CN107208998A - 电感式位置确定 - Google Patents

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Abstract

用于进行电感式位置确定的设备包括线圈、用于对线圈的区域中的磁场产生影响的元件、用于提供数字信号的信号发生器和具有输入端和输出端的延迟环节，其中，延迟环节基于线圈构建，并且在输入端上的信号边沿与输出端上的相对应的信号边沿之间的延迟时间依赖于线圈的电感。此外，设备包括用于提供数字差分脉冲的比较器，数字差分脉冲的长度依赖于延迟环节的输入端与输出端上的相对应的信号边沿之间的时间差，该设备还包括用于根据差分脉冲的长度提供电压的积分器和用于基于电压确定线圈相对线圈的位置的评估装置。

Description

电感式位置确定
技术领域
本发明涉及一种电感式位置确定。本发明尤其是涉及确定机动车车载装置的相对位置。
背景技术
在机动车上设置有用于影响在变速器中挂入的挡位级的选择杆。选择杆可以通过驾驶员置入不同的位置中，其中，选择杆可以在滑槽中引导。在此，选择杆的位置被扫描并且被以电或电子的方式处理。随后，控制装置可以基于通过选择杆的位置表达出的驾驶员意愿来控制变速器。
选择杆的位置可以以如下方式被扫描，即，在控制台上安置有一列线圈并且在能相对控制台运动的选择杆上安置有能导电的阻尼元件。阻尼元件越接近其中一个线圈，那么通过阻尼元件使该线圈的电感减小得越多。阻尼元件通常由能良好传导的材料，例如铜、铝或黄铜构成。
DE 20 2004 019 489 U1示出了一种电感式传感器单元，其根据这种原理工作。然而针对该测量方法，通常必须使用相对大的电感。如果线圈要实施为印制电路，那么为此经常使用多个层，其制造是昂贵的。此外，线圈必须以高的精确度制造并且随后被测试，由此，在生产中可能出现另外的成本。此外，这种类型的位置测量可能需要多级的电子放大并且必要时还需要倒相级。
发明内容
本发明的任务是，说明一种改进的用于进行电感式位置确定的设备。本发明借助带有独立权利要求的特征的设备解决该任务。从属权利要求再次给出优选的实施方式。
用于进行电感式位置确定的设备包括线圈、用于对线圈的区域中的磁场产生影响的元件、用于提供数字信号的信号发生器和具有输入端和输出端的延迟环节，其中，延迟环节基于线圈构建，并且在输入端上的信号边沿与输出端上的相对应的信号边沿之间的延迟时间依赖于线圈的电感。此外，设备包括用于提供数字差分脉冲的比较器，该数字差分脉冲的长度依赖于延迟环节的输入端和输出端上的相对应的信号边沿之间的时间差，该设备还包括用于根据差分脉冲的长度提供电压的积分器、和用于基于该电压确定线圈相对线圈的位置的评估装置。
与常规的感应确定相比，所描述的设备可以更简单地构建。设备的某些部分可以借助商业上常见的逻辑门实现。设备可以是对于构件公差不敏感的。此外，该设备可以适用于集成或适用于通过可编程的微电脑局部地实现。
在优选的实施方式中，延迟环节包括RL低通滤波器。因此，除了线圈外，延迟环节可以构建有仅一个无源的构件。延迟环节因此可以简单地、低成本地和紧凑地实施。
此外优选的是，信号发生器交替提供上升和下降的信号边沿，并且比较器被设立成用于响应于上升的信号边沿地提供第一差分脉冲并且响应于下降的信号边沿地提供第二差分脉冲，其中，这些差分脉冲具有相同的极性，并且积分器被设立成用于依赖于多个差分脉冲的长度提供电压。
通过评估上升的和下降的信号边沿，通过积分器提供的测量电压可以得到提高或者更快地提供。信噪比(SNR)可以由此得到改进。
在特别优选的实施方式中，在比较器的输入端和输出端上的信号边沿具有相同的极性，并且比较器包括异或逻辑器件(XOR逻辑器件)。由此，对相反的信号边沿的上述评估可以简单且低成本地实现。逻辑器件可以作为简单的标准门实现。
在另外的实施方式中设置有两个分别配属有延迟环节、比较器和积分器的线圈，其中，元件成形成使得其影响两个线圈的磁场，并且评估装置被设立成用于基于两个积分器的电压确定元件的位置。
换言之，可以以小于两个线圈的间距的分辨率确定元件的位置。位置例如可以由电压比导出。具有多于两个的同时受影响的线圈的另外的实施方式同样是可能的。
评估装置可以被设立成用于基于电压借助预先确定的特性曲线确定元件的位置。特性曲线尤其是可以说明特定的电压与元件距线圈的间距之间的关系。在另外的实施方式中也可以预给定特征曲线族，该特征曲线族基于多个电压说明了元件相对多个线圈的位置。该关系的非线性因此可以轻松地得到处理。
如果线圈仅具有小的电感，例如当其作为扁平线圈，例如在印制电路上实施时，那么通常需要将多个差分脉冲相加或积分，以便提供可用的测量电压。在此，被考虑的差分脉冲的数量可以是变化的，以便例如补偿非线性。这可以尤其是对于在设备的测量下边界处的电感是有意义的。在一个实施方式中，积分器被设立成用于基于差分脉冲的数量提供电压，其中，该数量依赖于线圈的未受元件影响的电感来选择。在另一实施方式中，已知的参考电感可以代替线圈来使用，以便确定在有利的方式下被考虑的差分脉冲的数量必须是多大。这种校准可以单次执行或者在设备运行时循环执行。
优选地设置有多个线圈的设施，其中，每个线圈均配属有延迟环节、比较器和积分器，元件能在延伸通过线圈区域的轨迹上运动，并且评估装置被设立成用于基于积分器的电压确定元件相对该设施的位置。例如，线圈可以布置成使其纵轴线与轨迹相交，其中，轨迹优选地以恒定的高度在线圈之上经过。进一步优选的是，尤其是当元件被设立成用于同时影响多于一个的线圈时，若干线圈相对轨迹具有相同的间距。在该实施方式中，元件在轨迹上的位置可以简单地且相对准确地确定。
优选地，设置有用于多个积分器的共同的评估装置。评估装置尤其是可以包括模数转换器和可编程的微电脑。此外优选的是，以时分复用法给延迟环节提供信号发生器的信号。在此，信号发生器的信号总是仅提供给其中一个延迟环节。信号到各个延迟环节上的接入例如可以通过评估装置控制。
线圈可以包括扁平线圈。由此，线圈可以简单地例如构造为印制电路。在优选的实施方式中，线圈包括多层的扁平线圈，其例如可以呈双侧电路板的或多层面电路板的不同层面的形式构造。
此外优选的是，在线圈上设置有软磁芯。软磁芯可以在扁平线圈的情况下尤其是布置在线圈的上侧、下侧或不同的层面之间。
附图说明
现在参考附图更准确地描述本发明。其中：
图1示出用于进行电感式位置检测的设备的框图；
图2示出图1的设备的比较器上的脉冲图；
图3示出图1的设备上的线圈设施；
图4示出图1的线圈的特性曲线；
图5示出用于图1的设备的示例电路；和
图6示出图5的示例电路上的待期待的电压。
具体实施方式
图1示出用于进行电感式位置检测的设备100的框图。设备100例如可以用于在机动车上确定用于自动变速器的挡位级的选择杆的位置、能调整的座位的位置、能调整的外后视镜的位置或能运动的油门踏板的位置。也可以检测在机动车上的其他的位置。
设备100包括是延迟环节110的一部分的线圈105、信号发生器115、可选的缓冲器120、比较器125、积分器130、可选的放大器135和评估装置140，评估装置尤其是可以包括模数转换器145和可编程的微电脑150。此外设置有用于对线圈105的区域中的磁场产生影响的元件155。以能相对线圈105运动的方式布置的元件155在下面还将更准确地阐述。
信号发生器115被设立成用于提供具有信号边沿的数字信号。信号边沿可以是上升的或下降的，或者可以交替输出上升和下降的信号边沿，例如呈矩形信号的形式。在一个实施方式中，信号发生器115可以通过评估装置140、尤其是微电脑150来控制或运行。可选的缓冲器120用于放大所提供的信号，或者减小信号发生器115的输出阻抗。
延迟环节110在所示的实施方式中作为连接有电阻160的RL低通滤波器示出。例如包括单稳态的多谐振荡器的另外的实施方式同样是可能的。在每个情况下延迟环节110都被设立成用于响应于其输入端上的信号边沿地在其输出端上提供另外的信号边沿，其中，两个信号边沿的时间差，也就是两个信号边沿的时间间隔依赖于线圈105的电感。通常在此优选的是，在输入端上的上升的信号边沿引起在输出端上的上升的信号边沿，而在输入端上的下降的信号边沿引起在输出端上的下降的信号边沿。
比较器125基于延迟环节110的输入端和输出端上的信号提供了数字差分脉冲，数字差分脉冲的长度依赖于延迟环节110的输入端上的信号边沿与输出端上的与之对应的信号边沿之间的时间差。在所示的优选的实施方式中，延迟环节110的输入端和输出端上的相对应的信号边沿具有相同的极性，输入信号的上升的边沿在延迟时间后引起输出信号的上升的边沿，并且输入信号的下降的边沿在延迟时间后引起输出信号的下降的边沿。由此，比较器125可以作为XOR逻辑器件，尤其是作为XOR门，例如以CMOS或TTL技术实现。如果存在另外的极性或极性组合，那么另外的门或门组合可以用作比较器125。
在简单的实施方式中，积分器130可以借助电阻器和电容器构造为RC环节。在另外的实施方式中，积分器130也可以通过相应连接的运算放大器实现。可选的放大器135同样可以通过运算放大器实现，其中，当积分器130基于运算放大器构建时，尤其是可以取消放大器135。放大器135放大了通过积分器130提供的电压，该电压的高度依赖于比较器125的差分脉冲的长度。
图2示出了图1的设备100的比较器125上的脉冲图。沿水平方向画出时间，沿竖直方向画出电压。第一信号205示例性地通过信号发生器115提供，第二信号210通过延迟环节110基于第一信号205提供，第三信号215包括通过比较器125提供的差分脉冲。
当刚好信号205和210的其中一个是逻辑1，而另一个是逻辑0时，构造为XOR门的比较器125将其输出端切换到逻辑1。由此，输出了第一信号205的上升的信号边沿与第二信号210的上升的信号边沿之间的第一差分脉冲以及第一信号205的下降的信号边沿与第二信号210的下降的信号边沿之间的第二差分脉冲。如果信号205和210具有不同的极性，那么信号205和210的其中一个可以反向，以便可以借助比较器125比较信号205和210。
如果线圈105加载以信号发生器115的数字信号，那么在线圈的区域中形成磁场，该磁场视元件155的位置而定地受到影响而更强或更弱。相应地，线圈105的电感依赖于元件155的位置。线圈105的感应确定了延迟环节110的延迟时间，并且由此确定了第三信号215的每个差分脉冲的长度。在元件155正向地影响线圈105的电感，也就是在接近线圈105时增大线圈105的电感的实施方式中，元件155在线圈105的区域中的出现可以根据如下识别出，即，第三信号215的差分脉冲达到了预先确定的长度。
第三信号215的一个差分脉冲或优选多个差分脉冲借助积分器130积分，以便提供电压，该电压的高度依赖于第三信号215的差分脉冲的长度。在所提到的示例中，元件155在线圈105的区域中的出现可以根据如下识别出，即，积分器130的电压超过了预先确定的阈值。
图3示出了图1的设备100上的线圈105的设施305。示例性地示出的设施305包括多个线圈105，线圈105尤其是可以实施为扁平线圈。代替所示的矩形的线圈地，也可以使用圆的或其他形状的线圈105。线圈105沿轨迹310布置，其可以如所示那样笔直地延伸，或者可以沿曲线延伸。优选地，线圈105的纵轴线与轨迹310相交。此外优选的是，线圈105彼此紧密地贴靠。可选地，可以在线圈105上设置软磁芯315，用于增大线圈电感。在扁平线圈的情况下，软磁芯315可以例如面式地安置在线圈105之上或之下。
轨迹310延伸穿过线圈105的区域。尤其优选的是，轨迹310延伸穿过线圈105的纵轴线，即，进一步优选地以恒定的高度在各个线圈105之上延伸。在此，轨迹310可以假定是任意曲线的形状，也例如是圆形。用于对线圈105的磁场产生影响的元件155以能沿轨迹310运动的方式布置。为了参考随后的图，元件155沿轨迹310的位置在所示的示范性的实施方式中以毫米说明。
元件155可以扁平地以1毫米以下的厚度来构造。在此，元件的轮廓优选以如下方式选择，即，该元件可以覆盖至少一个线圈105的表面。优选地，元件的轮廓还更大，从而使其附加地同时以预先确定的部分覆盖至少一个相邻的线圈105。
元件155可以由不同的材料制造，并且在接近线圈105时有助于要么减小其磁场要么增大其磁场，如在随后的图中所示的那样。
图4示出图1的线圈105的特性曲线。在图3的图示中的元件155的位置示范性地沿水平方向画出，并且沿竖直方向画出线圈105的电感。
第一特性曲线405涉及阻尼元件155，其尤其是可以由能良好传导的材料，如铜或铝制成。第二特性曲线410涉及增强元件155，其尤其是可以包括软磁材料，如铁氧体。特性曲线405或410可以存储在评估装置140中，以便可以基于线圈105的电感简单地确定元件155的位置。
图5示出了用于图1的设备100的示例电路500。图6示出了当电路500以由于信号发生器115引起的不一样长度的脉冲并且以线圈105的不一样大小的电感运行时，积分器130上的所期待的电压。在图6中，沿水平方向画出脉冲长度，沿竖直方向画出针对不同的电感的在积分器130上的产生的电压。图5和6的示例示出了设备100的构件可以如何确定尺寸，以便依赖于线圈105的电感在积分器130上产生良好地待评估的测量信号。
附图标记列表
100 设备
105 线圈
110 延迟环节
115 信号发生器
120 缓冲器
125 比较器
130 积分器
135 放大器
140 评估装置
145 A/D转换器
150 微电脑
155 用于产生影响的元件
160 电阻
205 第一信号
210 第二信号
215 第三信号
305 设施
310 轨迹
315 软磁芯
405 第一特性曲线
410 第二特性曲线
500 示例电路

Claims (11)

1.用于进行电感式位置确定的设备(100)，所述设备包括：
-线圈(105)；
-用于对所述线圈(105)的区域中的磁场产生影响的元件(155)；
-用于提供数字信号的信号发生器(115)；
-具有输入端和输出端的延迟环节(110)；
-其中，所述延迟环节(110)基于所述线圈(105)构建，并且在输入端上的信号边沿与输出端上的相对应的信号边沿之间的延迟时间依赖于所述线圈(105)的电感；
-用于提供数字差分脉冲的比较器(125)，所述数字差分脉冲的长度依赖于所述延迟环节(110)的输入端和输出端上的相对应的信号边沿之间的时间差；
-用于依赖于差分脉冲的长度提供电压的积分器(130)；和
-用于基于所述电压确定所述线圈(105)相对所述线圈(105)的位置(x)的评估装置(140)。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述延迟环节(110)包括RL低通滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，所述信号发生器(115)交替提供上升和下降的信号边沿，并且所述比较器(125)被设立成用于
-响应于上升的信号边沿地提供第一差分脉冲，并且
-响应于下降的信号边沿地提供第二差分脉冲，
-其中，所述差分脉冲具有相同的极性，并且
-所述积分器(130)被设立成用于依赖于多个差分脉冲的长度提供电压。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，在所述比较器(125)的输入端和输出端上的信号边沿具有相同的极性，并且所述比较器(125)包括异或逻辑器件。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，设置有两个分别配属有延迟环节(110)、比较器(125)和积分器(130)的线圈(105)，所述元件(155)成形成使得所述元件影响两个线圈(105)的磁场，并且所述评估装置(140)被设立成用于基于两个积分器(130)的电压确定所述元件(155)的位置(x)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述评估装置(140)被设立成用于基于所述电压借助预先确定的特性曲线确定所述元件(155)的位置(x)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述积分器(130)被设立成用于基于差分脉冲的数量提供电压，并且所述数量依赖于所述线圈(105)的未受所述元件(155)影响的电感来选择。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，设置有多个线圈(105)的设施，其中，每个线圈(105)均配属有延迟环节(110)、比较器(125)和积分器(130)，所述元件(155)能在延伸通过线圈(105)区域的轨迹(310)上运动，并且所述评估装置(140)被设立成用于基于积分器(130)的电压确定所述元件(155)相对所述设施的位置(x)。
9.根据权利要求8所述的设备(100)，其中，设置有用于多个积分器(130)的共同的评估装置(140)，并且以时分复用法给所述延迟环节(110)提供所述信号发生器(115)的信号。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，所述线圈(105)包括扁平线圈(105)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，在所述线圈(105)上设置有软磁芯(315)。
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