CN108028648A - 用于检测目标物体的传感器设备和用于运行用于检测目标物体的传感器设备的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于检测目标物体(22)的传感器设备，其包括：发射器装置(12)，所述发射器装置借助具有基础频率(f0)的周期的激励信号来运行；接收器装置(16)，所述接收器装置耦合到发射器装置(12)上，其中耦合与目标物体(22)相对于接收器装置(16)的相对位置相关；放大器(36)，所述放大器连接在接收器装置(16)的下游；信号评估装置(38)，所述信号评估装置连接在放大器(36)的下游；阈值检查装置(42)，所述阈值检查装置检查：由信号评估装置(38)所提供的信号或这种信号的信号组合是否位于阈值范围(86)之内或之外，或者提供给放大器(36)的信号是否位于阈值范围之内或之外；和关联装置(40)，所述关联装置作用于接收器装置(16)的信号或从其中推导出的信号上，使得只要由信号评估装置(38)所提供的信号或这种信号的组合事先位于阈值范围之外，就将其移动到阈值范围(86)中，或者使得只要提供给放大器(36)的信号事先位于阈值范围之外就将其移动到阈值范围中。

Description

用于检测目标物体的传感器设备和用于运行用于检测目标物 体的传感器设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测目标物体的传感器设备。

此外，本发明涉及一种用于运行用于检测目标物体的传感器设备的方法。

背景技术

从WO2014/053240A2中已知用于定位和/或识别金属或包含金属的物体和材料的方法，其中设有线圈装置，在所述线圈装置中彼此叠加地设置有发射线圈和接收线圈。为了补偿在接收线圈的检测区域中出现的、影响接收线圈的变化而在接收线圈中设有结束线圈输出信号的闭合的组合调节装置。

从WO2015/090609A1中一种用于借助于传感器单元求得至少一个物理参数的传感器装置。

发明内容

本发明所基于的目的是：提供开始提出类型的传感器设备，所述传感器设备在高分辨率的情况下允许大动态的测量范围。

所述目的在开始提出的传感器设备中根据本发明通过如下方式实现：设有：

-发射器装置，所述发射器装置借助具有基础频率的周期的激励信号来运行；

-接收器装置，所述接收器装置耦合到发射器装置上，其中该耦合与目标物体相对于接收器装置的相对位置相关，其中接收器装置提供具有基础频率的信号，所述信号与目标物体相对于接收器装置的相对位置相关；

-放大器，所述放大器连接在接收器装置的下游；

-信号评估装置，所述信号评估装置连接在放大器的下游；

-阈值检查装置，所述阈值检查装置检查：由信号评估装置所提供的信号或这种信号的信号组合是否位于阈值范围之内或之外，或者提供给放大器的信号是否位于阈值范围之内或之外；和

-关联装置，所述关联装置作用于接收器装置的信号或从其中推导出的信号上，使得只要由信号评估装置所提供的信号或这种信号的组合事先位于阈值范围之外，就将其移动到阈值范围中，或者使得只要提供给放大器的信号事先位于阈值范围之外就将其移动到阈值范围中。

在根据本发明的解决方案中，能够在没有对相应的信号进行零位调整的情况下执行信号评估。避免在调节方法中出现的问题，如传感器设备的通过有限的调节速度限制的最大的开关频率，所述开关频率能够导致系统变慢。

在使用微控制器的情况下，在用于实现高分辨率和高调节速度的调节方法中提出对其性能参数的高的要求。这一方面导致高的电流先好并且通常导致微控制器的大的构型。此外，这种微控制器也与相对高的成本联系在一起。

基本上出现如下问题：输入信号根据目标物体的相对位置能够具有大的幅度，并且放大器在饱和运行中运行，进而出现“信号扭曲”，使得不再可以进行信号测量，所述信号测量表征目标物体距接收器装置的相对间距。

在根据本发明的解决方案中，关联装置用于：将信号一定程度移动到阈值范围中，使得可以进行相应的评估。

将阈值范围选择成，使得放大器和/或信号评估装置不在其饱和范围中运行。在此，通过阈值检查装置检查：是否需要这种移动并且必要时执行这种移动。

于是，因此能够实现动态的测量范围扩展，而没有形成或承担零点调整的上述缺点。在此，在整个测量范围之上保持目标物体评估的分辨率。

例如，于是信号评估装置能够经由模数转换器或经由比较器实现。

与早呢上也能够产生具有不同频率的周期的激励信号。于是，在根据本发明的设备中的相应的评估对于任何频率原则上借助基础频率那样相同地工作。

接收器装置提供信号，所述信号于是输送给放大器。在输送给放大器之前，通过例如进行预先放大或者将信号输送给阻抗转换器的方式能够处理所述信号。

在一个实施方式中，接收器装置构成为，使得其至少近似在不影响目标物体的情况下提供零信号。例如，由于接收器装置在壳体(如金属壳体)中的装入情况下在实际中出现：不能够实现精确的零信号。在该情况下，例如能够叠加补偿信号，以便将信号置于阈值范围中。补偿信号例如也能够经由关联装置建立或耦合输入。

有利的是：关联装置将补偿信号和/或叠加信号相加至接收器装置的信号或从中导出的信号(具有负号)，以便引起移动到阈值范围中。特别地，减去实现确定的电压值(与负号相加)。由此，能够以简单的昂视实现移动到阈值范围中，其中移动到所述阈值范围中不是存在相应缺点的调节方法。

特别地，阈值范围是电压范围。

更尤其有利的是：关联装置从接收器装置的信号或从中导出的信号中减去特定的电压值。由此能够以简单的方式实现移动到阈值范围中，而尤其不必须遍历调节方法。由此得到动态的测量范围扩展。

尤其将阈值范围选择成，使得放大器在对于放大器的输入信号限定的放大运行中工作。将阈值范围选择成，使得确保：对于相应的输入信号放大器不处于饱和运行中。

在一个实施例中，信号评估装置是或者包括模数转换器，和/或是或者包括比较器。由此能够获得高的分辨率。

同样有利的是：将阈值范围选择成，使得模数转换器或比较器在对于模数转换器或比较器限定的转换器运行或比较器运行中工作。由此确保：模数转换器或比较器在适当的运行范围中运行。

有利的是：设有用于基础频率的滤波器，所述滤波器设置在是信号评估装置和接收器装置之间，其中尤其关联装置的关联点位于滤波器上游。滤波器例如是具有基础平率作为中间平率的带通滤波器。由此用于：为了评估仅考虑借助基础频率振荡的份额。如果关联点位于滤波器上游，那么滤除具有其他频率的信号。

更尤其有利的是：信号评估装置与激励信号同步地求得特定的信号值。从所述信号值中于是能够执行评估，以便确定目标物体相对于接收器装置的位置。

例如，由信号评估装置在一个或多个周期之内求得的特定的信号值的相位不同，其中尤其求得至少两个如下的信号值：相位δ+0°下的信号值V1、相位δ+90°下的信号值V2、相位δ+180°下的信号值V3、相位δ+270°下的信号值V4，其中δ是位移值。尤其将位移值δ选择成，使得避免激励信号的边沿分散到相应的数值范围中。因此能够求得“同相信号”和“非同相信号”。由此能够执行和优化评估。

特别地，设有目标物体评估装置，所述目标物体评估装置评估信号评估装置的信号值，以求得目标物体的相对位置，其中目标物体评估装置尤其评估信号值的差，其中尤其形成差de lta_X＝V1-V3和de lta_Y＝V2-V4。从所述值中能够直接地求得位置。

更尤其有利的是：在没有零位调整的情况下评估由目标物体评估装置形成的差。由此能够避免在调节方法中出现的问题，如有限的调节速度和高的计算时间。此外，能够通过简单的机构，即例如模数转换器达到高的分辨率。能够使用“常规的”微控制器。

更尤其有利的是：目标物体评估装置在目标物体评估时考虑关联装置的信号。由此能够考虑：是否执行移动一次或多次。由此能够识别：经由关联装置的叠加信号是否发生动态的测量范围扩展，并且随后这能够在评估时进行考虑。

尤其有利的是：关联装置包括信号产生装置，所述信号产生装置提供叠加信号，所述叠加信号与接收器装置的信号或从中导出的信号关联。由此能够将信号输送给放大器，其中确保：在评估中产生位于阈值范围张盒子内的信号。由此能够获得动态的测量范围扩展。不必须执行具有缺点的调节方法。

例如，信号产生装置是或者包括脉宽调制装置。在关联的信号输送给放大器之前，所述信号产生装置提供相应的信号，所述信号与接收器装置的信号(或从中导出的信号)关联。

有利的是：与激发信号同步地产生叠加信号。由此能够实现符合相位的叠加。

在一个实施例中，脉宽调制装置分别包括脉宽调制器，所述脉宽调制器设置用于不同的相位。例如，设有两个脉宽调制器或四个脉宽调制器。

尤其有利的是：发射器装置与接收器装置对称地设置，其中尤其发射器装置和接收器装置设置在共同的壳体中。由此能够实现：在没有影响目标物体的情况下，接收器装置的其直接提供的信号至少接近零信号。最多壳体影响等引起零信号的评查。能够执行简单的补偿，以便实现零信号。在一个实施例中，接收器装置包括第一部件和第二部件，其中第一部件与第二部件反对称地设置和/或构成，并且接收器装置的信号由第一部件和第二部件的信号的叠加形成。在此，叠加不必须是类信号的叠加，而是该叠加也视作为第一部件和第二部件的布置的结果。

在一个实施例中，发射器装置具有至少一个线圈。接收装置具有至少一个线圈。

特别地，接收器装置电感性地耦合到反射器装置上并且目标物体由金属材料构成。金属材料以及目标物体的位置影响电感耦合。

有利的是：关联装置提供补偿信号，所述补偿信号将接收器装置的信号或从中导出的信号在没有影响目标物体的情况下引入阈值范围中。在通常的情况下，如果关联装置提供叠加信号，那么接收器装置的信号提供补偿信号和叠加信号。叠加信号用于动态的测量范围扩展。

传感器设备尤其构成为接近传感器设备，经由所述接近传感器设备能够检测目标物体距接收器装置的间距和/或目标物体靠紧接收器装置和/或目标物体引离接收器装置。在此，原则上能够求得绝对大小，或者接近传感器设备构成为开关，所述开关在达到特定的开关间距时生成开关信号。

根据本发明，提供一种用于运行用于检测目标物体的传感器设备的方法，其中

-借助具有基础频率的周期的激励信号来运行发射器装置，

-评估接收器装置的信号，所述信号具有基础频率，其中接收器装置耦合到发射器装置上，并且该耦合和由此还有接收器装置的信号与目标物体相对于接收器装置的相对位置相关，

-放大接收器装置的信号或从其中导出的信号，并且将信号与激发信号同步地进行评估，

-检查：所评估的信号或其信号组合或输送给用于放大的放大器的信号是否位于阈值范围之内，并且当检测到所评估的信号位于阈值范围之外时，或当检测到输送给放大器的信号位于阈值范围之外时，产生叠加信号，叠加信号叠加给接收器装置的信号或从中导出的信号，其中叠加信号选择成，使得所得出的评估的信号或其信号组合位于阈值范围之内或者输送给放大器的信号位于阈值范围之内。

根据本发明的方法具有已经在根据本发明的传感器设备的上下文中阐述的优点。从根据本发明的方法中得出的动态的此类昂范围扩展允许在整个测量范围之上的高分辨率。

根据本发明的方法能够在根据本发明的传感器设备上执行，或者根据本发明的传感器设备能够借助根据本发明的方法允许。

特别地，于是使用评估的信号或这种信号的组合以求得目标物体相对于接收器装置的位置，所述信号或信号组合位于阈值范围之内，其中确定：是否通过叠加进行移回到阈值范围中并且多频繁地通过叠加进行移回到阈值范围中。由此能够获得具有高分辨率的动态的测量值范围扩展。

根据本发明，在没有评估的信号的零位调整的情况下执行目标物体求得。由此能够避免调节方法的缺点。

特别地，接收器装置的信号或从中导出的信号叠加补偿信号，所述补偿信号选择成，使得信号评估装置的输入信号或输送给用于放大的放大器的信号在没有影响目标物体的情况下位于阈值范围之内。由此得到高的测量精度。

附图说明

优选的实施方式的下面的描述接合附图用于详细阐述本发明。其示出：

图1示出根据本发明的传感器设备的一个实施例的示意图；

图2示出具有特定部件的类似图1的视图；

图3示出根据本发明的传感器设备的一个实施例的方框电路图；

图4示出在信号评估时缺德的信号值的示意图；

图5示出数据(信号组合)的示意图，所述数据从根据图4的信号值中求得并且所述数据表示目标物体的相对位置；

图6(a)示意地示出不存在目标物体情况下的模拟形式的评估信号和补偿信号；

图6(b)示出当存在目标物体情况下的相同的视图；

图6(c)示出具有叠加信号的叠加和补偿的与图6(b)相同的视图；

图7(a)、(b)、(c)示出当不存在目标物体时的信号和评估的信号的信号组合在阈值范围之内的相应的位置；

图8(a)、(b)、(c)示出当执行零点补偿时的如图7(a)至(c)中的情况；

图9(a)、(b)、(c)示出当存在目标物体时的如图8(a)至(c)中的情况；

图10(a)、(b)、(c)示出当目标物体接近接收器装置时的图9(a)至(c)中的相同的情况；

图11(a)、(b)、(c)示出当目标物体距接收器装置更近且超过阈值范围时的图10(a)至(c)中的相同的情况；

图12(a)、(b)、(c)示出始于根据图11(a)至(c)的情况通过叠加信号执行移动到阈值范围中；

图13(a)、(b)、(c)示出在存在目标物体时的另一情况，其中超过阈值范围；

图14(a)、(b)、(c)示出与图13中相同的情况，其中已经移动到阈值范围中；

图15示出用于评估目标物体距接收器装置的位置的测量图表的原理图；和

图16示出修改的测量图表，所述测量图表已经从根据图16的数据中获得，其中考虑到阈值范围中的移动过程。

具体实施方式

图1中示意示出的且在那里设有附图标记10的根据本发明的传感器设备的一个实施例包括发射器装置12。发射器装置12借助基础频率f0的周期的激励信号来运行。

在一个实施例中，发射器装置12具有交流电流源14，所述交流电流源提供基础频率f0的交流电流。所述交流电流源14对(发射)线圈15馈电。

传感器设备10还具有接收器装置16。接收器装置16无接触地耦合到发射器装置12上。

特别地，发射器装置12和接收器装置16设置在传感器设备10的相同的壳体18中。

优选地，发射器装置12与接收器装置16对称地定位。(在图1中所述对称定位出于显示的原因而未被示出。)

将接收器装置16耦合到发射器装置12上在图1中示意地通过具有附图标记20的箭头表明。

传感器设备10用于检测目标物体22。目标物体22尤其是可移动的。目标物体22在此定位在壳体18之外。原则上，所述目标物体相对于壳体18的位置是可变的并且例如相对于壳体18的端侧24的位置是可变的。所述位置可变性在图1中通过具有附图标记26的双箭头表明。

例如，经由传感器设备10能够检测目标物体22相对于接收装置16(尤其相对于壳体18的端侧24)的绝对位置，或者能够生成开关间距；当例如检测到目标物体22距端侧24的特定的最小间距和/或特定的最大间距时，提供相应的开关信号。

接收器装置16基本上提供(电压)信号

所述信号以基础频率f0为周期，然而能够相移相位φ。

接收器装置16在一个实施例中设置和构成为，使得在没有影响目标物体22的情况下(即当目标物体22不存在时)相应的信号至少近似地是零信号。在此寻求：信号是零信号。然而在发射器装置12相对于接收器装置16对称设置的情况下由于装入情况可行的是：相应的信号仅近似地是零信号。于是，如更下文中还阐述的那样，阐述和叠加补偿信号，以便在没有影响目标物体22的情况下达到良好地进行零信号。

在一个实施例中，接收器装置16包括第一部件28和第二部件30。第一部件28和第二部件30设置和构成为，使得从第一部件28和第二部件30的信号中产生的信号叠加并且在此当不存在目标物体22时至少近似是零信号，其中所述所得出的信号是接收器装置16的信号。(第一部件28的信号和第二部件30的信号不必须是在接收器装置16处实际可测量的信号。)

在一个实施例中，第一部件28通过第一线圈28'形成，并且第二部件30通过第二线圈30'。第一线圈28'和第二线圈30'以相同的匝数相同地构成，然而具有相反的缠绕方向。

发射线圈15耦合到第一线圈28'上是k1。发射线圈15耦合到第二线圈30'上是k2。耦合系数k1和k2能够通过金属的目标物体22不同的影响，由此也在平衡的接收器装置16中，其在不存在目标物体22的情况下提供零信号，在存在目标物体22时根据按照等式(1)的上述信号产生有限的信号。由此目标物体22的存在不同的影响耦合系数k1和k2。根据等式(1)交流电压在接收器装置16处下降。

能够提出：将一个或多个电容器32与第一线圈28'和第二线圈30'的串联电路并联。

原则上，由接收器装置16提供的信号的相位φ和幅度V0与目标物体22的材料和距目标物体22的间距26以及其几何条线相关。

在发射器装置12和接收器装置16包括线圈的实施例中，发射器装置12和接收器装置16之间的耦合是电感性耦合。

该电感性的耦合引起发射器装置12和接收器装置16的线圈中的电感的或线圈的损失电阻的可检测到的变化或者改变线圈阻抗或线圈品质。通过接收器装置16的具体的构成，相应的(不对称的)变化表现在根据等式(1)的电压中。

滤波器34连接在接收器装置16下游。该滤波器34尤其构成为带通滤波器，其具有中间频率f0，其优选具有高的品质。由此，基本上仅考虑具有基础频率f0的信号用于评估。

将放大器36连接在滤波器34下游，所述放大器放大相应的输入信号。放大器36例如钩为运算放大器。

放大器36将其输出信号提供给信号评估装置38。信号评估装置38与发射器装置12的激励信号同步地评估所提供的信号。这在下文中还更详细阐述。

关联装置40与信号评估装置38相关联。关联装置40具有与阈值检查装置42。信号评估装置38的信号，即所评估的信号，或这种所评估的信号的组合由该信号评估装置提供给阈值检查装置42。所述阈值检查装置检查：信号或信号组合是否位于预设的阈值范围之内。

如果检测到所评估的信号或信号组合位于阈值范围之内，那么将所信号或信号组合提供给目标物体评估装置44。目标物体评估装置44能够求得目标物体22相对于接收器装置16(并且在此尤其相对于端侧24)的位置。

如果在阈值检查装置42处检测得出：由信号评估装置38提供的所评估的信号或信号组合位于阈值范围之外，那么信号产生装置46产生叠加信号，所述叠加信号与接收器装置16的信号叠加。

特别地，关联装置40具有关联点48，所述关联点位于滤波器34和接收器装置16之间。在该关联点48处，由信号产生装置46产生的叠加信号与接收器装置16的信号关联进而叠加。

信号产生装置46产生叠加信号，使得在于接收器装置16的信号叠加之后生成如下信号或信号组合，所述信号或信号组合在通过信号评估装置38评估之后位于阈值范围之内。

阈值范围又选择成，使得在任何情况下在放大器36中都限定地放大形成用于放大器36的输入信号的信号，即所述信号位于放大器36的放大范围之内，并且尤其不位于放大器36的饱和范围中。

信号产生装置46用于：放大器36关于其放大特性按照规定地运行，使得放大器36不产生扭曲的信号，因为例如达到放大器饱和。

阈值范围选择成，使得对于位于阈值范围之内的(电压)信号而言在放大器36处在没有达到饱和的情况下执行限定的放大。

在此，在通过目标物体评估装置44关于目标物体22的位置进行评估时考虑：是否提供叠了叠加信号。

特别地，叠加信号在于：从提供接收器装置16的信号中减去特定的信号，所述特定的信号选择成，使得可以相对于信号评估装置38的所评估的信号移动到阈值范围中。

这在下文中还借助具体的实施例详细描述。

在一个实施方式中，传感器设备10包括微控制器50。尤其将信号评估装置38、阈值检查装置42和目标物体评估装置44集成到所述微控制器50中。

此外，关联装置40的信号产生装置46和可能还有发射器装置12的一部分集成到所述微控制50中。微控制50还包括阈值检查装置42。

在图2中示意地示出传感器设备10的具体的实现，所述传感器设备在那里设有附图标记52。对于与在传感器设备10中相同的元件使用相同的附图标记。

在传感器设备52中，通过模数转换器54形成信号评估装置38，所述模数转换器集成到微控制器50中。

关联装置40的信号产生装置46通过脉宽调制装置56形成，所述脉宽调制装置尤其包括多个具有不同相位的脉宽调制器。

关联装置40从脉宽调制装置56的数字信号中产生相应的模拟信号，所述模拟信号“符合相位地”叠加给接收器装置16的信号。

发射器装置12本身经由为控制50的脉宽调制器58操纵。

例如，将两个脉宽调制器58设置在两个支路中，是支路引导至发射线圈15。

设有模拟的开关装置60，所述开关装置定位在脉宽调制器58和发射线圈15之间。于是，通过互补地操纵开关装置60进而发射线圈15产生具有基础频率f0的相应的信号。

通过以频率f0、即基础频率运行的脉宽调制器58能够以简单的方式与发射器装置12的激励信号同步地在信号评估装置38处执行评估。此外，能够产生同步的叠加信号。

在图3中示出根据本发明的传感器设备的示意的方框电路图。对于与在传感器设备10中相同的元件使用相同的附图标记。

发射器装置12(无接触地)耦合到接收器装置16上，其中该耦合通过目标物体22影响。

接收器装置16提供输送给放大器36的信号。

在此能够提出：接收器装置16的信号在输送至放大器36之前通过处理装置62处理。例如，进行滤波，以便仅还评估具有基础频率f0的信号。例如，也能够设有另一放大器(预放大器)或能够设有阻抗变换器。

放大器36将其输出信号提供给信号评估装置38，在所述放大器上游连接滤波器34。信号评估装置38的信号或这种信号的组合通过阈值检查装置42检查，更确切地说检查其是否位于阈值范围之内或之外。

源自信号评估装置38的且位于阈值范围之内的所评估的信号或这种信号的组合提供给目标物体评估装置44。

如果在阈值检查装置42处检查得出：由信号评估装置38提供相应的评估的信号或信号组合位于阈值范围之外，那么相应地操纵关联装置40。所述关联装置的信号产生装置46产生叠加信号，所述叠加信号在关联点48处耦合输入。

由此能够确保：信号评估装置38的信号或其信号组合位于阈值范围之内。

在目标物体评估时考虑：是否产生叠加信号。原则上也能够多次产生叠加信号。于是，相应地也计数出：在多少个步骤中产生了叠加信号。信号产生装置46与之相应地与目标物体评估装置44处于信号连接，使得目标物体评估装置44针对具体的、考虑用于目标物体评估的信号而言了解：是否由于叠加信号发生了移动到阈值范围中并且必要时了解发生了多少次移动。

设有同步装置64，所述同步装置同样用于：与发射器装置12的激励信号同步地在信号评估装置38处进行评估。此外，用于：相应地同步地在关联点48处耦合输出通过信号产生装置46产生的叠加信号。

原则上可行的是：在放大器36之前检查：直接源自接收器装置16的或者遍历处理装置62的、提供给放大器36的信号是否位于阈值范围之内。入股其位于该阈值范围之外，那么通过关联装置40产生叠加信号并且随后叠加给该信号，使得放大器36仅包含如下输入信号，所述输入信号在正常的放大范围中，即尤其在没有饱和的情况下能够被放大。于是在该情况下，阈值检测装置设置在放大器36上游。

传感器设备10或52的构成具有的优点是：阈值检查装置42能够以简单的方式集成到微控制器50中。

在根据本发明的解决方案中，信号评估装置38提供可评估的信号。不进行评估信号的零位补偿和尤其不进行零位调整。由此，有限的调节速度不重要，该有限的调节速度能够限制传感器设备10的最大的开关频率。因为不进行零位调整，所以也不出现有限的、限制开关频率的调节速度。

因为不发生零位调整，所以也不必须产生相应的控制变量。由此不由于调整而使得系统变慢。如果通过数字系统实现零点调整，所以这对其性能参数提出高的要求。相应所需的微控制器50具有高的电流消耗，并且相对大且昂贵。

因为不进行零为调整，所以出现如下基本问题：在目标物体22相对于接收器装置16特定的位置中不再能够放大接收器装置16的信号，因为其位于限定的放大范围之外。

通过设置关联装置40，在根据本发明的解决方案中解决该问题。只要需要的话，就通信号产生装置46产生叠加信号，所述叠加信号用于：相关信号(在根据图1和2的实施例中为信号评估装置38的评估信号)移回到阈值范围中。从中又得出：于是出现在放大器36的输入端处的信号能够以限定的方式放大，并且避免饱和等等。于是不出现上述问题。

在根据本发明的解决方案中，最后评估绝对信号，所述绝对信号由信号评估装置38提供，或者评估这种信号的组合，其中最多当超过阈值范围时就通过叠加信号移回到阈值范围中。

随后，借助根据图4至16的图表描述根据本发明的传感器设备10或52的运行。

在一个实施例(图2)中提出：信号评估装置38是模数转换器54。

在接收器装置16的信号的一个周期之内，(图4上方)在模数转换器54处求得特定的信号值(电压值V1、V2、V3和V4)。所述信号值的相位不同。V1处于相位δ+0°下，V2处于相位δ+90°下，V3处于相位δ+180°下并且V4处于相位δ+270°下。这在图4中示意地示出。

在此，δ是位移值，所述位移值选择成，使得不能够将发射信号中的边沿的可能的串扰耦合输入。

由已知的信号值V1、V2、V3和V4(所述信号值是通过信号评估装置38提供的信号)形成差de lta_X＝V1-V3和de lta_Y＝V2-V4；所述差是所评估的信号的信号组合。de lta_X一定程度上说明信号中的余弦分量并且de lta_Y一定程度上说明信号中的正弦分量。

在图5中示出在相应的平面中绘出所求得的de lta_X和所求得的de lta_Y的实例的图表。原则商，于是从中能够通过目标物体评估装置44确定目标物体22相对于壳体18的位置。

在图6(a)中，对于没有目标物体的发射器设备52的实例情况示出接收器装置16的信号66。原则上，所述信号在理想的接收器装置16和理想的布置的情况下应是零信号。由于例如壳体18的影响，信号66仅近似地是零信号。

信号产生装置46提供补偿信号68，所述补偿信号随后叠加给信号66。在一个实施例中，补偿信号68选择成，使得得到为零信号的信号70。

补偿信号68不是例如将信号评估装置38的评估信号移回到阈值范围中的叠加信号。

补偿信号68总是叠加给接收器装置16的信号，以便有效地至少近似地产生零信号70。

原则上足够的是：补偿信号68选择成，使得在没有目标物体22影响的情况下delta_X值和de lta_Y值位于阈值范围86中。零位补偿是有利的，但不是必需的。

就该意义而言，接收器装置16的提供给滤波器34的和尤其随后提供给放大器36的信号已经从接收器装置16的直接的信号中推导出，因此叠加补偿信号68，使得在没有目标物体22影响的情况下不超过阈值范围86并且例如达到“至少近似的”零信号70。

在图6(b)中示出在目标物体22的影响下的相应的信号。得到接收器装置16的信号72。如果用补偿信号68进行补偿、调整和放大，那么得到信号74。从信号74中可识别出：放大器36已经进入饱和。与之相应地，超过了阈值范围。

在图6(c)中针对相同的情况52示出将补偿信号68和叠加信号76叠加给信号72的情况。得到调整的且放大的并且考虑用于在目标物体评估装置中进行评估的信号78。

因此，于是通过根据本发明的解决方案除了补偿信号68(所述补偿信号用于零信号产生)之外，只要需要的话就还叠加叠加信号76，以便当评估信号位于阈值范围之外，将信号评估装置38的评估信号移动到阈值范围中，以因此又在放大器36处获得限定的放大，而放大器36不处于饱和中。由此，通过在没有叠加信号76的情况下不再可以进行测量的方式，也在目标物体22距壳体18的处于这种间距的情况下实现接收器装置16的信号的测量。

所述方法再次根据图7至16来阐述。

在图7(a)中在不存在目标物体22的情况下示出信号评估装置38的未处理的输入信号80。在关联点48处叠加第一补偿信号68并且得到信号82(图7(b))，所述信号被补偿和放大。(在精确补偿的情况下，信号82是零信号。)

在图7(c)中示例性地在de lta_X-和de lta_Y-平面中示出相应值的位置，所述相应值是由信号评估装置38所评估的信号的信号组合。

在图8(a)至(c)中示出与图7(a)至(c)相同的情况下，其中在该情况下，相加另一第二补偿信号68'并且获得零信号84。de lta_X和de lta_Y于是为零并且这精确地指出不存在目标物体22。

因此，在图7中示出如下实例情况，其中考虑第一补偿信号68，并且在图8中示出如下情况，其中产生和考虑还更有效的第二补偿信号68'。于是，得到对于目标物体检测改进的测量精度。

随后，在图9中示出目标物体22接近的情况。得到接收器装置16的信号84。相应的调节的并且放大的信号(具有经由补偿信号68和68'进行的补偿)是信号86(图9(b))。相应的de lta_X值和de lta_Y值位于阈值范围86之内，所述阈值范围在图9(c)中通过相应的正方形表明(相应的边界的其他的形状也是可行的)。

因为相应的差值位于阈值范围86之内，所以不必须产生和考虑叠加信号。

在图10中示出具有目标物体22的另一接近的情况。得到信号88，所述信号随后在调节和放大(和补偿)时得出信号90(图10(b))。所述信号90提供给信号评估装置38。

de lta_X和de lta_Y的所得到的值在图10(c)示出。所述值位于阈值范围86之内，使得在该情况下不必须产生叠加信号。

在图11中示出目标物体22进一步接近端侧24。接收器装置16的相应的信号于是用92表示。在放大(和调节和补偿)之后得到信号94。在图11(c)中示出相对于值de lta_X和delta_Y的阈值范围86的位置。超过阈值范围86。

这通过阈值检查装置42来检测。于是产生叠加信号96(图12(a))，所述叠加信号相应地在关联点48处耦合输入。得到放大的信号98(图12(b))作为结果，所述放大的信号引起：相应的考虑用于评估的值又位于阈值范围86之内(图12(c))。在此，在目标物体评估时考虑：叠加信号96尤其是固定信号，所述固定信号选择成，使得实现移回到阈值范围86中。

在此，原则上能够发生：叠加信号96必须多次匹配地叠加，这就是说必须多次提高叠加信号96的脉宽，以便实现移回到阈值范围86中。

在图13中在另一实例中示出如下情况，其中在de lta_Y方面超过阈值范围86。接收器装置16的相应的信号用附图标记93表示。随后，除了叠加信号96之外叠加另一叠加信号100(图14(a))，以便获得处于阈值范围86中的可评估的信号(图14(c))。得出的信号在图14(b)中用97表示。叠加之前(但是在补偿之后)的信号在图13(b)中用95表示。通过适当的叠加信号实现：在de lta_X和de lta_Y方面可评估的信号处于阈值范围86中。

在图15中再次示出真实测量的相应的值，其中示出阈值范围86。测量值范围102、104和106基于：移动回阈值范围86中。相应的de lta_X值和de lta_Y值通过如下方式形成：已经一次或多次叠加了叠加信号。

目标物体评估装置44考虑上述内容。根据执行移动的频率正确地定位相应的测量值。得到根据图16的重建曲线。由此得到董涛的测量范围扩展，其中不执行零位调整，并且尽管如此确保：模数转换器54和放大器36不以饱和运行。

即使目标物体22距端侧24的间距低于一定间距，还能够执行间距测量，其中在所述一定间距下放大器36或模式转换器54通常处于饱和中。关联装置40作用于由接收器装置16所提供的信号上，使得降低所产生的信号强度，并且放大器36在其限定范围中工作，即防止饱和。

在上面描述的实施例中，这针对相应信号的“同相份额”(V2和V4或de lta_Y)或针对相应信号的“非同相份额”(V1和V3或de lta_X)执行。由此可以在幅度和相位方面进行组合。能够扩展传感器设备10或52的动态的测量范围，其中尤其当针对信号评估装置38使用模数转换器54时，获得高的分辨率。可以在放大器36处高度放大输入电压。

该原理不仅能够用于电感性的传感器设备。

在传感器设备10中，接收器装置16的感应元件是线圈28'、30'。感应元件例如也能够是电容器或霍尔元件。

关联装置40能够包括减法装置、加法装置或还有电容性的耦合输入装置。

信号评估装置38能够包括模数转换器54或也包括比较器。

目标评估装置44能够是微控制器或也是模拟计算机。

在上面描述的实例中，信号产生装置46具有四个脉宽调制器58，相应地用于相位0°、180°和90°、270°。原则上例如也可行的是：仅设有两个脉宽调制器或直接数字合成装置(DDS)。也能够设有用于相应地产生信号的数模转换器或者设有具有移相器的可编程的放大器(PGA)。

附图标记列表

10 传感器设备

12 发射器设备

14 交流电流源

15 发射线圈

16 接收器装置

18 壳体

20 耦合

22 目标物体

24 端侧

26 位置可变性

28 第一部件

28’ 第一线圈

30 第二部件

30’ 第二线圈

32 电容器

34 滤波器

36 放大器

38 信号评估装置

40 关联装置

42 阈值检查装置

44 目标物体评估装置

46 信号产生装置

48 关联点

50 微控制器

52 传感器设备

54 模数转换器

56 脉宽调制装置

58 脉宽调制器

60 模拟开关装置

62 处理装置

64 同步

66 信号

68 第一补偿信号

68’ 第二补偿信号

70 零信号

72 信号

74 信号

76 叠加信号

78 信号

80 信号

82 信号

84 信号

86 阈值范围

88 信号

90 信号

92 信号

94 信号

95 信号

96 叠加信号

97 信号

100 叠加信号

102 测量值

104 测量值

106 测量值

Claims (29)

1.一种用于检测目标物体(22)的传感器设备，其包括：

-发射器装置(12)，所述发射器装置借助具有基础频率(f0)的周期的激励信号来运行；

-接收器装置(16)，所述接收器装置耦合到所述发射器装置(12)上，其中该耦合与所述目标物体(22)相对于所述接收器装置(16)的相对位置相关，其中所述接收器装置(16)提供具有基础频率(f0)的信号，所述信号与所述目标物体(22)相对于所述接收器装置(16)的相对位置相关；

-放大器(36)，所述放大器连接在所述接收器装置(16)的下游；

-信号评估装置(38)，所述信号评估装置连接在所述放大器(36)的下游；

-阈值检查装置(42)，所述阈值检查装置检查：由所述信号评估装置(38)所提供的信号或这种信号的信号组合是否位于阈值范围(86)之内或之外，或者提供给所述放大器(36)的信号是否位于阈值范围之内或之外；和

-关联装置(40)，所述关联装置作用于所述接收器装置(16)的信号或从其中推导出的信号上，使得只要由所述信号评估装置(38)所提供的信号或这种信号的组合事先位于所述阈值范围之外，就将其移动到所述阈值范围(86)中，或者使得只要提供给所述放大器(36)的信号事先位于所述阈值范围之外就将其移动到所述阈值范围中。

2.根据权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述接收器装置(16)构成为，使得其至少近似在不影响所述目标物体(22)的情况下提供零信号。

3.根据权利要求1或2所述的传感器设备，其特征在于，所述关联装置将补偿信号(68)和/或叠加信号(96，100)相加至所述接收器装置(16)的信号或从中导出的信号，以便引起移动到所述阈值范围(86)中。

4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述阈值范围(86)是电压范围。

5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述关联装置(40)从所述接收器装置(16)的信号或从中导出的信号中减去特定的电压值。

6.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述阈值范围(86)选择成，使得所述放大器(36)在对于所述放大器(36)的输入信号限定的放大运行中工作。

7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述信号评估装置(38)是或者包括模数转换器(54)，和/或是或者包括比较器。

8.根据权利要求7所述的传感器设备，其特征在于，将所述阈值范围(86)选择成，使得所述模数转换器(54)或所述比较器在对于所述模数转换器(54)或所述比较器限定的转换器运行或比较器运行中工作。

9.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，设有用于所述基础频率(f0)的滤波器(34)，所述滤波器设置在是信号评估装置(38)和所述接收器装置(16)之间，其中尤其所述关联装置(40)的关联点(48)位于所述滤波器(34)上游。

10.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述信号评估装置(38)与所述激励信号同步地求得特定的信号值。

11.根据权利要求10所述的传感器设备，其特征在于，由所述信号评估装置(38)在一个或多个周期之内求得的特定的信号值的相位不同，其中尤其求得至少两个如下的信号值：相位δ+0°下的信号值V1、相位δ+90°下的信号值V2、相位δ+180°下的信号值V3、相位δ+270°下的信号值V4，其中δ是位移值。

12.根据权利要求10或11所述的传感器设备，其特征在于，设有目标物体评估装置(44)，所述目标物体评估装置评估所述信号评估装置(38)的信号值，以求得所述目标物体的相对位置，其中所述目标物体评估装置(44)尤其评估信号值的差，其中尤其形成差delta_X＝V1-V3和delta_Y＝V2-V4。

13.根据权利要求12所述的传感器设备，其特征在于，在没有零位调整的情况下评估由所述目标物体评估装置(44)形成的差。

14.根据权利要求12或13所述的传感器设备，其特征在于，所述目标物体评估装置(44)在目标物体评估时考虑所述关联装置(40)的信号。

15.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述关联装置(40)包括信号产生装置(46)，所述信号产生装置提供叠加信号(96，100)，所述叠加信号与所述接收器装置(16)的信号或从中导出的信号关联。

16.根据权利要求15所述的传感器设备，其特征在于，与所述激发信号同步地产生叠加信号(96，100)。

17.根据权利要求15或16所述的传感器设备，其特征在于，所述信号产生装置(46)是或包括脉宽调制装置(56)。

18.根据权利要求17所述的传感器设备，其特征在于，所述包括脉宽调制器(56)，所述脉宽调制器设置用于不同的相位。

19.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述发射器装置(12)与所述接收器装置(16)对称地设置，其中尤其所述发射器装置(12)和接收器装置(16)设置在共同的壳体(18)中。

20.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述接收器装置(16)包括第一部件(28)和第二部件(30)，其中所述第一部件(28)与所述第二部件(30)反对称地设置和/或构成，并且所述接收器装置(16)的信号由所述第一部件(28)和所述第二部件(30)的信号的叠加形成。

21.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述发射器装置(12)具有至少一个线圈(15)。

22.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述接收器装置(16)具有至少一个第一线圈(28’)和第二线圈(30’)。

23.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述接收器装置(16)电感性地耦合到所述发射器装置(12)上，并且所述目标物体(22)由金属材料构成。

24.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述关联装置(40)提供补偿信号(68)，所述补偿信号将所述接收器装置(16)的信号或从中导出的信号在没有影响所述目标物体(22)的情况下引入所述阈值范围(86)中。

25.根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备，其特征在于，其构成为接近传感器设备，经由所述接近传感器设备能够检测所述目标物体(22)距所述接收器装置(16)的间距和/或所述目标物体(22)靠紧所述接收器装置(16)和/或所述目标物体(22)引离所述接收器装置(16)。

26.一种用于运行用于检测目标物体的传感器设备、尤其根据上述权利要求中任一项所述的传感器设备的方法，其中

-借助具有基础频率(f0)的周期的激励信号来运行发射器装置(12)，

-评估接收器装置(16)的信号，所述信号具有基础频率(f0)，其中所述接收器装置耦合到所述发射器装置(12)上，并且该耦合和由此还有所述接收器装置(16)的信号与所述目标物体(22)相对于所述接收器装置(16)的相对位置相关，

-放大所述接收器装置(16)的信号或从其中导出的信号，并且将所述信号与所述激发信号同步地进行评估，

-检查：所评估的信号或其信号组合或输送给用于放大的放大器(36)的信号是否位于阈值范围(86)之内，并且当检测到所评估的信号位于所述阈值范围(86)之外时，或当检测到输送给所述放大器(36)的信号位于所述阈值范围之外时，产生叠加信号(96，100)，所述叠加信号叠加给所述接收器装置(16)的信号或从中导出的信号，其中所述叠加信号(96，100)选择成，使得所得出的评估的信号或其信号组合位于所述阈值范围(96)之内或者输送给所述放大器(36)的信号位于所述阈值范围之内。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，使用评估的信号或这种信号的组合以求得所述目标物体(22)相对于所述接收器装置(16)的位置，所述信号或信号组合位于所述阈值范围(86)之内，其中确定：是否通过叠加进行移回到所述阈值范围(86)中并且多频繁地通过叠加进行移回到所述阈值范围(86)中。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，在没有评估的信号的零位调整的情况下执行所述目标物体求得。

29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，其特征在于，所述接收器装置(16)的信号或从中导出的信号叠加补偿信号(68)，所述补偿信号选择成，使得信号评估装置(38)的输入信号或输送给用于放大的所述放大器(36)的信号在没有影响所述目标物体(32)的情况下位于所述阈值范围(86)之内。