CN109937346A - 无接触角传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于感测物体的角移动的传感器，该传感器包括其上安装有静止的第一部分(1)和在旋转中可移动的第二部分(2)的结构(0)，该第一部分和第二部分分别承载以旋转轴(X)为中心且彼此面对并且包括用于形成电容扇区的导电区域(11、12、21、22)的第一印刷电路(10)和第二印刷电路(20)，并且该第一印刷电路(10)和第二印刷电路(20)分别包括初级励磁绕组(15)和被连接到第二印刷电路的导电区域(21、22)的次级励磁绕组(25)；该第一印刷电路被连接到电子控制电路(30)，该电子控制电路(30)被布置成创建由第一印刷电路通过磁耦合传送给第二印刷电路的激励信号，以及解调由第二印刷电路通过电容耦合传送给第一印刷电路的信号。

Description

无接触角传感器
本发明涉及无接触地感测角移动参数，诸如在旋转中可移动的物体的位置或速度。更具体而言，本发明涉及检测起落架机轮的角位置或角速度。
存在用于确定旋转物体的速度或位置的多种角移动传感器，并且特别地有：其中电压与旋转速度成比例的转速计发生器、光学角度编码器、旋转变压器、……。
然而，这些传感器呈现出以下缺点中的至少一个：它们易于磨损，从而导致其可靠性或准确性相对快速地降级，它们具有相对复杂且因此昂贵的机械或电子结构，它们对诸如温度或振动等的操作条件是敏感的。
本发明的目的是提出一种结构简单并且呈现出相对长的寿命的传感器。
为此，本发明提供了一种用于感测物体的角移动的传感器，该传感器包括其上安装有静止的第一部分和相对于该第一部分在旋转中可移动并且在旋转中将与物体相耦合的第二部分的结构，该第一部分和第二部分分别承载第一印刷电路和第二印刷电路，该第一印刷电路和第二印刷电路彼此面对并且包括用于形成电容扇区的导电区域，并且分别包括初级励磁绕组和次级励磁绕组。绕组和导电区域以第二部分的旋转轴为中心，并且分别被布置成在第一印刷电路与第二印刷电路之间创建磁和电容耦合。第一印刷电路被连接到电子控制电路，该电子控制电路被布置成创建由第一印刷电路通过磁耦合传送给第二印刷电路的激励信号，以及解调由第二印刷电路通过电容耦合传送给第一印刷电路的信号。
因而，第一印刷电路和第二印刷电路经由磁耦合和电容耦合进行通信，所以静止部分与可移动部分之间不存在接触。这限制了任何磨损风险。另外，这样的结构呈现出很少的因温度变化而引起的漂移。该传感器还相对容易制造，并且不需要复杂的调整。
在第二特定实施例中，第一印刷电路包括径向延伸并且在直径方向上彼此相对的两个导电区域，并且第二印刷电路包括具有以第二部分的旋转轴为中心的圆形形状的外部公共轨道和内部公共轨道，并且第二印刷电路的导电区域包括从外部公共轨道径向地延伸的第一导电区域和从内部公共轨道径向地延伸的第二导电区域，第二导电区域与第一导电区域以使得第一导电区域的每一者与第二导电区域之一在直径方向上相对的方式交替。
形成电容扇区的导电区域的布置提供了取决于在第一印刷电路和第二印刷电路之间的相对角位置而成同相和反相的交替的测量信号。这使得能够获得幅度相对较大的测量信号，从而便于处理。
本发明的其他特性和优点出现在阅读下面对本发明的具体的非限制性实施例的描述中。
参考附图，在附图中：
-图1是根据本发明的传感器的图解透视图；
-图2是示出叠加在第二印刷电路上的第一印刷电路的正视图；
-图3是传感器的整个电气电路的简化示意图；以及
-图4是用于控制传感器的电子电路的电路图。
参考附图，本发明包括角移动传感器，该角移动传感器包括其上安装有固定的第一部分1和相对于该第一部分1在旋转中可移动的第二部分2的结构0。第二部分2用于可旋转地连接到呈现要测量的角移动的物体，例如，车轮。在该示例中，第一部分1和第二部分2采取具有相同直径并且同轴的盘的形式。
第一部分1和第二部分2具有相互面对的面3和4，它们分别承载被给予总体标号10和20的第一印刷电路和第二印刷电路。
第一印刷电路10包括在第一部分1的周界处延伸的扁平线圈形式的初级励磁绕组15，以及相对于旋转轴X径向地延伸并且在直径方向上彼此相对的细长形状的两个导电区域11、12。初级励磁绕组15以及导电区域11和12以第二部分2的旋转轴X为中心。
第二印刷电路20包括：
-在第二部分2的周界处延伸的扁平线圈形式的次级励磁绕组25；
-从公共外部轨道23径向地延伸的细长形状的第一导电区域21，使得每个第一导电区域21与导电区域11、12的每一者在它们面对面时形成电容扇区；以及
-从公共内部轨道24径向地延伸的细长形状的第二导电区域22，使得每个第二导电区域22与导电区域11、12的每一者在它们面对面时形成电容扇区。
外部公共轨道23和内部公共轨道24在形状上是圆形的并且以第二部分2的旋转轴X为中心。外部公共轨道23被连接到次级励磁绕组25的第一端，并且内部公共轨道24被连接到次级励磁绕组25的第一端。
第一导电区域21与第二导电区域22以使得每个导电区域21在直径方向上与第二导电区域22之一相对的方式交替。第一导电区域21成对地间隔开约40°，并因此第二导电区域22同样成对地间隔开约40°。每个第一导电区域21相对于其任一侧的两个第二导电区域22间隔开20°，且反之亦然。
第一印刷电路1被连接到电子控制电路30，该电子控制电路30被布置成创建由第一印刷电路1通过磁耦合传送给第二印刷电路2的激励信号，以及解调由第二印刷电路2通过电容耦合传送给第一印刷电路1的测量信号。
电子控制电路30包括：
-被连接到变压器32的初级绕组320和初级励磁绕组15的自动振荡器31；以及
-同步解调器33，其具有被连接到导电区域11、12的输入，以及经由滤波器34连接到输出比较器35的正输入的输出，该输出比较器35具有被连接到提供第一参考电流的第一电路部分36的负输入。
同步解调器33具有两个晶体管331和332，每个晶体管具有被连接到相应导电区域11、12的栅极、被连接到变压器32的相应次级绕组321、322的一端的漏极，以及被连接到输出比较器35的正输入的源极。次级绕组321、322的相对端被连接到提供第二参考电流的第二电路部分37。
电路部分36和37形成两个参考电流源，用于定义解调器33的晶体管331、332的静态工作点和输出比较器35的阈值。
电子控制电路30还具有为整个电子控制电路30供电的稳压源38。
变压器32用于使同步解调器30在自动振荡器31上同步，以便恢复最大幅度的测量信号。
本发明的传感器将两种耦合模式相关联：用于上行路径(激励)的高频磁耦合模式，以及用于下行路径(测量)的电容耦合模式。
输出比较器35被布置成在对经解调信号进行滤波之后在高逻辑信号和低逻辑信号之间进行区分，以便提供能够计数第二部分2的转数的方波信号：具体地，每个方波对应于20°的角度，使得十六个方波对应一次完整的旋转。因而，对转数的数量进行计数是可能的，并且确定电机在两转之间的角位置也是可能的。
自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是覆盖落在如由权利要求限定的本发明的范围内的任何变型。
具体而言，电子控制电路可以具有与所描述的结构不同的结构，并且例如其不需要具有电流源或同步变压器。
印刷电路也可以具有不同的结构。例如，第二印刷电路可以具有一些其他数量的导电区域。印刷电路可以被布置成使得它们不提供两个反相测量信号，即使该特性对于具有大幅度的经调制信号是有利的。
印刷电路的导电区域之间的角度差可以小于或大于规定的差值。应根据传感器的预期分辨率和印刷电路的制造约束来选择角度差。

Claims (7)

1.一种用于感测物体的角移动的传感器，所述传感器包括其上安装有静止的第一部分(1)和相对于所述第一部分在旋转中可移动并且在旋转中将与所述物体相耦合的第二部分(2)的结构(0)，所述第一部分和所述第二部分分别承载彼此面对并且包括用于形成电容扇区的导电区域(11、12、21、22)的第一印刷电路(10)和第二印刷电路(20)，并且所述第一印刷电路(10)和所述第二印刷电路(20)分别包括初级励磁绕组(15)和被连接到所述第二印刷电路的导电区域(21、22)的次级励磁绕组(25)；所述绕组和所述导电区域以所述第二部分的旋转轴(X)为中心，并且分别被布置成在所述第一印刷电路和所述第二印刷电路之间创建磁耦合和电容耦合；所述第一印刷电路被连接到电子控制电路(30)，所述电子控制电路(30)被布置成创建由所述第一印刷电路通过磁耦合传送给所述第二印刷电路的激励信号，以及解调由所述第二印刷电路通过电容耦合传送给所述第一印刷电路的信号。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一印刷电路(10)具有径向地延伸并且在直径方向上彼此相对的两个导电区域(11、12)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述第二印刷电路(20)具有以所述第二部分(2)的旋转轴(X)为中心的圆形形状的外部公共轨道(23)和内部公共轨道(24)，并且所述第二印刷电路的导电区域(21、22)包括从所述外部公共轨道径向地延伸的第一导电区域(21)和从所述内部公共轨道径向地延伸的第二导电区域(22)，所述第二导电区域与所述第一导电区域以使得所述第一导电区域的每一者与所述第二导电区域之一在直径方向上相对的方式交替，所述公共轨道的每一者被连接到所述次级励磁绕组(25)的相应端。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述第二印刷电路(20)的所述第一导电区域(21)成对地间隔开约40°。
5.根据任一前述权利要求所述的传感器，其特征在于，所述电子控制电路(30)包括被用于创建所述激励信号并且被用于所接收的信号的同步解调的自动振荡器(31)。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述电子控制电路(30)包括具有经由滤波器(34)连接到输出比较器(35)的输出的同步解调器(33)，所述输出比较器(35)被布置成在经解调信号已被滤波之后区分高逻辑信号和低逻辑信号。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述电子控制电路(30)包括被布置成定义所述同步解调器(33)的晶体管的静态工作点和所述输出比较器(35)的阈值的两个电流源(36、37)。
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