分具有圆弧形，因而所述漂浮物腔为球形的，其中安置圆盘形状的漂浮物5，设计有相应大小的直径和厚度，以使得其恰好以其外表面的圆周边缘触碰外壁4a的内侧处，且以其方向向内的主表面的中心触碰内壁4b的外侧处。

通过这些大大减少的接触表面，对于根据图2的解决方案可大部分省略类似于尖端17的额外突起。

在由内壁4b封闭的内部腔中，优选在内壁4b和外壁4a的曲率中心中，安置传感器元件9，其又安置于电路板12上，从该处电缆13贯穿外壁4a的球形形状变平的部分和内壁4b中的开口到达外部，因此是向上方向引出。

当优选整个漂浮物5由磁体8组成时，漂浮物5的外表面的边缘在外壁4a处的摩擦可进一步通过使用铁质(Ferro)作为附着到磁性漂浮物5的流体而减到最小。

与外壁4a的摩擦通过在外边缘处积累的铁质(Ferro)液体而进一步减少。

对于球形漂浮物腔4在向上方向上设置有开口的这个解决方案，漂浮物腔4完全填充有液体且磁体8不必为漂浮物，因此其比重不必低于周围流体7的比重，这与根据图4b的解决方案相反，在根据图4b的解决方案中球形漂浮物腔4的开口方向向下。

其中，漂浮物腔4没有完全填充流体，而是大部分填充流体7且漂浮物安置于其中。

如针对图4a描述，漂浮物5是圆盘形状的且经大小设计，以使得流体7的填充水平面有一定大小，使得漂浮物(此处也是漂浮物5)以其在外壁4a处的外边缘和以其方向向内的主表面的中心接触或几乎接触内壁4b。

球形漂浮物腔4完全填充流体7或仅部分填充有流体7，且据此把磁体8配置为漂浮物或不把它配置为漂浮物是事实，但是适用于所有图式的变型并不取决于球形漂浮物腔4的开口方向向上还是向下的事实。

因此，虽然在图4中的磁体8的每一枢转位置中且还对于图2和3中的解决方案，磁体8和传感器元件9沿着这2个操作元件中的其中一个的中心轴线20或20′是彼此远离的，但图5所示为对于球形漂浮物腔来说磁体的中心与传感器元件9的中心重合的解决方案。

为此目的，在此情况下仅外壁4a为球形的或必须具有部分球形的球形漂浮物腔仅填充有流体7达到其高度的一半，且磁体8安置于漂浮物5中，漂浮物5在流体7上漂浮且仅部分浸入流体7中。

然而，漂浮物5的形状为环形且其中装的磁体8也是环形磁体，并且两者围绕由内壁4b形成的内腔25一起延展。

在内腔25中，传感器元件9安置于球形外壁4a的中心，又安置于电路板12上。

虽然对于根据图5a的配置来说内腔25是圆柱形的，但其在球形外壁4a的中心处具有根据图5b的半球形末端部分，从所述半球形末端部分仅有狭窄的连接通道沿径向引出漂浮物腔4的外壳2。

在图5a和5b中，除了环形漂浮物5的正常位置以外，还示出了沿圆周线的偏转位置。

参考标号和名称

1倾角传感器

2、2′外壳

3传感器腔

4漂浮物腔

4a外壁

4b内壁

5漂浮物

6分隔壁

7流体

7a流体水平面

8磁体、操作元件

9传感器元件、操作元件

10、10′枢轴点

11测量平面

12电路板

13电缆

15极轴线

16气体体积

17尖端

18防晃挡板

19多霍尔IC

20、20′中心轴线

21、20′球形表面

22a、22b枢转轴线

23封壳

24铁质(Ferro)流体

25内腔

x、y测量方向

z空间第三方向

Claims (27)

1.一种具有两个操作元件的两轴线倾角传感器（1），包括：

（a）磁敏感传感器单元，其具有扁平的传感器元件（9），所述扁平的传感器元件（9）能够在空间中至少两个正交方向即测量方向上测量磁通量，

（b）磁体（8），

其中所述两个操作元件为第一操作元件和第二操作元件，第一操作元件为磁体（8），第二操作元件为传感器元件（9），二者可相对于彼此枢转，且第一操作元件（8）和第二操作元件（9）的其中之一直接或间接以重力使其自身定位，

第一操作元件（8）的枢轴点（10、10'）设置于第二操作元件（9）的中心轴线（20、20'）上，或第二操作元件（9）的枢轴点（10、10'）设置于第一操作元件（8）的中心轴线（20、20'）上

其中对于所述第二操作元件（9），所述中心轴线（20）与测量平面正交，且

所述中心轴线（20'）是所述第一操作元件（8）的极轴线，

其中第一操作元件（8）或第二操作元件（9）以可移动方式在经界定且因此可再现的表面（21、21'）上导引，使得：第一操作元件（8）的所述中心轴线（20、20'）总是指向第二操作元件（9）的所述中心轴线（20、20'），或第二操作元件（9）的所述中心轴线（20、20'）总是指向第一操作元件（8）的所述中心轴线（20、20'）。

2.根据权利要求1所述的倾角传感器（1），其中第一操作元件（8）或第二操作元件（9）在上面以可移动方式导引的所述表面（21、21'）是球形表面。

3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的倾角传感器（1），其中第一操作元件（8）或第二操作元件（9）以可移动方式支撑在特定球形表面（21、21'）上，使得：第一操作元件（8）的所述中心轴线（20、20'）总是指向第二操作元件（9）的中心，或第二操作元件（9）的所述中心轴线（20、20'）总是指向第一操作元件（8）的中心。

4.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中第一操作元件（8）和第二操作元件（9）围绕两个枢转轴（22a、22b）以可枢转方式被支撑，所述两个枢转轴（22a、22b）分别平行于所述测量平面而设置。

5.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述传感器单元能够测量所述磁通量且根据关于所述两个测量方向（x、y）的偏转计算磁场的改变。

6.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述传感器单元在所述至少两个测量方向上测量磁通量的梯度。

7.根据权利要求6所述的倾角传感器（1），其中所述传感器单元在三个测量方向（x、y…）上测量磁通量的梯度。

8.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述传感器元件（9）是呈IC（19）形式的多霍尔传感器。

9.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述传感器元件（9）仅为单个芯片。

10.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述传感器单元的处理电子元件能够用于所述磁体（8）围绕所述传感器元件（9）的球形移动，以针对处理而考虑沿着所述球形表面（21）的移动的影响。

11.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述操作元件在上面移动的所述球形表面（21）的半径是所述传感器单元的处理电子元件的输入值。

12.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中在处理期间不考虑所述磁体（8）围绕垂直于所述测量平面的轴线（z）的旋转。

13.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中位于安置于漂浮物腔（4）中的流体（7）上的漂浮物（5）或漂浮物主体处或中的所述磁体（8）可围绕所述测量平面（11）的所述两个测量方向枢转。

14.根据权利要求13所述的倾角传感器（1），其中所述传感器元件（9）安置在所述漂浮物腔（4）的外部且由分隔壁隔离。

15.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中所述磁体（8）安置于可围绕两个测量方向（x、y）移动的摆锤上。

16.根据权利要求15所述的倾角传感器（1），其中所述摆锤是悬挂在万向接头上的摆锤。

17.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中漂浮物（5）的外部轮廓适于漂浮物腔（4）的内部轮廓。

18.根据权利要求17所述的倾角传感器（1），其中沿所述测量平面的方向上观看，漂浮物腔（4）包括至少圆形区段形状。

19.根据权利要求18所述的倾角传感器（1），其中所述至少圆形区段形状为圆形轮廓。

20.根据权利要求14所述的倾角传感器（1），其中正交于所述分隔壁（6）的平面观看，漂浮物（5）的宽度大体上填充漂浮物腔（4）的内部净宽度，且因此延伸穿过所述漂浮物腔（4）的宽度的中心的所述分隔壁（6）的正交形成所述漂浮物（5）的枢转轴线（10）。

21.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中具有小表面的突起安置于漂浮物（5）的外侧上以用于接触漂浮物腔的壁，或安置于所述漂浮物腔（4）的内侧上以用于接触所述漂浮物。

22.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中防晃挡板（18）安置于漂浮物腔（4）中，使得防止漂浮物（5）的完全旋转。

23.根据权利要求22所述的倾角传感器（1），其中将通过开口配置为所述防晃挡板（18）中的阻塞点。

24.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中漂浮物腔（4）填充有具有不同比重的两种流体（7），所述两种流体（7）难以混合，且漂浮物（5）漂浮在重的流体（7）上。

25.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中漂浮物（5）设置为环形的且在所述漂浮物（5）的中心处存在所述传感器，且所述磁体配置为安置于漂浮物中的环形磁体（8），其具有平行于环的轴线的极轴线（15）。

26.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中漂浮物是圆盘形状的漂浮物，且在所述漂浮物的中心处的所述磁体被设安置为以极轴线垂直于所述圆盘的平面。

27.根据权利要求1或2所述的倾角传感器（1），其中

漂浮物安置于漂浮物腔中，漂浮物腔包括球形外部表面和与其同心的球形内部界定表面，且所述漂浮物经大小设计以使得其可仅以形状锁定方式在此球形漂浮物腔中移动，使得其中心轴线总是朝向所述球形外部或内部表面的中心；且

所述漂浮物中的所述磁体被安置为极方向位于其中心轴线上；且安置于所述倾角传感器的所述球形表面的中心。

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