CN107532924B - 电感式位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电感式位移传感器的目标，包括沿着按照一个方向的尺寸为D_tot的区域分布的多个导电图案(147_i)，通过至少第一组基本周期图案与第二组基本周期图案的重叠界定所述图案(147_i)，所述第一组基本周期图案的周期约等于D_tot/N，包括N个第一种基本导电图案(149_j)，所述第一种基本导电图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2N，沿着所述区域均匀地分布，所述第二组基本周期图案的周期约等于D_tot/(N+r)，包括N+r个第二种基本图案(151_k)，所述第二种基本图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，沿着所述区域均匀地分布，其中，N是大于或等于2的整数，r是正整数，不等于零，并且小于或等于N‑1，其中，第一种和第二种基本导电图案至少局部重叠。

Description

电感式位移传感器

技术领域

本发明涉及机械部件相对位移的电感式测量领域。术语“电感式测量”在此表示藉助于电线圈的交变电磁场的测量。更具体地说，但不仅仅只限制于，本发明涉及涡流传感器技术子领域，其中，由电感器所产生的电磁场可以根据在电感器周围可移动的导电部件(相对于电感器)的存在和结构来不同地确定。当电磁场的某些电性能频率采用足够大数值时，该电磁现象就可用于仪器测量的目的，其中“足够大”的概念可由多种参数来确定，例如：导电部件的几何尺寸、电磁属性、温度等等。术语“位移测量”系指相对于电感器或电感器参考系的导电部件的位置、速度、加速度或任何其它位移特征量相关信息的预估。对于位移，同样还要考虑角度(绕轴旋转)、线性(绕轴平移)位移、或这些位移与其它位移或沿着单独轴位移的组合。更具体地说，但不仅仅只限制于，本发明涉及电感式位置传感器、电感式速度传感器和/或电感式加速度传感器。

背景技术

电感式位移传感器通常包括换能器(例如：刚性连接着测量参考系，也称坐标系)和目标(例如：刚性连接着相对于测量参考系的可移动机械部件)。目标设置在换能器较远位置，且不与换能器(机械或电气)接触(非接触测量)。换能器包含初级绕组或电感器，适合产生交变电磁场，和至少一个次级绕组，在存在初级绕组所产生的电磁场条件下在终端上感应产生交变电压，也称电动势或EMF。目标是部分或完全的导电元件，也称为耦合电枢，耦合电枢在换能器前的存在和/或移动，可以改变在初级绕组和次级绕组之间的耦合。应该注意的是，目标对在初级绕组与次级绕组之间耦合的影响，既取决于目标相对于换能器的位置，也取决于目标相对于换能器的速度。

于是，可以根据目标相对于换能器的位置和相对位移来形成电磁场在空间上的分布。电磁场的空间分布随着机械部件的位移而变化，由此所产生的次级绕组的EMF感应也会发生变化。通过对初级绕组所产生的电磁场，次级绕组终端所感应的EMF进行分析，就有可能预估出目标相对于换能器的次级绕组的位移和/或位置。更具体地说，但并非限定性地，通过次级绕组终端上的EMF波幅的时间变化，就有可能预估出目标相对于换能器的位置、速度和/或加速度。

在本发明的本文和下文中明确指明，术语“次级绕组终端上的电动势范围波幅”是指有限频率组成信号所采用的瞬时值，例如：在有关励磁频率的-Δf和+Δf间的频带中(例如：初级绕组终端施加的交变电压的频率)，其中，Δf可以采用100Hz和100kHz间的数值，携带有机械位移特征的部分或全部信息。该信号包含在电动势中，由励磁频率和/或谐频来调制。可以通过频移和滤波方法来获得，更具体地说，可通过基带移位和滤波来获得。该方法的优选示例，包括采用同步励磁频率信号对(调制)电动势进行同步解调制，其中应选择达到特定标准的电场相位，例如：将解调制输出端获得的信号最大化。另一种方法包括在同步解调后计算信号的模数，其涉及不设置电气解调相位的优点和缺点。也应明确的是，电磁力的波幅是根据本发明采用传感器进行位移测量实施用的优选测量量，但在任何方式下，都不排除在有限值载荷与次级绕组终端(载荷适应)相连接时，是次级绕组的相位、频率、或电功率等的电气测量。

专利EP0182085中已描述了电感式位移传感器的示例，尤其是涡流位置传感器的示例。

但是，已知电感式位移传感器涉及各种缺点。具体来说，已知传感器对装配不准(位置不准、倾角和/或目标/换能器距离)和对测量区附近的导电部件存在较为敏感，这会导致用于工业用途时出现问题。也可能出现与传感器响应线性缺乏的相关问题。此外，已知传感器中目标的位置和/或位移预估的精度和鲁棒性将值得进一步改进。此外，希望能够增加某些已知传感器类型测量范围的程度。此外，已知传感器的一个缺点是它们相对脆弱，这在某些类型应用中会出现问题，尤其是在工业环境中。

希望能够通过电感式位移传感器来修复已知传感器的全部或部分缺点。

发明内容

就此，一个实施例设想电感式位移传感器的目标，包括沿着按照一个方向的尺寸为D_tot的区域分布的多个导电图案，通过至少第一组基本周期图案与第二组基本周期图案的重叠界定所述图案，所述第一组基本周期图案的周期约等于D_tot/N，包括N个第一种基本导电图案，所述第一种基本导电图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2N，沿着所述区域均匀地分布，所述第二组基本周期图案的周期约等于D_tot/(N+r)，包括N+r个第二种基本图案，所述第二种基本图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，沿着所述区域均匀地分布，其中，N是大于或等于2的整数，r是正整数，不等于零，并且小于或等于N-1，其中，第一种和第二种基本导电图案至少局部重叠。

根据一个实施例，第一种和第二种基本导电图案的重叠的第一个和第二条带的部分形状分别与所述方向平行。

根据一个实施例，第一条带和第二条带的宽度大致相同。

根据一个实施例，第一条带和第二条带具有不同宽度，第一条带至少比第二条带宽两倍。

根据一个实施例，N是偶数。

根据一个实施例，通过第一组基本周期图案与第二组基本周期图案以及第三组基本周期图案的重叠界定所述图案，所述第三组基本周期图案的周期约等于的周期约等于D_tot/(N+r)，包括N+r个第三种基本图案，所述第三种基本图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，沿着所述区域均匀地分布，相对于第二组周期图案的基本图案大约偏置D_tot/2(N+r)，第一种和第三种基本导电图案至少局部重叠。

根据一个实施例，第一种、第二种和第三种基本图案的第一条带、第二条带和第三条带的部分形状分别与所述方向平行，一方面，第一条带和第二条带重叠，另一方面，第一条带和第三条带重叠，第二条带和第三条带的宽度基本相同，小于第一条带的宽度。

根据一个实施例，方向是圆周方向。

根据一个实施例，尺寸D_tot是等于360°的角度尺寸。

根据一个实施例，r等于1。

另一个实施例设想电感式位移传感器的换能器，包括：一次绕组；第一组至少两个二次绕组，分别包括绕组方向相同的N个第一匝或者绕组方向交替的2N个第一匝，沿着在一个方向尺寸为D_tot的区域均匀地分布，每个第一匝在所述方向的尺寸约等于D_tot/2N；第二组至少两个二次绕组分别包括绕组方向相同的N+r个第二匝或者2(N+r)个绕组方向交替的第二匝，沿着所述区域均匀地分布，每个第二匝按照所述方向的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，其中，N是大于或等于2的整数，r是正整数，不等于零，并且小于或等于N-1，其中，第一匝和第二匝至少局部重叠。

根据一个实施例，第一匝和第二匝的重叠的第一个和第二条带的部分形状分别与所述方向平行。

根据一个实施例，换能器进一步包括第三组至少两个二次绕组，每个二次绕组包括绕组方向相同的N+r个第三匝或者绕组方向交替的2(N+r)匝，沿着所述区域均匀地分布，相对于第二组大致偏置D_tot/2(N+r)，每个第三匝在所述方向的尺寸都约等于D_tot/2(N+r)，第一匝和第二匝至少局部重叠。

根据一个实施例，第一匝、第二匝和第三匝的第一条带、第二条带和第三条带的部分形状分别平行于所述方向，第一条带和第二条带重叠，第一条带和第三条带重叠。

根据一个实施例，第二个和第三个二次绕组是串联的。

根据一个实施例，第二个和第三个二次绕组的串联连接点连接到电气连接端子。

另一个实施例设想电感式位移传感器，包括上述类型的换能器以及上述类型的目标。

附图说明

上述特征和优点以及其它特征，将通过如下非限制性特定实施例及参照附图的描述作详细说明：

图1A和1B分别是描述电感式角位移传感器的正面示意图和侧面示意图；

图2是说明图1所示传感器工作的示意图；

图3A和3B是描述电感式角位移传感器另一实例的换能器和目标的正面示意图；

图4是说明图3A和3B所示传感器操工作的示意图；

图5是描述电感式角位移传感器另一实例换能器的正面示意图；

图6是说明图5中传感器工作的示意图；

图7是描述电感式角位移传感器另一实例的换能器的正面示意图；

图8是描述图7中传感器工作的示意图；

图9A图示了代表电感式角位移传感器输出信号预期理论演变；

图9B图示了通常在实际情况下所获得的电感式角位移传感器输出信号的实际演变；

图10图示了在多种不同目标-换能器距离时的电感式角位移传感器输出信号的演变；

图11图示了电感式角位移传感器输出信号线性误差随着目标-换能器距离变化的演变；

图12A至12D是说明电感式角位移传感器实施例四个示例的剖面示意图；

图13A图示了图12A至12D所示四个传感器示例传感器输出信号线性误差随着目标-换能器距离变化的演变；

图13B图示了电感式位移传感器示例参数从线性角度来看随着最佳目标-换能器距离变化的演变；

图13C图示了根据电感式位移传感器另一实例参数从线性角度来看随着最佳目标-换能器距离变化的演变；

图14是电感式角度位移传感器实施例的电场约束部件示例正面示意图；

图15是电感式角度位移传感器实施例示例的电场约束部件的另一实例正面示意图；

图16A和16B是描述电感式角度位移传感器的目标实施例的两项示例的正面示意图；

图17图示了目标导通光栅形状参数从线性角度来看的电感式角度位移传感器随着最佳目标-距离变化的演变；

图18A是表示电感式角度位移传感器目标实施例三个示例的正面示意和局部图；

图18B是表示适合与图18A所示目标合作的换能器次级绕组实施例示例的正面示意和局部图；

图19图示了在电感式角度位移传感器中代表在根据目标导通光栅其它外形参数从线性角度来看随着最佳目标-换能器距离变化的演变；

图20A是描述电感式角度位移传感器换能器示例的正面示意图；

图20B是描述电感式线性位移传感器换能器示例的正面示意图；

图20C是描述电感式角度位移传感器换能器实施例示例的正面示意图；

图20D是描述电感式线性位移传感器换能器实施例示例的正面示意图；

图20E是表示图20D所示换能器特征的小信号；

图21A和21B是描述电感式角度位移传感器换能器实施例示例的正面示意图；

图22A和22B是描述电感式角位移传感器换能器的另一个实施例示例的正面示意图；

图23是描述电感式角度位移传感器示例目标的正面示意图；

图24图示了描述图23所述传感器测量信号演变；

图25是描述电感式角度位移传感器实施例示例目标的正面示意图；

图26是描述电感式角度位移传感器另一种实施例目标的正面示意图；

图27A至27C是描述电感式角度位移传感器进一步另一种实施例的正面示意图；

图28是电感式角度位移传感器目标实施例示例的透视图；和，

图29是电感式角位移传感器目标实施例另一实例的透视图。

具体实施方式

为了清楚的目的，各附图中采用相同标记来表示相同元件，此外，各图未按比例绘制。此外，在下文说明中，除非另有说明，术语“大致”、“基本”、“大约”、“顺序”、“实际”等意味着“在20％以内且最好是在5％以内”、或者在与角度距离相关时意味着“在5°以内且最好是在2°内”，并且例如“垂直”、“水平”、“外侧”、“下方”、“上方”、“顶部”、“底部”等方向参考适用于在相应视图中所示的以该方式导向的设备，且可理解为在实际情况下，这些设备可能定向不同。

重点关注与一个机械部件相对于另一个机械部件的电感式位移测量法。术语“电感式位移测量法”在此表示藉助于电线圈方式的交变电磁场的测量。更具体地说，但不仅仅只限制于，本发明与涡流传感器的技术子领域相关，其中由电感器所产生的电磁场可分别根据电感器附近可移动的导电部件(相对于电感器)的存在和结构来确定。当电磁场的某些电性频率采用足够大数值时，该电磁现象可用于仪器测量的目的，其中“足够大”的概念由多种参数来确定，例如：导电部件的几何尺寸、电磁属性、温度等等。术语“位移测量”是指导电部件相对于电感器或电感器参考系的位置、速度、加速度或任何其它位移特征量的相关信息的预估。对于位移，同样还要考虑角度(绕轴旋转)、线性(绕轴平移)位移、或该等位移与其它位移或沿着单独轴位移的组合。更具体地说，但不仅仅只限制于，本发明与电感式位置传感器、电感式速度传感器和/或电感式加速度传感器相关。

电感式位移传感器通常包括换能器(例如：刚性连接着测量参考系，也称坐标系)和目标(例如：刚性连接着相对于测量参考系的可移动机械部件)。目标设置在换能器较远位置，且不与换能器(机械或电气)接触(非接触测量)。换能器包含初级绕组或电感器，适合产生交变电磁场，和至少一个次级绕组，在存在初级绕组所产生的电磁场条件下在终端上感应产生交变电压，也称电动势或EMF。目标是部分或完全的导电元件，也称为耦合电枢，耦合电枢在换能器前的存在和/或移动，可以改变在初级绕组和次级绕组之间的耦合。应该注意的是，目标对在初级绕组与次级绕组之间耦合的影响，既取决于目标相对于换能器的位置，也取决于目标相对于换能器的速度。

于是，可以根据目标相对于换能器的位置和相对位移来形成电磁场在空间上的分布。电磁场的空间分布随着机械部件的位移而变化，由此所产生的次级绕组的EMF感应也会发生变化。通过对初级绕组所产生的电磁场，次级绕组终端所感应的EMF进行分析，就有可能预估出目标相对于换能器的次级绕组的位移和/或位置。更具体地说，但并非限定性地，通过次级绕组终端上的EMF波幅的时间变化，就有可能预估出目标相对于换能器的位置、速度和/或加速度。

在本发明的本文和下文中明确指明，术语“次级绕组终端上的电动势范围波幅”是指有限频率组成信号所采用的瞬时值，例如：在有关励磁频率的-Δf和+Δf间的频带中(例如：初级绕组终端施加的交变电压的频率)，其中，Δf可以采用100Hz和100kHz间的数值，携带有机械位移特征的部分或全部信息。该信号包含在电动势中，由励磁频率和/或谐频来调制。可以通过频移和滤波方法来获得，更具体地说，可通过基带移位和滤波来获得。该方法的优选示例，包括采用同步励磁频率信号对(调制)电动势进行同步解调制，其中应选择达到特定标准的电场相位，例如：将解调制输出端获得的信号最大化。另一种方法包括在同步解调后计算信号的模数，其涉及不设置电气解调相位的优点和缺点。也应明确的是，电磁力的波幅是根据本发明采用传感器进行位移测量实施用的优选测量量，但在任何方式下，都不排除在有限值载荷与次级绕组终端(载荷适应)相连接时，是次级绕组的相位、频率、或电功率等的电气测量。

专利EP0182085中已描述了电感式位移传感器的示例，尤其是涡流位置传感器的示例。

但是，已知电感式位移传感器涉及各种缺点。具体来说，已知传感器对装配不准(位置不准、倾角和/或目标/换能器距离)和对测量区附近的导电部件存在较为敏感，这会导致用于工业用途时出现问题。也可能出现与传感器响应线性缺乏的相关问题。此外，已知传感器中目标的位置和/或位移预估的精度和鲁棒性将值得进一步改进。此外，希望能够增加某些已知传感器类型测量范围的程度。此外，已知传感器的一个缺点是它们相对脆弱，这在某些类型应用中会出现问题，尤其是在工业环境中。

希望能够通过电感式位移传感器来修复已知传感器的全部或部分缺点。

应特别关注的是，角位移传感器，尤其是具有大致平面形状的角位移传感器，例如：常规盘形传感器、孔径角小于或等于360°的圆环形带状区的传感器。但是，在读取如下内容时应理解的是，本发明所述实施例示例、实施例和替代实施例均可适用于其它类型的电感式位移传感器，例如：上述专利EP0182085中所述类型的电感式线性位移传感器。本发明中所述实施例示例适应于其它类型的电感式位移传感器，在本领域技术人员掌握范围内，因此在下文中将不再详述。

通过一个说明性但非限制性的示例，本发明所述以及附图所示的电感式传感器，其特征尺寸(即适用于角度传感器的直径和适用于线性传感器的宽度)在5mm和200mm之间，最好是在40毫米和50毫米之间。

图1A和图1B分别是描述常规盘状平面型电感角位置传感器100的正面示意图和侧面示意图。

传感器100包括换能器110，其包括初级导电绕组101和次级导电绕组103。在图1B中，没有详细描述换能器110的初级和次级绕组。优选地，初级绕组101包括两个大致圆形、同轴和共面的导电线圈匝，或相反绕组方向和分开半径的线环101a和101b。初级绕组101的每个线圈匝101a和101b包括至少一个旋转，最好是多个旋转。线圈匝101a和101b最好串联，以便相同强度的电流以相反方向流进，也可以选择并联，以便能在终端看到相同的电压(最好在使用时能确保两个线圈匝中的电流方向相反)。图1所示的初级绕组结构示例的一个优点是：可以在两个线圈匝之间的带状区中产生充分均匀的励磁场，在该带状区外基本为零。或者,初级绕组101可以包含一个单个线圈匝(有一个或多个旋转)。更普遍地，初级绕组101可以包含结构用于在换能器的测量区中产生电磁场的一个或多个同轴线圈匝(各有一个或多个旋转)。所述实施例不限于特定初级绕组的结构。

在所述示例中，次级绕组103包括置于线圈匝101a和101b之间呈圆周形带状区状空间结构的导电线圈匝或线环。例如：绕组103大致位于与线圈匝101a和101b相同的平面中，或在基本平行的平面中。

在该示例中，在正面示意图中，线圈匝103基本遵循角形扇区的轮廓，其中角形扇区的带状区孔径角α由线圈匝101a和101b定义。线圈匝103尤其包括带状区部分轮廓的径向部分和正交径向部分。通过该绕组，可以实现α°范围内的角位置测量。在所述示例中，线圈匝103的孔径角α大致等于30°。但是，所述实施例不限于特定实例。或者，角α可取0和180°之间的任何数值。线圈匝103最好是包括单个旋转，但也可能包括多个旋转。例如：初级101和次级103绕组可以使厚度为几微米至几毫米的厚晶片形式，初级101和次级103绕组设置在同一介质基片(未示出)中，例如：PCB(“印刷电路板”)型基片中。

传感器100进一步包含目标，其中所述目标包括设置于换能器零位的不同距离上、适合相对换能器移动的导电光栅107。在图1A中，仅表示了目标的导电部件107。在该示例中，目标111的光栅107形状基本与换能器线圈匝103导通光栅所定义的带状区部分相同。目标可旋转地安装于围绕与换能器平面正交的轴Z，其中换能器平面通过线圈匝101a和101b的中心，当目标围绕轴Z旋转角度2α时，光栅107(孔径角α)大致完全覆盖，但未完全覆盖换能器次级绕组103线圈匝所界定的带状区表面。通过非限制性示例，目标可以包含由电介质材料所制成的板，例如为盘状板，其中面对换能器的一面部分覆盖一层导电材料，可选地，磁性材料，例如金属层，例如铁、钢、铝、铜等层，以形成光栅107。或者，目标可以仅包括切割成导通光栅107形状的金属板部分，其中金属板部分采用任何合适方法来安装，确保其能相对于线圈匝101a和101b所界定的带状区部分上方的换能器旋转。

将参考图2来描述图1A和1B所示传感器100的工作，其中所述图2表示在传感器次级绕组终端103上的电动势V波幅随着目标111相对于换能器110的角位置θ变化的演变。

在工作中，通过初级绕组101中的电气装置来施加交变电流IP的流动。在绕组101中的电流I_P流动产生电磁场B，在没有目标时，该电磁场B通过次级绕组103横穿的圆环带状区中的旋转来实现基本对称分布。通过非限制性示例，施加于初级绕组中的交变励磁电流I_P的频率在500kHz和50MHz之间(例如4MHz)。例如：电流I_P的波幅在0.1mA和100mA之间(例如2mA)。若无目标111，或更普遍地，当目标的导通光栅107不覆盖次级绕组103时，次级绕组103在其端部之间提供交变EMF V，其频率大致等于初级绕组的励磁频率，波幅原则上等于零。当目标111的导电导通光栅107覆盖全部或部分次级绕组103时，在线圈匝103周围的空间电磁场分布会根据面对线圈匝103的导电光栅107表面部分的结构和位移而发生变化。进一步配制包括，考虑在初级绕组中电流I_P所产生的磁场励磁的影响下，涡流会出现在导通光栅107中，引起电磁场空间分布根据面对线圈匝103的光栅107表面部分位移和结构而更改。电磁场空间分布根据面对线圈匝103的光栅107表面部分位移和结构的变更或变化，可由在次级绕组终端电压范围的波幅V根据面对线圈匝103的光栅107表面部分的位移和结构而产生的改变或变化，通过感应来传递。面对

通过非限制性说明性示例考虑，目标可在θ＝-α°至θ＝α°范围内，相对于换能器围绕Z轴旋转。可以随意认为，位置θ＝-α°与图1A中所示结构对应，其中导通光栅107不会遮蔽线圈匝103，但是从俯视图中可见，有径向边缘与线圈匝103径向边缘相邻。因此，对于在-α°至0°范围的角位置θ，当角位置θ增加时，面对线圈匝103的光栅107部分的表面积也随之增加，对于在0°至α°范围的角位置θ，当角位置θ增加时，面对线圈匝103的光栅107部分的表面积随之下降。当角位置不在θ＝-α°至θ＝α°范围时，面对次级绕组103线圈匝光栅107部分的表面积为零，则不能测量目标111相对于换能器的的位置和/或位移。

在电感式位移传感器次级绕组终端上所测量到的电压范围的波幅V，理论上与面向次级绕组的目标导电导通光栅表面积的部分面积成正比。因此，如图2所示，对于-α°至0°范围的角位置，当角位置θ增加时，信号V下降，从θ＝-α°高值V_max变为θ＝0°的低值V_min；对于0°至α°范围的角位置，当角位置θ增加时，信号V增加，从θ＝0°的低值V_min变为θ＝α°的高值V_max。因此，信号V理论上是三角信号，在-α°至α°角度范围内，在V_min和V_max之间线性变化。下文可见，在实际情况下，信号V有非线性区域，因此倾向于有正弦形状。

因此，在θ＝-α°至θ＝0°角位置范围内，或者在θ＝0°至θ＝α°角位置范围内，通过次级绕组103终端的电动势范围的波幅V的测量，就可以确定目标相对于换能器的角位置θ。虽然信号V数值根据上述两个角位置范围内目标的角位置θ变化，但信号V的测量使之不能将-α°至0°范围的位置数值与0°至α°范围的位置数值区分(非满射测量)。通过传感器100实际测量的角位置范围程度，大致等于α°，只要角α不超过180°。

图3A和3B是描述常规盘状电感式角位置传感器另一实例的正面示意图。传感器包括图3A所示的换能器112和图3B所示的目标114。图3B所示的目标114不同于图1A所示的目标111，主要是导通光栅。具体来说，图3B所示的目标114不同于图1A所示的目标111，它不再包括单个导通光栅107，而包括一组N个导通光栅117_i，且刚性连接着目标，和适合相对于换能器的移动，其中，N是大于或等于2的整数，i是1到N之间的整数。图3A所示的换能器112不同于图1A所示的换能器110，主要是次级绕组113的形状。具体来说，图3A所示的换能器112的次级绕组113不再只包括单个导电线圈匝，而是有一组N个线圈匝113_i。图3B所示的目标114旨在相对于图3A所示的换能器112旋转安装，与参考图1A和1B的所述内容相同或相似。

在该示例中，在正面示意图中，一组导电光栅117_i和一组线圈匝113_i,包含旋转重复的N个基本相同导通光栅，分别为117i和113i。这些导电导通光栅的旋转重复在2α空间频率中进行，即：各个光栅具有的孔径角基本等于α°，并通过正交径向范围基本等于α°的空圆环带状部分与相邻的周边相分隔开。

对于常规形状为近圆环形带状区的传感器，即孔径角等于360等的传感器，导通光栅的孔径角α数值最好是α＝360°/2N，从而确保每次旋转的导通光栅重复为整数(360(以上)。在图3A和3B所示的示例中，N＝6和αα＝6图。

换句话说，图3A所示的换能器包括次级绕组113，次级绕组113包括串联的N个线环或线圈匝113_i。每个线圈匝113_i都是与图1A所示的线圈匝103的相同类型的圆形带带状区扇区形状，角尺寸大致等于α＝360°/2N(在该示例中，即：α＝30°)。N个线圈匝113i沿着初级绕组101线圈匝101a和101b大致界定的圆环带状区呈360°按规律分布，即：次级绕组的两个连续线圈匝113_i通过角度大致等于α的带状区部分相分隔开。

图3B所示的目标包括N个导电线型导通光栅117_i。每个导通光栅117_i具有图1所示的导通光栅107的相同类型的圆形带带状区扇区形状，角尺寸大致等于α＝360°/2N。N个导电线型导通光栅117i沿着拟面对含有线圈匝113i换能器的带状区所设置的目标带状区按规律分布。

在本发明下文中，术语“多极传感器”应指参照图3A和3B所述类型的传感器，N表示传感器的极数。在图1A的示例中，如α采用数值180值，应参考具有一个极对的传感器。尤其是，术语“多极传感器”应表示一个传感器，其中基本导通光栅有规律重复，至少是沿着平行方向目标的两倍，且具有目标相对于换能器的位移自由度(即：沿着上述类型角度传感器的正交径向方向)。

通过对具有多个极对的电动机的电气周期的分析，可以参考两个相邻的光栅117_i之间的孔径角和两个相邻的光栅113_i之间的孔径角作为传感器的电气周期。在图3A和3B所示的传感器具体情况下，导通光栅具有孔径角α°且在导电导通光栅之间的中空部分也具有孔径角α°，则电气周期等于2α°；反之，导通光栅的孔径角等于传感器的电气半周期，这属于优选情况，但不属于排他情况。通过设计，对于常规形状属于封闭的圆环形带状区的传感器，电气周期最好是360期的约数，因为α＝360°/2N。在这些关系条件下，多极电感式传感器的测量范围为α°，等于电气周期2α°的一半。在图1A所示的示例中，如α采用数值180值，则电气周期等于360°，测量范围大致等于电气周期的一半，即：180°。在图3A和3B所示的示例中，α＝30°，则电气周期是2α＝60°，测量范围大致等于电气周期的一半，即α＝30°。

图4图示了图3A和3B所示的传感器次级绕组终端113电动势范围波幅V随着目标相对于换能器的角位置θ的演变。

如图4所示，目标相对于换能器的的角位置θ从0°到360°变化，则信号V在高值V_max和低值V_min之间作周期性变化，角度变化周期大致等于传感器电气周期2α。

适合图3A和3B所示的传感器测量的角位置θ范围的波幅大致等于电气周期的一半，即：α°。

相对于图1A和1B所示的传感器，图3A和3B所示的传感器的一个优点是：目标和换能器上分配的较大数量的光栅，可以在延伸测量区上进行分布测量，其中每个导通光栅都能通过局部或通过设计有助于整体电动势的产生，这种电动势更能免于图1A和1B所示的传感器中的目标相对于换能器的的定位错误，其中，所实施的测量是采用导通光栅107-103中的单组光栅来实施的局部测量。这种测量鲁棒性会随着传感器极对N数量的增加而变强。

图5图示了图3A和3B所示的传感器的另一种实施例。在图5中，仅显示了传感器的换能器，目标相同于图3B所示。

图5所示的传感器的换能器包括与图3A所示的换能器相同的元件，还进一步包含第二次级绕组113'，第二次级绕组113'包括串联的N个线环或线圈匝113_i'。为便于澄清，图5未示出在绕组113的不同线环113_i之间的连接和绕组113'的不同线环113_i'之间的连接。次级绕组113'(以虚线表示)基本相同于次级绕组113(以实线表示)，设置在次级绕组113换能器的相同带状区中，相对于次级绕组113的角度偏移，对应于传感器电气周期的四分之一，即大致等于α/2。

图6图示了图5所示的传感器次级绕组终端113电动势范围波幅V(实线)和图5所示的传感器次级绕组终端113'电动势范围波幅V'(虚线)随着目标相对于换能器的的角位置的演变。

如图6所示，当目标相对于换能器的的角位置在0°到360°变化时，则信号V和V'在高值V_max和低值V_min之间作周期性变化，变化周期等于传感器的电气周期，即：大致等于2α°。在该示例中，相对角度偏移基本等于传感器电气周期的四分之一，即在该示例中大致等于α/2°。

与图3A所示的换能器相比，图5所示的换能器的一项优点是；有可能延伸适合采用传感器测量的角位置θ的范围，最大可至整个电气周期(即，2α°)，而不是图3A和3B所示示例的半个周期(即，α°)。

图7示出了图3A和3B所示的传感器的另一个实施例。在图7中，仅示出了传感器的换能器，目标相同于图3B。

图7所示的传感器的换能器不同于图3A所示的换能器，主要是次级绕组的形状。图7所示的传感器的换能器包括次级绕组123，次级绕组123包括以交替绕组方向作互连串联的2N个线环或线圈匝。换句话说，次级绕组123包括2N个电气线路或线圈匝的光栅，各自都以反串联连接方式与最相邻的绕组相连。更具体地说，绕组123包括N个相同绕组方向的线圈匝123_i+，基于相同于图3A所示的换能器的N个线圈匝113_i，绕组123进一步包含相反绕组方向的N个线圈匝123_i-，各个线圈匝123_i-都设置在两个连续线圈匝123_i+之间，每个线圈匝123_i-都具有与线圈匝123_i+相同类型的圆环带状区扇区形状。为便于澄清，图7未示出在绕组123的线圈匝123_i+和123_i-之间的连接，两个绕组方向分别已采用符号“+”来表示线圈匝123_i+和符号“-”来表示线圈匝123_i-。

更具体地说，在图7示例中，每个线圈匝123_i+和123_i-孔径角都必须严格地小于电气半周期，这就可以获得标识性更高的图形表示。在实际情况下，每个线圈匝123_i+和123_i-的孔径角α近似较低数值、相等数值或较高数值的电气半周期。在孔径角等于恰好电气半周期的具体情况下，该情况属于优选但不排他的实施例示例，N线圈匝123_i+孔径角和N线圈匝123_i-孔径角的总和等于360°，或换句话说，两个相近线圈匝123_i+和123_i-的组成径向轨迹，在轴Z指引且以传感器中心为中心的参考系{R,θ}(未示出)中共享空间坐标。但是，这显然并不意味合并轨迹和线圈匝123_i+和123_i-短路，只要轨迹可置于沿着轴Z的两个单独平面上。

两个相邻的线圈匝123_i+之间的空间重复周期和两个相邻的线圈匝123_i-之间的空间重复周期等于一个传感器电气周期，而与线圈匝123_i+和123_i-孔径角α无关。使用一组与传感器电气半周期不同孔径角的线圈匝的优选但非限制性示例，包括分布线圈匝123_i+和123_i-，与是否正交径向无关，与图7中所示。

图8图示了图7所示的传感器次级绕组终端123电动势范围波幅V随着目标相对于换能器的角位置θ的演变。

如图8所示，当目标相对于换能器的角位置θ在0°到360°范围变化时，则信号V在高值V_max和低值V_min,之间作周期变化，角度变化周期大致等于一个电气周期。

与图3A换能器相比，图7所示的换能器的一个优点是：波幅V中心大致在0伏(V_min≈-V_max)。更具体地说，空间微差测量的使用，例如：参考图7所示，有可能获得相对于数值V_min和V_max的低平均波幅V。这就简化了用于预估位移的测量处理，尤其是减少了漂移和寄生扰动的影响。

实际上，与寄生效应相关联的波幅V的一些变化，即不是源于目标位移，在图7所示的传感器情况下，仅通过增益变化来传递，而在图3A所示的传感器情况下，通过增益变化和偏移变化来传递。正如在初级、目标和次级绕组之间的耦合系数会随着目标-换能器距离的寄生变化而变化。此外，还包括例如励磁电流波幅变化的情况，电源电压寄生波动情况，或初级绕组电气属性漂移情况，例如，根据换能器和目标的温度和相对距离。

此外，在图7所示的示例中，具有外部场不携带目标位移信息的次级绕组的耦合会因为测量的空间不同属性而显著减少。这既是引入EMF波幅的恒定部分(与目标位置无关)、由初级绕组产生电磁场部分的特定情况，又是在次级绕组123附近展现出充分均匀分布的任何外部电磁场干扰的特定情况。

图7所示的另一种实施例可与图5所示的另一种实施例相结合，以便获得波幅V和V'的两个信号，其中波幅V和V'角度偏移四分之一的电气周期，且以大致0伏特为中心。

应该注意这样一个事实：EMF范围波幅V大致以0伏为中心，这并不一定意味着调制电动势验证了在频移和滤波方法实施之前的所述属性。一般来说，电动势(“调制”)的平均数值不是零，而是由于自觉参考在所定义的电动势(例如：电气质量)上的次级绕组两个终端中的一个终端，或由于次级绕组高阻抗测量情况下参考环境电势与平均电势的电容耦合(例如：机械质量)。适用于电动势平均数值的本说明性示例也适用于电气信号的任何频率分量，而与其来源无关，其中频率分量在调制频率附近的相关-Δf至+Δf频带范围之外，或者换句话说，在按照频移方法的零频率附近的相关-Δf至+Δf频带范围之外。

第一方面

图9A图示了在综合图5(由四分之一电气周期空间偏移的两个次级)和图7(包括交替绕组方向的2N线圈匝的各个次级)所示实施例选项的上述类型的电感式传感器中，波幅V和V'信号随着角位置θ变化的预期理论的演变。如图9A所示，预期理论的波幅V和V'是三角周期信号，其周期等于传感器电气周期并在数值V_min和V_max之间线性变化，相对于另一个有四分之一电气周期的角度偏移。实际上，在理论上，如上述专利EP0182085(第12栏，第22至57行)所示，在电感式传感器次级绕组的终端实测得到的电压范围的波幅正比于面对该次级绕组的目标的导通光栅表面部分面积。但是，在上述实施例示例中，对于图7所示的导通光栅123_i+和导通光栅123_i-，面对次级绕组的电路导通光栅或线圈匝的目标导电表面部分随角位置θ呈线性变化。因此，信号V和V'应部分随着位置θ而线性变化。

然而，发明者观察到，在实践中，信号V和V'位置θ的变化通常在传感器电气周期中具有较宽的非线性区域。更具体地说，在实际情况下，信号V和V'随着位置θ的变化确实在传感器的一个电气周期中具有两个范围缩减的基本线性区域，这些区域中心大致在波幅V和V'的零交叉上，但是在这两个线性区域之间，插入了饱和和事实上较少的线性区域，这些区域的中心大致在波幅V和V'的极值上。

波幅V和V'随着根据位置θ变化的低线性涉及缺点。具体来说，通过非限制性示例，缩减线性的范围会导致不可能完全从专利FR2914126和FR2891362中所述信号处理方法中完全受益。

图9B图示了在上述类型电感式传感器中信号V和V'随着角位置θ变化而实际获得的真实演变。如图9B所示，信号V和V仅在传感器测量范围的缩减角度范围α_L部分内线性变化，也称之为线性范围。通过示例，每个线性范围α_L范围在传感器电气半周期的20％和90％之间(在所述示例中等于α°)。例如：线性范围α_L定义为最大角度范围，中心基本在波幅V的平均数值上，为此有可能找到波幅V的线性近似V_L，使得在线性近似V_L和波幅V之间的差值E_L小于阈值E_L0，例如，阈值E_L0可定义为波幅V极值的百分比，例如，在根据传感器线性程度的波幅V极值的0.01％和10％之间的数值范围内。换句话说，线性范围α_L是最大角度范围，波幅V在设定数值E_L0最大近似值范围内，基本上随着目标相对于换能器的位置而变化。在实际情况下，通常旨在相反情况，例如：评估指定角度范围α_L的最大线性误差，但不限于旨在实施测量的角度范围。此外，评估传感器线性的另一种方式，是评估线性误差E_LM，误差E_LM定义为在给定范围α_L的波幅V和线性近似V_L之间的最大差异。最好但不是限制性地，当需测量位移变化较快且多个波幅样本的观察数值需要超出电气半周期的50％时，具有两个次级绕组的传感器的线性范围至少是电气半周期的50％，例如，在电气半周期的50％和80％之间。在另一优选示例中，当需测量的位移变化较快时，具有三个次级绕组的传感器的线性范围至少是电气半周期的33％，例如，在电气半周期的33％和50％之间。在下文中，除非另有说明且不视为排他选择，描述将仅限于呈现有两个次级绕组的传感器，以及从可读性目的来看，描述仅限于呈现电气半周期50％的线性范围，而没有明确说明具体期限，且仅通过提及线性误差E_L的方式来考虑在这些条件下所定义的线性误差。

发明者特别观察到，对于给定的目标-换能器距离(和给定范围α_L)，线性误差E_L通常会随着传感器极数N增加而增加。

然而，这种限制并不表示电感式传感器的工业用途，因为要确保上述测量的鲁棒性，该用途通常需要很多极数，通常N＝6。

希望电感式位移传感器，尤其是多极传感器能具有比现有传感器更低的线性误差(或更大的线性范围)，从而尤其便于由传感器所提供的波幅的处理。通过非限制性示例，延伸线性范围可从专利FR2914126和FR2891362所述的信号处理方法中获益。

根据第一方面，在电感式位移传感器，尤其(但不仅)是多极传感器中，例如具有两极对或更多极对的传感器，最好是具有六极对或更多极对的传感器，可以寻求减少给定角度范围α_L的线性误差E_L，例如，对于具有两个次级绕组的传感器，在超出传感器电气半周期一半范围延伸的范围α_L，或对于具有三个次级绕组的传感器，在超出传感器电气半周期三分之一范围延伸的范围α_L。也可以考虑增加传感器测量范围所包含的传感器线性范围的程度，即，位置范围的程度，其中，在传感器次级绕组终端上的电动势范围波幅随着目标相对于换能器的角位置θ变化而大致线性变化。

发明者实施的研究表明：电感式传感器的线性范围程度取决于目标-换能器距离d，有时称为气隙，即在换能器次级绕组中位线平面和目标的导电光栅之间的距离。通过示例，目标-换能器距离d定义为在换能器次级绕组中位线平面和面向换能器的目标的导通光栅表面之间的距离。

图10图示了针对在上述类型电感式传感器中的多个单独的目标-换能器距离(例如：参考图7所述的类型，其中N＝6个极对)，在换能器的次级绕组终端所测量得到的电动势范围的波幅V随着目标的角位置θ变化的演变。曲线V1表示针对目标-换能器距离d1的波幅V的演变，曲线V2表示小于d1的目标-换能器距离d2的波幅V的演变，曲线V3表示小于d2的目标-换能器距离d3的波幅V的演变。虚线格式的线Vl1表示波幅V1的线性近似，虚线格式的线Vl2表示波幅V2的线性近似，虚线格式的线Vl3表示波幅V3的线性近似。如图10所示，信号V，在距离d3处的最大波幅大于在距离d2和d1处所得最大波幅。另一方面，在距离d2处的波幅V的线性误差E_L2分别小于在距离d1和d3处的波幅V的线性误差E_L1和E_L3。

图11图示了电感式位移传感器的换能器次级绕组终端所实测得到的电动势范围波幅V的线性误差E_L随着目标-换能器距离变化的演变，例如：参考图7所述类型的传感器(其中N＝6个极对)。在该示例中，线性误差E_L在例如传感器电气周期一半范围内延伸的角位置θ指定范围内(在无变化的EMF部分)，对应于在传感器响应的线性近似和实测得到的实际响应之间的最大差值(绝对数值)上对应。如图11所示，存在着一个最佳目标-换能器距离d_opt，使得线性误差E_L能够达到最小值。更普遍的是，发明者观察到，可在所有类型的电感式位移传感器中观察到最小线性误差，且与极对的数量无关。对于与传感器配置有关的最佳目标-换能器距离，可以获得该最小数值(尤其是极对的数量)。因此，在理论上可以获得线性响应，且与电感式传感器无关。该术语理论上表示，当极对N的数量特别多时，则距离d_opt就非常小，在实际情况下，由于合适测量仪器使用精度有限和限制条件较多而难以实施测量。

根据第一实施例，设计了电感式位移传感器，其中，目标-换能器距离d是传感器实测波幅线性误差最小值时距离d_opt的0.8和1.5倍之间。应该注意的是，该最佳距离可使用测试来确定，例如，通过绘制图11中所示类型曲线来确定。

然而，发明者观察到，在实际情况下，对于某些传感器，尤其是具有多个N极数的特殊传感器，通常大于或等于3和N大于或等于6极数的传感器，从线性角度来看，最佳目标-换能器距离可以相对较小，例如小于0.2mm，这会给某些类型的测量带来问题，尤其在工业环境中，因为在工业环境中，这种距离不可接受，尤其是由于制造、装配和使用公差的原因。

此外，发明者还观察到，从线性角度来看，最佳目标-换能器距离取决于多个其它参数，包括传感器的几何参数，如换能器和/或目标的外径。更具体地说，发明者观察到，当传感器的直径增加时，最佳目标-换能器距离会增加，并且可取得相对较高的数值，例如大于1mm，这会给某些类型的测量带来问题，特别在确保设计小巧的工业环境。

就线性而言，在最佳目标-换能器距离与测量环境不兼容(过高或过低)的情况下，可以设想将最近的可能目标-换能器距离定位在环境条件受限的最佳距离，通过使用测量信号的数学处理(后处理)来纠正非线性。然而，发明者观察到，在实际情况下，该解决方案在精度和鲁棒性方面有局限性，而且对于专利FR2914126和FR2891362所述的信号处理方法的实现并不令人满意。

发明者提出且如图12A至12D，13A至13C，14和15所示的第一解决方案，是将传感器添加到附加电磁场受限部分，置于与换能器初级绕组特定距离上，以便从线性角度大大增加目标-换能器距离。

图12A至12D是说明电感式角位移传感器实施例四个示例的剖面示意图。

在图12A所示的示例中，传感器包括换能器201和目标203，置于目标-换能器距离d上(在该示例中，d是在换能器次级绕组中位线平面和面对换能器的目标导通光栅的表面平面之间的距离)，并不包括附加场的受限部分。

在图12B所示的示例中，传感器包括换能器201和目标203，置于目标-换能器距离d上，还进一步包含由导电材料制成的附加电场约束部件205，例如：由与目标的导电光栅相同的材质或任何其它导电材质，可选磁性材质，例如：铁，钢，铝，铜等。在该示例中，部件205置于与换能器201相对的目标203的侧面(即：目标203位于换能器201和部件205之间)，部件205表面面对最好面对与换能器中位线平面大致平行的目标203，也大致与目标中位线平面相平行(受装配精度不准的约束)。电场约束部件205最好是沿着与传感器位移自由度平行方向呈周期性，即：在角位置传感器情况下呈周期性旋转(围绕目标对称轴大致旋转)，限制部件的导电光栅的空间周期最好与目标的导电光栅的空间周期相分隔开。通过说明性而非限制性示例，部件205呈旋转对称。部件205设置在部件-换能器距离l上，在该示例中，该距离l定义为换能器的初级绕组中位线平面和面对换能器的部件导电光栅表面平面之间的距离。部件205最好刚性连接着目标，即：当目标相对于换能器的位置变化时，也相对于换能器移动。

在图12C所示的示例中，传感器包括换能器201和目标203，置于目标-换能器距离d上，还进一步包含附加电场约束部件205'，例如，相同或相似于图12B所示的部件205。部件205'最好是周期的旋转，例如围绕对称轴而旋转对称，其中对称轴大致是换能器初级绕组的对称轴。在该示例中，部件205'置于与目标203相对的换能器201的侧面(即：换能器201置于目标203和部件205'之间)。部件205'置于部件-换能器距离l'上。通过示例，距离l'定义为换能器的初级绕组中位线平面和面对换能器的部件导电光栅表面平面之间的距离。部件205'最好刚性连接着换能器，即，当目标相对于换能器的位置变化时，也相对于换能器固定。

在图12D所示的示例中，传感器包括换能器201和目标203，置于目标-换能器距离d上，第一电场约束部件205(例如：相同或相似于图12B所示的部件205)置于与目标203相对的换能器201的侧面且在离开换能器的距离l上，第二电场约束部件205'(例如：相同或相似于图12C所示的部件205')置于与换能器201相对的目标203的侧面且在离开换能器的距离l'上(即，换能器201和目标203位于部件205和205'之间)。

部件205和/或205'可电气连接或不连接、以点式或空间分布方式连接着传感器的其它元件。具体来说，部件205可电气连接到一个或多个目标的导通光栅，部件205'可电气连接着换能器上的有效电动势，例如：在次级绕组的点上，在初级绕组的点上或在换能器的接地点上。

图13A是包含四个曲线E_LA、E_LB、E_LC和E_LD的示意图，分别代表图12A至12D所示传感器的四个示例，传感器线性误差E_L随着目标-换能器距离变化的演变。曲线E_LA、E_LB、E_LC和E_LD中的各个曲线相同于图11所示的曲线类型，即：分别通过某个最佳目标-换能器距离d_optA、d_optB、d_optC和d_optD的线性误差数值。如图13A所示，距离d_optA小于距离d_optB，距离d_optB依次小于距离d_optC，距离d_optC依次小于距离d_optD。发明者实施的测试表明：添加一个或多个附加电场受限部分，就电感式位移传感器的线性角度而言，可以将最佳目标-换能器距离从数十毫米减少为几毫米。

沿着附加电场受限部分的轴Z的位置，更具体地说，是换能器的初级绕组和一个或多个部件之间的距离，从线性角度来看，是因一个或多个部件增加对最佳目标-换能器距离增加的有效性所产生的影响。因此，在初级绕组和附加电场受限部分之间存在最佳距离l_opt和/或l_opt'，这样，增加最佳目标-换能器距离d_opt，就可以使所获得的数值在传感器运转距离d的0.65和1.25倍之间，该数值寻求有可能但不限于0.5和1.5毫米之间，这是与各种工业应用兼容的数值范围。

图13B图示了在图12C或12D所示附加电场约束部件205'附加情况下，就线性角度而言，上述类型的电感式角度位移传感器的最佳目标-换能器距离d_opt随着部件-初级距离d_pipr'与目标-初级距离d_cpr的比率变化的演变。如图13B所示，就线性角度而言，最佳目标-换能器距离随着比率d_pipr'/d_cpr下降而增加。

图13C图示了在图12B或12D所示附加电场约束部件205'附加情况下，就线性角度而言，上述类型的电感式角度位移传感器的最佳目标-换能器距离d_opt随着部件-初级距离d_pipr'与目标-初级距离d_cpr的比率变化的演变。如图13C所示，就线性角度而言，最佳目标-换能器距离随着比率d_pipr'/d_cpr下降而增加。

换句话说，如换能器视为组成层没有区别的组件时，可将最佳目标-换能器距离d_opt视为随着比率l/d(分别为l'/d)减小而增加。

在该等条件下，作为说明性但非限制性的示例，图12D中附加电场受限部分的定位是：

-将上部件205'置于离开初级绕组的距离上，大致为初级绕组和目标导电光栅表面积分开间距离的0.5和2倍之间的位置；

-将下部205置于离开初级绕组的距离上，大致为初级绕组和目标导电光栅表面积分开间距离的1.3和3倍之间的位置。

因此，对于给定的传感器配置，可以选择比率d_pipr/d_cpr和/或比率d_pipr'/d_cpr，使得距离d_opt与应用约束相兼容，例如大于或等于0.3mm，例如在0.3和10mm之间，最好是在0.5和1.5mm之间，尤其是包括较多极对N的传感器，例如N≥4和最好是N≥6的传感器。

应该注意的是，上述在电场约束部件和换能器之间距离的选择，通常在换能器的次级绕组所提供信号电平的角度来看，并不是最佳的。事实上，在该距离上，导电部件205/205'会导致换能器所提供的信号V和V'电平不可忽视的减少。应该特别注意的是，在电感式角位移测量的现有技术中，分离导电部件更趋于尽可能多地改变仅在初级、次级和目标元件存在时所确定的电磁场的空间分布。该尺寸标准适用于静电屏蔽(或屏蔽屏)的情况，当提供静电屏蔽时，可沿着轴Z设置，距离可大于所述实施例中设想的距离，以便不过度衰减次级所测量到的所需信号电平。

然而，提出的所述实施例定义了一种折中方案，可能适用于线性特征重要的应用，尤其是要求执行上述专利FR2914126和FR2891362所述类型的信号处理方法的应用。

图14和15是上述类型电感式位移传感器所用电场受限部件205示例的正面示意图(上述传感器的部件205'具有相同或相似的配置)。在图14所示的示例中，部件205是导电材质的盘状(例如金属)结构，尺寸例如大于或等于目标的外径。或者(未示出)盘状可通过在中心钻孔得到，例如，孔小于等于目标导电光栅的内径。在图15所示的示例中，部件205是直径与目标的导电光栅相同的盘状，但有粘着力径向条纹或槽，适合获得莫尔型的结构效应，目标适用于放大部件205对换能器次级绕组上电场分布的影响。但是，所述实施例不限于这两个特例。

图16A、16B和17描述了第二种解决方案，从线性角度来变化最佳目标-换能器距离，适用于新增或添加导电场受限部分。

图16A和16B示出了电感式角位置传感器实施例的两个示例。在图16A和16B中，仅表示了传感器的目标。换能器，尤其是初级绕组或次级绕组的结构，与目标的结构相一致，可以很容易地从上述目标的形状推导出。在该示例中，图16A所示的传感器的目标相同或相似于图3B所示的目标。图16B所示的传感器目标也包括呈带状区扇区形状的N个导电光栅137_i，孔径角α大致等于一个电气半周期(例如360°/2N)，N导电光栅137_i按规律沿着目标所述带状区分布。图16B所示的目标与图16A所示的目标不同之处在于，导通光栅137_i所具有的径向尺寸(小于图示尺寸)不同于图16A所示的目标的导电光栅117_i的径向尺寸。更具体地说，在该示例中，确定导通光栅137_i形状的带状区的外径R_ext基本相同于确定光栅117_i形状的带状区的外径，但内径R_int小于导电光栅117_i的带状区。

发明者观察到，如图17所示，对于指定数量的极对，从传感器响应的线性角度来看，最佳目标-换能器距离d_opt根据带状区内径和外径比率R_int/R_ext而变化，其中先设置目标的导通光栅，随后设置传感器的次级绕组线圈匝。应该注意的是，图16B所示的实施例，其中包含通过改变目标导通光栅内径R_int来变化比率的R_int/R_ext，不排除其它任何方式，可以通过更改外径R_ext或组合半径的方式来适合改变比率R_int/R_ext的进一步其它实施例。

图17图示了上述类型的电感式角度位移传感器，从线性角度来看，最佳目标-换能器距离d_opt随着R_int/R_ext的演变。如图17所示，从线性角度来看，最佳目标-换能器会随着比率R_int/R_ext的增加而增加。因此，对于给定的传感器配置，可选择比率R_int/R_ext，以便确保距离d_opt与应用约束条件的相兼容，例如大于或等于0.3mm，例如在0.3和10mm之间，最好是在0.5和1.5mm之间，尤其是包括较多数量极对N的传感器，例如N≥4和最好是N≥6。

就电磁角度而言，似乎对目标内径和/或外径变化会具有改变导通光栅形状比率的效果，尤其是相对于正交径向边缘作用改变径向边缘作用，该作用比率是从线性d_opt角度来确定最佳目标-换能器距离的决定因素。当目标的内径和外径比率R_int/R_ext增加时，沿着径向方向构成导通光栅的带状区部分，导致通过从线性角度增加最佳目标-换能器距离来减少径向边缘对由次级所测量到的、以次级输出信号传递的整体电场分布作用的影响。因此，所述解决方案包括变化电磁场的空间分布，尤其是相对于正交径向作用的径向作用比率，从而从线性d_opt角度来调整最佳目标-换能器距离，使之能与应用约束条件相兼容。

在图16B所示的传感器中，当图16B所示的目标的内径R_int和/或外径R_ext变化时，相关换能器的内径和外径也变化，最好基本以相同比例，以便能最大化由次级所接收到的信号电平。通过最大化次级输出的信号电平，参考就应更加具体明确，以便最大化信号原点的斜率，而不是最大化在部分位置上的信号极值所采用的数值。

对于给定部分的目标内径R_int和外径R_ext，当定义目标的导通光栅的带状区和定义次级的导通光栅的带状区基本重叠时，或者换句话说，当目标的外部和相关内部正交径向边缘和次级的外部和相应内部正交径向分支相重叠时，相关的换能器的次级所接收到的信号最大。

应该注意的是，对于给定传感器尺寸(尤其是外径上限和内径下限)，增加比率R_int/R_ext等于减少目标的导通光栅的表面积，这会导致传感器所输出的信号电平随着目标相对于换能器的位置的变化波幅减小。因此，在现有电感式角位移测量的技术中，对带状区的内部直径和外部直径进行设计，以确保能够占用给定尺寸中的最大可用表面积，其中带状区有目标的导通光栅和传感器的次级绕组线圈匝，其中给定尺寸通常会受到集成传感器的基片和/或套管的内部孔径和外部直径的约束，或给定尺寸会受到传感器配置围绕的轴的外部直径以及容纳传感器的接口部分的内部直径的约束。

但是，所提出的解决方案包括修改比率R_int/R_ext，该解决方案定义了适用于线性条件重要的应用的折中方案。

图18A，18B和19描述了第三种解决方案，该方案适用于从线性角度来变化最佳目标-换能器距离，以适用于附加或交替添加附加电场受限部分，和/或改变比率R_int/R_ext。

第三种解决方案与上述的解决方案的逻辑相同，即，包括改变目标的导通光栅和/或相应次级绕组线圈匝的形状因子，尤其是改变目标导通光栅和/或次级绕组线圈匝的径向尺寸和正交径向尺寸的比例，从而从线性角度将最佳目标-换能器距离适应于应用条件的约束。

图18A描述了上述类型的角位置传感器实施例的三个示例。在图18A中，仅显示了一个目标的导通光栅，该导通光栅分别通过第一示例(实线)的参考117_i、第二示例(虚线)的参考117_i'和第三示例(虚线)的参考117_i”来指定。在每个示例中，目标可通过有规律地重复沿着圆环形带状区所表示的导通光栅来获得。光栅117_i,117_i'和117_i”的内径和外径基本相同，但光栅117_i,117_i',和117_i”各自在角尺寸上有所不同。更具体地说,在该示例中，光栅117_i'的孔径角大致等于一个电气半周期(例如360°/2N)，如上所示，光栅117_i”的孔径角大于数值Δα1的一个电气半周期，例如在一个电气半周期的0％和50％之间，光栅117_i的孔径角小于数值Δα2的360°/2N，例如，在电气半周期的0％和50％之间。

对于图16A、16B和17所示的解决方案实施例，换能器的次级结构优先与目标的导通光栅的结构相一致，即适应目标光栅117_i'的次级导通光栅的孔径角基本等于一个电气半周期(例如：360°/2N)，适应目标光栅117_i”的次级导通光栅的孔径角大于基本等于Δα1数值的360°/2N，适应目标117_i的次级导通光栅孔径角小于基本等于Δα2数值的360°/2N。在实际情况下，当次级导通光栅孔径角采用大于传感器电气半周期的的数值时，可以对其进行设计，以便在相邻线圈匝之间提供电气绝缘，从而修改至少一个金属化平面上的轨迹形状，和/或增加金属化平面的数量。另一个实施例方案可以包含将次级导通光栅的最大孔径角限制为基本等于一个电气半周期，并且仅改变目标导通光栅的孔径角(数值Δα1或Δα2)。在该情况下，换能器的次级绕组导通光栅孔径角与目标导通光栅孔径角不完全相一致。

发明者观察到，从传感器响应线性角度来看，最佳目标-换能器距离d_opt根据选定目标和次级导通光栅的孔径角和等于传感器一个电气半周期公称孔径角α之间的角度偏差而出现变化。

图19图示了图18A和18B所示的上述类型的指定多极角位移传感器从线性角度的最佳目标-换能器距离d_opt随着数值Δα变化的演变。如图19所示，从线性角度，如为负值，最佳目标-换能器会随着数值Δα的增加而下降，如为正值，最佳目标-换能器会随着数值Δα的增加而增加。因此，对于给定的传感器配置，可通过相对于公称数值α(等于一个电气半周期，例如360°/2N)的数值Δα来改变目标导通光栅的孔径角，其中数值Δα的选择应确保距离d_opt与应用条件的约束相兼容，例如大于或等于0.3mm，例如在0.3和10mm之间，最好是在0.5和1.5mm之间，尤其是包括较多数量极对N的传感器，例如N≥4和最好是N≥6。

已描述了一种解决方案，适用于减小电感式位移传感器的响应线性误差(或增加线性范围的程度)，以及适用于改变，即根据初始情况来增加或减少电感式位移传感器从线性角度已有或接近最佳特征的目标-换能器距离。

应该注意的是，如线性误差仍然过高(或者所得线性范围程度仍然不足)，可以增加一个或多个空间偏移的附加次级绕组(通过彼此间基本相等的角度偏移)，从而通过结合上述解决方案的应用，以减少有关目标定位和/或位移的信息来适当重建所需的最小线性范围的程度。通过说明性示例，在图5所示的传感器中，可以设想由传感器的第六个电气周期实现空间偏移三个相同次级绕组，而不是提供由四分之一电气周期时限空间偏移的两个相同次级绕组。

此外，应该注意的是，上述解决方案可以适用于电感式线性位移传感器，例如，通过“展开缠绕”的圆环带状区形式的导通光栅，以将其转换为直线的带状区形式的导通光栅。

此外，应该注意的是，上述解决方案可以适用于电感式角位移传感器，其中换能器的孔径角小于360°，例如小于180°，以便能够实现围绕旋转轴从换能器侧面装配，而不是“直通式”的装配。在这种情况下，目标的孔径角的数值可以是360°，与换能器的孔径角无关，或者可以采用例如与应用角位移范围相对应的小于360°的数值。

第二方面

发明者进一步观察到：在实际情况下，与线性问题无关时，现有电感式位移传感器，尤其是多极传感器，对耦合效应所引起的各种扰动感应敏感。这种扰动的发生，例如，在换能区，即直接在换能器的次级上，此外也可以在换能器次级和电子装置功能调节块之间的电气连接区。这些扰动所特别具有的特征有与传感器的外电磁扰动的耦合(即，初级绕组不产生)、初级绕组与次级绕组的直接电感式耦合(即：电感式耦合比例保持稳定，与目标位置无关)，和/或在初级绕组和次级绕组之间的电容耦合。这些扰动有可能会造成传感器输出信号和传感器输出信号解释错误的意外波动。

希望能够使用对寄生扰动不太敏感、受寄生耦合约束性小于现有传感器的电感式位移传感器，尤其是多极传感器。

因此，根据第二方面，需要减少对多极电感式位移传感器的扰动和寄生耦合的影响，尤其是参考图7所述的类型传感器，即，其中各个次级绕组包括交替绕组方向的2N线圈匝，N是传感器的极对数。为此，发明者提出了一种传感器的次级绕组的特定结构，下文将详细说明。

图20A和20C描述了电感式角度位移传感器实施例的两个示例，孔径角360°，由N＝6极对组成，可以进行空间差分测量(例如，参照图7所述)。在图20A和20C中，仅显示各个传感器的一个次级213，初级绕组和目标的实施例，可选择相对于绕组213空间偏移的一个或多个次级绕组，需由本领域技术人员根据本说明中的解释来掌握。在该示例中，图20A所示的传感器的次级和图20C所示的传感器的次级相同或相似于图7所示的次级，除了所显示的线圈匝间的电气连接。图20A所示的次级显示了互连线圈匝的第一种方法，其中，第一次横穿带状区在次级延伸的整个孔径角上，例如图所示的三角方向，第二次横穿整个带状区，这次是以顺时针方向，以便将电气终端E2接近电气起始端E1，从而闭合测量电路。图20C所示的次级显示了互连线圈匝的第二种方法，其中，第一次横穿次级延伸的带状区前一半孔径角，例如图所示的三角方向，随后，以返回路径以顺时针方向横穿，以接近输入端E1，随后横穿次级延伸的带状区的另一半孔径角，保持顺时针的旋转方向，随后返回路径以三角方向横穿，将电气终端E2接近电气起始端E1，从而闭合图20A所示的次级的测量电路。

图20B和20D是描述电感式线性位移换能器换能器实施例示例的正面示意图。图20B和20D所示的传感器是符合如下条件的传感器，包括N个导通光栅的目标(未示出)，适合沿着直线方向x作相对于换能器的平移。例如，图20B所示的传感器相同于图20A所示的传感器类型，适用于线性配置，基本包括图20A所示的传感器的“展开缠绕”的圆环形带状区，采用具有常规矩形或正方形的导通光栅和线圈匝来替代具有带状区扇区形的导通光栅和线圈匝。例如，图20D所示的传感器类型相同于图20C所示的传感器类型，适用于线性配置。在图20B和20D中，仅显示各个传感器的一个次级绕组213，初级绕组和目标实施例，可选择相对于绕组213空间偏移的一个或多个附加次级绕组，需由本领域技术人员根据本说明中的解释来掌握。通过示例，与图20A和20C所示的角度传感器的初级绕组不同，例如，当图1A所示的传感器所使用的两个同轴线圈匝101a和101b是“展开缠绕”时所获得的初级绕组示例，包括参照图20B和20D所述的线性传感器使用单个线圈匝，或可选择由多个旋转构成。例如，初级绕组的线圈匝具有常规的矩形，沿着y方向的尺寸类似于上述次级线圈匝和/或目标导通光栅沿着y方向的尺寸，沿着x方向的尺寸大于上述次级线圈匝和/或目标导通光栅沿着x方向的尺寸，于是，有利于始于沿着y方向且位于沿着初级x方向的两端上的初级分支所创建的整体电磁场分布，在始于沿着y方向且位于次级x方向的两端上的次级分支附近相对减弱。具体来说，对于有单个次级绕组的换能器，沿着初级x方向的范围大于沿着次级x方向的范围，最好是但非限定是，大于传感器的至少一个电气半周期，在传感器的各端平均分布(电气周期的四分之一)。一般情况下，电感式线性位移传感器的初级绕组实施例的优选示例是具有常规的矩形形状且范围大于次级的整体范围的线圈匝，例如但非排他地，大于传感器的至少一个电气半周期，在传感器的各端平均分布(电气周期的四分之一)。

在图20B和20D所示的示例中，传感器包括N＝6个极对。但是，所述实施例并不限于该特定的实例。

在图20D所示的传感器示例中，次级绕组213延伸进入与传感器自由度相平行且尺寸为D_tot的区域中，即：与目标相对于换能器的位移方向x相平行。绕组213包括以交替绕组方向，在末端E1和E2之间电气串联的2N个线环或线圈匝。更具体地说，绕组213包括具有相同第一绕组方向的N个线环或线圈匝213_i+，和具有与第一方向相反的相同第二绕组方向的N个线环或线圈匝213_i-，每个线圈匝213_i+或213_i-在沿着方向x的尺寸大致等于传感器的电气半周期(即例如大致等于D_tot/2N)，线圈匝213_i-和213_i+沿着次级绕组尺寸D_tot区域交替成对并列。

根据第二实施例,次级绕组包括：

第一螺旋式导电部分213A，形成交替方向的N个半线圈匝，延伸在绕组第一端E1和绕组第一中间点A之间，绕组第一端E1大致位于距离D_tot中点处，其中绕组213沿着方向x平行延伸，绕组的第一中间点A处于距离D_tot的第一端；

第二螺旋导电部分213B，形成交替方向的N个半线圈匝，与部分213A的N个半线圈匝互补，延伸在点A和绕组第二中间点M之间，大致处于距离D_tot的中点；

第三螺旋导电部分213C，形成交替方向的N个半线圈匝，延伸在点M和绕组第三中间点B之间，大致处于距离D_tot的第二端；和，

第四螺旋导电部分213D，形成交替方向的N个半线圈匝，与部分213C的N个半线圈匝互补，延伸在点B和绕组第二端E2之间，大致处于绕组第一端E1附近的距离D_tot的中点。

更具体地说，在所示的示例中，在绕组的左侧(以图中方向)，部分213A包括N个U形半线圈匝，其中，垂直分支源于沿着方向y的相反方向且大致与方向x相垂直，部分213B包括N个U形半线圈匝，其中，垂直分支交替源于沿着方向y的相反方向。部分213A的每个U形半线圈匝都有垂直分支，垂直分支大致与部分213B相反方向的U形半线圈匝的垂直分支相对齐。根据绕组右侧的相似结构，来设置部分213C和213D。因此，在该示例中，与位移x方向正交的绕组213部分都横穿两次，且只有绕组的引线或轨迹横穿两*次(除了位于距离D_tot两端的绕组的两个正交端部分，在该示例中，这横穿一次--但是，在孔径角角度传感器为360°情况下，不会出现该例外情况，其中，初级绕组的所有径向部分都横穿两次，且只有绕组的引线或轨迹横穿两次)，平行于位移x方向的绕组213的部分之横穿一次，且只有绕组的引线或轨迹横穿一次。

对于由次级绕组的导通光栅所构成电路的通过路径，图20D所示的解决方案的实施例，对应于参考图20B所述类型的解决方案的实施例，且通过线性角度位移，对应于图20A和20C所示的解决方案实施例。另一方面，通过该路径的顺序不同于图20D所示的换能器(且通过图20C所示的换能器移位)和图20B所示的换能器(且通过图20A所示的换能器移位)的顺序。具体来说，参照图20D和20A所述结构的设计应确保能够显示在端部E1和E2之间的中间连接点M。

除了端部E1和E2的连接终端PE1和PE2，绕组213还可具有通过与绕组中点M相连接的第三接入终端PM。

在包括偶数N个极对的多极传感器的情况下，如图20D所示，次级绕组在右侧的线圈匝213_i+(称为正)与左侧的线圈匝213_i+数量相等(每个侧面有N/2)，因此，次级绕组在右侧的线圈匝213_i-(称为负)与左侧的线圈匝213_i-数量相等(每个侧面有N/2)。

当极对数量为偶数时，图20D所示结构的次级绕组的一项优点是：感应与中点两侧两个部分E1-M和E2-M的最近符号基本相同，与目标相对于换能器的位置无关，同时还能使三个连接点E1、E2和M彼此相邻。

极数对采用偶数值的优选实施例，在任何方面都不排除其它实施例。或者，如极对数N数量较多，只要部分E1-M和部分E2-M之间信号对称错误是以N的反函数而变化的，则奇数N的选择也是完全可以接受的。

发明者观察到，当传感器根据第二实施例来具体体现时，如在差分测量装置给定电动势处参考绕组的中点M，例如在以测量装置电压测量范围为中心的恒定电动势处，则在偶极E1-E2终端的电气信号中包含的共模分量，不携带有关目标相对于换能器的位置和位移的有用信息，且相对于偶极E1-E2终端处出现的相同电气信号中包含的差模光栅光栅分量，该共模分量较低；然而，差模分量携带有关目标相对于换能器的位移的有用信息。因此，图20C和20D所示的传感器的结构适合定位在端部E1和E2邻近的中点M，并具有明显的优点，例如，相对于图20B所示的传感器结构，其中将中点M从端部E1和E2移除；更普遍，相对于图20A和20B所示的传感器结构，其中，数值E1-M和E2-M取决于目标相对于换能器的的位置，换句话说，相对于传感器结构，其中，在次级绕组终端上的共模分量与差模分量之比率不低且会随着目标相对于换能器的位置而发生显著的变化。

具体来说，图20C和20D所示的传感器的一个优点在于，当中点M适当地连接着测量装置时，端部E1和E2处的两个电动势对电磁励磁场(初级)分量有较高的抗扰度，且不会根据位置而发生变化，而图7所示的传感器测量的空间差分特性仅保证在端部E1和E2电动势之差上具有抗扰性。

除了对初级所激励的“直接”场(系统内部源)的抗扰性外，图20C和20D所示的传感器也会提高对在转换区的外部源激励的电磁和/或静电扰动的抗扰性，其中，空间分布是相对均匀的，或者相对于图20A和20B所示的传感器，也会增加对任何形式的电磁和/或静电扰动的抗扰性。

提高对转换区的外部扰动的抗扰性的实例，例如，是电子测量装置保护约束性的减少，例如：电压浪涌的保护；和/或是对电气信号调节系统设计约束性的减少，例如：差分放大器的共模抑制率。

应该注意的是，调节电感式传感器用于根据第二实施例的中点，可能会导致调制电路接口数量的增加(例如，集成电路接头的数量)。应特别注意的是，根据现有电感式位移测量法技术，通过采用电子或数字处理方式取代，尽量减少物理接口数量是常规工作。然而，第二实施例导致可以实现一个相对简单的电子解决方案，且该方案的抗扰性和测量鲁棒性等级均高于已知的解决方案。

图20E是有效感应现象V_M1和V_M2的“小信号”电气表示，即，携带有关目标相对于换能器的位置和/或位移的全部或部分信息的信号的电气表示，以及在换能器的终端E1、E2和M与例如连接着外部电气装置的终端PE1、PE2和PM之间的连接线上的寄生感应现象V_P、V_P'和V_P”的信号的电气表示。在该图中，由于与E1、E2和M相连接的电线相互紧密连续，因此共模扰动V_P、V_P'、和V_P”基本相等，并且在一端测量V_PE1(偶极PM-PE1终端)和V_PE2(偶极PM-PE2终端)和另一端偶极PE1-PE2终端的测量V_PE1PE2中基本抵消。一旦将终端PM的电动势设置为已知数值V_REF，则在三极端(PE1，PE2，PM)终端所测量到的信号就会变得对在换能器(E1,E2,M)终端和外部电气装置连接终端之间连接区域中的外部电磁场干扰有极大抗扰性，首先通过限制电气装置输入端上的过压风险(信号电平保持在调节装置的范围内，且测量是无条件有效的)，其次通过放宽对差分测量V_PE1PE2共模抑制率的要求(由扰动引入的测量误差是较低的)。例如，有可能对终端PM施加调节模块的参考电压，或调节模块电源范围的一半，或电子接地，这些实施例还可包括其它实施例，例如：终端PM或M直接连接着换能器的电动势上，例如接地。

由此可得到目标相对于换能器的位置的代表性信号，尤其是对干扰和/或寄生耦合效应的鲁棒性，无论是否发生在转换区或在换能器和外部电气装置之间的连接区，无论是否如图20E所示电气图一样存在电感属性，或在换能器和/或初级绕组的电气环境中，尤其是在接近初级热点的部分(高电压)存在电容属性。

此外，在换能器包括多种空间偏移的次级绕组(例如，如参考图5所示)的情况下，各种绕组可设置在各个覆盖支持层中和/或上，其中每层均包括多个金属化层。该配置虽然通过多种应用都获得了满意效果，但在鲁棒性和精度仍然存在问题。因此，事实上，各种次级绕组的中位线平面所在位置与离开初级绕组和目标的距离稍有不同。具体来说，这首先导致传递增益的差异，由此导致各种次级绕组输出信号电平的差异，其次是相同换能器的多个次级绕组之间所存在的不同的线性特征。

为了解决该问题，最好设想，如图21A、21B、22A和22B所示，通过非限制性示例，将换能器的各种次级绕组分成两个金属化层，例如：在有两个金属化层的相同的支撑层中，这样，对于各个绕组，置于第一金属化层中的绕组轨迹或引线的长度，大致等于第二金属化层中的绕组轨迹或引线的长度。最好是，设想金属化平面变化持续交替，这样次级轨迹不能在相同平面上前进的距离(例如：在角度传感器的情况下是孔径角)大于一个电气半周期。在优选实施例中，金属化平面过渡区的的定位使得在部分置于第一金属化层上的大多数轨迹和部分置于第二金属化层上的大多数轨迹之间存在对称和/或反对称关系，如图21A、21B、22A和22B所示。

因此，合并各次级绕组的中位线平面，并对应于在第一和第二金属化层之间的虚拟中间平面。这就使得在各个次级终端所出现的各电动势感应，可根据基本相同的目标位置，在波幅和线性方面，响应其它次级终端所感应产生的电动势。

应该注意的是，图21A、21B、22A和22B所示实施例示例，对应于角度范围D_tot＝360°的传感器，即，其中各个次级所占用的角度范围的孔径角基本等于一个完整的旋转。示例不包括涉及绝对小于360°孔径角传感器的另一种实施例，例如：小于180°，以便在图21A,21B,22A和22B中所示孔径角360°的传感器情况下，围绕旋转轴从换能器“侧面”进行装配，而不是传感器围绕所属轴“彻底”装配。在该等条件下，还可以重申，目标的孔径角还可以保持360度数值，与换能器次级所采用的孔径角无关，或者采用小于360°的数值，例如，适用于应用的角位移范围。

图21A和21B是描述换能器实施例示例的正面示意图，对于电感式角度位移传感器，其中所述换能器具有两个次级绕组223(中空线)和223'(实线)，两者由四分之一电气周期空间偏移。在所述示例中，传感器的极对数N等于6，每个次级绕组223,223'包括2N＝12个线环或线圈匝。所述实施例并不限于本具体实例。在该示例中，两个次级绕组223和223'形成在具有两个通过导电过孔(采用圆形示意表示)相连接的金属化层M1和M2的相同基片中和基片上。对于每个绕组，金属化层M1上形成的轨迹长度，大致等于金属化层M2所形成的轨迹长度。图21A是金属化层M1的正面示意图，图21B是金属化层M2的正面示意图。可以金属化层M2的导通光栅为基础，通过相对金属化层M1和M2中位线平面之间的中间平面，以反对称形式来基本可以确定金属化层M1的导通光栅。

通过俯视图，绕组223和223'是参考图20C所述类型的结构(即，参考图20D，适用于角度配置所示类型的结构；参考图20D，以相同方式应用的所述线圈卷绕原理，以及距离D_tot不再是线性距离而现在是角度距离，等于360°)。

因此，绕组223包括：

第一弯曲螺旋导电部分223A，形成交替方向的N个半线圈匝，延伸在绕组223第一端E1和绕组第一中间点A之间的示例中的第一圆形环形半带状区，其中绕组第一端E1大致位于距离D_tot中点处(例如，在任意分配数值0°角位置附近，即在5°以内，最好是在2°以内)，绕组第一中间点A位于距离D_tot的第一端(例如：在角180°附近)；

第二弯曲螺旋导电部分223B，形成交替方向的N个半线圈匝，与部分223A的N个半线圈匝互补，延伸在点A和绕组第二中间点M之间的第一环形半带状区，其中第一环形半带状区大致位于距离D_tot的中点(例如：在角0°附近)；

第三弯曲螺旋导电部分223C，形成交替方向的N个半线圈匝，延伸在点M和绕组第三中间点B之间与第一半带状区互补的第二环形半带状区，位于距离D_tot的另一端(例如：在角-180°附近)；和，

第四弯曲螺旋导电部分223D，形成交替方向的N个半线圈匝，与部分223C的N个半线圈匝互补，延伸在点B和绕组第二端E2之间的环形半带状区，大致位于距离D_tot的中点(在该示例中，在角0°附近)。

如图21A和21B所示，在该(非限制性)示例中，绕组223部分正交于目标相对于传感器的位移方向，即绕组的径向分支横穿两次且只有绕组的引线或轨迹横穿两次；绕组223部分平行于目标相对于传感器的位移方向，即绕组的正交径向分支横穿一次且只有绕组的引线和轨迹横穿一次。

更具体地说，在该示例中，置于由0°模数的电气半周期的角度偏移的径向部分，相对于表征端部E1的角，横穿两次且只有绕组223的引线或轨迹横穿两次；置于由四分之一电气周期模数的电气半周期的角度偏移的径向部分，相对于表征端部E1的角，横穿两次且只有绕组223'的引线或轨迹横穿两次；正交径向部分横穿一次且只有绕组223的引线或轨迹横穿一次以及正交径向部分横穿一次且只有绕组223'的引线或轨迹横穿一次。本实施例使之有可能包含两个以上平面，但仅包含两个金属化平面，两个前述解决方案中的两个次级，即，在各个次级的导通光栅的整体造型上没有任何折衷。应该注意的是，图21A、21B、22A和22B所述执行在两个金属化平面上设置两个次级，但不以任何方式排除进一步实施例，例如：在执行三个金属化平面上设置三个次级的一个实施例。

在该示例中，绕组223的部分223A、223B、223C和223D中的各个部分的各个U形半线圈匝(中空线)长度一半大致在金属化层M1中，长度另一半大致在金属化层M2中。层变化大致发生于导电轨迹的每个L/2米，其中L表示绕组线圈匝的长度，由两个互补的U形半线圈匝相串联所组成。在所述示例中，绕组的层变化点在形成半线圈匝的U形的正交径向分支(或水平分支)的中点。但是，所述实施例不仅限于该具体示例。在图21A和21B中，从c1到c28的数字，以终端E1和E2之间的行程顺序，表示绕组223的不同部分。

次级绕组223'(实线)根据与绕组223基本相同的结构设置在层M1和M2中，但相对于绕组223，角度偏移大致是电气周期的四分之一(即，在该示例中为15°)。

应该注意的是，在图21A和21B所示的结构中，例如，与绕组223端部E1和E2的连接轨迹可分别在金属化层M1和M2上彼此重叠。这可以减少任何外部感应源(与初级、外部电磁场扰动等的连接轨迹等)对各个分支的寄生耦合差分。绕组中点M的接入轨迹处于第三金属化层上(未示出)，重叠于在终端E1和E2上的接入轨迹，其中终端E1和E2处于金属化层M1和/或M2上，待位于金属化层M1和M2其中之一的金属化层中，相对于终端E1和E2的接入轨迹稍微偏移。可设想绕组的相应终端E1'、E2'和M'的接入轨迹的相似结构可适用于绕组223'。更普遍地，不管接入轨迹的结构如何，为了增加转换区(次级)和与信号调节装置的接入和/或连接终端之间的电磁扰动的抗扰性，最好保持端部E1和E2的路径尽量靠近(例如：在PCB技术中)，且在较小程度上，保持中间点M路径与端部E1和E2的路径相对靠近。

应进一步注意的是，在图21A和21B所示的示例中，除了导致绕组223和223'金属化层变化的过孔和穿过用于电场传感的各个金属化层中的导电轨迹外，在电场传感轨迹之间没有电气连接功能的过孔或导电填充芯片都按规律沿着绕组223和223'分布。导电填充的导通光栅具有使换能器导电结构对称的作用，从而确定对电场空间分布影响的各个周期，尤其是尽量减少由次级输出信号根据位置变化所传递的电场分布奇异性。但是，这些导电填充的导通光栅的添加是可选的。具体来说，如对金属化层变化的过孔相对于表面厚度、工作频率及其组成材料具有较小的尺寸，可以设想不添加导电芯片，尤其是不实施钻孔，从而降低设备的成本。

图22A和22B是描述通过参考图21A和21B的所述类型换能器另一种实施例的正面示意图。另一种实施例不同于图21A和21B所示的示例，因为在图22A和22B所示的示例中，金属化层的变化比图21A和21B所示的示例更多。因此，在图22A和22B所示的示例中，除了次级绕组导电轨迹每L/2米金属化层发生变化外，其中L是绕组线圈匝的长度，可以设想轨迹每L/2米金属化层发生k次变化，其中k是大于或等于2的整数。可根据换能器的内径和外径来选择数值k。通过非限制性的示例，对于给定的传感器尺寸，且仅在线圈匝正交径向部分中进行层变化时，所选定的k数值可尽量大，使之能够在其它径向部分的相邻(例如等分布)处设置过孔，而不会使这些过孔短路。为了简化，图22A和22B显示了有N＝2个极对传感器的实施例示例，其中换能器包括2个次级绕组233(虚线)和233'(实线)，由传感器四分之一电气周期角度偏移(即，在该示例中，360°/4N＝45°)。但是，图22A和22B所示的另一种实施例可与包括较大量极对的传感器相兼容。如图21A和21B所示的示例，可以设想没有电气连接功能的导电填充导通光栅来进一步实现结构的对称。

第三方面

在所述多极传感器的实施例示例中，对于平行于目标相对于传感器的自由度的换能器次级绕组的指定尺寸D_tot，以及对于指定N个极对，适用于由传感器检测的位置范围的最大程度，如传感器包括单个次级绕组，则大致为一个电气半周期(例如：D_tot/2N，即在角度传感器时为360°/2N)如传感器包括一个以上的次级绕组，则可增加到大致为一个电气周期(例如：D_tot/N，即在角度传感器时为360°/N)，例如：如包括由四分之一电气周期空间偏移的两个相同次级绕组(例如：D_tot/4N，即在角度传感器时为360°/4N)或如包括由电气周期第六部分空间偏移的三个相同次级绕组(例如：D_tot/6N，即在角度传感器时为360°/6N)。在任何情况下，上述类型的多极角位移传感器绝对不能对完全旋转(360°)进行位移测量，即，不使用位移记录方法和/或参考启动和/或传感器工作期间位置的方法。这种特征很有效，且与大于或等于2极对数N无关，当极对数N较高，例如，N≥4和最好是N≥6时，该特征可能会出现更多问题。上述电感式线性位移传感器具有相同的限制，且绝对不能在D_tot完整范围内进行测量。

根据第三方面，要求具体体现电感式位移传感器，这样对于给定极对数N，对于平行于传感器自由度的给定换能器的次级绕组尺寸D_tot，传感器适用于基本在换能器整个范围D_tot上检测目标相对于换能器的的位置。具体来说，在角位置传感器的情况下，要求具体体现传感器能适用于在完整旋转上检测目标相对于换能器的的位置，即，在大致360°的角度范围内，即使是在传感器极对数N较高时，例如N≥4，最好是N≥6。

图23是描述多极电感式角度位移传感器示例的示意图。在图23中，仅显示了传感器的目标。

图23所示的传感器的目标，如图3B所示的示例，包括N个导通光栅117_i(在所述示例中，N＝6)，按规律沿着目标第一圆环带状区118呈360°分布。各个导通光栅117_i具有第一带状区118部分或扇区形状，孔径角α_N大致等于D_tot/2N＝360°/2N，两个连续的导通光栅117_i由第一带状区118扇区分离开，基本具有相同的孔径角α_N。图23所示的传感器的目标，进一步包含N+1导通光栅119j，其中j是从1到N+1范围的整数，按规律沿着目标第二圆环带状区120呈360°分布，与第一带状区118同轴且不与第一带状区118相重叠。在所述的示例中，第二带状区的内径大于第一带状区的外径。每个导电光栅119_j都具有第二带状区120的扇区形状，孔径角α_N+1大致等于D_tot/2(N+1)＝360°/2(N+1)，两个连续的导通光栅119_j由第二带状区120扇区分离开，大致具有相同的角α_N+1。

图23所示的传感器的换能器(为便于简化，未示出)对应于所示的目标，即包括：

一个或多个初级绕组，适用于在换能器第一和第二圆环带状区中产生磁场励磁，其中第一和第二圆环带状区相同于目标的第一和第二带状区118和120，拟分别设置于面对目标的第一和第二带状区118和120；

第一和第二次级绕组，至少具有电气周期D_tot/N(例如：在角度传感器示例中为360°/N)，各自包括相同绕组方向的N个线圈匝，以换能器第一带状区孔径角α_N扇区的形状，按规律沿着换能器的第一带状区分布，或者包括交替绕组方向的2N个线圈匝，以换能器第一带状区孔径角α_N扇区的形状，按规律沿着换能器第一带状区分布。

第三和第四次级绕组，至少具有电气周期D_tot/(N+1)(例如360°/(N+1))，各自包括相同绕组方向的N+1个线圈匝，以换能器第二带状区孔径角α_N+1扇区的形状，按规律沿着着换能器第二带状区分布，或者包括交替绕组方向的2(N+1)个线圈匝，以换能器第二带状区孔径角α_N+1扇区的形状，按规律沿着换能器第二带状区分布。

最好是，在第一带状区，电气周期D_tot/N的第二次级绕组与第一绕组基本相同，相对于第一绕组通过四分之一电气周期(D_tot/4N)空间偏移，且在第二带状区，电气周期D_tot/(N+1)的第四次级绕组与第三绕组基本相同，相对于第二绕组通过四分之一电气周期(D_tot/4(N+1))空间偏移。更普遍地，换能器在第一带状区可能包括电气周期D_tot/N的多个次级绕组，基本与第一绕组相同，通过某个电气周期百分比实现空间相互偏移；换能器在第二带状区包括电气周期D_tot/(N+1)的多个次级绕组，基本与第三绕组相同，通过某个电气周期百分比实现空间相互偏移。

参考图24，描述了图23所示的传感器的工作。需要考虑(非限制性)如下情况：在换能器的第一带状区，传感器的换能器包括电气周期360°/2N的第一对相同次级绕组，由四分之一电气周期空间偏移，且传感器的换能器包括电气周期360°/2(N+1)的第二对相同次级绕组，由四分之一电气周期空间偏移。如上所述，传感器适用于提供两组两个单独的电动势，从该电动势，有可能分别对在等于360°/2N的位置范围和等于360°/2(N+1)的位置范围上的位置进行预估。

图24图示了随着根据目标相对于换能器的位置，使用在换能器第一对次级绕组的终端所测量到的电动势来获得的位置预估θ_N+1(实线)以及使用在换能器第二对次级绕组的终端所测量到的电动势来获得的位置预估θ_N+1(虚线)的演变。

如图24所示，当目标相对于换能器的的角位置θ在0°到360°之间变化时，位置预估信号θ_N在基本等于0的低值和基本等于1的高值之间变化(对位置预估进行标准化处理，以便于简化，所述实施例不限于该特定实例)，变化周期等于第一对次级绕组的电气周期，即，对于N＝6，等于360°/N＝60°。此外，位置预估信号θ_N+1在低值0和高值1之间周期性变化，变化周期等于第二对次级绕组的电气周期，即对于N＝6，等于360°/N+1≈51.4°。

通过结合位置预估信号θ_N和θ_N+1的电平，完整的传感器旋转可以获得两个单独的测量尺度，即：360°相同范围内的两个不同分隔。用于两个角度测量尺度，即两个标准位置预估θ_N+1和θ_N之间差异所构建的游标尺原理，适用于预估目标相对于换能器在整个距离D_tot＝360°(即：完整旋转)上的位置和/或位移。

更具体地说，可使用位置预估信号之一，例如信号θ_N提供受限于电气周期360°/N的N个角度范围的“精确”目标位移信息，以及在该信号与其它位置预估信号(₁在该示例中，信号θ_N+)之间的差值θ_N+1-θ_N可用于提供目标在完整旋转的位置的初步绝对信息。在该等条件下，初步绝对信息有可能采用精细但受角度限制的信息，以便在360°范围内实施绝对和精细的位移估计。

图23所示的传感器的一个优点是：可以在一定程度上受益于多极传感器的优点，尤其是在定位错误的鲁棒性角度，同时能够适合提供在相对于上述类型多极传感器的延伸位置范围内的测量。

一般情况下，应该注意的是，上述实施例可以采用两个信号θ_N1和θ_N2，N1和N2是没有必要表现出统一差异的不同整数。在该等条件下，传感器具有N1和N2＝N1+2的表征且表现出与图23所示传感器的相似结构，就能适用于在范围D_tot/N＝180°上扩展绝对测量。一般情况下，通过N1和N2＝N1+r表征的传感器(其中r是严格小于N1的正整数)可以在某些条件下，在范围D_tot/k＝360°/r内扩展绝对测量。

在该一般情况下，r显然是严格的正整数，即非零的正整数(或大于或等于1)，这样N2大于或等于N1+1。如r不是严格的正整数，如r＝0，N2可以等于N1，两个信号θ_N1和θ_N2将相同(非明确)，并不适合通过两个标准位置预估差值来预估绝对位置，如上所述。

此外，r是小于或等于N1-1的整数，这样N2小于或等于2N1-1。如N2可以等于2N1，如上所述，两个标准位置预估间差值提供与仅第一组导通光栅所提供的信息(对应于N1)相似的信息，并不适合更好地通过两个标准位置预估来预估绝对差值。因此，一旦r小于或等于N1-1，本发明的所述实施例及其优点都是适用的。

在实际情况下，r最好是低值，例如，r等于1，如上所述且如图23所示。这就有可能在360°的最大范围内进行绝对测量。在某些应用中，最好可以选择r等于2的数值(当D_tot＝360°时，进行180°的绝对测量)或选择r等于3的数值(当D_tot＝360°时，进行120°的绝对测量)，或选择r等于4的数值(当D_tot＝360°时，进行90°的绝对测量)，或选择r等于5的数值(当Dtot＝360°时，进行72°的绝对测量)，等等。

然而，图23所示的传感器会有很多问题。具体来说，相对于上述类型传感器，传感器的尺寸会增加。实际上，在图23所示的示例中，进行测量的“有效”换能器表面积是圆环带状区的表面积，其中所述圆环带状区宽度大致是参考图3A所述类型换能器的“有效”带状区表面积的两倍。类似地，进行测量的“有效”目标表面积是带状区的表面积，其中所述带状区宽度大致是参考图3B所述类型的“有效”带状区表面积的两倍。此外，如旨在传感器尺度N和N+1的各个带状区以相对均匀方式来激励，则初级的实施例要比前述实施例更复杂。在实际情况下，必须使用三组单独的线圈匝来具体实施初级励磁绕组。

图25是描述电感式位移传感器实施例示例的正面示意图。图25所示的传感器是具有两个测量尺度N和N+1的多极传感器，该多极传感器参考图23和24所述的游标尺原理工作。在图25中，仅显示了传感器的目标。

图25所示的传感器的目标包括多个分离的导通光栅127_i，沿着目标的圆环带状区130呈360°分布。如图25所示，由导通光栅127_i形成的一组导通光栅是非周期性的。各种不同的导通光栅127_i可具有有角度的扇区形状，该形状具有目标带状区130的不同孔径角并在原则上沿着带状区130作不规律的分布。

在目标的带状区130，由光栅127_i形成的一组导通光栅，对应于相关周期360°/N和360°/(N+1)的第一和第二组周期导通光栅(虚拟)的叠加。第一组导通光栅包括N个基本导通光栅129_j(实线)，该基本导通光栅按规律沿着目标的带状区130分布，各个基本光栅129_j都具有带状区130的扇区形状，孔径角大致等于360°/2N。第二组导通光栅包括N+1个基本光栅131_k(虚线)，按规律沿着带状区130分布，各个基本光栅131k都具有带状区130的扇区形状，孔径角大致等于360°/2(N+1)。换句话说，图25所示的目标导通光栅的表面积，对应于第一目标和第二相似目标的导通光栅的总体或组合表面积，其中第一目标类型参考图3B所述，电气周期为360/N，第二相似目标的内径和外径与第一目标的内径和外径相同，但电气周期是360°/(N+1)。

图25所示传感器的换能器(为简化，未示出)，例如是适用的目标导通光栅，其方式与参考图23示例所述方式相似。具体来说，它包括例如：

至少一个初级绕组，适用于在换能器的圆环带状区中产生大致均匀的磁场励磁，其中所述换能器的圆环带状区与目标的圆环带状区130相同，旨在面对目标带状区130设置；

至少第一和第二次级绕组，具有周期360°/N，通过部分电气周期空间偏移，沿着换能器的圆环带状区延伸；

至少第三和第四次级绕组，具有周期360°/(N+1)，通过部分电气周期空间偏移，沿着换能器的相同带状区延伸。

发明者观察到，虽然目标的电气周期360°/N和360°/(N+1)的导通光栅呈现重叠并且彼此短路，且由此目标包括在360°完整旋转中未按规律分布的导通光栅127_i，这些导通光栅的残余孔径角可能与换能器次级绕组的导通光栅的周期性孔径角不同，采用与参考图23和24所述方法相同或相似的游标尺类型读数方法，图25所示的传感器可适用于在整个距离D_tot(即，完整旋转)上进行位移测量且具有良好的性能。

图25所示传感器的一个优点是：由于相应电气周期360°/N和360°/(N+1)的导通光栅的叠加，传感器的尺寸可相对于参考图23所述类型的配置变小。此外，单个初级绕组，例如：参考3A所述类型的单个初级绕组，足以产生适合于传感器正确工作的足够均匀磁场励磁。

图26是描述图25所示的传感器另一种实施例的正面示意图。在图26中，仅显示了传感器的目标。

图26所示传感器的目标包括多个分离的导通光栅137_i，沿着目标的宽带或第一圆环带状区138呈360°分布。

由目标在带状区138中的导通光栅137_i所形成的一组导通光栅，对应于相关电气周期360°/N和360°/(N+1)的第一和第二组周期导通光栅的叠加。第一组导通光栅包括N个基本导通光栅139_j(实线)，且按规律沿着目标第一带状区138分布，每个基本导通光栅139_j都具有目标第一带状区138的扇区形状，孔径角大致等于一个电气半周期360°/2N。第二组导通光栅包括N+1个基本导通光栅141_k(虚线)，且按规律沿着目标窄带或第二圆环带状区142分布，与带状区138同轴并包括于带状区138中，即：内径大于第一带状区的内径，和/或外径小于带状区138的外径。每个基本光栅141_k都具有目标带状区142的环形扇区形状，孔径角大致等于360°/2(N+1)。目标第二带状区142的宽度(径向尺寸)最好显著小于目标第一带状区138的(径向)宽度，例如，比第一带状区宽度(宽带)小2至20倍。

图26所示的传感器的换能器(为简化，未示出)，例如，是适用的目标的导通光栅，其方式与参考图23和25示例所述方式相似。具体来说，它包括例如：

至少一个初级绕组，适用于在换能器(宽带)的第一圆环带状区中产生大致均匀磁场励磁，其中所述换能器的第一圆环带状区与目标的第一带状区138基本相同，旨在面对目标第一带状区设置；

至少第一和第二次级绕组，具有周期360°/N，通过部分电气周期空间偏移，沿着换能器(宽带)第一圆环带状区延伸；和，

至少第三和第四次级绕组，具有周期360°/(N+1)，通过部分电气周期空间偏移，沿着换能器(宽带)的第二圆环带状区设置，与目标的第二带状区142基本相同，旨在面对目标带状区142设置。

图26所示的传感器的工作，与图25所示的传感器的工作相似。最好是，在图26所示的传感器中，进行上述"精确"测量的次级绕组，是线圈匝具有换能器最宽带状区环形扇区形状的绕组(基本与目标带状区138相同)。通过精确测量的概念，可以理解的是，需要优先考虑设计工作，以提供由宽带次级进行的兼具性能和鲁棒性的测量，也可选在某种程度上，牺牲以窄带次级所实施测量的性能和鲁棒性。

图26所示的传感器的另一项优点是：与图25所示的传感器相比，对目标和换能器之间定位错误的鲁棒性更高。具体来说，与图25中传感器相比，在宽带次级绕组终端所获得的测量(最好与精确测量相关)对目标和换能器之间定位错误的鲁棒性更高。实际上，在图26所示的传感器中，减少了测量尺度相互之间的的表面积，从而有可能在一定程度减少在目标的宽带导通光栅上由窄带导通光栅所创建的耦合，尤其是相对于图25所示的目标，因此，一组导通光栅与另一组导通光栅的相互影响基本相等而且非常强烈。因此，有可能增加其中一组次级对定位错误的鲁棒性。

应该注意的是，在所述示例中，传感器(窄带)第二圆环带状区的平均半径大致等于目标(宽带)第一圆环带状区的平均半径。该配置十分有利，因为可以基本等效方式，消除导通光栅的内部和外部的正交径向部分的影响。然而，所述实施例不仅仅限于该特定配置。

图27A至27C是描述图25所示的传感器其它实施例的正面示意图。更具体地说，图27A是目标的正面示意图，图27B是换能器的部分的正面示意图，图27C是换能器的另一部分的正面示意图。在实际情况下，用于说明的图27B和27C所分别表示的换能器的两部分刚性连接，并在单个换能器中同中心地叠加，没有在预测多个金属化层上特定分布的两幅图中所述换能器组成元件的故障。

图27A至27C所示的传感器的目标包括多个分离的导通光栅147_i，且沿着目标的宽带或第一圆环带状区148呈360°分布。

导通光栅147_i在第一带状区148上形成的一组导通光栅，对应于电气周期360°/N的第一组周期的导通光栅和电气周期360°/(N+1)的第二和第三组周期的导通光栅的叠加。第一组光栅包括N个基本导电光栅149_j(实线)，按规律沿着目标(宽带)的带状区148分布，每个基本导通光栅149_j都具有带状区148的扇区形状，孔径角大致等于360°/2N。第二组导通光栅包括N+1个基本导通光栅151_k(虚线)，按规律沿着目标(窄带)的第二带状区152分布，与第一带状区148同轴且包含于带状区148中，即：内径大于带状区148的内径，外径小于带状区148的外径。在该示例中，目标带状区152的内径大于第一带状区148的平均半径。本实施例示例无任何限制性，尤其是带152和154可有差异地设置在宽带148中，没有代表各窄带不能通行限制的宽带148的平均半径。每个基本光栅151_k的外形是目标的第二带状区152形状，孔径角大致等于360°/2(N+1)。目标带状区152的(径向)宽度小于目标带状区148的宽度小，例如，比第一带状区宽度小3到20倍。第三组导通光栅包括N+1个基本导通光栅153_k(虚线)，按规律沿着目标(窄带)的第三带状区154分布，与带状区148同轴且包含于带状区148中。在该示例中，目标带状区154的外径小于带状区148的平均半径。第一带状区148的平均半径和第三带状区154平均半径之间的差值，例如，大致等于第二带状区152平均半径和第一带状区148平均半径之间的差值。每个基本光栅153_k都具有目标第三带状区154的扇区形状，孔径角大致等于360°/2(N+1)。第三带状区的宽度，例如，大致等于第二带状区的宽度。或者，第三带状区154的宽度使得带状区154导通光栅表面积大致等于带状区152导通光栅的表面积。两项实施例示例在任何方面都没有限制。

如图27A所示，相对于目标带状区152周期360°/(N+1)周期导通光栅，目标带状区154周期360°/(N+1)的周期导通光栅有360°/2(N+1)的空间偏移。因此，在分离两个相邻基本导电元件151_k的孔径角360°/(N+1)的“空”角度范围内，大致延伸基本光栅153_k；在分离两个相邻基本导通光栅153_k的孔径角360°/(N+1)的“空”角度范围内，大致延伸基本导电光栅151_k。换句话说，目标的基本所有径向方向出现基本导电光栅151_k或基本光栅153_k。

图27A至27C所示的传感器的换能器，是例如适用于目标的导通光栅，其方式与参考图23、25和26所示示例中所述方式相似。它包括例如：

至少一个初级绕组211(图27B)，适用于在换能器第一圆环带状区中产生大致均匀的磁场励磁，其中所述换能器的第一圆环带状区与目标的第一带状区148基本相同，旨在面对目标带状区148设置；

至少第一和第二次级绕组243(图27B中仅示出了一个次级绕组243)，具有电气周期360°/N，各自包括相同绕组方向的N个线圈匝或者交替方向的2N个线圈匝，第一和次级绕组的每个线圈匝都具有换能器第一带状区的孔径角360°/2N的扇区形状，且每个绕组的N或2N线圈匝沿着换能器第一带状区呈360°按规律分布；

至少第三和第四次级绕组253(图27C中仅示出了一个次级绕组253)，具有周期360°/(N+1)，各自包括相同绕组方向的N+1个线圈匝或者最好是交替绕组方向的2(N+1)个线圈匝，第三和第四次级绕组的每个线圈匝都具有换能器第二带状区的孔径角360°/2(N+1)的扇区形状，与目标的第二带状区152基本相同，旨在面对目标带状区152设置，每个绕组的N+1或2(N+1)个线圈匝沿着换能器第二带状区呈360°按规律分布；和，

至少第五和第六次级绕组255(图27C中仅示出了一个次级绕组255)，具有周期360°/(N+1)，各自包括相同绕组方向的N+1个线圈匝或者最好是交替绕组方向的2(N+1)个线圈匝，第五和第六次级绕组的每个线圈匝都具有换能器第三带状区的孔径角360°/2(N+1)的扇区形状，与目标的第三带状区154基本相同，旨在面对目标带状区154设置，每个绕组的N+1或2(N+1)个线圈匝沿着换能器第三带状区呈360°按规律分布。

第三和第五次级绕组极性相反，即，根据图7所定义且于描述所采用的极限惯例，由360°/2(N+1)空间偏移(采用+或-表示)。根据第三和第五次级绕组之间基本相同的结构，第四和第六绕组作相互设置。

最好是，在第一圆环形带状区中，第一和第二次级绕组有360°/2N的相互空间偏移；且在第二圆环带状区中，第三和第四次级绕组有360°/2(N+1)的相互空间偏移；且在第三圆环形带状区中，第五和第六次级绕组有360°/2(N+1)的相互空间偏移。

一般地说，换能器在第一带状区中，包括电气周期D_tot/N的多个次级绕组，基本上与第一次级绕组相同，有部分电气周期的相互空间偏移；换能器在第二带状区,包括电气周期D_tot/(N+1)的多个次级绕组，基本上与第三次级绕组相同，有电气周期的相互空间偏移；换能器在第三带状区中，包括电气周期D_tot/(N+1)的多个次级绕组，基本上与第五次级绕组相同，有部分电气周期的相互空间偏移。

图27A至27C所示的传感器的工作，与图25和26所示的传感器的工作类似。

各种读数配置可用于图27A至27C的示例中。发明者特别注意：

通过次级绕组243的一组光栅147_i的读数来产生适合处理具有电气周期360°/2N的预期信号；

通过次级绕组253的一组光栅147_i的读数来产生适合处理具有电气周期360°/2(N+1)的预期信号；

通过次级绕组255的一组光栅147_i的读数来产生适合处理具有电气周期360°/2(N+1)的预期信号。

由次级绕组253与次级绕组255对导通光栅147_i组的同步读数组合，例如，当两个次级具有交替极性(如图27C所示)且电气串联时，生成适合处理的预期信号，具有电气周期360°/2(N+1)，波幅大致等于次级绕组253预期信号读数的两倍或次级绕组255预期信号读数的两倍；

次级绕组243对导通光栅147_i组读数，生成与次级绕组所检测到的预期信号相比相对较弱的寄生信号(尤其是周期360°/(N+1)和360°)；

次级绕组253和次级绕组255对导通光栅147_i组的同步读数组合，例如，当两个次级具有交替极性(如图27C所示)且电气串联时，生成与次级绕组所检测到预期信号相比相对较弱的寄生信号(尤其是周期360°/N和360°)。

图27A至27C所示的传感器的附加优点是，具有对作为图26所示传感器的目标和换能器之间的定位错误更强的鲁棒性。

具体来说，宽带次级绕组终端243处所获得的测量(最好与精确测量相关)，具有对作为图26所示传感器的目标和换能器之间的定位错误更强的鲁棒性。实际上，在图27A至27C所示的传感器中，目标的基本所有径向方向都会遇到窄带的单个基本导通光栅，置于目标的两个窄带中的一个窄带上。此外，目标的两个窄带最好设置在与换能器宽带次级243的两个内部和外部正交径向分支保持足够的距离的位置上。在该等条件下，目标的两个窄带导通光栅在宽带次级243终端处测量位置上的耦合，是因目标的窄带导通光栅感应组合的结果，此两项作用相互补偿，基本与目标相对于换能器的的位置无关。当目标相对于换能器的位置变化时，寄生耦合采用相对稳定的数值。此外，对于图3所示的传感器，当宽带次级包括交替绕组方向的2N个线圈匝时，耦合采用基本为零的数值，例如，可以实施空间微差测量。进一步设想包括，考虑换能器的宽带次级，将两个偏移窄带大致视为单个较窄中值导电带状区，在电磁方面基本牢固或连续(和非电气)，且虚拟带状区会在所述次级终端产生与基本定位无关的信号。

此外，发明者观察到，在次级绕组终端253(带)上所获得的测量会根据目标相对于换能器的的位置表现出一种特征，该特征与根据在次级绕组终端255(其它窄带)处所获得的测量位置的特征相似。发明者还观察到，在目标相对于换能器的存在定位缺陷的情况下，根据在两个绕组253或两个窄带其中一个255终端处所测量位置的特征，表现出与其它绕组终端处所测量得到的变形相对互补的变形。因此，通过两个窄带的两个次级的测量组合，以及在优先连接两个绕组串联的方式，其中如两个绕组串联设计使之能够从波幅和线性角度以表现出位置相关的相对类似特征，具体来说，有可能在新复合绕组终端处获得测量，其中新复合绕组可对定位缺陷具有相对较高的鲁棒性。实际上，在图27A至27C所示的传感器中，换能器的基本全部径向方向会精准遇到复合绕组、相反极性、交替设置在换能器的两条窄带的各个窄带上的两个基本线圈匝。此外，换能器的两条窄带与目标的宽带导通光栅的两个内部和外部正交径向分支具有足够的距离。在该等条件下，目标的宽带导通光栅149_j在复合绕组终端测量上的耦合是由次级253(一条窄带)上的导电光栅149_j感应与次级255(另一条窄带)上的导通光栅149_j感应的组合所致，此两个作用相互补偿且与目标相对于换能器的位置无关。随后，当目标相对于换能器的位置发生变化时，寄生耦合采用相对稳定的数值。此外，当次级253和255(窄带)包括交替绕组方向的2(N+1)个线圈匝时，如图3所示的传感器所述，耦合采用基本为零的数值，以进行空间微差测量。进一步设想包括，考虑当目标相对于换能器的位置变化时，通过导通光栅组的换能器窄带次级产生且与目标相关的读数基本“同相”于通过导通光栅组的换能器另一窄带次级产生且与目标相关的读数。此外，当目标相对于换能器的位置变化时，通过宽带导通光栅组的换能器窄带次级所获得的读数基本“反相”于通过目标宽带导通光栅相同组的换能器的其它窄带的次级所获得的读数。因此，当通过数学或电气手段(例如通过电气连接串联)添加两个测量时，当各个窄带次级设计为此目的专用时，寄生耦合采用基本为零的数值，同时保留和/或放大预期信号。

应该注意的是，在一个窄带次级绕组与另一个窄带次级绕组电气串联的情况下，为了获得参考图2E所述的传感器特征，例如可以将两个基本绕组的串连点作为复合绕组的中点。

应该注意的是，可以设计窄带的两个次级测量的组合，例如：单独调节信号的线性组合，或以增加换能器的宽带和/或窄带处测量鲁棒性为目标，将次级进行电气连接，以定位目标相对于换能器的缺陷。

应该注意的是，在图23、25、26和27A所示示例中，电气周期360°/(N+1)基本导通光栅之一的中心在与电气周期360°/N基本导通光栅之一大致相同的角位置上。例如，如图25所示，光栅131₁中心在与光栅129₁相同的角位置上，如图27A所示，光栅151₁中心在与光栅149₁相同的角位置上。该配置为优先配置，因为有助于提高传感器的整体对称性，尤其是使之有助于目标的制造和目视检查，有助于次级绕组组设计和制造。但是，所述实施例并不仅限于该特定实例。

一般情况下，应该注意的是，上述实施例可以适应于两个信号θ_N1和θ_N2、N1和N2是不同整数，但整数差值没有必要统一。在该等条件下，传感器通过N1和N2＝N1+2表征并具有与图23、25、26和27A至27C所示的传感器结构相似的结构，使之有可能延伸在范围D_tot/N＝180°内绝对测量。从整体来看，通过N1和N2＝N1+r表征的传感器(其中，r是正整数，非零，绝对小于N1(换句话说，小于或等于N1-1)，在某些条件下可以延伸范围D_tot/r＝360°/r内的绝对测量。

此外，或在图26和27A至27C所示的示例中，可以设想相对于周期360°/2(N+1)的导通光栅的宽度来减少周期360°/N的导通光栅的宽度，而不是相对于周期360°/N的导通光栅的宽度来减少周期360°/(N+1)的导通光栅的宽度。

此外，应该注意的是，对于宽带的导通光栅，极对数量最好是偶数，这样才能从增加中点两侧的换能器的对称性中获益(尤其是在根据第二方面具体表达换能器时)。

此外，应该注意的是，参考图23至27C所示的实施例，不仅仅适用于平面角位移传感器，但也可适用于另一种类型的电感式位移传感器，尤其是平面线性位移传感器，或非平面角位移传感器，例如围绕且面对旋转部件“卷曲”(例如，根据圆柱体所确定的形状)的线性位移传感器，也在线性类型和“卷曲”(例如，根据圆柱体所确定的形状)的目标上。两项实施例示例在任何方面都不是限制性示例。

第四方面

通常情况下，电感式位移传感器的目标，包括金属板，其在整个厚度上进行切割，以便可以面对换能器绕组保留与目标导通光栅相对应的一部分金属板，如上述专利EP0182085中的图50所示。或者，目标可以包含介质基片，例如塑料板，其中面向换能器的一个面部分涂覆形成目标导通光栅的金属层。

但是，上述类型目标也有弱点，在某些应用中会出现问题，尤其是需要检测位移的移动部件容易受到明显振动或震动的应用。在这些弱点中，发明者特别确定相对较细和/或成角度的导通光栅，和通常较软的介质基片(PCB环氧树脂，塑料等)。此外，在目标和位移需要检测的移动部件之间固定附件的实施例，可能会造成困难。该附件(例如通过粘合、拧紧、配合等)可以特别表示机械弱点。这样的弱点会限制配置该等目标的传感器的工业应用，尤其是在采用槌棒和压机等强制工具来实施装配工作时，所述部件的装配工作后或在牢固机械外壳中对目标和/或换能器进行保护时，需要旋转机械部件仪器时。这是嵌入高吨位印刷机仪表轴承示例情况。

根据第四方面，希望能够利用修复现有目标的全部或部分缺点的电感式位移传感器目标，尤其是在强度方面。

为此，根据第四实施例，可以设想具体体现通过导电金属件(例如一块钢)形的电感式位移传感器的目标或整体目标，其中所述目标加工方式确保拟面向换能器目标表面包括一个或多个金属螺柱，其中金属螺柱从基底金属壁突出。目标的螺柱与目标的一个或多个导通光栅相对应，顶部无螺柱的底层壁与目标的无导通光栅区域相对应，即：在常规电感式位移传感器的目标中不导电的区域。

图28是适用于电感式位移传感器的整体目标301的实施例示例的透视图。目标301具有金属盘的总体形状，其加工方式确保拟面对换能器的金属盘面包括N个导电螺柱307_i(在所述示例中，N＝6)，高度基本相同，从大致平面基底壁309突出。每个螺柱307_i具有顶点或顶面，大致是平面，与基底壁309平行。此外，在该示例中，螺柱侧壁是与基底壁309大致正交。目标301的螺柱顶面，定义了目标的导通光栅。在该示例中，目标301的导通光栅与图3B所示目标的导通光栅基本相同，即：沿着与金属盘中位线平面正交方向突出，螺柱307_i形状基本相同，采用与图3B所示目标的导通光栅117_i基本相同方式来设置。

目标301的工作原理与上述类似，即，当目标置于激励磁场励磁的换能器前端时，螺柱307_i中会出现感应现象，尤其是在螺柱顶面，会根据相对于换能器的螺柱307_i位置，引起换能器输出信号电平的变化。

应该注意的是，在目标301中，面对位于螺柱307_i之间换能器的目标的表面部分具有导电性。因此，在初级绕组所产生的磁场励磁影响下，感应现象，例如涡流，会在基底壁309的目标部分出现。总体来说，例如在图28所示的传感器情况下，螺柱与基底壁309所表征的目标基片有均匀电气接触，电磁场分布源于目标的导电结构与通过初级所产生的磁场励磁的整体相互作用。具体来说，电磁现象与目标的整体导电结构有关，而不是各个导电螺柱，例如：感应电流大致沿着与目标旋转轴同轴的线环流动，而不是沿着螺柱307_i表面所大致定义的局部线环或螺柱之间包含的基底壁309表面部分。应特别注意的是，在现有技术中，通常尽可能多地消除基底壁309，且通过电气方式使螺柱307_i绝缘，以避免寄生感应现象。

但是，如换能器和基底壁309之间的距离大于换能器和螺柱307i之间的距离，则在基底壁309所出现的感应现象小于在螺柱307_i表面所出现的感应现象。发明者进行的测试表明：基底309电感式作用可选择性地引起变化，例如，当螺柱307_i高度较低时，换能器预期输出信号线性特征会衰减或变化，但另一方面，它不会降低通过传感器所实施的位置测量的精度。

应该注意的是，根据第一方面，特别参考图12A至12D所描述的，可以设想通过目标的几何学调整，尤其是通过图28所示的传感器中的螺柱307_i高度的调整，从线性角度来调整最佳目标-换能器距离d_opt。因此，可以选择螺柱的高度，使得距离d_opt与目标的应用相兼容，例如在0.5和1.5mm之间，这是与各种应用相兼容的数值范围。

通过非限制性的示例，螺柱307_i高度在0.1和30mm之间，最好在1和10mm之间。

一般地说，一个或多个导通光栅的任何类型的电感式位移传感器的目标都可以整体形式来实施，如图28所示，例如：电感式线性位移的目标，或具有与图28所示的导通光栅不同的平面电感式角位移传感器的目标，即，不同于成角度扇区或矩形，例如，通过如下形式表征：至少一个轮廓(例如：外部轮廓)根据目标上的角形成基本类螺旋形，或至少轮廓之一根据目标上的角形成基本正弦形。

图29图示了整体平面电感式角度位移传感器的目标401的另一个非限制性示例，作为说明。

在图28所示的示例中，目标401具有金属盘的总体形状，其加工确保面对换能器的金属盘的面，包括基本相同高度的导电螺柱407且突出于大致平面基底309。如上所述，每个螺柱407都具有顶点或顶面，大致是平面且平行于基底壁309，螺柱侧壁与基底壁309呈大致正交。目标401的螺柱407顶面定义了目标的导通光栅。在该示例中，目标401所具有的导通光栅大致相同于图27A所示目标的导通光栅，即，俯视时，螺柱407具有基本相同的形状，且以图27A所示目标的导通光栅147_i基本相同方式来设置。

可通过任何已知方式，将上述类型整体目标的实施例适用于加工任何固体的金属部件，例如，通过蚀刻、烧结、蚀刻、模压、压花等。

上述类型的整体目标的一项优点是：与现有目标相比，整体目标鲁棒性更高，可以不需要特别预防措施就能处理。鲁棒性特征源自如下事实：目标坚固，没有明显弱点。此外，与现有目标相比，整体目标更容易附着在移动部件上。具体来说，可以使用任何金属对金属挤压配合和/或金属-金属焊接技术。这两种特征使其在于主机系统中装配或使用前，可以预先测量大量、很多部分的旋转金属件。为了完成系统仪器，只需在装配结束时或主机系统生命周期任何阶段结束时，以装配目标相反方向来安装换能器即可。

根据一个特别有利的实施例，上述类型的整体电感式位移传感器目标可直接上金属部件上进行加工，对于其中金属部件，可以检测其位置(和/或位移)，例如：

用于角度测量，机动车驾驶杆，发动机轴或减速齿轮箱(例如：在轴端部一个盘状面上)，滚珠轴承的旋转环(内部或外部)，齿轮等等；或者，

用于线性测量，活塞杆，减震器主体等。

上文描述了采用替代实施例的各种示例和实施例。应该注意的是，本领域技术人员应能够将各种示例、实施例和替代实施例的各部分进行综合，而不需要创造性。应该注意的是特别，可以根据应用的需求，相互独立、完全组合或部分组合方式来实施上述第一、第二、第三和第四实施例。

Claims (17)

1.电感式位移传感器的目标，包括多个导电图案(127_i；137_i；147_i)，所述多个导电图案(127_i；137_i；147_i)沿着在一个方向上具有尺寸D_tot的区域分布，所述多个导电图案(127_i；137_i；147_i)通过至少第一组基本周期图案与第二组基本周期图案的重叠界定，所述第一组基本周期图案的周期约等于D_tot/N，包括N个第一种基本导电图案(129_j；139_j；149_j)，所述第一种基本导电图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2N，沿着所述区域均匀地分布，所述第二组基本周期图案的周期约等于D_tot/(N+r)，包括N+r个第二种基本导电图案(131_k；141_k；151_k)，所述第二种基本导电图案在所述方向的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，沿着所述区域均匀地分布，其中，N是大于或等于2的整数，r是正整数，不等于零，并且小于或等于N-1，其中，第一种和第二种基本导电图案至少局部重叠。

2.根据权利要求1所述的目标，其特征在于，第一种(129_j；139_j；149_j)和第二种(131_k；141_k；151_k)基本导电图案的重叠的第一和第二条带(130；138，142；148，152，154)的部分形状分别与所述方向平行。

3.根据权利要求2所述的目标，其特征在于，第一和第二条带(130)的宽度大致相同。

4.根据权利要求2所述的目标，其特征在于，第一和第二条带(138，142；148，152，154)具有不同宽度，第一条带至少比第二条带宽两倍。

5.根据权利要求1所述的目标，其特征在于，N是偶数。

6.根据权利要求1所述的目标，其特征在于，所述多个导电图案(147_i)通过第一组基本周期图案与第二组基本周期图案以及第三组基本周期图案的重叠界定，所述第三组基本周期图案的周期约等于D_tot/(N+r)，包括N+r个第三种基本导电图案(153_k)，所述第三种基本导电图案在所述方向上的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，沿着所述区域均匀地分布，相对于第二组周期图案的基本导电图案(151_k)大约偏置D_tot/2(N+r)，第一种(149_j)和第三种(153_k)基本导电图案至少局部重叠。

7.根据权利要求6所述的目标，其特征在于，第一种(149_j)、第二种(151_k)和第三种(153_k)基本导电图案的第一条带、第二条带和第三条带的部分形状分别与所述方向平行，一方面，第一条带和第二条带重叠，另一方面，第一条带和第三条带重叠，第二条带和第三条带的宽度基本相同，小于第一条带的宽度。

8.根据权利要求1所述的目标，其特征在于，所述方向是圆周方向。

9.根据权利要求8所述的目标，其特征在于，所述尺寸D_tot是等于360°的角度尺寸。

10.根据权利要求1所述的目标，其特征在于，r等于1。

11.电感式位移传感器的换能器，包括：

一次绕组(211)；

第一组至少两个二次绕组(243)，分别包括绕组方向相同的N个第一匝或者绕组方向交替的2N个第一匝，沿着在一个方向上具有尺寸D_tot的区域均匀地分布，每个第一匝在所述方向的尺寸约等于D_tot/2N；以及

第二组至少两个二次绕组(253)，分别包括绕组方向相同的N+r个第二匝或者绕组方向交替的2(N+r)个第二匝，沿着所述区域均匀地分布，每个第二匝在所述方向上的尺寸约等于D_tot/2(N+r)，其中，N是大于或等于2的整数，r是正整数，不等于零，并且小于或等于N-1，

其中，第一和第二匝至少局部重叠。

12.根据权利要求11所述的换能器，其特征在于，第一和第二匝的重叠的第一条和第二条带的部分形状分别与所述区域的方向平行。

13.根据权利要求11所述的换能器，换能器进一步包括第三组至少两个二次绕组(255)，每个二次绕组包括绕组方向相同的N+r个第三匝或者绕组方向交替的2(N+r)匝，沿着所述区域均匀地分布，相对于第二组大致偏置D_tot/2(N+r)，每个第三匝在所述区域的方向的尺寸都约等于D_tot/2(N+r)，第一匝和第二匝至少局部重叠。

14.根据权利要求13所述的换能器，其特征在于，第一匝、第二匝和第三匝的第一条带、第二条带和第三条带的部分形状分别平行于所述方向，第一条带和第二条带重叠，第一条带和第三条带重叠。

15.根据权利要求13所述的换能器，其特征在于，第二个二次绕组(253)和第三个二次绕组(255)是串联的。

16.根据权利要求15所述的换能器，其特征在于，第二个二次绕组(253)和第三个二次绕组(255)的串联连接点连接到电气连接端子。

17.电感式位移传感器，包括根据权利要求11所述的换能器以及根据权利要求1所述的目标。

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