CN103502777A - 用于半桥可变差动变压器位置传感系统的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种半桥可变差动变压器位置传感系统，包括具有定子的换能器，该定子具有电感线圈，该电感线圈具有被配置成提供输出信号的中心分接头。该换能器还具有电枢，该电枢具有导磁芯，其被配置成在电感线圈内移动，使得导磁芯的移动引起输出信号的变化。该位置传感系统包括被配置成在电感线圈的一个端子处提供激励信号的第一电路。该系统包括不超过三个电接口导线以及被配置成计算导磁芯的位置变化程度的微控制器，并被配置成修正由于换能器的温度和由于导磁芯的移动对输出信号所引起的非线性影响而导致的输出信号电压的变化。

Description

用于半桥可变差动变压器位置传感系统的设备和方法
技术领域
本发明一般地涉及位置传感器，并且更具体地涉及适合于航空应用的位置传感器。
背景技术
在航空应用中，一般地期望使飞机上的所有部件的重量最小化。较小的重量意味着减少的燃料消耗和较低的运营成本。用于航空应用的两个常用的位置传感器是线性差动变压器（LVDT）和旋转可变差动变压器（RVDT）。特别是由于其以高可靠性和准确度在严酷的环境条件下运行的能力而在航空应用中使用这些类型的传感器。然而，常规LVDT和RVDT传感器可以每个传感器具有四个至六个对接导线。这些传感器通常在电接口处使用五个导线以用于初级线圈的激励和来自次级线圈的输出。当出于提供冗余的目的而使用大量这些传感器时，将信号连接到电子装置的导线的数目和长度趋向于使系统布线复杂化并增加总重量。它们还增加换能器（transducer）内的终端处的导线之一出现折断的可能性。
此外，当采用这些传感器时，用户必须考虑用于修正由于温度变化而引起的输出数据变化的最好的手段。当操作温度从标准室温增加或降低时，换能器在移动构件的固定位置处输出变化。这是因为制成线圈导线的铜的电阻率是温度的函数，并且这影响换能器输出电压。此外，换能器输出随温度的变化也取决于移动构件的位置。因此，换能器输出是位置和温度的非线性二维函数。
用户还必须考虑用于修正由于换能器输出相对于移动构件的位置的非线性而引起的输出数据变化的最好的手段。
本发明的实施例表示了相对于在航空应用中使用的位置传感器的相比于现有技术的进步。下面将对这些进行简要描述。
发明内容
在一方面，本发明的实施例提供了一种半桥可变差动变压器位置传感系统，其包括换能器，换能器具有定子，该定子具有电感线圈，该电感线圈具有被配置成提供输出信号的中心分接头。该换能器具有电枢，该电枢具有被配置成在电感线圈内移动的导磁芯，导磁芯的移动引起输出信号的变化。位置传感系统包括第一电路，被配置成在电感线圈的一个端子处提供激励信号。位置传感系统还包括微控制器，被配置成基于输出信号的电压和激励信号的电压的比较来计算导磁芯的位置的变化程度。而且，微处理器还被配置成修正由于换能器的温度和由于导磁芯的移动对输出信号所引起的非线性影响而导致的输出信号电压的变化。而且使用不超过三个电导线来操作半桥可变差动变压器位置传感系统。
在位置传感系统的特定实施例中，不超过三个电导线包括用以向电感线圈供应激励信号的第一导线、被连接到电感线圈的第二接地导线以及用以载送换能器输出信号的第三导线。
在另一实施例中，所述换能器包括具有缠绕在绕线筒上的第一和第二电感线圈的定子，所述第一和第二线圈与被耦合在第一和第二线圈之间的中心分接头串联连接，所述定子被容纳在保护外壳中，该保护外壳具有被配置成容纳导磁芯的钻孔。在特定实施例中，所述电枢包括被附着于非金属轴的导磁芯，其中，非金属轴的移动被传递至导磁芯。在某些实施例中，定子的钻孔内的导磁芯的移动是线性的，而在替换实施例中，定子的钻孔内的导磁芯的移动是可旋转的。
在特定实施例中，位置传感系统还包括信号调节电路以使得换能器输出信号适合于模数转换。在更特别实施例中，用于使得换能器输出信号适合于模数转换的信号调节电路包括被配置成对换能器输出信号进行整流和平滑化的电路。在另一实施例中，微控制器被编程为对换能器输出信号进行整流和平滑化。在更特别实施例中，信号调节电路包括AC信号调节电路和DC信号调节电路。在附加实施例中，位置传感系统还包括被耦合到信号调节电路的一个或多个模数转换器。
在特定实施例中，微控制器被编程为通过使用温度修正表来计算温度修正因数而修正由于换能器的温度而引起的输出信号电压的变化。在另一实施例中，微控制器被编程为通过使用校准表来计算线性修正因数而修正由于导磁芯的移动所引起的对输出信号的非线性影响而导致的输出信号电压的变化。
在特定实施例中，该位置传感系统还包括被耦合在换能器与微控制器之间的DC参考信号发生器，其中，DC参考信号发生器的输出被包括在激励信号中。在更特别实施例中，微控制器被编程为通过将换能器输出信号中的实际DC偏压与预期DC偏压相比较来检测电感线圈中的短路和开路。在附加实施例中，位置传感系统包括被耦合在换能器与微控制器之间的AC参考信号发生器，其中，AC参考信号发生器的输出被包括在激励信号中。
在特定实施例中，所述微控制器被配置成提供数字输出信号，该数字输出信号提供用于被物理连接到导磁芯的构件的位置数据。在更特别实施例中，使用RS-232、ARINC429、MIL-STD1553以及CAN总线通信标准中的一个串行地发送数字输出信号的数据。在另一实施例中，所述定位系统包括被配置成向机载计算机或主机PC提供数字数据信号的线路驱动器。
在另一方面，本发明的实施例提供了一种使用可变差动变压器位置传感系统来感测位置的方法。该方法包括提供具有供应换能器输出信号的电感线圈的换能器，并且将要感测其位置的一个部件（part）附接到位于电感线圈内的导磁芯。在本发明的实施例中，该方法还包括生成将被施加于电感线圈的激励电压，并测量由导磁芯的移动引起的换能器输出信号电压的变化。此外，本发明的实施例包括当确定导磁芯的一定程度的移动时修正温度和非线性的影响，并提供不超过三个导线作为用于可变差动变压器位置传感系统的电接口。
在特定实施例中，测量由导磁芯的移动引起的换能器输出信号电压的变化包括测量由导磁芯的线性移动引起的换能器输出信号电压的变化。在替换实施例中，测量由导磁芯的移动引起的换能器输出信号电压的变化包括测量由导磁芯的旋转移动引起的换能器输出信号电压的变化。
在特定实施例中，该方法还包括调节换能器输出信号以使得信号适合于模数转换，将换能器输出信号从模拟转换成数字形式，并且将换能器输出信号的数字形式输入到微控制器中的信号处理算法中。在更特别实施例中，调节换能器输出信号包括提供用于AC信号调节和用于DC信号调节的电路。在甚至更特别的实施例中，提供用于AC信号调节和用于DC信号调节的电路包括被耦合在换能器与微控制器之间的用于AC和DC信号调节的电路。
在某个实施例中，该方法还包括通过将换能器输出信号中的测量DC偏压与用于换能器输出信号的预期DC偏压相比较来检测电感线圈中的短路或开路。在更特别实施例中，修正温度的影响包括将微控制器编程为使用温度修正表来计算温度修正因数。在另一实施例中，修正非线性的影响包括将微控制器编程为使用校准表来计算线性补偿因数。
根据结合附图进行的以下详细描述，本发明的其他方面、目的和优点将变得更加显而易见。
附图说明
被结合在本说明书中并构成其一部分的附图图示出本发明的多个方面，并且连同本描述一起用于解释本发明的原理。在所述附图中：
图1是根据本发明的实施例的半桥可变差动变压器位置传感系统的示意性系统方框图；
图2是根据本发明的实施例的用于旋转可变差动变压器的换能器的示意图；
图3是被结合到图1的半桥可变差动变压器位置传感系统中的换能器的横截面图；
图4是根据本发明的实施例的参考信号发生器电路的示意图；
图5A和5B是根据本发明的实施例的AC输入电压调节电路的示意图；
图6是根据本发明的实施例的DC线圈电流调节电路的示意图；
图7A和7B表示根据本发明的实施例的DC输入电压调节电路的示意图；以及
虽然将结合某些优选实施例来描述本发明，但并不意图使其局限于那些实施例。相反，意图是覆盖包括在由所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的所有替换、修改和等价物。
具体实施方式
尝试减少被连接到换能器的导线的数目的常规新位置换能器可能牺牲可靠性，或者牺牲至少常规线性可变差动变压器（LVDT）和常规可变旋转差动变压器（RVDT）的准确度和自补偿特性。这可能要求通过附加的自定义电子装置和附加的应用软件将这些特性由这些传感器的最终用户来引进。这常常导致整个系统的增加的零件计数和更大的复杂性以及因此降低的可靠性。其还常常将修正这些换能器错误的负担转移给最终用户。
图1示出了根据本发明的实施例的用于测量线性位移的半桥可变差动变压器位置传感系统100、也称为半桥LVDT的示意性系统方框图。换能器102在左侧示出，并且仅仅是图1中的设备的概念性表示。在右侧的信号调节子系统104表示生成用于线圈114（在图1中示出）的激励信号并且还处理来自换能器102的输出信号所需的模拟电子装置。微控制器106中的信号处理电子装置是使用数字电子装置实现的。在诸如图1中所示的数字电路的情况下，可以使用软件来实现此子系统中的某些功能块。信号调节子系统104被耦合到微控制器106，其处理来自信号调节子系统104的信号并生成系统输出。在本发明的特定实施例中，微控制器106可以是数字信号处理器（DSP）。同样的系统方框图可以表示用于测量旋转位移的半桥可变电感位置传感系统100、也称为半桥旋转可变差动变压器（RVDT）的系统。
图2是根据本发明的实施例的用于RVDT的换能器180的示意图。换能器180包括弯曲线圈182和设置在线圈182内的弯曲、透磁芯184。芯184被附接于弯曲、非磁性杆186，其又被附接于设备，该设备的旋转正在被测量。换能器180具有中心分接头188、接地导线190以及用于供应激励信号的第三导线192。用于RVDT的信号调节子系统在功能上与用于半桥LVDT100的图1中所示的相同，虽然可能需要某些微小变化以适应RVDT换能器的略有不同的电特性。
图3图示出具有定子110和电枢112的换能器102的平面图。在本发明的特定实施例中，定子110包括缠绕在绕线筒116上且与被引出到接口的中心分接头118（图1中所示）串联连接的一对线圈114。定子110被容纳在保护外壳中并具有圆柱形孔120。电枢112由被附接于刚性非磁性金属杆或轴124的导磁芯122组成，非磁性金属杆或轴124允许芯122移动进入孔120和从其中出来。在某些实施例中，非磁性杆124可以被制成非金属的。由半桥LVDT100执行的测量基于可移动的导磁电枢112促进的成对线圈114之间的相互磁感应的原理。
在本发明的替换实施例中，换能器102是线圈型电感器，其电感相对于沿着线圈轴移动的电枢112的位置而变。对于线性换能器102而言，电枢112由芯122组成，芯122由导磁材料制成并被附着于非磁性杆124。杆124又使用例如螺纹紧固件附接于其线性位置要被测量的设备（未示出）。对于旋转换能器而言，芯是圆柱形的，绕着其外周具有离散变化的直径，并被附着于轴，该轴被紧固到其旋转位置要被测量的设备。
在特定实施例中，定子110由单个线圈114组成，单个线圈114在分压器配置中以一个区段或两个串联的区段缠绕在绕线筒或卷筒116上，具有在线圈端处的终端126和中心分接头118（在图1中）。在某些实施例中，缠绕卷筒被绝缘层128和返回屏蔽130覆盖。定子110然后被容纳在不锈钢或铝合金壳体132中。线圈的一端被电接地，并且在另一末端处跨线圈114施加AC激励电压。中心分接头118处相对于地线的电压与跨线圈114的激励电压的比与芯122的位移成比例。线圈114、外壳132以及电枢112的制造遵循与标准LVDT或RVDT类似的设计和工艺。因此，本发明提供了在机械稳健性和环境耐久性方面与常规LVDT或RVDT相同的优点。
再次参考图1，可以看到电子装置与换能器102的接口具有三个导线。第一导线140被电接地，第二导线142供应AC激励信号，并且第三导线144从换能器102的中心分接头118接收输出电压。来自中心分接头118的输出电压被低通滤波，并且在将其被输出到整流器之前被去除偏移。激励信号也被同样地整流。计算输出电压与激励电压的比，并且这与换能器位移成比例。如下面将解释的，根据特定换能器的特性，还可以执行诸如线性修正和温度补偿的附加功能。通过将输出电压与最小和最大阈值相比较来确定开路绕组故障。为了检测短路绕组故障，将DC偏压电压与激励信号叠加。内置测试（BIT）电路测量中心分接头处的DC电压，并且如果其小于或超过施加偏压的一半，则告示故障。
图4是根据本发明的实施例的参考信号发生器电路200的示意图。在特定实施例中，其中生成的参考信号是AC信号，使用具有19.4kHz的截止频率的由R3和C1组成的无源滤波器204首先对来自数字信号处理器（DSP）16（参见图1）的脉宽调制（PWM）信号202进行滤波。然后使用一对二极管（D1和D2）和从DSP160获得的3.3V的参考电压对PWM信号202进行箝位。在所示的实施例中，电阻器R3提供例如100千欧的高输入阻抗。例如，可以通过使用Sallen-Key式低通滤波器对PWM信号202进行平滑化来恢复2.5kHz参考正弦波。在某些实施例中，低通滤波器具有二阶传递函数，其具有10.6kHz的截止频率。通常，换能器线圈114（参见图1）在2.5kHz的振荡器频率下具有1.7千欧的标称AC阻抗。功率放大器可以供应必要的电流。输出信号206通过使用两个电解电容器而被AC耦合以便阻挡任何DC偏移，该DC偏移将具有通过换能器线圈114到地线的低阻抗路径。两个电容器在图4的示意图中被示为C6和C31。
图4的参考信号发生器电路200还被用作DC参考信号发生器。由于两个原因而生成DC参考信号：1）电短路和开路检测；以及2）计算线圈的DC阻抗，它又被用来估计线圈温度。DC参考信号是使用电阻分压器208从+12VDC参考导出的。500欧姆的电阻器R21例如与电阻分压器208（R46和R57）串联地出现以便向DC源提供足够高的输入阻抗。请注意，R46和R57一起是一个电位计，即使示意图将其示为两个单独的图。图4还示出了由R22和C13组成的低通滤波器210，其对从激励信号出来的AC分量进行滤波并得到信号V_excDC212。
图5A和5B示出了根据本发明的实施例构造的一对信号调节电路300、350。在这些电路中调节的两个信号是来自换能器中心分接头118（参见图1）的信号，V_ctAC302和激励信号V_excAC352。我们将描述用于图5A中所示的V_ctAC信号的信号调节电路300。V_ctAC302被连接到仪器放大器304。在特定实施例中，使用具有36.1kHz的截止频率的无源滤波器306（R30、R33和C19）对差模信号进行滤波，并且使用具有330kHz的截止频率的无源滤波器308（R30和C17以及R33和C18）对共模信号进行滤波。在本实施例中，使用由R24和C15组成的低通滤波器310来滤出来自V_ctAC的AC分量并获得DC偏压V_ctDC312。使用由C14和R23组成的高通滤波器314来滤出V_ctAC中的DC偏压，并且这是最后被整流的信号。
使用由R38和R39组成的电阻分压器316来对信号进行调整（scale），使得根据模数转换器（ADC）150（参见图1）的要求，峰峰值在3V内。运算放大器U9B318充当缓冲器以在不同的负载下保持调整值。在被读入到ADC150中之前，必须对信号V_ctAC302和V_excAC352进行低通滤波以通过采样而去除可能被混叠的频率分量。在某些实施例中，采样率是80kHz，这意味着必须去除40kHz和更高的频率。在特定实施例中，防混叠滤波器320是Sallen-Key式的，并且是二阶的，具有12.835kHz的截止频率。最后，可以使用电平移位器322来将Sallen-Key滤波器320的输出保持在ADC150所需的0-3V范围内。这是使用运算放大器U9C324和电位计R40完成的。输出信号ADCINAO326被ADC150读出到信道ADCINAO330（参见图1）。激励信号V_excAC352被同样地处理，并且输出信号ADCINBO355被ADC150读入到信道ADCINBO360（参见图1）中。
图6示出了根据本发明的实施例构造的DC线圈电流调节电路400的示意图。激励信号402I_exc,正在此电路中调节的信号被通过R80（在一个实施例中，10欧电阻器）发送，其被跨接在仪器放大器404的输入端。由于目的是测量激励电流的DC分量，所以可以使用分别具有0.8Hz和1.6Hz的示例性截止频率的无源滤波器对差模和共模信号进行滤波。具有500欧姆的示例性值的电阻器R82被跨接在仪器放大器404的输入端1和8以获得101的增益。包括电阻器R85和R86的电阻分压器406被用来对仪器放大器404的输出信号进行调整，使得峰峰值在ADC150（参见图1）所需的3V内。运算放大器U17B408充当缓冲器以在不同的负载下保持调整值。
在被读入到ADC150中之前，对信号I_exc402进行低通滤波以通过采样来去除可能混叠的频率分量。在特定实施例中，采样率是80kHz，这意味着必须去除40kHz和更高的频率。在更特别实施例中，防混叠滤波器410是Sallen-Key式的，并且是二阶滤波器，具有12.835kHz的截止频率。最后，需要电平移位器412来将Sallen-Key滤波器410的输出保持在ADC150所需的0-3V范围内。这是使用运算放大器U17C414和电位计R84完成的。输出ADCINA1416被ADC150读入到信道ADCINA1420（参见图1）。
图7A和7B示出了根据本发明的实施例构造的两个DC输入电压调节电路500、520的示意图。这些DC输入电压调节电路500、520被设计成对信号V_ctDC522和V_excDC502进行调整，使得其针对ADC150（参见图1）的分辨能力的最大利用而落在0—3V的输入范围内。由用于V_excDC502的电阻器R53和R54及用于V_ctDC522的电阻器R55和R66设定约4的增益。调整级的输出ADCINA2504和ADCINB2524分别被ADC150读入到ADCINA2510（参见图1）和ADCINB2530（参见图1）中。
再次参考图1，可以看到线路驱动器电路162被用于数字信号处理器160与主机PC（未示出）之间的串行通信。如图1中所示，线路驱动电路162被连接到数字信号处理器160的串行通信接口（SCI）端口168。在某些实施例中，线路驱动电路162的输出端163被连接到主机PC的串行端口。
再次参考图1，在操作中，半桥LVDT100可以采用2.5kHz参考信号，其可以使用正弦函数的每九十度弧包含八个点的查找表来生成，因此提供80kHz的所需PWM更新速率。根据本发明的实施例，下面描述随后被微处理器106用以处理由换能器102生成的信号的过程。
可以将第一通用定时器编程为产生例如在513kHz频率的PWM时基，并且可以由在微控制器106中生成的中断服务例程（ISR）来对占空因数进行调制，并从例如在80kHz下运行的第二通用定时器触发。这提供了相对于参考信号频率的高采样速率，因此可以将用于防混叠滤波器的截止频率设置得相当高。
80kHz ISR更新速率意味着必须在12.5微秒内完成ISR。在150MHz的CPU时钟频率下，亦即等价于1,875单循环指令。在特定实施例中，信号调节ISR被来自第二通用定时器的时段事件触发。此时段事件还被用来开始ADC转换的序列。因此，可以纯粹由硬件定时器事件来发起AD转换，确保采样过程不受中断抖动或软件等待时间的影响。ADC转换时间为约200毫微秒，因此ADC150能够相当容易地跟上ISR。ISR运行平滑化滤波器以去除由于PWM信号的接近而引起的对应于换能器102输出的ADC信道中的噪声。然后，在特定实施例中，其通过运行128点移动平均滤波器来计算DC偏压。然后将DC偏压从输入信号去除以提供纯AC正弦曲线。用于换能器102激励信号和用于换能器102电流信号的DC偏压同样被移除。另一方面，使对应于换能器102DC偏压和换能器102DC输出信号的ADC信道平滑化以去除噪声和波纹。
在微控制器106中，然后通过简单地使其负半循环的符号相反来对换能器激励和输出信号进行整流。然后使用256点移动平均滤波器对整流信号进行平滑化和滤波。这提供整流信号的平均值。计算输出平均值与激励平均值的比并再次使用1024点移动平均滤波器进行滤波。此比与换能器102中的芯122的线性或旋转位移成比例。然后针对温度对计算的输出平均值与激励平均值的比进行修正，并且使用查找表和内插算法来计算以英寸为单位的换能器位移。ISR通过使用第一通用定时器写入占空因数的新值以用于PWM信号生成而结束。该值是从由跟踪条目的数目的计数器索引到ISR中的32点正弦查找表获得的。此计数器在计数达到31之后重置为0。
在特定实施例中，使用软件计数器来保持100微秒定时器，其触发促使微控制器106中的温度和电阻模块164计算换能器线圈114的电阻及其温度的函数。这是为了修正由于温度变化而引起的换能器102输出的误差而完成的。另外，微控制器106被编程为对DC激励和DC输出信号进行滤波并执行BIT以检查换能器线圈114中的短路匝或开路故障。
一旦ADC值被读入，则使用例如4点移动平均值滤波器对输入进行平滑化。这去除了由于激励信号的接近而引起的输入中的噪声。在特定实施例中，滤波器使用具有跟踪到环形缓冲器中的电流索引的单个指针的4点环形缓冲器。可以在到ISR中的每个入口处计算4个点的移动平均值，因为这将提供输入的平滑值。
然后对来自换能器102的激励信号和输出信号进行整流。在特定实施例中，这是由简单逻辑实现的，该简单逻辑查看信号的值是否是负的，并且如果是这样，则使其值的符号相反。
然后使用8点移动平均值滤波器对来自换能器102的已整流激励信号和已整流输出信号进行平滑化。这去除了由于不正确的符号反向而引起的信号中的噪声。滤波器使用具有跟踪到环形缓冲器中的电流索引的单个指针的8点环形缓冲器。在到ISR中的每个入口处计算8个点的移动平均值。这提供信号的平滑值。在特定实施例中，为了去除波纹，在平滑级之后用256点移动平均值对已整流激励信号和已整流输出信号进行滤波。滤波器使用具有跟踪到环形缓冲器中的电流索引的单个指针的256点环形缓冲器。在到ISR中的每个入口上计算256个点的移动平均值。
然后计算已滤波整流输出信号与已滤波整流激励信号的比。在特定实施例中，用1024对结果进行换算（scale）以使除法期间的舍位误差最小化。然后使用1024点移动平均值滤波器对所计算的比进行滤波。滤波器使用具有跟踪到环形缓冲器中的电流索引的单个指针的1024点环形缓冲器。在到ISR中的每个入口处计算1024个点的移动平均值。
信号调节ISR还从ADC150（参见图1）读取激励电流的DC分量、激励电压的DC分量和换能器输出的DC分量。在特定实施例中，使用128点移动平均值滤波器对这些信号进行滤波。可以将这些滤波器配置成使用具有跟踪到环形缓冲器中的电流索引的单个指针的128点环形缓冲器。在到ISR中的每个入口上计算128个点的移动平均值。例如在由温度和电阻模块164进行的电阻计算中以及在由故障诊断模块170检测故障时使用这些平均值。
在某些实施例中，再次使用128点移动平均值滤波器对已整流和已滤波激励信号及已整流和已滤波换能器输出信号进行滤波。目的是去除监视屏上的显示值中的抖动，使得能够读取稳定的值。请注意，这样获得的已滤波输出仅被用于显示。其在位置计算中并不使用。在实施例中，滤波器使用具有跟踪到环形缓冲器中的电流索引的单个指针的128点环形缓冲器。在本发明的特定实施例中，在到ISR中的每个入口上计算128个点的移动平均值。
接下来，再次使用32点移动平均值滤波器来对从信号调节ISR获得的激励电流的DC分量的已滤波值进行滤波。同样地，因此对激励电压的DC分量以及换能器102输出的DC分量进行滤波。这提供能够在由温度和电阻模块164进行的电阻计算中以及在由故障诊断模块170进行的故障检测中使用的稳定值。
由于换能器输出相对于温度的误差也随换能器102位置而变，所以使用二维查找表来确定将施加于换能器输出的修正因数。此表格是使用从热测试获得的数据构造的。针对特定换能器102位置，表格中的条目由特定温度下的换能器输出相对于被假定为20摄氏度的室温下的换能器输出的误差组成。
DC电压到激励信号中的注入以及通过线圈的电流的测量允许我们检测线圈114中的各种电故障。由于在某些实施例中用软件来实现此功能，所以其允许实现识别并隔离故障的相当高级的逻辑。在检测到时，还可以通过串行链路来通告故障，并且还可以将其记录以用于稍后分析。在进入故障检测功能时，代码遍历线圈故障的顺序测试。在信号调节ISR的后台中以100微秒的时段执行与故障测试有关的功能。由于ISR的帧利用率仅约为50%，这允许有很多的时间供故障测试完成。
包括换能器102位置、线圈温度和电阻以及故障状态和标志的重要变量被转换成串行数据分组并发送到SCI模块以通过RS232信道来发射。除RS232通信协议之外，还可以使用CAN、MIL-STD-1553或ARINC。
包括在本文中引用的公开、专利申请和专利的所有参考文献被通过引用结合到本文中，如同每个参考文献被单独地且具体地指示为被整体地通过引用而结合到本文中并进行阐述一样。
应将在描述本发明的上下文中（尤其是以下权利要求的上下文中）的术语“一”、“一个”和“该”及类似对象的使用理解为涵盖单数和复数，除非在本文中另外指明或按照上下文明显矛盾。应将术语“包括”、“具有”和“包含”理解为开放式术语（即，意指“包括但不限于”），除非另外说明。本文中的值范围的叙述仅仅意图充当单独地参考落在该范围内的每个单独值的速记方法，除非在本文中另外指明，并且每个单独值被结合到本说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。可以以任何适当顺序来执行本文所述的所有方法，除非在本文中另外指明或按照上下文明显矛盾。在本文中提供的任何和所有示例或示例性语言（例如，“诸如”）的使用仅仅意图更好地举例说明本发明，并且并不对本发明的范围施加限制，除非另外主张权利要求。不应将本说明书中的语言理解为将任何未要求保护的元素指示为对于本发明的实施而言必不可少。
在本文中描述本发明的优选实施例，包括本发明人已知的用于执行本发明的最佳方式。在阅读前述描述时，那些优选实施例的变化可以变得对于本领域的技术人员而言显而易见。本发明人期待技术人员适当地采用此类变化，并且本发明人意图除本文中具体描述之外地实施本发明。相应地，本发明包括按照适用法律的允许在所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等价物。此外，本发明涵盖其所有可能变化中的上述元素的任何组合，除非在本文中另外指明或按照上下文明显矛盾。

Claims (30)

1.一种半桥可变差动变压器位置传感系统，包括:
换能器，具有定子，该定子具有电感线圈，该电感线圈具有被配置成提供输出信号的中心分接头，该换能器具有电枢，该电枢具有被配置成在电感线圈内移动的导磁芯，其中，该移动引起输出信号的变化；
第一电路，被配置成在电感线圈的一个端子处提供激励信号；以及
微控制器，被配置成基于输出信号的电压和激励信号的电压的比较来计算导磁芯的位置的变化程度，所述微处理器还被配置成修正由于换能器的温度和由于导磁芯的移动对输出信号所引起的非线性影响而导致的输出信号电压的变化；
其中，使用不超过三个电导线来操作半桥可变差动变压器位置传感系统。
2.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，不超过三个电导线包括用以向电感线圈供应激励信号的第一导线、被连接到电感线圈的第二接地导线以及用以载送换能器输出信号的第三导线。
3.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述换能器包括具有缠绕在绕线筒上的第一电感线圈和第二电感线圈的定子，所述第一电感线圈和第二电感线圈与被耦接在所述第一电感线圈和第二电感线圈之间的中心分接头串联连接，所述定子被容纳在保护外壳中，该保护外壳具有被配置成容纳导磁芯的钻孔。
4.根据权利要求3的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述电枢包括被附着于非金属轴的导磁芯，其中，非金属轴的移动被传递到导磁芯。
5.根据权利要求4的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，导磁芯在定子的钻孔内的移动是线性的。
6.根据权利要求4的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，导磁芯在定子的钻孔内的移动是旋转的。
7.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，还包括信号调节电路以使得换能器输出信号适合于模-数转换。
8.根据权利要求7的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，用于使换能器输出信号适合于模-数转换的信号调节电路包括被配置成对换能器输出信号进行整流和平滑化的电路。
9.根据权利要求7的半桥可变差动变压器位置传感器系统，其中，所述微控制器被编程为对换能器输出信号进行整流和平滑化。
10.根据权利要求7的半桥可变差动变压器位置传感系统，还包括被耦接到信号调节电路的一个或多个模-数转换器。
11.根据权利要求7的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述信号调节电路包括AC信号调节电路和DC信号调节电路。
12.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述微控制器被编程为通过使用温度修正表来计算温度修正因数而修正由于换能器的温度而引起的输出信号电压的变化。
13.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述微控制器被编程为通过使用校准表来计算线性补偿因数而修正由于导磁芯的移动对输出信号所引起的非线性影响而导致的输出信号电压的变化。
14.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，还包括被耦接在换能器与微控制器之间的DC参考信号发生器，其中，DC参考信号发生器的输出被包括在激励信号中。
15.根据权利要求14的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述微控制器被编程为通过将换能器输出信号中的实际DC偏压与预期DC偏压相比较来检测电感线圈中的短路和开路。
16.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，还包括被耦接在换能器与微控制器之间的AC参考信号发生器，其中，AC参考信号发生器的输出被包括在激励信号中。
17.根据权利要求1的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，所述微控制器被配置成提供数字输出信号，该数字输出信号提供用于被物理连接到导磁芯的构件的位置数据。
18.根据权利要求17的半桥可变差动变压器位置传感系统，其中，使用RS-232、ARINC429、MIL-STD1553以及CAN总线通信标准中的一个串行地发送数字输出信号的数据。
19.根据权利要求18的半桥可变差动变压器位置传感系统，还包括被配置成向机载计算机提供数字输出信号的线路驱动器。
20.一种使用可变差动变压器位置传感系统来感测位置的非接触式方法，包括：
提供具有供应换能器输出信号的电感线圈的换能器；
将要被感测位置的部件附着于位于电感线圈内的导磁芯；
生成要被施加于电感线圈的激励电压；
测量由导磁芯的移动而引起的换能器输出信号的变化；
当确定导磁芯的一定程度的移动时，修正温度和非线性的影响；以及
为可变差动变压器位置传感系统提供不超过三个导线作为电接口。
21.根据权利要求20的方法，其中，测量由导磁芯的移动引起的换能器输出信号电压的变化包括测量由导磁芯的线性移动引起的换能器输出信号电压的变化。
22.根据权利要求20的方法，其中，测量由导磁芯的移动引起的换能器输出信号电压的变化包括测量由导磁芯的旋转移动引起的换能器信号电压的变化。
23.根据权利要求20的方法，还包括：
调节换能器输出信号以使得该信号适合于模-数转换；
将换能器输出信号从模拟转换成数字形式；以及
将换能器的输出信号的数字形式输入到微控制器中的信号处理算法中。
24.根据权利要求23的方法，其中，调节换能器输出信号包括提供用于AC信号调节和用于DC信号调节的电路。
25.根据权利要求24的方法，其中，提供用于AC信号调节和用于DC信号调节的电路包括被耦接在换能器与微控制器之间的用于AC和DC信号调节的电路。
26.根据权利要求20的方法，其中，提供具有电感线圈的换能器包括提供具有定子的换能器，该定子具有缠绕在绕线筒上的一对电感线圈，该对线圈与位于该对线圈之间的中心分接头串联连接。
27.根据权利要求20的方法，其中，提供不超过三个导线作为电接口包括提供第一导线用于向电感线圈供应激励信号、提供第二导线作为连接到电感线圈的接地导线以及提供第三导线用于载送换能器输出信号。
28.根据权利要求20的方法，还包括通过将换能器输出信号中的测量的DC偏压与用于换能器输出信号的预期DC偏压相比较来检测电感线圈中的短路或开路。
29.根据权利要求20的方法，其中，修正温度的影响包括将微控制器编程为使用温度修正表来计算温度修正因数。
30.根据权利要求20的方法，其中，修正非线性的影响包括将微控制器编程为使用校准表来计算线性补偿因数。
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