CN111316070A - 具有作为实物量具的环形波导管的角度传感器 - Google Patents

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Abstract

旋转元件(5)以旋转元件(5)能绕旋转轴线(6)旋转的方式支承在基体(4)中。激励电路(10)产生激励信号(A)。分配电路(11)将激励信号(A)的一部分作为发射信号(S)输送至固定在基体(4)处的发射和接收天线(14)，并且将激励信号的一部分作为基本信号(B)输送至评估电路(12)。角度传感器(3)具有环形地环绕旋转轴线(6)的波导管(8)。发射和接收天线(14)基于发射信号(S)将电磁波(15a、15b)发射到波导管(8)中，该电磁波在波导管(8)中沿两个方向传播。旋转元件(5)具有终端元件(16)，该终端元件伸入波导管(8)中并且被设计成至少在一侧是反射的，以使入射到终端元件(16)的反射侧上的电磁波(15a)在终端元件的反射侧上被反射并且在波导管(8)中朝发射和接收天线(14)回射。反射的波(18)被发射和接收天线(14)接收。由此产生的接收信号(E)被输送至评估电路(12)。评估电路(12)通过在分辨区域(β)内评估基本信号(B)和接收信号(E)来确定旋转元件(5)相对于参考旋转位置(α0)的旋转位置(α)。

Description

具有作为实物量具的环形波导管的角度传感器
技术领域
本发明涉及一种角度传感器，
-其中，角度传感器有基体，
-其中，旋转元件以旋转元件能围绕旋转轴线旋转的方式支承在基体中。
背景技术
角度传感器对于许多应用是必需的。例如，在电机中必须测量机械旋转角以将其用于定位任务并且作为电流控制的反馈。光学、磁性、电感式或电容式的角度传感器通常例如用于伺服驱动器。在许多情况下，角度传感器是独立构件，其中角度传感器的基体与要检测机器旋转位置的机器的基体连接，角度传感器的旋转元件还与机器的旋转轴连接。在一些情况下，角度传感器是机器的组成构件。
不管是否采用单一措施或另外的措施，角度传感器始终由对实物量具进行扫描的检测单元组成。检测单元布置在角度传感器的基体上，实物量具布置在角度传感器的旋转元件上。角度传感器本身可以确定旋转位置并将其传送至控制器。可选地，角度传感器能转发原始信号(例如正弦和余弦信号)，然后其他设备(例如所述控制器)从该原始信号确定旋转位置。
已知的角度传感器具有多种缺点。
例如，高精度光学角度传感器是昂贵的，因为通常需要相对于量具高精度地安装检测单元。在作为集成的角度传感器的设计方案的情况中，这种传感器容易被污染并且必须由机器制造商以复杂的方式封装。
控制应用中对低延迟时间的要求需要快的物理测量原理和评估方法。
因为结构尺寸随着精度等级的提高变得越来越小，量具必须以达到18位的范围的高精度并且主要以微结构技术非常复杂地制造。这种情况同样出现在如下量具的设计方案中，其作为编码的多极磁性轮或多极齿轮、或作为电感或电容式工作的电路板结构或在微米范围中具有透射或反射扫描结构的光学玻璃或复合材料片。
此外，量具应该变得越来越小，以使不用于机器的本来用途(例如施加扭矩)的被动安装空间最小化。
传统的量具借助于一个扫描单元进行扫描，在一些情况下也借助于多个扫描单元进行扫描。量具的编码轨迹通常设计成小规模并联或串联的，或作为所谓的游标卡尺线圈设计成圆形的。
在线性距离测量的范畴内，还已知在波导管中使用相位测量雷达技术的测量方法和测量装置，以便在定位任务中以几微米的定位分辨率检测多米的距离。纯示例性地，能够参考DE102013209364A1和DE102013202765A1。同样能够参考DE102006021206A1和DE102006052790A1。这些类型的测量装置包括用于接收电磁波的传感器和用于引导电磁波的引导部件。引导部分设计为长的波导管，其优选地由金属制成或以金属镀层。引导部件在纵向方向上具有用于引导电磁波的缝隙。例如能够利用所谓的六端口电路来评估接收到的信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种角度传感器，其实现以简单且可靠的方式高精度地确定角度传感器的旋转元件的旋转位置。
该目的通过具有权利要求1的特征的角度传感器来实现。角度传感器的有利的设计方案是从属权利要求2至10的内容。
根据本发明，开头部分所述类型的角度传感器如下地设计，
-角度传感器具有产生第一激励信号的第一激励电路，
-角度传感器具有第一分配电路，该第一分配电路将由第一激励电路产生的第一激励信号的一部分作为第一发射信号输送至固定在基体处的第一发射和接收天线，并且该第一分配电路将第一激励信号的一部分作为第一基本信号输送至角度传感器的评估电路，
-角度传感器具有环形地环绕旋转轴线的第一波导管，
-第一发射和接收天线基于输送至第一发射和接收天线的第一发射信号将第一电磁波发射到第一波导管中，该第一电磁波随后在第一波导管中沿两个方向传播，
-旋转元件在沿其环周的一个位置处具有伸入第一波导管中的第一终端元件，
-第一终端元件被设计成至少在一侧是反射的，以使入射到第一终端元件的反射侧上的第一电磁波在第一终端元件的反射侧上被反射并且在第一波导管中朝第一发射和接收天线回射，
-反射的第一电磁波被第一发射和接收天线接收，并且由此产生的第一接收信号被输送至评估电路，并且
-通过在第一分辨区域中评估输送至评估电路的第一基本信号和第一接收信号，评估电路确定旋转元件相对于参考旋转位置的第一旋转位置。
从DE102013202765A1已知的类型的线性位移传感器实质上被修改以使其作为角度传感器工作。为此目的，在DE102013202765A1中的线性波导管被设计成圆形。终端元件与发射与接收天线之间的距离改变通过围绕旋转轴线旋转的旋转元件来实现，其中，发射和接收天线不改变其在基体上的位置。
第一波导管可以固定在基体处。在这种情况下，当旋转元件旋转时，第一终端元件在第一波导管中移动。但是，第一波导管优选地布置在旋转元件处。由此可以将第一终端元件固定在第一波导管中。在这种情况下，第一波导管具有环形地环绕旋转轴线的第一缝隙，并且第一发射和接收天线以将其伸入第一缝隙中的方式布置在基体处。由此实现第一发射和接收天线在第一波导管处特别好的耦合。
优选地，第一终端元件被设计成在其与第一终端元件的反射侧相对置的一侧是吸收的。由此可以实现通常在几乎每个旋转位置检测反射的第一电磁波。如果第一终端元件反而被设计成在其与第一终端元件的反射侧相对置的一侧也是反射的，则检测仅在少数角度位置是可能的。然而，在一些情况下这也能是够用的。
特别地，评估电路在评估第一基本信号和第一接收信号方面能够被设计为根据六端口法工作的电路。在这种情况下，可以实现第一基本信号与第一接收信号之间的相位偏移的非常简单的高精度的确定，并且因此可以相应实现相关的第一旋转位置的非常简单的高精度的确定。
六端口法及相关电路通常是众所周知的。例如能参考以下专业文献：
-由Alexander Koelpin等在第43届欧洲微波会议进程中发表的“用于精确几何测量应用的六端口技术的综述(Six-Port Technology for Precise GeometricalMeasurement Applications–an Overview)”，2013年10月7日至10日，德国纽伦堡；
-由Gabor Vinci等在第七届德国微波会议(GeMiC)发表的“基于双六端口的宽范围的到达方向探测器(Wide-Range,Dual Six-Port based Direction-Of-ArrivalDetector)”，伊尔默瑙，2012年，第1至4页；以及
-由S.Lindner等在《微波专题讨论会摘要》发表的“基于六端口的无模糊干涉距离测量的双音方案(Dual Tone Approach for Unambiguous Six-Port BasedInterferometric Distance Measurements)”，西雅图，2013年，电气与电子工程师协会的微波理论与技术国际组(IEEE MTTS International)。
第一分辨区域是如下的角度区域，在其中能够通过仅评估第一基本信号和第一接收信号就确定旋转元件相对于参考旋转位置的旋转位置。第一分辨区域由第一激励信号的频率确定，或者由相应波长结合第一波导管距旋转轴线的距离来确定。第一分辨区域可以伸展至少360°。在一些情况下，尤其在控制电机时，然而可选地也能够用的是第一分辨区域在这种情况下伸展恰好360°/n，其中，n是大于1的自然数。
在其他情况下，与第一分辨率本身的范围伸展无关，需要在比第一分辨区域更大的结果分辨区域中确定结果旋转位置。在最简单的情况下，这能够通过在旋转元件旋转期间检测并计算相位溢出来实现。但是，其他方案也是可行的。
例如可行的是，
-角度传感器具有产生第二激励信号的第二激励电路，
-角度传感器具有第二分配电路，该第二分配电路将由第二激励电路产生的第二激励信号的一部分作为第二发射信号输送至固定在基体处的第二发射和接收天线，并且该第二分配电路将第二激励信号的一部分作为第二基本信号输送至评估电路，
-角度传感器具有环形地环绕旋转轴线的第二波导管，
-第二发射和接收天线基于输送至第二发射和接收天线的第二发射信号将第二电磁波发射到第二波导管中，该第二电磁波随后在第二波导管中沿两个方向传播，
-旋转元件具有伸入第二波导管中的第二终端元件，
-第二终端元件被设计成至少在一侧是反射的，以使入射到第二终端元件的反射侧上的第二电磁波在第二终端元件的反射侧上被反射并且在第二波导管中朝第二发射和接收天线回射，
-反射的第二电磁波被第二发射和接收天线接收，并且由此产生的第二接收信号被输送至评估电路，
-通过在第二分辨区域中评估输送至评估电路的第二基本信号和第二接收信号，评估电路确定旋转元件相对于参考旋转位置的第二旋转位置，并且
-评估电路根据第一旋转位置和第二旋转位置在结果分辨区域中确定旋转元件的结果旋转位置。
第二波导管可以固定在基体处。但是，第二波导管优选地布置在旋转元件处。类似地，能够使用关于第一波导管的上述实施方案。
在个别情况下，第二发射和接收天线和第二波导管能够与第一发射和接收天线和第一波导管相同。在这种情况下，两个激励信号的频率必须强制地彼此不同。也可行的是，尽管第二发射和接收天线是与第一发射和接收天线不同的天线，但是第二波导管与第一波导管相同。在这种情况下，两个激励信号的频率也必须强制地彼此不同。通常，第二发射和接收天线和第二波导管是与第一发射和接收天线和第一波导管不同的元件。在该情况下，两个激励信号的频率同样也优选地彼此不同。但是，在该情况下，这不是必要的。
通过该设计方案(彼此不同的波导管以及彼此不同的发射和接收天线)能够实现不同的优点。尤其在围绕旋转轴线的周向上观察时，第一发射和接收天线和第二发射和接收天线可以布置在基体上，并且第一终端元件和第二终端元件布置在旋转元件上，从而当第一终端元件在第一发射和接收天线的区域中时，第二终端元件不在第二发射和接收天线的区域中。
由此消除了以下问题：当仅使用单个波导管和仅单个终端元件时，存在传感器装置无法正常工作的较小角度区域。这表示如下的角度区域，在其中第一终端元件位于第一发射和接收天线的区域中。但是，如果现在使用另外的发射和接收天线，则对于该另外的发射和接收天线还存在传感器装置不能正常工作的较小角度区域。然而还可以容易地布置两个发射和接收天线，当一个传感器装置不能正常工作时另一个传感器装置能正常工作，并且反之亦然。这刚好能够通过以上设计方案实现。
还可行和优选的方案是，第二激励信号具有与第一激励信号的频率不同的频率。由此能够放大(通常甚至明显放大)结果分辨区域。甚至能够放大到使结果分辨区域伸展至少360°的程度。用于扩展测量范围的相应原理对于线性位移测量系统是已知的。能够参阅已经提到的由S.Lindner等发表的专业文献“基于六端口的无模糊干涉距离测量的双音方案”。
附图说明
结合以下实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点及其实现方法和方式变得更清楚易懂，实施例结合附图详细阐述。在此以示意图示出：
图1示出具有角度传感器的机器，
图2示出图1的角度传感器的放大图，
图3从侧面示出图2的角度传感器的旋转元件，
图4从正面示出图3的旋转元件，
图5示出角度传感器的相关电路布置，
图6从正面示出图3的旋转元件的设计方案，以及
图7示出角度传感器的相关电路布置。
具体实施方式
根据图1，机器1具有轴2，要检测的是轴的旋转角度或旋转位置α。为此目的设有角度传感器3。根据图1和图2，角度传感器3具有基体4，旋转元件5支承在该基体中。由此，旋转元件5能绕旋转轴线6旋转，即旋转元件能旋转大于以及小于360°的任意角度。因此，旋转元件5原则上能旋转经过任意多个整圈。基体4能够例如经由螺栓与机器1的壳体7连接。旋转元件5能够例如同样经由螺栓与机器1的轴2连接。旋转元件5与机器1的轴2的连接如下地实现，即旋转轴线6与机器1的轴2的旋转轴线尽可能良好重合。为了清楚起见，要指出的是，关于机器1的轴2，在机械元件的意义上使用术语“轴”，而不在传播振动的意义上使用。
关于以下使用的术语“轴向”、“径向”和“切向”，其始终相对于旋转轴线6而言。“轴向”是平行于旋转轴线6的方向。“径向”是与旋转轴线6正交地直接朝向或背离旋转轴线6的方向。“切向”是既与轴向方向正交又与径向方向正交的方向。因此，“切向”是在固定的轴向位置并且以恒定的径向距离围绕旋转轴线圆形地指向的方向。
角度传感器3具有波导管8。波导管8环形地环绕旋转轴线6。波导管因此形成一个完全环绕360°的封闭的环。波导管8优选地也布置在旋转元件5上。在这种情况下，波导管8具有环形地环绕旋转轴线6的缝隙9。缝隙9也完全环绕旋转轴线6。因此，该缝隙不在任何地方中断。缝隙9能够对应于图3和图4地布置，以使该缝隙在旋转轴线6的轴向方向上开放。可替换地，缝隙能够在旋转轴线6的径向方向上开放。其他的方向也是可行的。
为了检测旋转位置α，角度传感器3具有对应于图5的激励电路10。激励电路10产生激励信号A。激励信号A具有频率f。频率f位于高频范围内，主要高于1GHz，通常甚至高于10GHz，例如在12GHz、24GHz或60GHz。该频率能够是预设的或可调的。无论如何，频率的确切值在每个时间点是已知的。能够以频率f高精度地产生激励信号A的相应设计方案是本领域技术人员已知的，例如PLL(锁相环)结合VCO(电压控制振荡器)的形式的方案以及其他方案。
产生的激励信号A被输送至分配电路11。分配电路11将激励信号A分为两个信号，即一方面的发射信号S和另一方面的基本信号B。分配电路11将基本信号B输送至评估电路12。分配电路11(必要时经由放大器13)将发射信号S输送至发射和接收天线14。发射和接收天线14布置在基体4处。发射和接收天线14基于输送至该发射和接收天线的发射信号S将电磁波发射到波导管8中。为了能够将电磁波耦合输入到波导管8中，发射和接收天线14能够例如对应于图3伸入缝隙9中。为了清楚起见要指出的是，关于电磁波，在传播振动的意义上使用术语“波”，而不在机械元件的意义上使用。
电磁波在波导管8中沿两个方向传播。这在图4中通过表示相应的波15a、15b的箭头示出。
旋转元件5具有终端元件16。终端元件16伸入波导管8中。两个传播的波15a、15b到达终端元件16的两侧。终端元件16被设计成至少在一侧是反射的。这在图4中由实线17示出。因此，到达终端元件16的反射侧的电磁波15a在终端元件16处被反射，并且随后作为反射波18在波导管8中朝发射和接收天线14回射。终端元件16在另一侧优选地被设计成吸收的。这在图4中通过虚线19表示。因此，到达终端元件16的吸收侧的电磁波15b在终端元件16处被吸收，从而没有反射波从那里朝发射和接收天线14回射。
发射和接收天线14接收反射的电磁波18。发射和接收天线由此产生接收信号E，该接收信号被发射和接收天线输送至评估电路12。然后，评估电路12通过评估基本信号B和接收信号E来确定旋转位置α。特别地，评估电路12能够确定接收信号E相对于基本信号B的相位
Figure BDA0002480303820000101
并且因此结合波导管8的已知的半径r来确定相关的旋转位置α。下面将对此进行详细说明。
当旋转元件5的旋转位置α等于参考旋转位置α0时，接收信号E相对于基本信号B具有相位偏移。在不限制一般情况的情况下，能够假定相位偏移所具有的值为0。如果现在将旋转元件5旋转角度α，传播的波15a和反射的波18必须经历的路径改变了：
Figure BDA0002480303820000111
由于该路径必须由传播的波15a和反射的波18经过，因此确定相位
Figure BDA00024803038200001112
的偏移(或者通常是相位
Figure BDA0002480303820000112
的偏移的变化)为
因为波长λ还通过以下关系
λ·f＝c (3)
(c＝波15a、15b、18的传播速度)彼此耦合，因此能够在旋转位置α和相位
Figure BDA0002480303820000114
之间建立以下关系：
Figure BDA0002480303820000115
在给定旋转位置α时，因此明确地确定了相位
Figure BDA0002480303820000116
然而，评估电路12必须首先确定相位
Figure BDA0002480303820000117
并且然后从相位
Figure BDA0002480303820000118
确定旋转位置α。能够无问题地确定相位
Figure BDA0002480303820000119
例如，能够将用于确定相位
Figure BDA00024803038200001110
的评估电路12设计为根据六端口法工作的电路。这种类型的评估是众所周知的。该评估是非常可靠和准确的。但是，只能以2π为模来确定相位
Figure BDA00024803038200001111
因此，评估电路12能够仅在分辨区域β内确定旋转元件5相对于参考旋转位置α0的旋转位置α。分辨区域β根据第五个等式来确定，
Figure BDA0002480303820000121
分辨区域β可以伸展至少360°。在该情况下，频率f和半径r相互配合满足以下关系
Figure BDA0002480303820000122
否则，借助于根据图2、图3和图4的角度传感器3的设计方案，不能直接实现经过旋转元件5的整个环周的旋转位置α。在足够快速地检测和确定连续的相位
Figure BDA0002480303820000123
的情况下，能够识别相位跳变并且由此原则上任意地扩展分辨区域。此外，在多个频率f的情况下可以依次快速地进行相位
Figure BDA0002480303820000124
的测量，并且通过组合测量值(原则上任意地)扩展分辨区域β。
在一些情况下(尤其当机器1是电机时)，如果分辨区域β伸展360°/n，其中n是大于1的自然数，则还能是够用的。在这种情况下，频率f和半径r必须相互配合以满足以下关系
Figure BDA0002480303820000125
n尤其能够是电机的极对数。
结合图6和图7，下面阐述角度传感器3的一个设计方案。该设计方案基于图4和图5。所有在那里提到的构件在此也存在，例如具有缝隙9的波导管8和激励电路10。所谓的构件也以与以上结合图4和图5所阐述的相同方式来工作。因此，下面不再讨论这些工作方式。
角度传感器3还具有另外的波导管8'。另外的波导管8'同样环形地环绕旋转轴线6。因此，另外的波导管同样形成一个环绕360°的封闭的环。优选地，另外的波导管8'同样布置在旋转元件5上。在这种情况下，另外的波导管8'同样具有环形地(并且完全)环绕旋转轴线6'的缝隙9'。另外的波导管8'的缝隙9'能够类似于缝隙9地布置，以使另外的波导管的缝隙在旋转轴线6的轴向方向上开放。可替换地，另外的波导管的缝隙能够在旋转轴线6的径向方向上开放。其他方向同样也是可行的。
此外，对应于图7，角度传感器3还具有另外的激励电路10'。另外的激励电路10'同样生成另外的激励信号A'。另外的激励信号A'具有频率f'。另外的激励信号A'的频率f'同样处于高频范围内，主要高于1GHz，通常甚至高于10GHz。另外的激励信号的频率能够是固定预设的或可调的。无论如何，另外的激励信号的频率的确切值在每个时间点是已知的。通常，频率f'具有与频率f不同的值。此外，能够类似地使用上述关于激励电路10的实施方案。
产生的另外的激励信号A'被输送至另外的分配电路11'。另外的分配电路11'(类似于分配电路11)将另外的激励信号A'分为另外的发射信号S'和另外的基本信号B'。另外的分配电路11'将另外的基本信号B'输送至评估电路12。另外的分配电路11'将另外的发射信号S'(必要时经由另外的放大器13')输送至另外的发射和接收天线14'。另外的发射和接收天线14'同样布置在基体4处。另外的发射和接收天线14'基于输送至其的另外的发射信号S'将另外的电磁波发射到另外的波导管8'中。为了能够将另外的电磁波耦合到另外的波导管8'中，另外的发射和接收天线14'能够例如伸入另外的缝隙9'中。
该电磁波(即经由另外的发射和接收天线14'发射的电磁波)在另外的波导管8'中沿两个方向传播。这在图6中通过表示相应的波15a'、15b'的箭头示出。
在根据图6和图7的设计方案的情况下，旋转元件5在沿着其环周的位置处具有终端元件16'，该终端元件伸入另外的波导管8'中。该终端元件16'在下面被称为另外的终端元件16'。两个传播的波15a'、15b'到达另外的终端元件16'的两侧。另外的端接元件16'被设计成至少在一侧是反射的。这在图6中通过实线17'表示。到达另外的终端元件16'的反射侧的电磁波15a'在另外的终端元件16'处被反射，并且随后作为反射波18'在另外的波导管8'中朝另外的发射和接收天线14'回射。另外的终端元件16'在另一侧优选地被设计成吸收的。这在图6中通过虚线19'表示。因此，到达另外的终端元件16'的吸收侧的电磁波15b'在另外的终端元件16'处被吸收，从而没有反射波从那里朝另外的发射和接收天线14'回射。
另外的发射和接收天线14'接收反射的电磁波18'。另外的发射和接收天线由此产生另外的接收信号E'，另外的接收信号被另外的发射和接收天线输送至评估电路12。然后，评估电路12通过评估另外的基本信号B'和另外的接收信号E'来确定另外的旋转位置α'。该评估完全类似于以上结合图4和图5阐述的评估。由此，评估电路12确定另外的接收信号E'相对于另外的基本信号B'的相位
Figure BDA0002480303820000141
并且因此结合另外的波导管8'的已知的半径r'确定相关的另外的旋转位置α'。该确定还在另外的分辨区域β'中实现。
该评估完全类似于以上结合图4和图5所阐述的评估。
根据图6和图7的设计方案具有不同的优点。
一个优点是，在根据图4和图5的设计方案中存在较小的角度区域γ，在其中不能检测旋转位置α。该角度区域γ存在的原因是，当终端元件16在发射和接收天线14的区域中时不能将来自发射和接收天线14的电磁波发射到波导管8中。以类似的方式，还存在另外的较小的角度区域γ'，在其中不能检测到另外的旋转位置α'。然而，根据图6能够容易地将另外的发射和接收天线14布置在基体4上，从而当终端元件16在发射和接收天线14的区域中时，另外的终端元件16'不在另外的发射和接收天线14'的区域中。尤其可行的是，发射和接收天线14和另外的发射和接收天线14'相对于彼此具有的角度偏移δ与终端元件16和另外的终端元件16'相对于彼此具有的角度偏移δ'之间的差异足够大。特别地，这些角度偏移δ、δ'之间的差异必须大于两个角度区域γ、γ'中的较大者。这两个角偏移δ、δ'与旋转轴线6有关。
另外的优点是，频率f、f'能够彼此不同。由此，不仅两个确定的相位
Figure BDA0002480303820000151
彼此不同，而且尤其各个分辨区域β、β'也不同。通过将两个确定的旋转位置α、α'彼此比较，评估电路12因此能够(假设适当选择了频率f、f'和相关的半径r、r')在结果分辨区域β”内从两个确定的相位
Figure BDA0002480303820000152
和相关的旋转位置α、α'出发确定结果旋转位置α”。结果分辨区域β”能够容易地伸展至少360°。用于距离的相应原理尤其从S.Lindner的上述专业文献已知。相应的原理能够直接应用于角度区域。半径r和r'可以具有相同的值。然而，通常半径r、r'通常具有彼此不同的值。
总之，本发明因此涉及以下设计：
旋转元件5以旋转元件5能绕旋转轴线6旋转的方式支承在基体4中。激励电路10产生激励信号A。分配电路11将激励信号A的一部分作为发射信号S输送至固定在基体4处的发射和接收天线14，并且将激励信号的一部分作为基础信号B输送至评估电路12。角度传感器3具有环形地环绕旋转轴线6的波导管8。发射和接收天线14基于发射信号S将电磁波15a、15b发射到波导管8中，该电磁波在波导管8中沿两个方向传播。旋转元件5具有终端元件16，该终端元件伸入波导管8中并且被设计成至少在一侧是反射的，以使入射到第二终端元件16的反射侧上的电磁波15a在终端元件的反射侧上被反射并且在波导管8中朝发射和接收天线14回射。反射的波18被发射和接收天线14接收。由此产生的接收信号E被输送至评估电路12。评估电路12通过在分辨区域β内评估基础信号B和接收信号E来确定旋转元件5相对于参考旋转位置α0的旋转位置α。
本发明具有许多优点。尤其能够以简单且可靠的方式高精度地检测旋转元件5相对于参考旋转位置α0的旋转位置α、α'。
尽管已经通过优选的实施例在细节上详细说明和阐述了本发明，但是本发明不受公开的实例限制，并且本领域技术人员能够在不脱离本发明保护范围的情况下从其中推导出其他的变体方案。

Claims (10)

1.一种角度传感器，
-其中，所述角度传感器具有基体(4)，
-其中，旋转元件(5)以所述旋转元件(5)能围绕旋转轴线(6)旋转的方式支承在所述基体(4)中，
其特征在于，
-所述角度传感器具有产生第一激励信号(A)的第一激励电路(10)，
-所述角度传感器具有第一分配电路(11)，所述第一分配电路将由所述第一激励电路(10)产生的所述第一激励信号(A)的一部分作为第一发射信号(S)输送至固定在所述基体(4)处的第一发射和接收天线(14)，并且所述第一分配电路将所述第一激励信号的一部分作为第一基本信号(B)输送至所述角度传感器的评估电路(12)，
-所述角度传感器具有环形地环绕所述旋转轴线(6)的第一波导管(8)，
-所述第一发射和接收天线(14)基于输送至所述第一发射和接收天线的所述第一发射信号(S)将第一电磁波(15a、15b)发射到所述第一波导管(8)中，所述第一电磁波随后在所述第一波导管(8)中沿两个方向传播，
-所述旋转元件(5)具有伸入所述第一波导管(8)中的第一终端元件(16)，
-所述第一终端元件(16)被设计成至少在一侧是反射的，以使入射到所述第一终端元件的反射侧上的所述第一电磁波(15a)在所述第一终端元件(16)的反射侧上被反射并且在所述第一波导管(8)中朝所述第一发射和接收天线(14)回射，
-反射的所述第一电磁波(18)被所述第一发射和接收天线(14)接收，并且通过该接收产生的第一接收信号(E)被输送至所述评估电路(12)，并且
-通过在第一分辨区域(β)内评估输送至所述评估电路的所述第一基本信号(B)和所述第一接收信号(E)，所述评估电路(12)确定所述旋转元件(5)相对于参考旋转位置(α0)的第一旋转位置(α)。
2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述第一波导管(8)布置在所述旋转元件(5)处，所述第一波导管(8)具有环形地环绕所述旋转轴线(6)的第一缝隙(9)，并且所述第一发射和接收天线(14)以伸入所述第一缝隙(9)中的方式布置在所述基体(4)处。
3.根据权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，所述第一终端元件(16)被设计成在所述第一终端元件的与所述第一终端元件(16)的所述反射侧相对置的一侧是吸收的。
4.根据权利要求1、2或3所述的角度传感器，其特征在于，所述评估电路(12)在评估所述第一基本信号(B)和所述第一接收信号(E)方面被设计为根据六端口法工作的电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的角度传感器，其特征在于，所述第一分辨区域(β)伸展至少360°。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的角度传感器，其特征在于，所述第一分辨区域(β)伸展360°/n，其中，n是大于1的自然数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的角度传感器，其特征在于，
-所述角度传感器具有产生第二激励信号(A')的第二激励电路(10')，
-所述角度传感器具有第二分配电路(11')，所述第二分配电路将由所述第二激励电路(10')产生的所述第二激励信号(A')的一部分作为第二发射信号(S')输送至固定在所述基体(4)处的第二发射和接收天线(14')，并且所述第二分配电路将所述第二激励信号的一部分作为第二基本信号(B')输送至所述评估电路(12)，
-所述角度传感器具有环形地环绕所述旋转轴线(6)的第二波导管(8')，
-所述第二发射和接收天线(14')基于输送至所述第二发射和接收天线的所述第二发射信号(S')将第二电磁波(15a'、15b')发射到所述第二波导管(8')中，所述第二电磁波随后在所述第二波导管中(8')沿两个方向传播，
-所述旋转元件(5)具有伸入所述第二波导管(8')中的第二终端元件(16')，
-所述第二终端元件(16')被设计成至少在一侧是反射的，以使入射到所述第二终端元件的反射侧上的所述第二电磁波(15a')在所述第二终端元件(16')的反射侧上被反射并且在所述第二波导管(8')中朝所述第二发射和接收天线(14')回射，
-反射的所述第二电磁波(18')被所述第二发射和接收天线(14')接收，并且通过该接收产生的第二接收信号(E')被输送至所述评估电路(12)，
-通过在第二分辨区域(β')内评估输送至所述评估电路的所述第二基本信号(B')和所述第二接收信号(E')，所述评估电路(12)确定所述旋转元件(5)相对于所述参考旋转位置(α0)的第二旋转位置(α')，并且
-所述评估电路(12)根据所述第一旋转位置和所述第二旋转位置(α、α')在结果分辨区域(β”)内确定所述旋转元件(5)的结果旋转位置(α”)。
8.根据权利要求7所述的角度传感器，其特征在于，在围绕所述旋转轴线(6)的周向上观察，所述第一发射和接收天线和所述第二发射和接收天线(14、14')布置在所述基体(5)上，并且所述第一终端元件和所述第二终端元件(16、16')布置在所述旋转元件(5)上，从而当所述第一终端元件(16)在所述第一发射和接收天线(14)的区域中时，所述第二终端元件(16')不在所述第二发射和接收天线(14')的区域中。
9.根据权利要求7或8所述的角度传感器，其特征在于，所述第二激励信号(A')具有与所述第一激励信号(A)的频率(f)不同的频率(f')。
10.根据权利要求7、8或9所述的角度传感器，其特征在于，所述结果分辨区域(β”)伸展至少360°。
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