CN103837901B - 用于机动车的电感式传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明主要地涉及一种用于机动车的电感式传感器(100)，包括：励磁线圈(101)，被设计以形成电磁场，线圈(103)，用于测量磁场并被设计为提供表示在励磁线圈(101)形成的磁场中的金属目标(102)的位置的输出信号，其特征在于，其包括同时并联连接到励磁线圈(101)的端子的至少两个电路(111)，每个电路(111)包括反相器元件(112)和电容元件(113)，并且与所述励磁线圈(101)一起形成电振荡器(110)，该电振荡器(110)被设计成借助电谐振在所述励磁线圈(101)的端子处形成AC电压，所述电振荡器(110)具有相同的谐振频率。
Description
技术领域
本发明涉及位置传感器的领域。本发明更特别地涉及一种电感式传感器，其包括被设计为形成磁场的励磁线圈，并且还包括用于测量磁场并且被设计为提供表示在励磁线圈形成的磁场中的金属目标的位置的输出信号的线圈。
本发明更特别地、但不是排他地被设计用于机动车金属目标的角度或线性位置的测量的领域。
背景技术
为形成磁场，电感式传感器的励磁线圈通过电源电路被供应AC电压。
在现代机动车中的电感式传感器中，电源电路以连接至电源的H形桥的形式存在。对H形桥的开关进行控制，从而在励磁线圈中循环电流，从而电流交替地在一个方向上、然后在以相反的方向上循环。
为了改进现代电感式传感器运转的可靠性，已知的是提供多个电源电路，每个电源电路均包括H形桥。所述电源电路不能被并联连接到电源的端子，因为这将存在短路的风险。因此，在任意给定时刻，单个电源电路是活跃的且被连接到励磁线圈，其他的电源电路则是无源的且与所述励磁线圈断开。
如果连接到励磁线圈的电源电路发生故障，其与所述励磁线圈断开，并且另一个电源电路连接至励磁线圈。
然而，对连接到励磁线圈的电源电路的故障的检测不是即时的。因此，在连接到励磁线圈的电源电路产生故障的时刻与另一个电源电路连接到励磁线圈的时刻之间，没有位置测量可以进行。
应当理解，如果由所述电感式传感器进行的位置测量对于机动车的运转来说是重要的，那么可以证明电感式传感器这种不可用性将是麻烦的。
发明内容
特别的，本发明的目的就是解决该问题。
为此，本发明涉及机动车的电感式传感器，包括：
-励磁线圈，被设计以形成电磁场，
-用于测量磁场的线圈，所述线圈被设计以提供表示在励磁线圈形成的磁场中的金属目标的位置的输出信号，
其特征在于，其包括同时并联连接到励磁线圈端子的至少两个电路，每个电路包括反相器元件和电容元件，并且与所述励磁线圈一起形成电振荡器，陔电振荡器被设计以借助电谐振在所述励磁线圈的端子处形成AC电压，所述电振荡器具有相同的谐振频率。
可根据后文中的有利的实施例来实施本发明，可以单独地或以任何技术可行的组合来考虑有利的实施例。
反相器元件有利地是反相器逻辑门。
反相器元件有利地是放大器／反相器组件。
谐振频率的值有利地介于二兆赫至六兆赫之间。
两个电路有利地集成在两个不同的集成电路中。
所述两个集成电路中的每个都有利地被设计为根据从一个或多个测量线圈接收的输出信号来确定关于金属目标的位置的一条信息。
两个集成电路有利地连接到不同的各个测量线圈。
如果电路发生故障，所述电路有利地被设计为停止运转，而其他电路被设计为继续运转而不中断。
本发明还涉及一种包括电感式传感器的机动车。
附图说明
在阅读仅以示例方式提供并且参考附图给出的以下的描述时，将更好地理解本发明，其中：
-图1：示出了根据本发明示例性实施例的电感式传感器的示意图；
-图2a-2d：示出了根据本发明示例性实施例的电感式传感器的振荡器的示意图；
-图3：示出了根据本发明示例性实施例的电感式传感器的示意图。
在这些附图中，图之间相同的附图标记表示相同或相似的元件。为清楚的原因，元件没有按比例展示，另有说明的除外。
具体实施方式
图1示出了例如位于机动车内的电感式位置传感器100，用于测量移动金属目标102的位置。在示例中，所述目标102是变速杆，踏板或节流阀的一部分。传感器100包括被涉及为形成电磁场的励磁线圈101，以及用于测量电磁场并且被设计成提供表示目标102的位置的输出信号的多个线圈103。
传感器100还包括同时并联连接到励磁线圈101的端子的至少两个电路111。每个电路111与励磁线圈101一起形成电振荡器110，该电振荡器110被设计成借助电谐振在所述励磁线圈101的端子处形成AC电压。每个电路111包括至少一个反相器元件112和至少一个电容元件113。在示例性实施例中，反相器元件112采取反相器逻辑门或放大器／反相器组件的形式。
在优选实施例中，每个电路111包括两个电容元件113和反相器元件112。反相器元件112并联连接到励磁线圈101。第一电容元件113的第一端子连接到励磁线圈101的第一端子，并且第一电容元件113的第二端子连接到电接地114。另外，第二电容元件113的第一端子连接到励磁线圈101的第二端子，并且第二电容元件113的第二端子连接到电接地114(参见图1和2a)。在一种变型中，每个电路111还包括并联连接到励磁线圈101的第二反相器元件112，其处于与第一反相器元件112相同的方向或相反的方向上(参见图2c利2d)。在一种变形中，每个电路111包括并联连接到励磁线圈101以及反相器元件112的单个电容元件113(参见图2b)。
在示例性实施例中，传感器100包括两个电路111。第一电路111的第一反相器元件112集成在第一集成电路300.1中，并且第二电路111的第二反相器元件112集成在第二集成电路300.2中(参见图3)。每个集成电路300.1、300.2连接到励磁线圈101的端子。第一集成电路300.1还连接到两个测量线圈103以及控制电路305。相同的，第二集成电路300.2还连接到两个其他测量线圈103以及所述控制电路305。控制电路305向两个集成电路300.1、300.2提供相同的电源。集成电路300.1、300.2是相同的且来源于相同的制造商，并且因此每个集成电路300.1、300.2故障的可能性在统计上不是独立的。
在一个实施例中，反相器元件112产生振荡以及每个电路111的不稳定性的条件。实际上，所述反相器元件112的增益是单一的(unitary)，并且所述反相器元件112异相180度，其用于补偿励磁线圈101的相位差。
通过每个反相器元件112所产生然后被保持的振荡由于所有电路111的电容元件113以及励磁线圈101而借助电谐振相互同步。该振荡于是具有被称作谐振频率的频率。谐振频率的值取决于电容元件113和励磁线圈101。谐振频率的值介于大约一百千赫兹与若干兆赫之间。由电路111产生的振荡基本上是具有弱的谐波含量的正弦波。在示例中，谐振频率的值介于二兆赫与六兆赫之间。
由每个反相器元件112产生的振荡通过电容元件113和励磁线圈101维持，该振荡提供了能量。因而该振荡是自由的，并且不依赖于激励电压的频率。
两个电路111因而在励磁线圈101的端子处形成AC电压。因此两个振荡器110同时运转。每个电路111因此向控制电路305传输信号，所述信号对应于与同时运转相关的信息。
励磁线圈101形成在由振荡器110产生的振荡的谐振频率处振荡的高频正弦电磁场。
目标102的位置根据将要测量的位置或角度发展。目标102的定位修改了由励磁线圈101产生的电磁场。
测量线圈103测量由励磁线圈101产生且由目标102的定位所修改的电磁场。因此，每个测量线圈103向与所述测量线圈103相关联的集成电路300.1、300.2提供输出信号，所述输出信号对应于被测的电磁场并且因此表示机械目标102的位置。每个集成电路300.1、300.2因此接收与两个不同测量线圈103所测量的电磁场对应的两个输出信号。每个集成电路300.1、300.2将来源于测量线圈103的输出信号组合以确定关于目标102位置的信息。根据其他的示例，每个集成电路300.1、300.2可仅连接到一个测量线圈103，每条位置相关信息然后仅基于一个输出信号来确定。每个集成电路300.1、300.2然后将位置相关信息传输到控制电路305，控制电路305然后通过常规的方法确定目标102的角度或位置，例如，借助于组合位置相关信息的可能值与目标102的位置的各个值的图。大于或等于二的由控制电路305所接收的位置相关信息条的数量使得在操作可靠性是重要的应用中可能提供冗余，因为如果集成电路300.1、300.2之一故障，则仍然可以从其他集成电路接收一条位置相关信息。
如果电路111发生故障，则所述电路111停止运转，而其他电路111继续运转而无中断。因而即使电路111故障，也能持续不断地产生振荡。运转可能停止的原因包括例如对相关联的集成电路300.1、300.2的重启、在所述集成电路300.1，300.2与励磁线圈101之间的破坏的连接、所述集成电路300.1、300.2的诊断状态，或所述集成电路300.1、300.2的掉电。
如果由控制电路305向两个集成电路300.1、300.2提供的共同供电发生故障，则根据技术安全要求，两个集成电路300.1、300.2将不再运转并且不再产生信号。
如果励磁线圈101发生故障，两个集成电路300.1、300.2处于诊断状态，这指示传感器100的故障。
在一种变型中，电路111的数量以及因此集成电路的数量大于二。
Claims (9)
1.一种用于机动车的电感式传感器（100），包括：
-励磁线圈（101），被设计以形成电磁场，
-线圈（103），用于测量磁场并被设计为提供表示在励磁线圈（101）形成的磁场中的金属目标（102）的位置的输出信号，
其特征在于，其包括同时并联连接到励磁线圈（101）的端子的至少两个电路（111），每个电路（111）包括反相器元件（112）和电容元件（113），并且与所述励磁线圈（101）一起形成电振荡器（110），该电振荡器被设计成借助电谐振在所述励磁线圈（101）的端子处形成AC电压并且同时运转，所述电振荡器（110）具有相同的谐振频率，每个电路（111）传输对应于与同时运转相关的信息的信号。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，反相器元件（112）是反相器逻辑门。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，反相器元件（112）是反相器/放大器组件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，谐振频率值介于二兆赫与六兆赫之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，两个电路（111）集成在两个不同的集成电路（300.1，300.2）中。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述两个集成电路（300.1，300.2）中的每个被设计为根据从一个或多个测量线圈（103）接收的输出信号来确定关于金属目标（102）的位置的信息。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，两个集成电路（300.1，300.2）连接到不同的各个测量线圈（103）。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器，其特征在于，如果电路（111）发生故障，则所述电路（111）被设计为停止运转，而其他电路（111）被设计为继续运转而不中断。
9.一种机动车，其包括根据前述任一项权利要求的电感式传感器（100）。
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