CN106030296A - 用于确定至少一个物理参数的传感器配置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过至少一个周期激励来激发的传感器单元来确定至少一个物理参数的传感器配置，包括检测区域，在检测区域内，传感器单元周围的参数的变化导致来自传感器单元的输出信号。传感器单元是有线的，使得如果在检测区域的参数没有变化，则在传感器单元的输出端处的输出信号为零信号，然而，如果检测区域的参数存在变化，则输出信号为非零信号且具有振幅和相位。借助于闭环控制，即使在检测区域内的参数发生变化，在接收路径上的非零信号被调整为实现处于零的调整状态。在用于该调整的控制信号中固有的是调整状态下的控制信号偏差(⊿x，⊿y)，偏差表示关于参数的信息。为建立能够清楚确定检测区域内物理参数值的传感器配置以及方法，在控制信号的相空间的为矢量分离形式的偏差(⊿x，⊿y)的四象限图表示中，虚矢量(2.6)相对于x、y坐标系的x轴的角度表示对沿某一方向的参数变化的测量、和/或虚矢量(2.6)的大小表示对沿其他方向的参数变化的测量，所述虚矢量从x、y坐标系的原点(2.7)到测量点(2.5)并且所述原点对应于调整状态。

Description

用于确定至少一个物理参数的传感器配置及方法
相关申请的参考
本发明涉及且要求于2013年12月20日提交的德国专利申请10 2013 226 887.4以及2014年5月23日提交的德国专利申请10 2014 007 491.9的权益，在此通过引用明确地将其公开内容结合至本申请的主题中。
技术领域
本发明涉及根据权利要求1和16的序言的用于确定至少一个物理参数的传感器配置和方法。
背景技术
从现有技术中已知借助传感器单元来确定至少一个物理参数的最多样化的方法。倘若物理测量值转换为电力值，这些测量方法通常有一个共同点：依赖于温度，这一点在下文中将参考感应测量系统进行解释，甚至这些陈述也适用于其他需要的测量原则，比如电容、电阻、电学或化学测量系统，假定物理测量值转化为电气值。
构成权利要求1的序言的基础的WO 2012/104086 A1公开了一种定位金属或含金属的物体和材料的方法，该方法相对彼此控制至少两个发送线圈的电流，使得即使受金属影响时，相对彼此连续控制由至少一个接收线圈接收到的接收信号或从接收信号生成的解调相位的平均值，以给出零值。在这种情况下，检测到的控制值至少为0度和90度的值且在其计算中不应忽略不计，这样可实现位于检测区域内的金属物体的准确分析。通过该方法，尽管可以分析金属物体，但不能明确地辨认在特定测量方向上的物体的运动。
德国专利申请DE10 2012 001 202 A1描述了一种传感器，该传感器包括线圈配置，在线圈配置中，线圈的正常环形绕组被配置为弯曲形。两个发送线圈和一个接收线圈配合，使得接收到的信号变为零。在这种情况下，各个发送线圈优选地设置在接收线圈的上面和下面。这些发送线圈具有略不同于接收线圈的旋转角度，从而借由传输电流的分布，可控制接收线圈内的信号以给出零值。
发明内容
以此为出发点，本发明的目的是提供能够得出关于检测区域内的物理参数值的明确结论的传感器配置和方法。
该目的是通过包括权利要求1的特征的传感器配置以及通过包括权利要求16的特征的用于确定至少一个物理参数的方法来实现的。
倘若物理测量值转换为电力值，本发明起源于下面通过感应接近传感器实例解释的考虑，虽然该方法也可按照要求用于其他测量原理，比如电容性、电阻式、光学和化学测量系统。典型地，这种传感器传递的电力值非常小，使得在评估这些信号之前，进行放大对应信号的处理。尽管今天微处理器内的A/D转换器已经非常敏感以将模拟信号转换为数字信号，但在一些传感器中，值的变化非常小，仍旧需要检测，以至于甚至超出了这种A/D转换器的能力。本发明以可用同样小但数字化生成的信号补偿这种小信号为出发点来给出零值。该“零信号”那时可以放大到任何期望水平且提供给微处理器的A/D转换器。如果该零信号通过闭环控制一直保持为零，系统中放大时引起的外部影响以及因此产生的变化对控制值不再有任何影响。
本发明大体上基于在接收路径中确定的信号同时包含关于物理参数的信息和示例性实施方式中线圈系统的检测区域内目标的形状和/或成分或者目标表面的尺寸这种实现。
原则上，控制值的偏差也包含一条关于物理参数的信息，比如与传感器配置的距离。然而，这条信息不能单独从其他物理参数信息中获得。因此，在目标的位置运动的情况下，关于与传感器配置的距离的信息由目标在横向于距离方向的方向上的运动信息来覆盖。在此，在根据权利要求4或18的实施方式的情况下，目标的运动或位置由形状和/或构成的变化来确定，与目标到线圈系统的距离无关。如果根据权利要求处理该条信息，则关于物理参数的进一步期望的信息可以用差分的方式推理出来。正如现有技术已知的，接收路径中的信号连续控制发生在闭环控制电路中，使得一直控制接收的信号以给出零值。因此，发送/接收线圈系统的检测区域内的变化总是导致控制信号的变化。因此，来自补偿条件的偏差作为用于检测物理参数(比如目标位置)的一条信息在控制信号中是固有的。
一旦已计算出来控制变量，如果来自补偿初始条件的控制变量的偏差以矢量分析形式应用到控制信号的相空间的四象限图中，那么可根据本发明在四象限图中建立：虚矢量与坐标系横轴的角度(其中矢量从与补偿条件对应的坐标系的原点到测量点)是对在一个方向上的参数的变化的衡量和/或虚矢量的大小是对在其他方向上的参数的变化的衡量。在测量方向上优先进行目标位置检测的情况下，虚矢量和横轴构成的角度是测量目标在测量方向上的运动，而虚矢量的大小是衡量目标垂直于测量方向的距离。因此，在测量方向上的目标的运动/位置可分别从垂直于测量方向的目标的距离/运动来推测，或根据目标可推测目标的构成和形状。
这具有优势，例如在旋转轴或具有圆锥、旋转对称形状的其他旋转体的情况下，沿旋转轴线的运动可从在横向于该旋转轴线的方向上发生的运动中单独检测到。因此，倘若目标位于发送/接收线圈系统的检测区域内，可从测量结果中过滤掉距离和公差。
优选地，可能的测量方向是坐标测量系统的所有方向。在此，目标可构造为弓形的或事实上是旋转对称的圆锥形，和/或可安装在在主体的表面上，检测在主体的表面上的运动。原则上，倘若测量方向上的目标的变化对线圈系统具有影响，则任何期望的形状或构成是可用的。
至于旋转体，利用用在角位置上偏置安装在旋转体上的多个目标或与目标关联且连接的多个发送/接收线圈系统在整个角范围内观察旋转体是可能的。
如果有多个目标，这些目标可具有不同的谐振频率。换句话说，各个目标采用能影响矢量图中信号(signature，签名)的形式，这样，可清楚地评估目标的运动。优选地，这些目标在测量方向上逐渐变细，其中这些目标的尖端优选地设置在相反方向。这就导致，当目标运动时，四象限图内的感应信号留下较大轨迹，可较好地用于评估目标的运动以及目标距离发送/接收线圈系统的距离。如果导电轨迹，尤其是，谐振电路用作目标，可因此进一步影响感应信号，且可实现比主发明高20倍的灵敏度。
术语“零信号”可理解为除了噪音外不包含任何信息的信号。尤其是，可理解为在交流电压下不存在相位或实际振幅。尤其是，在该背景下，直流电压和/或嘈杂直流电压可理解为零信号。作为特例，0伏的信号也可被理解为零信号。
进一步的优势从子权利要求和下面给出的优先示例性实施方式的描述而变得显而易见。
附图说明
下面参考示例性实施方式将更详细解释本发明。在图中：
图1示出系统部件的示意性方框电路图，
图2示出评估测量值时的过程的流程图，
图3示出具有关联发送/接收线圈系统的目标的三维侧视图，
图4a、图4b示出根据图3的目标沿n轴移位和目标沿测量轴m移位的插图的平面图，
图5、图6示出控制信号的偏差的四象限图，
图7、图8示出目标和具有旋转目标的发送/接收线圈配置的平面图和侧视图，
图9a、图9b示出根据图7的具有两个发送/接收线圈系统的示例性实施方式的图示，
图10示出根据图9a和图9b的两个发送/接收线圈系统的信号分布曲线，
图11、图12示出用于检测轴旋转的传感器配置的不同实施方式，
图13示出具有钟控(clock-operated)发送线圈和接收线圈的发送/接收线圈系统的示意性电路，
图14a、图14b示出替代发送/接收线圈系统的示意性电路，
图15、图16示出平面图内在发送/接收线圈系统上方的目标配置的不同示例性实施方式，
图15a、图16a示出基于系统偏差Δx,Δy的四象限图内各个目标获得的感应信号，
图17示出在控制从发送/接收线圈系统接收到的信号以给出零值的过程中的信号分布曲线，以及
图18示出关于信号处理的示意图。
具体实施方式
现在将通过实例以及参考附图更详细解释本发明。然而，示例性实施方式仅仅是实例，并不意味着将发明构思限定在特定配置中。在详细描述本发明之前，应指出本发明并不限定于装置的各个构成零件和各个方法步骤，这是因为这些构成零件和方法步骤是可改变。在此所用到的术语仅是为了描述特定的实施方式而不是限制性地使用。另外，除非整篇文章清楚表明，否则描述或权利要求中使用的单数或不定冠词也可指多个元件。
在此，倘若物理测量值转换为电力值，本发明下面将参考感应接近传感器的实例进行解释，虽然该方法也可根据要求用于其他测量原理，比如电容性、电阻式、光学和化学测量系统。为此，图中的发送/接收线圈系统1.1仅需要用以相应不同方式运行的传感器单元来替代。
感应传感器配置的基本结构根据图1的方框电路图进行描述。该基础结构大体上对应于从WO 2012/104086 A1获知的结构。
在感应接近传感器中，为确定图3至图9b、图11和图12所描述的比如至少一个目标1.2的至少一物理参数，设置至少一个发送/接收线圈系统1.1作为传感器配置的一部分。在示例性实施方式中，例如，检测目标的位置或材料类型。发送/接收线圈系统1.1按照图3的描述构建检测区域10。发送驱动器(transmission driver)1.3以发送信号1.4的形式传递周期激励到发送/接收线圈系统1.1的发送线圈，优选地，例如以200kHz的发送频率。例如，发送/接收线圈系统的发送信号可以是方波信号或正弦信号。发送/接收线圈系统为如下几何形状和/或校准为：使得当在检测区域没有目标时，从发送信号1.4发射出的接收信号为零。在图1的示例性实施方式中，检测区域10内的目标在发送/接收线圈系统1.1的接收路径1.7内引起非零信号的感应效应，该信号具有特定振幅和相位。
发送/接收线圈的构建例如可以如在德国专利申请DE 10 2012 001 202 A1中的那样。在此，线圈正常圆形的绕组大体被配置为波形形状，使得接收信号变为零。其中，发送线圈相对于接收线圈稍微偏移一转动角，这样，通过传输电流的分布，可控制接收线圈内的信号以给出零值。该线圈系统因此包括至少两个独立线圈零件。下面将连同图13、图14a和图14b进一步讨论发送/接收线圈系统的具体电流。
关于振幅和相位以及关于具有发送线圈和接收线圈的发送/接收线圈系统的具体构建，读者可参考WO 2012/104086 A1的解释。总而言之，该文件清楚表明，由于发送时钟信号，发送信号1.4具有周期性时钟频率，因此，检测区域10内的目标1.2引起通过以0度(180度)和90度(270度)解调1.8能够确定的振幅和相位。在解调期间，示例性实施方式的振幅部分与发送时钟信号的两个时钟相位相关联。其中，关于发送时钟信号，解调相位在哪并不重要，那只是表明了，解调相位彼此之间偏移90度。例如，从解调相位获得的这些DC信号通过模拟数字转换器1.9来测量且发送到微控制器1.10。微控制器1.10驱动闭环控制电路内的控制驱动器1.5，以便控制信号1.6传递到接收路径1.7，使得接收路径1.7内的信号为零。在解调前，可将接收路径1.7内的信号放大到几乎任何所需的程度，因为在原则上在信号中只存在来自补偿条件的偏差。
通过微控制器1.10实施信号准备、测量值的解释以及控制。发送驱动器1.3、控制驱动器1.5、解调1.8以及模拟数字转换器1.9可在外部构建或与具有合适的周边设备的微控制器一起可形成在微控制器的内部。因此，图1的虚线框内描述的部件可以是微控制器的构成零件。
借助于控制信号1.6，控制驱动器1.5总是确保在接收路径内例如通过目标1.2触发的非零信号被补偿为零。这样，控制信号在其相位和振幅下准确复制发送/接收线圈系统上的目标1.2的电磁效应。在此，来自补偿条件的偏差Δx、Δy作为用于检测目标位置的一条信息在控制信号1.6中是固有的。因此可评估这条信息。
根据图3、图4a和图4b，为了该目的，通过在测量方向m变化的目标1.2的形状作为作用于感应信号的测量变量，也就是说，例如，以四象限图内出现的偏差Δx和Δy的方式作用于感应信号。如果唯一重要的标准是与测量配置的距离，那么目标也可采用均匀形式。
图3、图4a和图4b涉及在特定测量方向m或与特定测量方向m相反的方向上逐渐变细的目标1.2。代替逐渐变细的目标，对感应信号起作用的其他形状和非均匀构成或材料组成也是可想到的。例如，目标在测量方向m上也可逐步改变其形状。目标1.2的组成在测量方向m上改变也是可想到的，因为例如使用了非均匀构成。唯一的标准是，如图1的示例性实施方式，由至少两个线圈形成的发送/接收线圈系统1.1具有检测区域10且连接为使得当在检测区域不存在金属影响时，发送/接收线圈系统1.1的输出端处的输出信号为零信号。如果检测区域10内有目标1.2，则输出信号为非零信号且具有特定的振幅和相位。在闭环控制电路中，为实现补偿条件，即使在目标1.2存在的情况下，该非零信号借助控制信号1.6在检测区域10内被补偿以给出零值。在这种情况下，来自补偿条件的控制信号的偏差Δx和Δy，作为用于检测目标1.2的位置的距离信息在控制信号1.6中是固有的。换句话说，控制偏差包括未清楚归属的物理参数信息。控制信号的这些偏差Δx和Δy以矢量分析的形式应用到控制信号的相位空间内的四象限图的x,y坐标系中，其中，x,y坐标系的原点2.7对应于发送/接收线圈系统1.1的补偿条件，其中，控制信号为零或校准为零。控制信号的变化将在下面更详细讨论，信号的变化导致在控制信号的偏差Δx和Δy的四象限图内从原点2.7到测量点2.5之间的虚矢量2.6和x,y坐标系的x轴形成的角度是对目标1.2在测量方向m上的运动的测量，也就是，测量在一个方向上或沿刻度的物理参数值。进一步地，虚矢量2.6的大小是对垂直于测量方向m的目标1.2的距离的测量，也就是，测量在其他方向上或沿其他刻度的物理参数值。
在更详细讨论之前，首先，将根据图2参考流程图解释方法序列。一旦系统启动，在步骤100中，首先进行校正，且根据步骤101进行适当补偿。为此，首先，在步骤102中输入模拟数字转换器1.9的值。根据测量值，在步骤103中通核实是否需要补偿。因此，在步骤104中，微控制器1.10指定控制驱动器1.5的值以补偿系统中的任何公差。对发送时钟信号的两个相位执行该过程直到A/D转换值达到预定值，例如，A/D转换器的动态范围中心。典型地，该过程仅持续几毫秒。此后，补偿线圈系统的公差和任何环境影响。如果只是步骤105的结果是需要校准，那么A/D转换的测量值存储在步骤106且从那时起充当系统的校准零点。
现在开始实际测量，也就是说，测量目标1.2对感应系统的影响。根据步骤108，该影响从校准零点给出偏差Δx和Δy。从这些偏差中，可确定感应信号，也就是根据步骤109，衡量测量方向m上的目标1.2的位置或运动，以及根据步骤110衡量垂直于测量方向m的补偿条件下的目标1.2的距离。可在查找表中互相引用这些值，查找表是根据步骤111的值形成的表，以确定材料的构成。然而，这些值也用来确定于测量方向m上的目标1.2的位置、形状和距离。以这种方式确定的值可根据步骤112随后被显示。该方法继续运行，也就是，步骤112后，系统跳回到步骤102。只有当系统停止不用的时候，这种连续控制才结束。
返回图3，示出具有楔形锥状的目标和发送/接收线圈系统1.1的结构。在此应用中，应用了坐标系m、n、n，这样，以发送/接收线圈系统1.1为起点，m轴定义了测量轴上的该系统的位置变化，而其中一条n轴的位置变化是垂直于测量轴延伸的目标的位置变化。沿其中一条n轴的运动因此改变了发送/接收线圈系统的目标1.2的距离。两条n轴因此垂直于m轴。图3示出这种系统的三维侧视图；图4a和图4b示出平面图。目标1.2向图4a的虚线描述的区域的运动因此是沿n轴的运动且示出例如相对于发送/接收线圈系统1.1的横向于m轴的位移。相反地，根据图4b的运动是在m轴方向的运动，优选地，测量方向。
目标1.2在图中仅图示地描述。在一定范围内，对于测量方向的测量，m轴和测量系统不受关于n轴的公差影响。如果用旋转对称的锥形目标代替楔形的目标，系统完全对关于m轴的旋转偏差不敏感，而仍旧测量沿m轴的变化。
从示出应用到四象限图的信号的图5和图6中，这一点非常明显。测量值曲线2.1到2.4是通过将楔形目标沿m轴穿过检测区域10形成的且沿m轴具有四个不同的距离。可以看出随着距离变小，从测量值曲线2.1到测量值曲线2.4的位置曲线远离原点2.7。因此，曲线2.1示出了目标与传感器之间具有大距离的信号分布曲线，而曲线2.4示出了目标与传感器之间具有小距离的信号分布曲线。与此同时，可以看出曲线是按比例的(scaled)。如果目标1.2在测量方向m移位而在垂直于测量方向m的方向(比如n轴方向)上没有移位，则虚矢量2.6的方向或在x轴和从原点2.7到测量点2.5之间的虚矢量2.6形成的角度发生变化。因此，矢量的方向仅仅表示目标1.2在测量方向m上的运动测量。事实上，这意味着，例如，大约50mm长的具有2mm-7mm的逐渐变细形状的目标引起矢量和x轴形成的角度在21.5度和46.2度之间变化。
如果存在垂直于测量方向m的运动且在n方向没有沿m轴的位移，那么从原点2.7到测量点2.5之间的虚矢量2.6的大小发生变化。在这种情况下，矢量的大小表示目标与线圈系统的距离。然而，描述感应信号的矢量的方向仍旧相同。因此，矢量的大小仅表示目标位置，也就是说，目标到线圈系统的距离。
图5中示出的信号分布曲线仅仅是个示例。在目标具有不同材料或不同形状的情况下，也可在其他象限生成具有不同目标特定信号分布曲线的信号。因此，例如，图6示出在第三象限的应用。
为从这些示图识别目标1.2相对于线圈系统的位置和距离，将解译根据图2确定的控制信号的偏差Δx和Δy，使得在步骤108中，矢量BV的大小由来自校正的零点的偏差的均方根中产生，也就是说：
值的大小对应于目标1.2与线圈系统的距离。沿m轴的目标的位置从虚矢量2.6的方向生成：
Si表示感应信号且对应于沿m轴的位置。值BV和Si可用作进一步的应用中的数值。使用为对应应用生成的特殊算法或为振幅的标准值和感应信号存储的对应应用生成的值的表，可依据应用且根据步骤11推测不同测量变量。可能的测量变量包括，例如：
-沿m轴的目标的位置和与m轴的距离
-目标的组成和距离
-目标的形状和距离
通过虚矢量2.6的方向或虚矢量2.6和x轴形成的角度确定第一测量变量(Si)，并且通过该矢量的大小确定第二测量变量(Bv)。
根据图7和图8，图3中描述的结构也可用作旋转系统。在此，逐渐变细的弓形目标1.2在线圈系统1.1的上方相对于旋转轴3.3旋转。在一定限度内，测量系统再一次不受平行于或垂直于旋转轴3.3的位移公差的影响。
在这种情况下，可无间隙地检测到360度的旋转，可根据图9a和图9b结构化目标1.2。在此，目标锥形端邻接目标的另一端。为此，例如，可使用至少两个发送/接收线圈系统1.1，这样目标1.2从始到终过渡产生的信号跳跃不会导致误译。图10示意性示出了当用两个发送/接收线圈系统进行测量时在目标1.2的不同旋转角度位置产生的信号。第一发送/接收线圈系统生成第一信号分布曲线5.1，而第二发送/接收线圈系统生成第二信号分布曲线5.2。测量时，当达到转换点5.3时，可转换第一和第二信号分布曲线的评估以阻止在信号的跳跃点5.4上的误释。在图9a和图9b中，两个发送/接收线圈系统1.1关于旋转轴3.3彼此相对设置。
该总体配置和方法也用于测量旋转体4.1(比如轴)的旋转。图11示出用于测量轴旋转的这种类型的结构。在一定限度内，该系统也不受平行于或垂直于旋转体的旋转轴a-a的位移公差的影响，因为，在此，也可从垂直于测量方向的方向n的运动中单独检测到测量方向m上的运动。
这种情况下，可无间隙地检测到360°的旋转，在此也可使用两发送/接收线圈系统1.1，这样目标从始到终过渡产生的信号跳跃不会引起误释。在具体示例性实施方式中，发送/接收线圈系统直径上对置安置。目标1.2安装在旋转体4.1的外围且优选地沿旋转体的整个外围延伸，并沿外围逐渐变细。相似地，目标1.2沿旋转体4.1的外围可具有不同的形状或构成。作为两个发送/接收线圈系统的结果，生成图10呈现的信号分布曲线。
为了使两个发送/接收线圈系统1.1能够以交替的方式只安装在旋转体4.1的一侧，可创建根据图2的结构。在这种情况下，多个目标1.2偏置安装在空间内且相对角度位置安装在旋转体4.1上。在一定限度内，测量系统也不受平行于或垂直于旋转体的位移公差的影响。
使用该系统也可测量旋转体4.1(比如轴)的扭矩。如果事实上，两个发送/接收线圈系统设置在旋转体的旋转轴的不同点上，两个测量系统的信号的差异对应于轴的扭矩。作为旋转体的旋转轴上的轴向间隙或磨损也可确定为测量变量。测量变量如总幅度Bv一样实际上反映在目标1.2与发送/接收线圈系统1.1的距离上且如同感应信号Si一样可清楚单独从目标位置检测出来。
根据该方法，利用感应传感器配置检测目标的位置，感应传感器配置具有由至少个两个线圈构成的发送/接收线圈系统1.2和检测区域10。连接发送/接收线圈系统1.1或事实上几何成形或校正发送/接收线圈系统1.1，使得当没有金属影响检测区域10时，在发送/接收线圈系统输出端的输出信号为零信号。当检测区域10有目标1.2时，输出信号为非零信号，且该信号具有特定振幅和相位。通过具有作用于接收路径的控制信号1.6的闭环控制电路，为实现补偿条件，即使当检测区域10内存在目标1.2时，控制驱动器1.5控制非零信号以给出零值。补偿和校正条件下的偏差Δx,Δy作为一条用于关于检测目标位置的距离信息分别在控制信号中是固有的。控制信号的偏差Δx、Δy应用到x，y坐标系的四象限图，x，y坐标系的原点是补偿或校正条件，也就是说，在该条件下，控制信号为零。如果目标1.2具有测量方向m上变化的形状或构成，则这条信息在控制信号的偏差Δx、Δy四象限图内进行评估，其中，从原点2.7到测量点2.5的虚矢量2.6的角度作为衡量在测量方向m上的目标1.2的运动。虚矢量2.6的大小对应衡量在垂直于测量方向m的目标1.2距离发送/接收线圈系统1.1的距离。
根据图13、图14a和图14b可结构化发送/接收线圈系统1.1。在图13的示例性实施方式中，发送信号13.3以交流和反向发送时钟信号的形式供应给发送线圈13.1。发送信号感应接收线圈13.2内的接收信号，该接收信号在下游放大器13.4内放大然后根据图1在解调18内处理。这种发送线圈和接收线圈并不是完全有必要设置的。根据图14a，发送时钟信号也可作用于线圈14.1和14.2，线圈14.1和14.2此时可以同时是发送线圈和接收线圈。如果目标接近其中一条线圈，发送和接收磁场受目标影响。线圈14.2那么变为参考线圈，而线圈14.1，例如，受目标影响。在已描述的闭环控制电路中进行补偿，此时，可从闭环控制电路生成待评估的目标检测用控制信号。图14b中，根据图14a的线圈供给有交流反向发送信号13.3。
对于通过目标15.2和16.1在图15和图16内形成的目标1.2的位置的感应检测，提供了发送/接收线圈系统1.1。在这种情况下，发送驱动器传递周期发送信号17.1到发送/接收线圈系统1.1的发送线圈。根据图17，发送信号可以是方波信号，但发送信号也可是正弦信号或其他期望的周期信号。几何成形和/或校正发送/接收线圈系统1.1，这样，当检测区域内没有目标时，从发送信号发射的接收信号为零。相比之下，检测区域10内的目标在发送/接收线圈系统1.1的接收路径引起非零信号的感应效应，该信号具有特定振幅和相位。
根据图15和图16的目标的形状在测量方向m上变化，其中这些示例性实施方式具有一共同点，也就是，目标具有多个目标15.2和16.1，且多个目标15.2和16.1在在测量方向逐渐变细，其中设置这些目标，使得这些目标在相反方向上逐渐变细。基本标准是，存在具有不同谐振频率的多个目标。换句话说，各个目标采用影响四象限图内矢量信号的方式，从而清楚地评估目标的运动。根据图15，使用两个三角目标，其中这些三角的顶点指向彼此。这些目标相对于发送/接收线圈系统1.1在测量方向m-m上一起运动，这导致根据图15a的特征。箭头15.5对应目标的各个位置。箭头越长，信噪比越大，且因此，位置可更加清楚地评估。这具有获得清楚特征从而通过传感器配置的较高灵敏性实现更加准确的评估的效果。在此，代替三角形，如图16的应用，也可使用长菱形目标。
使用不会逐渐变细的网格图形也是可行的，其中短路中类似于梯子的梯级的网格的图形具有不同电容，当目标运动时，可相应地评估电容。
在图15和图16的示例性实施方式中，目标15.2和16.1位于印刷电路板15上，并采用印刷导电轨迹(printed conductor track)的形式，其同印刷电路板一起在测量方向上运动。换句话说，没必要使用具有立体形状的目标，而是仅使用一条导电轨迹或事实上多条并行的导电轨迹就够了。
在图15中，两个目标15.2以导电轨迹的形式创建在印刷电路板15.1上。各个电容器15.3和15.4与各个导电轨迹关联。因此，导电轨迹与电容器15.3和15.4一起形成各自的谐振电路S1和S2，这具体地连同时钟控制的发送信号17.1一起，根据图15a同样地引起相应信号。优选地，电容15.3和15.4不同，因此，目标创建不同的谐振。
原则上，如在图16所示，通过虚线内示出的目标16.1，目标可设置在印刷电路板15.1相对的两侧。在此，目标16.1采用长菱形的形式与电容器16.2一起类似地形成谐振电路S5。目标15.2和16.1的顶点设置在不同方向且目标15.2和16.1其中一个部分位于另一个上方，形成多个谐振电路S3、S4和S5。根据图16a，生成清晰信号，该信号清晰示出与先前已知信号的差异。借助于该不同的信号，可实现检测信号的清晰高灵敏性和较好评估。
根据该方法，使用感应传感器配置检测目标的位置。构建发送/接收线圈系统1.1或事实上几何成形或校正发送/接收线圈系统1.1，使得当没有金属影响检测区域10时，在发送/接收线圈系统输出端的输出信号为零信号。如果该输出信号为非零信号，该信号具有特定振幅和相位。通过具有作用于接收路径的控制信号的闭环控制电路，即使检测区域存在目标，可通过控制驱动器控制该信号给出补偿条件。补偿和校正条件下的偏差Δx、Δy作为位置或如果必要作为用于检测目标位置的关于距离的一条信息在控制信号中是固有的。
执行控制信号的确定，因为在数字评估中，控制与两个时钟相位相关联的接收信号17.3和17.4的以0度和180度确定的振幅和相位以在第一次校正时借助校正信号17.5在接收路径给出零值，因为如箭头17.9所指示，与时钟相位相关联的接收信号的相位相对于彼此位移。在第二次校正时，如信号17.6和17.7所示，确定90度和270度的振幅和相位。这产生了校正信号17.8。如果必要，信号17.6和17.7也能相对于彼此位移以产生校正信号17.8。与时钟相位相关联的接收信号的相位位移也可通过脉宽调制来进行。
根据图18，处理微处理器18的信号，这样，在微处理器的输出端生成信号17.3和17.4以及信号17.6和17.7，信号17.3和17.4相加以给出第一校正信号17.5，信号17.6和17.7相加以给出第二校正信号17.8。两个校正信号给出最终校正C。
根据彼此相对位移时钟信号的相位的方法的过程以及目标15.2和16.1的配置和形成单独地或彼此结合地有助于进一步清楚地增强传感器配置的灵敏性。在实践中，发现是20倍。与此同时，不是先前所知的模糊评估，而是完全数字评估成为可能。为达到控制结果，代替控制振幅，而是保持振幅恒定，时间段反而是变化的。
根据该方法，确定控制信号的偏差Δx、Δy的分布曲线是在控制信号的相位空间内以矢量分析的形式实施的。以已知的方式在控制信号不依赖与时间的条件下呈现相空间。这可具体在xy轴的四象限图内进行，其中相空间的每个点对应不依赖于时间的控制信号的可能性条件。方便起见，为确定分布曲线，可确定这种点的多重性，然后以图表的形式在相空间内方便呈现出来。对于特定的对象，点的多重性代表依赖于距离的控制信号的功能。因此，例如在任何期盼的点，可立即将控制信号的瞬时记录与已确定的分布曲线相比较。这有利于在控制电路或控制器的稳态条件下进行。优选地，因此，启动第一控制电路和/或控制器，或确定设置点值。如果这导致通信和/或近似通信，如果只有该物体位于传感器单元的检测区域内，可得出关于距离的定性结论。
确定这种类型的分布曲线也是可能的，因为在物体检测前，传感器单元接近物体。术语“确定”可理解为在接近时，确定和存储相空间内的控制信号的点。一旦检测到物体就可执行，也就是说，一旦偏离空载条件的点出现在相空间。可执行多次，因此，可确定形成分布曲线的一组点。这样，在实际测量之前可直接确定，也就是说，检测之前。作为替换，可利用物体的多重性，在物件检测之间不直接确定分布曲线，而是在预存的测试中确定，其中各个物体的对应表中可存储对应分布曲线。实际测量时，为确定分布曲线，不测量分布曲线，而仅仅从先前存储的表格中进行选择是可能的。这样，可为当前物体确定相空间内的控制信号的合适分布曲线。
该方法的进一步实施方式是通过预先确定分布曲线的阈值，将控制信号与阈值比较，且一旦控制信号远远脱离分布曲线超过阈值则检测物体来进行的。术语“阈值”可理解为距离单个点和/或距离分布曲线的距离。尤其是，可以是包围分布曲线的区域，其中，在相空间内呈现包围区域。术语“超过阈值”理解为运动到包围区域外。
将此抽象到期望的传感器单元，因此，通过至少一周期激励1.4激发的传感器单元确定至少一个物理参数。传感器单元具有至少一检测区域10，在检测区域内传感器单元周围的环境参数的变化导致来自传感器单元的输出信号1.7。连接传感器单元，这样，如果检测区域10内的参数未发生变化，传感器单元的输出端的输出信号1.7为零信号或接近零的信号，其中如果检测区域10内的参数发生变化，输出信号1.7为非零信号且具有特定振幅和相位。在闭环控制电路中，即使检测区域10内的参数发生变化，为实现补偿条件，非零信号由控制信号1.6补偿在接收路径给出零值。
根据权利要求，如果使用均匀目标，均匀目标的构成和形状在测量方向m上不发生变化，可从该条包含在控制偏差内的信息确定目标距离传感器配置的距离，也就是说，在垂直于测量方向m的方向上，不用或不需要在测量方向m进行测量。这导致了距离或接近传感器的作用。在测量方向m或垂直于在测量方向m的方向上的这些值可彼此独立进行确定。
不言而喻，该描述可在等同于附属权利要求的范围内进行尽可能多样的修改、改变和适配。
参考数字符号列表
1.1 线圈系统 13.2 接收线圈
1.2 目标 13.3 发送信号
1.3 发送驱动器 13.4 放大器
1.4 发送信号 14.1 发送/接收线圈系统
1.5 控制驱动器 14.2 参考线圈
1.6 控制信号 15.1 印刷线路板
1.7 接收路径 15.2 导电轨迹形式的目标
1.8 解调 15.3,15.4 电容器
1.9 模拟数字转换器 16.1 长菱形的目标
1.10 微控制器 16.2 电容器
2.1 信号曲线 S1…S5 谐振电路
2.2 信号曲线 17.1 发送信号
2.3 信号曲线 17.2 接收信号
2.4 信号曲线 17.3,17.4 信号分布曲线
2.5 测量点 17.5,17.8 校正信号
2.6 矢量 17.6,17.7 信号分布曲线
2.7 坐标系原点 17.9 箭头
3.3,a-a 旋转轴 18 微处理器
4.1 旋转体(轴)
5.1 第一线圈系统的信号分布曲线 m 测量方向
5.2 第二线圈系统的信号分布曲线 n 垂直于测量方向的方向
5.3 转换点 Δx,Δy 控制信号的偏差
5.4 信号分布曲线的跳跃点 C 校正
10 检测区域
13.1 发送线圈。

Claims (19)

1.一种传感器配置，用于借助由至少一个周期激励(1.4)激发的传感器单元来确定至少一个物理参数，其中，所述传感器单元具有至少一个检测区域(10)，在所述检测区域(10)内，所述传感器单元周围环境内的参数的变化导致来自所述传感器单元的输出信号(1.7)，
其中，所述传感器单元被连接为使得如果在所述检测区域(10)内的所述参数未发生变化，则在所述传感器单元的输出端处的所述输出信号(1.7)为零信号或接近零的信号，然而，如果在所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，则所述输出信号(1.7)为非零信号且具有特定的振幅和相位，
其中，在闭环控制电路中，为了实现补偿条件的目的，即使在所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，在接收路径中通过控制信号(1.6)来补偿所述非零信号以给出零值，
其中，来自所述补偿条件的所述控制信号中的偏差(Δx，Δy)作为关于所述参数的一条信息在所述控制信号(1.6)中是固有的，
其特征在于，在所述控制信号的相空间中的为矢量分析形式的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图内，虚矢量(2.6)与x、y坐标系的x轴所形成的角度是对在一个方向上的所述参数的变化的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对在其他方向上的所述参数的变化的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述补偿条件的所述x、y坐标系的原点(2.7)至测量点(2.5)。
2.根据权利要求1所述的传感器配置，其特征在于，确定用于感应检测至少一个目标(1.2)的位置或运动的所述物理参数，并且其特征在于，设置至少一个发送/接收线圈系统(1.1)，所述至少一个发送/接收线圈系统(1.1)由至少两个线圈形成、具有检测区域(10)且被连接为使得在所述检测区域没有金属影响时在所述发送/接收线圈系统的输出端处的输出信号为零信号，
其中，如果所述检测区域(10)内存在目标(1.2)，则在所述发送/接收线圈系统的输出端处的输出信号为非零信号且具有特定振幅和相位，
并且所述传感器配置具有用于所述闭环控制电路的控制器(1.5)，为了实现所述补偿条件的目的，即使在所述检测区域(10)内存在所述目标(1.2)的情况下，所述闭环控制电路的所述控制信号(1.6)在所述接收路径(1.7)中调节所述非零信号以给出零值，
其中，来自所述补偿条件的所述控制信号的所述偏差(Δx，Δy)作为用于检测所述目标(1.2)的位置的距离信息在所述控制信号(1.6)中是固有的，
其中，在所述控制信号的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图中，所述虚矢量(2.6)与所述x、y坐标系的所述x轴所形成的角度是对所述目标(1.2)在测量方向(m)上的运动的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对垂直于所述测量方向(m)的所述目标(1.2)与所述发送/接收线圈系统(1.1)之间的距离的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述发送/接收线圈系统(1.1)的所述补偿条件的所述x、y坐标系的所述原点(2.7)至所述测量点(2.5)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器配置，其特征在于，所述控制(1.5)为连续控制。
4.根据权利要求2或3所述的传感器配置，其特征在于，所述目标(1.2)具有在所述测量方向(m)上变化的形状或构成。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的传感器配置，其特征在于，所述目标(1.2)为弓形的、逐渐变细的、或旋转对称的圆锥形目标。
6.根据前述权利要求中的一项所述的传感器配置，其特征在于，设置多个目标(15.2，16.1)，所述多个目标(15.2，16.1)具有不同的谐振频率且采用影响所述四象限图内的矢量图的信号的形式，使得所述多个目标(15.2，16.1)的运动是能够清楚评估的。
7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器配置，其特征在于，目标具有在测量方向(m)上逐渐变细且在相反方向上逐渐变细的多个目标(15.2，16.1)。
8.根据权利要求6或7所述的传感器配置，其特征在于，所述多个目标(15.2，16.1)为三角形或菱形，其中，三角形的顶点或菱形的点指向彼此。
9.根据权利要求2至8中的一项所述的传感器配置，其特征在于，所述至少一个目标(15.2，16.1)通过设置在印刷电路板(15.1)上的印刷导电轨迹形成。
10.根据权利要求2至9中的一项所述的传感器配置，其特征在于，所述至少一个目标(15.2，16.1)是谐振电路(S1，…，S5)。
11.根据权利要求10所述的传感器配置，其特征在于，多个目标的所述谐振电路(S3，S4，S5)设置在印刷电路板(15.1)的相对侧。
12.根据权利要求2至11中的一项所述的传感器配置，其特征在于，所述发送/接收线圈系统(1.1)包括设置在所述目标(1.2)的不同旋转角度位置的至少两个发送/接收线圈系统。
13.根据权利要求12所述的传感器配置，其特征在于，所述两个发送/接收线圈系统(1.1)相对于所述目标(1.2)的旋转轴(a-a)位于彼此间直径上对置的位置。
14.根据权利要求2至13中的一项所述的传感器配置，其特征在于，所述目标(1.2)安装在旋转体(4.1)的外围上。
15.根据权利要求13或14所述的传感器配置，其特征在于，多个目标(1.2)在空间上偏置地安装且相对于它们的角位置位于所述旋转体(4.1)上。
16.一种借助由至少一个周期激励(1.4)激发的传感器单元来确定至少一个物理参数的方法，其中，所述传感器单元具有至少一个检测区域(10)，在所述检测区域(10)内，所述传感器单元周围环境内的参数的变化导致来自所述传感器单元的输出信号(1.7)，
其中，所述传感器单元被连接为使得如果所述检测区域(10)内的所述参数未发生变化，则在所述传感器单元的输出端处的所述输出信号(1.7)为零信号或接近零的信号，然而，如果所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，则所述输出信号(1.7)为非零信号且具有特定的振幅和相位，
其中，在闭环控制电路中，为了实现补偿条件的目的，即使所述检测区域(10)内的所述参数发生变化，在接收路径中通过控制信号(1.6)补偿所述非零信号以给出零值，
其中，来自所述补偿条件的所述控制信号的偏差(Δx，Δy)在所述控制信号(1.6)中是固有的，
其特征在于，在所述控制信号的相空间中的为矢量分析的形式的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图内，虚矢量(2.6)与x、y坐标系的x轴所形成的角度是对在一个方向上的所述参数的变化的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对在其他方向上的所述参数的变化的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述补偿条件的所述x、y坐标系的原点(2.7)至测量点(2.5)。
17.根据权利要求16所述的一种方法，其特征在于，对于至少一个目标(1.2)的位置或运动的感应检测，使用具有发送/接收线圈系统(1.1)的传感器配置，所述发送/接收线圈系统(1.1)由至少两个线圈形成、具有检测区域(10)且被连接为使得在所述检测区域内没有金属影响时在所述发送/接收线圈系统的输出端处的输出信号为零信号，
其中，如果在所述检测区域(10)内存在目标(1.2)，则在所述发送/接收线圈系统(1.1)的输出端的输出信号为非零信号且具有特定振幅和相位，
其中，在所述闭环控制电路中，为了实现所述补偿条件的目的，即使在所述检测区域(10)内存在所述目标(1.2)的情况下，通过所述控制信号(1.6)在所述接收路径(1.7)中补偿所述非零信号以给出零值，
其中，来自所述补偿条件的所述控制信号的所述偏差(Δx，Δy)作为用于检测所述目标(1.2)的位置的距离信息在所述控制信号(1.6)中是固有的，
其中，在所述控制信号的所述偏差(Δx，Δy)的四象限图中，所述虚矢量(2.6)与所述x、y坐标系的所述x轴所形成的角度是对所述目标(1.2)在测量方向(m)上的运动的测量、和/或所述虚矢量(2.6)的大小是对垂直于所述测量方向(m)的所述目标(1.2)与所述发送/接收线圈系统(1.1)之间的距离的测量，所述虚矢量(2.6)从对应于所述发送/接收线圈系统(1.1)的所述补偿条件的所述x、y坐标系的所述原点(2.7)至所述测量点(2.5)。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一个目标(1.2)具有在所述测量方向(m)上发生变化的形状或构成。
19.根据权利要求16至18中的一项所述的方法，其特征在于，为了实现补偿条件的目的，连续补偿所述非零信号以给出零值。
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