CN104823026B - 具有减小的偏差电压的位置检测组件以及使用这样的组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明目标在于通过修改用于信号的处理的元件（100）的安装架构来去除在感应类型的传感器中的被称为“偏差电压”的测量误差。为做到这点，处理来自次级绕组（1'a，1'b）的信号的设备的架构被这样修改：该传感器的放大器（38a，38c）被放置在低通滤波器（36a到36d）和传感器的输出端部（31，32）之间，来自两个次级绕组（1'a和1'b）的电压在包括电阻（30a，30c）和电容（32a，32c）的RC滤波器中通过，来自次级绕组（1'a和1'b）中的每个的电压在两个复用器（34a，34b或34c，34d）中通过，其中的一个仅让正的交流半周通过，另一个被布线以便仅让负的交流半周通过，并且这些复用器（34a，34b或34c，34d）的未被使用的输出被接至次级绕组（1a，1c）之间的公共点（33），低通滤波器（36a到36d）被放置在复用器（34a，34b或34c，34d）的每个与放大器（38a，38c）之间。

Description

具有减小的偏差电压的位置检测组件以及使用这样的组件的 方法

技术领域

本发明有关于具有减小的偏差电压的运动部件的位置检测组件，该运动部件包括感应类型的位置传感器以及该传感器的信号处理设备。传感器的电压测量误差—称为偏差电压—对应于运动部件的位置的测量值与该部件的实际位置之间的差异。

背景技术

因此，在主要的应用上（但并非是排它的），本发明涉及由转动传感器给定的位置测量的改进。这些转动传感器在工业自动化领域中具有大量应用，特别是每当需要以足够的精度监测运转中的机械元件的位置时。例如，一贯的是监测每分钟旋转直到15000转的马达的角度位置。

感应类型的位置传感器借助于对根据运转中的部件的元件的位移而变化的电流或电压的分析来给定机械部件的位置。这种运动元件可能或者是该部件自身，或者是被称为目标的运动元件—被固定所述部件上并且能够得知其位置。要分析的电压—在平坦的感应传感器的情况下—被由通行于固定电路（被称为初级电路，通常在平坦表面上以环路的形式布置）的高频交流电流感应出。该高频交流电流在至少一个次级电路中感应出与通行于该次级电路的强度相同的频率的磁场。

次级电路同样是固定的。每个次级电路被放置在接近初级电路的表面的平坦表面上，形成至少两个环路，对于这至少两个环路而言，初级电路和次级电路的环路之间耦合在每个次级电路的环路中创建磁通量。运动目标切割磁通量的通路，并且结果由环路中的磁场所感应出的电压按照在这些环路之前的目标的位置而变化。

感应传感器可以具有平坦的构造，但是也可以具有轴向的构造，具有呈螺线管形状的初级电路和次级电路，以及在初级电路的螺线管和次级电路的螺线管之间前进和后退的圆柱形状的目标。就对次级电路的端部处的电压进行分析的方面来说，结果是一样的。

电压的测量是在次级绕组t的端部处作出的，并且所测量的电压描述在负的最小值和正的最大值之间的类似于正弦曲线的曲线。在其中安放了两个次级电路的经典情况下，一个次级绕组的曲线是正弦曲线并且另一个次级绕组的曲线是余弦曲线。

在次级电路的端部处采集的电压的结果首先被处理以被实现为如下形状：首先，由解调去除因初级电路的电流所致的高频分量，然后进行根据来自次级电路的被称为正弦信号和余弦信号的信号的计算，借助于反正切函数来提供目标的角度位置。

这些信号的处理例如被描述于专利文献FR 2542468、EP 0182085或EP 0468642中。其主要使用在次级绕组的输出端部与传感器的输出端部之间的以下的设备：

●连结在每个次级电路的端部处的放大器，用于放大从一个或从另一个次级电路接收到的信号；优选地，每一次级电路一个放大器，同时地处理两个电路，这允许不使信号的处理延迟；

●具有解调和低通滤波器的信号塑形电路；解调由被连接成开关（还被称为“switch（开关）”）的复用器执行。在塑形电路的输出处，获得对应于次级电路的呈正弦形状的信号，并且对于另一个次级电路，获得呈余弦形状的信号。

表示目标的位移的这些正弦信号由于寄生脉冲（请参照图2的标注10,11和13）而变形。这些变形在下文中如图1和图2所图解那样的正弦曲线中表现为寄生信号，寄生信号在目标的角度位置的计算中引起误差。这些寄生信号10,11和13对于根据现有技术的传感器的构造来说是固有的，并且主要因以下的两个设备所致：放大所测量的值并且还放大误差的放大器，以及充当解调器的切换器。实际上，这些切换器的输出之一不连接到任何元件，该输出在复用器被连接在放大器的伺服环路中时将寄生脉冲注入到该环路中。

发明内容

本发明目标在于通过优化用于处理并且用于分析信号的元件的安装架构来去除被称作偏差电压的这些测量误差，以便最小化这些偏差电压的影响。

更准确地，本发明的目的在于一种具有减小的偏差电压的用于测量运动元件的位置的检测组件。该组件包括配备有固定的初级绕组、一个或多个固定的次级绕组的感应类型的传感器；以及运动元件，适于修改在次级绕组中创建的磁场以感应出指示该运动元件的位置的信号。该组件还包括与传感器的次级绕组的输出相接的该传感器的信号处理设备，该信号处理设备尤其包括信号放大器；以及经由低通滤波器接至输出端部的复用器。在该组件中，放大器被从一侧连接到低通滤波器并且被从另一侧连接到传感器的输出端部。

在对信号进行处理之后从传感器的输出端部的一侧插入放大器，而不是把放大器插入到次级绕组的输出端部那一侧提供如下优点：对其寄生脉冲已经被清除的信号进行放大。

根据有利的特性，根据本发明的检测组件包括：

●至少一个RC滤波器（即包括电阻R和电容C的滤波器），来自每一次级绕组的电压通过所述至少一个RC滤波器，这除去在测量电路中的不想要的电荷注入；

●并联连接的两个复用器，来自每个RC滤波器的电压通过所述两个复用器中的每个，并且所述两个复用器适于在低通滤波器和位于次级绕组之间的公共点之间进行切换，以便消除这些电压高频分量。

有利地，利用被连接在固定的次级绕组之间的公共点处的复用器的输出的布线，减小归因于复用器的切换的电脉冲对测量结果的影响。此外，在RC滤波器被插入在次级绕组的输出端部和复用器之间的情况下，由复用器的操作所创建的寄生脉冲具有显著缩短的持续时间。

本发明还有关于一种减小来自其中使用了上述检测组件的感应类型的位置传感器的信号的偏差电压的方法。该方法在于：相继地并且以如下这种顺序处理来自检测组件的次级绕组的信号：

●进行RC滤波，

●进行用于对信号进行解调的复用，

●进行低通滤波以去除该信号的高频分量，以及

●在通过所述传感器的输出端部之前进行放大。

附图说明

从本领域技术人员看来，本发明的其它信息、特性和优点在参照随附各图阅读随后的非限制性的描述的情况下将变得明显，随附各图分布表示：

—图1是根据现有技术的用于处理所接收到的信号的传感器的一部分的实施示意图；

—图2是在根据现有技术的传感器的放大器的输出处的电压曲线的表示示图；

—图3是根据本发明的检测组件的信号处理设备的实施例的示意图；以及

—图4是在根据本发明的检测组件的复用器的输入处的电压曲线的表示示图。

具体实施方式

图1图解用于测量运动元件或目标M的位置的现有技术的检测组件D，检测组件D包括感应类型的传感器C和目标M，感应类型的传感器C配备有初级绕组1b、两个次级绕组1a和1c，目标M适于修改在次级绕组1a、1c中创建的磁场以感应出指示目标M相对于传感器C的位置的信号。图1还根据现有技术图解了传感器C的专用于处理位置信号的部分200。该架构被详细表现于所述传感器C的两个次级绕组1a及1c和所述传感器C的处理部分200的两个输出端部31及32之间。

在次级绕组1a和1c的端部处的电压Va和Vc是对两个正弦电压的调制：源自通过传感器C进行的对目标M的位置的测量的电压，以及由在初级绕组1b中流动的高频电流感应出的高频电压。在次级绕组1a和1c与输出端部31和32之间的架构允许通过除去高频电压并且通过仅保持源自对目标M的位置的测量的电压来对两个电压Va和Vc进行解调。该架构允许最大程度地消除寄生脉冲。

为了执行这些解调和滤波操作，根据现有技术的架构包括：放大器2a、2c；复用器5a到5d以及低通滤波器9a到9d。

放大器2a或2c连结于每个次级绕组1a和1c的端部，以20到50量级的因数放大所接收到的信号。

来自次级绕组1a（相应地1c）并且由放大器2a、2b放大的信号经受具有电压Va（Vc）的频率的同步解调。其随后被分到两个电路上：正的交流半周通过被连接成开关5a（5c）的复用器以及低通滤波器9a（9c），并且负的交流半周通过被连接成开关5b（5d）的复用器以及低通滤波器9b（9d）。

复用器5a、5b（5c，5d）在电荷发送之时将寄生脉冲注入到信号处理电路中。此外，复用器5a到5d的输出7a到7d未被连接，并且每当复用器的状态改变，寄生脉冲就被传输到处理电路中。

在端部31处的输出信号Ssin为正弦形状并且在端部32处的输出信号Scos同样为正弦形状，并且因为两个次级绕组1a和1c的成90˚的电布线，所以被从信号Ssin偏移90˚。

如通过图2的示图图解的那样，在放大器2a或2c的输出处测量的每个电压Vs为高频正弦形状。该正弦曲线的幅度根据目标的角度位置θ而变化。

不过，该正弦曲线每一周期呈现出很多不规则性：在此为两个寄生脉冲10和11，并且变形13形成凸肩。这些电压不规则性主要是因复用器5a到5d的操作所致。在解调步骤之后，这些不规则性构成“偏差电压”并且使关于传感器C应当监测的目标M的位置而重建的信息出错。

图3示出根据本发明的适于显著地减小被升高的电压的不规则性的检测组件D'的信号处理设备100的实施例。该架构在图3上被详细表现于传感器C'的两个次级绕组1a及1c和传感器C'的输出的两个端部31及32之间。

在次级绕组1a（相应地1c）的端部处连接有RC滤波器，即包括电阻30a（30c）以及电容器32a（32c）。该滤波器形成呈现为具有电感L的次级绕组1a（1c）的环路Ba（Bc）的RLC电路。该RLC滤波器被用于消除在电荷发送之时由复用器34a，34b（34c，34d）在信号处理设备100中创建的寄生脉冲。

该RLC电路的构件被选取以便使这些电荷的影响最小化—于是寻求高的电容值—同时借助于实现微小的R×C值来避免将环路Ba（Bc）转换为谐振电路。为此目的，因此寻求折中。在所图解的示例中，电阻R被选取以使得：

其中，L：次级绕组1a（1c）的电感的值，

C：电容器32a（32c）的电容的值，以及

R：电阻30a（30c）的值。

来自次级绕组1a（1c）并且被RC滤波器滤波的信号随后通过以在低通滤波器36a，36b（36c，36d）和位于两个次级绕组1a和1c间的公共点33之间进行切换的方式并联安装的两个复用器34a，34b（34c，34d）。在该示例中，复用器34a仅让信号的正的交流半周通过，负的交流半周被传导至公共点33。以类似的方式，借助于相对于先前反置的安装，复用器34b仅让负的交流半周通过，正的交流半周被传导至公共点33。

被低通滤波器36a，36b（36c，36d）滤波的信号的交流半周然后通过以数十的量级的因数对信号进行放大的放大器38a（38c）。处于处理末端的放大允许提供去掉了不规则性的正弦输出信号S'sin（S'cos）而不会引入新的不规则性，并且输出信号具有依照目标M的位移的正弦形状。

由于次级绕组1a（1b）被安装以便提供相对于彼此被偏移90˚的正弦电流，因此两个输出信号S'sin和S'cos同样被偏移90˚。

参照图4的示图，该示图用于根据本发明的位置检测组件D'而与图2的示图相对应，复用器的输入处的电压Vs'被依照时间来进行图解。该电压Vs'针对复用器34a和34b而被测量于端部a1/b3和地之间，或者针对复用器34c和34d而被测量于端部c1/d3和地之间。其为准正弦形状。该正弦曲线每周期仅呈现两个细小的寄生脉冲40和42，并且未呈现出变形（如在图2上可见的呈凸肩13形状的变形）。

本发明不限制于所描述和表示的实施例。因此本发明还能够适配于不同形式的感应传感器或者“旋转装置”：具有被实现在平坦表面上的初级和次级绕组的平坦构造，或者呈螺线或螺线管的构造。

此外，在不脱离本发明的框架的情况下，对在次级绕组的输出上获得的信号带来的改进能够适配于不同类型的传感器或旋转装置，例如：电磁的、感应的或电容的传感器或旋转装置。

另外，本发明应用于包括一个或多于两个次级绕组的传感器。实际上，具有单一次级绕组的简单传感器提供被由根据本发明的设备处理的单个S'sin或S'cos类型的正弦信号。当传感器具有多于两个的次级绕组时，获得同样被由根据本发明的设备处理的S'sin或S'cos类型的其它的信号。

Claims (2)

1.一种具有减小的偏差电压的用于测量运动元件（M）的位置的检测组件（D'），包括：

感应类型的传感器（C'），配备有：

—固定的初级绕组（1b），

—固定的一个或多个次级绕组（1a，1c），

运动元件（M），适于修改在次级绕组（1a，1c）中创建的磁场，以感应出指示该运动元件（M）的位置的信号，以及

与传感器（C'）的次级绕组（1a，1c）的输出相接的该传感器（C'）的信号处理设备（100），包括：

—至少一个RC滤波器，包括电阻（30a，30c）和电容（32a，32c），来自次级绕组（1a，1c）的电压通过所述至少一个RC滤波器，

—两个复用器（34a，34b；34c，34d），经由低通滤波器（36a，36b；36c，36d）接至传感器（C'）的输出端部（31，32），并且被并联连接，来自RC滤波器（30a，32a：30c，32c）中的每一个的电压通过所述两个复用器中的每个，

—信号放大器（38a，38c），被从一侧连接到低通滤波器（36a，36b；36c，36d）并且被从另一侧连接到传感器（C'）的输出端部（31，32），

所述检测组件（D'）特征在于，复用器（34a，34b；34c，34d）在低通滤波器（36a，36b；36c，36d）和位于多个次级绕组（1a，1c）间的公共点（33）或单个次级绕组的端部之间进行切换。

2.一种减少来自使用根据前述权利要求的检测组件（D'）的感应类型的位置传感器（C'）的信号的偏差电压的方法，其特征在于，相继地并且以如下这种顺序处理来自检测组件（D'）的次级绕组（1a，1b）的信号：

进行包括电阻（30a，30c）和电容（32a，32c）的RC滤波，

进行用于对信号进行解调的复用，

进行低通滤波以去除该信号的高频分量，以及

在通过所述传感器（C'）的输出端部（31，32）之前进行放大。