CN111344537A - 利用雷达技术检测转动位置的角度传感器 - Google Patents

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CN111344537A CN201880073235.XA CN201880073235A CN111344537A CN 111344537 A CN111344537 A CN 111344537A CN 201880073235 A CN201880073235 A CN 201880073235A CN 111344537 A CN111344537 A CN 111344537A
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Abstract

角度传感器具有基体(4)，转动元件(5)支承在基体中，使得转动元件(5)能够围绕转动轴线(6)旋转。在基体(4)上布置有多个发送天线(8)，发送天线发射相应的发送信号(S1)。切向于转动轴线(6)地观察，在转动元件(5)上在距转动轴线(6)径向反射距离(r0)处布置有仅在部分圆周之上延伸的反射元件(10)，反射元件反射由相应的发送天线(8)发射的相应的发送信号(S1)。多个接收天线(8)布置在基体(4)处，接收天线接收由反射元件(10)反射的信号作为相应的接收信号(E1)并且将其相应的接收信号(E1)输送给评估装置(11)。评估装置(11)通过仅评估输送给其的接收信号(E1)或通过评估输送给其的接收信号(E1)和根据发送信号(S1)测定的基础信号(B1)来测定转动元件(5)的转动位置(a)。

Description

利用雷达技术检测转动位置的角度传感器
技术领域
本发明基于一种角度传感器，
-其中，角度传感器具有基体和转动元件，
-其中，转动元件支承在基体中，使得转动元件能够围绕转动轴线旋转，
-其中，在基体上布置有多个发送天线，发送天线出射相应的第一发送信号，
-其中，在基体上布置有多个接收天线，接收天线接收相应的第一接收信号并且将它们各自的第一接收信号输送给评估装置，并且
-其中，评估装置通过仅评估输送给其的第一接收信号、或通过评估输送给其的第一接收信号和根据第一发送信号测定的第一基础信号来测定转动元件的转动位置。
背景技术
这种角度传感器在US 2016/0 138 946 A1中披露。
角度传感器对于很多应用是必需的。例如，在电机中，为了定位任务必须测量机械的转动角度并将其作为用于电流调节的反馈。例如，对于伺服驱动器通常使用光学、磁、电感或电容角度传感器。在多种情况下，角度传感器是独立的构件，其中，角度传感器的基体与机器的基体连接并且角度传感器的转动元件与机器的、待检测其转动位置的旋转轴连接。在一些情况下，角度传感器是机器的集成构件。
与采用该方案还是其它方案无关，角度传感器总是由对实体量具进行扫描的检测单元构成。检测单元布置在角度传感器的基体上，实体量具布置在角度传感器的转动元件上。可行的是，角度传感器自身来测定转动位置并且将其传递给控制器。或者，角度传感器能够转发原始信号、例如正弦和余弦信号，然后，其它装置(例如所提及的控制器)从原始信号中测定转动位置。
已知的角度传感器具有不同的缺点。
因此，例如高精度的光学角度传感器是昂贵的，因为通常需要高精度地来相对于实体量具安装检测单元。在设计为集成的角度传感器的情况下，这种传感器易受污染并且必须由机器的制造商以复杂的方式封装。
实体量具必须为达到18位以及更大范围的高精度而以高成本制造，大多以微结构技术中制造，因为结构大小随精度等级的增加而变得越来越小。这尤其适用于在微米范围中待以透射或反射的方式扫描的光学结构。在实体量具被设计为编码的多极磁轮或多极齿轮、或被设计为以电感或电容的方式作用的电路板结构的情况下，需要以距实体量具非常小的距离来扫描。这种扫描通常不适合于工业。
此外，实体量具将越来越小，以便使被动的结构空间最小化，该结构空间不用于机器的真正目的(例如施加转矩)。
常规的实体量具是借助于一个扫描单元来扫描的，在一些情况下也借助于多个扫描单元来扫描。实体量具的编码轨迹通常以小空间平行地、串行地或作为所谓的游标线圈圆形地布置。
在线性距离测量的范畴内，还已知有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，以便以数微米的定位分辨率在定位任务中检测数米的距离。能够仅示例性地参考DE 10 2013 209 364 A1和DE 10 2013 202 765 A1。这种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。引导部件构成为细长的波导管。引导部件优选地由金属构成或被金属镀层。引导部件在纵向方向上具有用于引导电磁波的缝隙。例如能够借助所谓的六端口电路评估接收到的信号。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种角度传感器，角度传感器能够实现以简单和可靠的方式以高精确度来测定角度传感器的转动元件的转动位置。
目的通过具有权利要求1所述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的主题。
根据本发明，通过以下方式设计开头所述类型的角度传感器：
-在转动元件上在距离转动轴线径向反射距离处布置有反射元件，切向于转动轴线地观察，该反射元件只在部分圆周上延伸，反射元件反射由相应的发送天线发射的相应的第一发送信号，并且
-接收天线接收作为相应的第一接收信号的、由反射元件反射的信号。
因此，核心是通过作为转动位置的函数的、反射元件距接收天线的距离变化来推导出转动位置。
优选地，正交于转动轴线观察，接收天线在二维上分散地布置在基体处。由此，能够更精确地测定转动位置。然后，如果接收天线以具有多个行和多个列的二维阵列的形式布置在基体处时，这是非常适用的。但是，原则上，如果接收天线除了在正交于转动轴线地伸展的平面中分布之外也具有沿着转动轴线的高度分布，那么这也是适用的。
优选地，评估装置形成第一信号对，第一信号对分别由两个第一接收信号或由一个第一接收信号和一个第一基础信号构成，评估装置测定在相应对的相位之间的相位差并且通过评估相位差测定转动元件的转动位置。通过该方案尤其能够实现高精度的评估。在对相应的第一信号对的评估方面，评估装置设计为根据六端口方法(6-Tor-Verfahren)工作的电路，这是尤其适用的。借助于根据六端口方法工作的电路，能够非常简单地以高精度测定相位差，并且与此相应地，能够非常简单地以高精度测定转动元件的转动位置。
六端口方法和相关的电路本身是普遍已知的。能够(纯示例性地)参考以下专业论文：
-Alexander Koelpin等著的“Six-Port Technology for Precise GeometricalMeasurement Applications–an Overview”，于43届欧洲微波会议的公报中公开，2013年10月7至10日，纽伦堡，德国，
-Gabor Vinci等著的“Wide-Range,Dual Six-Port based Direction-Of-Arrival Detector”，第七届德国微波会议(GeMiC),伊尔梅瑙2012，1至4页，以及
-S.Lindner等著的“Dual Tone Approach for Unambiguous Six-Port BasedInterferometric Distance Measurements”，微波研讨会文摘，西雅图2013，IEEE MTTSInternational。
相应的第一发送信号具有相应的第一信号频率。优选地，发送天线和接收天线的布置和第一信号频率相互协调，使得对于第一信号对中的至少两个，在反射元件围绕转动轴线旋转一整圈期间在相应对的第一信号的相位之间的相位差的变化小于360°。由此，不需要在转动元件转动期间检测相位超程并通过应用它们来测定产生的总共超出360°的相位差。更确切地说，所测定的相位差本身已经能够在不进一步修改的情况下被直接使用。
在一些设计方案中可行的是，评估装置还根据第一信号的相位差测定反射元件距发送天线和接收天线的轴向反射距离和/或径向反射距离，并且在考虑所测定的径向和/或轴向反射距离的情况下测定转动元件的转动位置。由此，更精确地测定转动元件的转动位置。
可行的是，发送天线还发射相应的第二发送信号，第二发送信号具有与相应的第一发送信号不同的信号频率，并且此外，除了反射元件之外，在转动元件上距转动轴线一径向环距离处布置有环形地围绕转动轴线延伸的环形元件，该环形元件反射由相应的发送天线发射的相应的第二发送信号。因此，在该情况下，角度传感器优选如下地设计：
-接收天线接收由环形元件反射的信号作为相应的第二接收信号并且将其相应的第二接收信号输送给评估装置，并且
-评估装置通过仅评估输送给其的第二接收信号、或通过评估输送给其的第二接收信号和根据第二发送信号测定的第二基础信号来校正径向反射距离，和/或测定反射元件距发送天线和接收天线的轴向反射距离，并且使用测定的径向反射距离和/或轴向反射距离来测定转动元件的转动位置。
通过该方案，能够更精确地测定转动元件的转动位置。
优选地，布置在基体上和/或转动元件上布置有用于吸收由发送天线发射的发送信号的吸收结构。由此，能够减小或避免干扰反射并且最大化信噪比。
可行的是，反射元件凸起地或凹陷地布置在转动元件上。可选地，例如可行的是，反射元件集成到布置在转动元件上的电路板结构中。但是其它的设计方案也是可能的。
附图说明
结合以下实施例的描述，结合附图更清楚和明白地、更详细地解释本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方法和方式。以下以示意图示出：
图1示出具有角度传感器的机器；
图2放大地示出图1的角度传感器；
图3示出图1的角度传感器的俯视图；
图4示出图1的角度传感器的电路技术实施方案；
图5示出转动元件的一个可选设计方案的俯视图；
图6示出图2的角度传感器的修改方案；以及
图7示出图2的角度传感器的另一变形方案。
具体实施方式
根据图1，机器1具有轴2，将检测该轴的转动角度或转动位置α。为了该目的存在有角度传感器3。角度传感器3根据图1和2具有基体4，转动元件5支承在该基体中。由此，转动元件5能够围绕转动轴线6旋转。基体4能够(例如经由螺钉)与机器1的轴2连接。转动元件5能够(例如同样经由螺栓)与机器1的轴2连接。转动元件5与机器1的轴2连接，使得转动轴线6与机器1的轴2的转动轴线尽可能良好一致。为了清楚起见，要指出的是，关于机器1的轴2的术语“轴”是以机械元件的意义来使用的，而不是以传播的振动(波)的意义来使用。
只要下面使用术语“轴向”、“径向”和“切向”，它们总是关于转动轴线6的。“轴向”是平行于转动轴线的方向。“径向”是正交于转动轴线直接朝向或远离转动轴线的方向。“切向”是不仅正交于轴向方向而且也正交于径向方向伸展的方向。因此，“切向”是在轴向位置恒定的情况下以圆形地围绕转动轴线6的恒定径向距离定向的方向。
根据图2和3，在基体4上布置有天线8。天线8在图2和3中分别被补充有小写字母(a至i)，以便能够在需要时将它们彼此区分。天线8中的至少一个是发送天线。天线8中的至少两个是接收天线。术语“发送天线”和“接收天线”在此并不排斥。即，一部分天线8可以是纯发送天线，另一部分天线8可以是纯接收天线，并且再一部分天线8是发送和接收天线。只要下面谈及发送天线和接收天线，那么相应的陈述就涉及相应天线8的相对应功能(即发送或接收)。相对地，不应排除称为发送天线的天线8也能够作用为接收天线，并且反之称为接收天线的天线8也能够作用为发送天线。
正交于转动轴线6地观察，接收天线8在二维上分散地布置在基体4处。在此可行的是，接收天线8布置在正交于转动轴线6地延伸的平面中。在该情况中，术语“在二维上分散”表示：存在至少两个接收天线8，这些接收天线与转动轴线6的相应连线形成一个角度，该角度不等于0°和180°。例如，如果天线8b和8f是接收天线时，则满足该条件。可选地，接收天线8也可以布置在不同的轴向位置。在该情况下，上述陈述：两个接收天线8的连接线与转动轴线6形成角度不仅不等于0°而且也不等于180°，涉及如下平面，接收天线8假设投影到该平面中。
优选地，接收天线8以具有多个行和多个列的二维阵列的形式布置在基体4上。在图3中示出全部的天线8是接收天线时，便是这种情况。然而，在图3中示出的3×3个天线8的布置形式仅是纯示例性的。一般地，在二维阵列形式的布置方式中，能够存在有n×m个天线8(其中n、m>1)。对阵列的一定程度的修改也是可行的。例如，在有五列的情况下，最外侧的两列能够分别包括三个接收天线8，并且中间三列分别包括五个接收天线8。在该情况下能够说，阵列的“角”被切掉了。
根据图4，角度传感器3的激励电路9生成一定数量的激励信号A。激励信号A各自具有第一信号频率f1。第一信号频率f1处于高频范围中，大多高于1GHz，通常甚至高于10GHz，例如为12GHz、24GHz或60GHz。第一信号频率能够被预设为固定的或能够是可调节的。但是，在任何情况下，对于每个激励信号A的第一信号频率的精确值在每个时间点都是已知的。能够产生高精度地具有相应的第一信号频率f1的激励信号A的激励电路9的相应设计方案，是本领域技术人员已知的，例如以PLL(锁相环)结合VCO(电压控制振荡器)的形式和其它的设计方案。
激励电路9将激励信号A输送给发送天线8。于是，发送天线8发射相应的第一发送信号S1。在图4中，第一发送信号S1分别被补充有小写字母(a至i)，以便在需要时能够使它们彼此区分。只要有多个发送天线8发射相应的第一发送信号S1，则可行的是，发送天线8同时发射它们的第一发送信号S1。在该情况下，第一信号频率f1必须是两两彼此不同。可选地，发送天线8顺序地依次发射第一发送信号S1。在该情况下，第一信号频率f1能够相同或彼此不同。
在转动元件5上，在距转动轴线6一径向反射距离r0处布置有反射元件10。反射元件10沿切向方向仅在部分圆周上延伸，实际中其在尽可能小的角度上延伸。反射元件10反射由相应发送天线8发射的相应第一发送信号S1。术语“反射”在此不意味着镜面类型的反射，而是意味着射到反射元件10上的相应的发送信号S1的尽可能大范围的散射(streuung)。
接收天线8接收作为相应的第一接收信号E1的、由发射器元件10反射的信号。在图4中，第一接收信号E1分别被补充有小写字母(a至i)，以便在需要时能够将它们彼此区分。接收天线8分别将它们的第一接收信号E1输送给评估装置11。然后，评估装置11测定转动元件5的转动位置α。可行的是，评估装置11为了测定转动位置α仅评估输送给其的第一接收信号E1。可选地，为了测定转动位置α，评估装置11能够评估输送给其的第一接收信号E1并且还评估第一基础信号B1，该第一基础信号是根据第一发送信号S1(或与其等价：激励信号A)测定的。这在下文中详细阐述。在此，首先阐述简单的实例，然后，基于实例参考设计方案。
在下面阐述的范畴中，即简单的实例的范畴内，首先假设：根据图2中的视图，天线8位于距转动元件5的统一的轴向反射距离h0处，根据图3中的视图，天线8f在偏置x＝x0的情况下处于x轴上并且作为组合的发送和接收天线来运行，并且此外根据图3中的视图，天线8b在偏置y＝y0的情况下位于y轴线上并且作为纯接收天线来运行。这两个偏置x0、y0例如能够在5mm至20mm之间。偏置优选地具有相同的值。但是，这不是强制必需的。同样地，轴向反射距离h0能够处于5mm至20mm之间。轴向反射距离能够具有与偏置x0、y0相同的值。但是这不是强制的。
基于上述假设，(在转动位置α还未知的情况下)得到反射元件10的位置
Figure BDA0002488034440000091
因此，对于反射元件10距天线8f的距离d1适用的是：
d12＝r02+x02+h02-2r0x0·cosα (2)
因此，通过变换等式2得到：
Figure BDA0002488034440000101
以类似的方式，对于反射元件10距天线8b的距离d2适用的是：
d22＝r2+y02+h02-2r0y0·sinα (4)
因此，通过变换等式4得到：
Figure BDA0002488034440000102
因此，只要能够测定反射元件10距天线8f、8b的所属距离d1、d2，就能够根据等式(3)和(5)测定转动位置α。
例如，能够使用第一基础信号B1和由天线8f接收的第一接收信号E1f来测定距离d1。尤其地，第一基础信号B1和第一接收信号E1f之间的相位差
Figure BDA0002488034440000103
随距离d1发生变化。尤其地，对于相位差
Figure BDA0002488034440000104
适用的是：
Figure BDA0002488034440000105
λ在此是第一发送信号S1的波长，波长其本身又通过如下关系
λ·f1＝c (7)
(其中c＝发送和接收信号S1、E1的传播速度)与第一信号频率f1相关联。
Figure BDA0002488034440000106
是相位偏置。相位偏置
Figure BDA0002488034440000107
能够一次性地事先在校准的范畴内确定。
因此，评估装置11能够首先形成上述第一信号(即天线8f的第一接收信号E1f和第一基础信号B1)的对，并且测定对的相位之间的相位差
Figure BDA0002488034440000111
随后，根据测定的相位差
Figure BDA0002488034440000112
能够测定距离d1。
以类似的方式，为了测定距离d2例如能够使用第一基础信号B1和由天线8b接收的第一接收信号E1b。尤其地，第一基础信号B1和第一接收信号E1b之间的相位差
Figure BDA0002488034440000113
能够随距离d1和距离d2变化。尤其是，对于相位差
Figure BDA0002488034440000114
适用的是：
Figure BDA0002488034440000115
Figure BDA0002488034440000116
同样是相位偏置。相位偏置
Figure BDA0002488034440000117
也能够一次性地事先在校准范畴内确定。
因此，评估装置11在测定距离d1之后也能够形成第一信号(即天线8b的第一接收信号E1b和第一基础信号B1)的这种对，并且测定该对的相位之间的相位差
Figure BDA0002488034440000118
随后，根据测定的相位差
Figure BDA0002488034440000119
结合之前测定的距离d1能够测定距离d2。
测定相位差
Figure BDA00024880344400001110
是容易实现的。例如，为了测定相位差
Figure BDA00024880344400001111
评估装置11可以构造为根据六端口方法工作的电路。这种类型的评估是普遍已知的，是非常可靠和准确的。因为当前首先测定相位
Figure BDA00024880344400001112
和
Figure BDA00024880344400001113
并且能够仅以模除2π的方式确定相位
Figure BDA00024880344400001114
和
Figure BDA00024880344400001115
所以能够仅在波长λ的一半之内根据相位
Figure BDA00024880344400001116
单义地确定距离d1。以类似的方式(在距离d1已知的情况下)能够仅在波长λ之内单义地根据相位
Figure BDA00024880344400001117
确定距离d2。因此，能够单义地测定距离d1和d2。
为了能够在上述实例的范畴内根据相位
Figure BDA0002488034440000121
直接单义地确定距离d1，距离d1的最大值与最小值之间的差必须小于波长λ的一半。距离d1的最大值和最小值无法很容易地精确计算。然而，与径向反射距离r0无关且与轴向反射距离h0无关，当如下关系适用时，则能够满足上述条件：
Figure BDA0002488034440000122
因此，结合等式7，当如下关系适用时，能够单义地测定距离d1：
Figure BDA0002488034440000123
因此，在该情况下，在反射元件10围绕转动轴线6转动一整圈期间，第一接收信号E1f和第一基础信号B1之间的相位差
Figure BDA0002488034440000124
的变化小于360°。
为了能够在上述实例的范畴中以类似的方式根据相位差
Figure BDA0002488034440000125
直接单义地确定距离d2，对于第一接收信号E1b和第一基础信号B1之间的相位差
Figure BDA0002488034440000126
也必须适用的是：在反射元件10围绕转动轴线6转动一整圈期间，第一接收信号和第一基础信号之间的相位差的变化小于360°。当距离d1和距离d2的和的最大值与最小值之间的差小于波长λ时，则满足该条件。
距离d1和d2的和的最大值无法非常容易地计算。类似地，距离d1和d2的和的最小值也无法非常容易地计算。然而，距离d1和d2的和的最大值与最小值的差能够如下地估算：
MAX(d1+d2)-MIN(d1+d2)＜2x0+2y0＜λ。 (11)
因此，结合等式(7)和(9)，当如下关系适用时，则满足所述条件：
Figure BDA0002488034440000131
在该情况下，在反射元件10围绕转动轴线6转动一整圈期间，第一接收信号E1b与第一基础信号B1之间的相位差
Figure BDA0002488034440000132
的变化小于360°。当天线8b作用为发送和接收天线时，即再次接收由其本身发送的信号时，也得到相同的结果。这显示出等式(12)与等式(10)简单的比较。
因此，当满足条件(10)和(12)时，根据相位差
Figure BDA0002488034440000133
和
Figure BDA0002488034440000134
能够单义地测定距离d1和d2，并且根据距离d1和d2能够单义地测定转动位置α的正弦和余弦。而借助转动位置α的正弦和余弦，也能够单义地测定转动位置α本身。
即使不满足条件(10)和(12)，也能够测定转动位置α。例如，在足够快地检测和测定连续的相位差
Figure BDA0002488034440000135
的情况下，能够识别相位突变并且由此在原则上任意地扩展用于距离d1、d2的分辨率范围。同样可行的是，在多个第一信号频率f1的情况下快速依次执行相位差
Figure BDA0002488034440000136
的测量并且通过测量值的组合(原则上任意地)扩展分辨率范围。此外，还可以测定比仅仅两个相位差更多的相位差。例如，(或者可选地，或者除了相位差
Figure BDA0002488034440000137
之外)能够形成第一接收信号E1的如下对的相位差：
-第一接收信号E1a与E1c，
-第一接收信号E1a与E1g，
-第一接收信号E1g与E1i，
-第一接收信号E1c与E1i，
-第一接收信号E1a与E1i，
-第一接收信号E1c与E1g。
上述列表是纯示例性的。可选地或附加地，也能够形成第一接收信号E1的其它对。也能够将第一接收信号E1a至E1i中的每一个与第一基础信号B1组成对。利用第一信号B1、E1的每个另外的对，便获得了另外的信息。
如果之前存在双义性或甚至还进一步地存在多义性，那么另外的信息例如能够被用于单义地测定转动位置α。然而，如果从一开始就已经能够单义地测定转动位置α，那么也同样能够使用第一信号B1、E1的这种对。尤其地，在该情况下可行的是，不仅将转动位置α假设为可变的并进而首先假设为未知的，而且还附加地测定在轴向反射距离h0和/或径向反射距离r0，并且在测定转动元件5的转动位置α时考虑这两个变量h0、r0。更确切地说，轴向反射距离h0和径向反射距离r0应当是恒定的。但是在实践中，在转动元件5围绕转动轴线6转动期间，例如由于天线8相对于转动轴线6微度偏心的布置方式而使得径向距离r0产生了一定波动。也有可能的是，转动元件5未精确地与转动轴线6正交地定向，使得轴线的反射距离h0由此在转动元件5围绕转动轴线6转动期间发生变化。在使用足够多的相位差时能够测定这种波动。
在下文结合图5将详细阐述用于至少测定径向距离r0、可能还有轴向反射距离h0的一种可选的可行方案。根据图5，除了反射元件10之外，还有环形元件12以距转动轴线6的径向环距离r1布置在转动元件5上。环形元件12环形地围绕转动轴线6延伸。因此，环形元件形成完整的圆环。径向环距离r1能够根据需要大于或小于径向反射距离r0。然而，径向环距离不允许具有与径向反射距离相同的值。
环形元件12优选地设计为，环形元件反射由相应的发送天线8(这在图4中仅针对天线8e示出)发射的相应的第二发送信号S2(参见图4)。然而，相应的第二发送信号S2具有与相应的第一发送信号S1不同的信号频率f2。尤其地，反射元件10、环形元件12和信号频率f1、f2能够相互协调，使得由环形元件12引起的反射不影响或至少仅微弱地影响第一接收信号E1。例如，沿径向方向观察，环形元件12可以足够窄，以使得借助于第一接收信号E1检测不到环形元件。在该情况下，第二信号频率f2通常显著大于第一信号频率f1，例如至少是五倍大。
接收天线8接收作为相应的第二接收信号E2的、由环形元件12反射的信号。接收天线将它们各自的第二接收信号E2输送给评估装置11。在该情况下，评估装置11能够校正径向反射距离r0和/或测定反射元件10距天线8的轴向反射距离h0，并且利用测定的径向反射距离r0和/或测定的轴向反射距离h0来测定转动元件5的转动位置α。为了测定径向反射距离r0和/或轴向反射距离h0，评估装置11能够根据需要仅评估输送给其的第二接收信号E2或输送给其的第二接收信号E2和根据第二发送信号S2测定的第二基础信号B2。例如，评估装置11在仅天线8e发射第二发送信号S2的情况下能够评估第二接收信号E2的强度波动，并且由此测定径向反射距离r0和/或轴向反射距离h0的周期波动。相应的方案对于本领域技术人员来说是普遍已知的。
下面将结合图6和7阐述图2和3的角度传感器的设计方案。而该设计方案还能够容易地在根据图5的可选设计方案中实现。此外，图6的设计方案也能够与图7的设计方案组合。
根据图6，还有吸收结构13布置在基体4上和/或转动元件5上。吸收结构13至少吸收由发送天线8发射的第一发送信号S1，优选还吸收第二发送信号S2。通过该设计方案尤其能够优化SNR(＝信噪比)。
根据图2和6，反射元件10凸起地布置在转动元件5上。相同的内容在某些情况下也适用于环形元件12。可选地，反射元件10和可能还有环形元件12也能够凹陷地布置在转动元件5上。根据图7，反射元件10相反地既不凸起地也不凹陷地布置在转动元件5上，而是集成到电路板结构14中。在此，相同的内容在某些情况下也适用于环形元件12。
综上，本发明因此涉及以下事实：
角度传感器具有基体4，转动元件5支承在基体中，使得转动元件5能够围绕转动轴线6旋转。多个发送天线8布置在基体4上，发送天线发射相应的第一发送信号S1。在转动元件5上在距转动轴线6径向反射距离r0处布置有反射元件10，沿切向于转动轴线6地观察其仅在部分圆周上延伸的，反射元件反射由相应的发送天线8发射的相应的第一发送信号S1。多个接收天线8布置在基体4上，接收天线接收由反射元件10反射的信号作为相应的接收信号E1并且将其相应的接收信号E1输送给评估装置11。评估装置11通过仅评估输送给其的接收信号E1或通过评估输送给其的接收信号E1和根据发送信号S1测定的基础信号B1测定转动元件5的转动位置α。
本发明具有很多优点。尤其地，能够以简单且可靠的方式高精度地检测转动元件5的转动位置α。在每个转动位置α中能够检测转动位置α。雷达技术能够便宜且可靠地实现。实现了无接触检测。所需要的安装精度相对低。角度传感器3(即使在粗糙环境中)鲁棒地工作。
尽管详细地通过优选的实施例进一步阐述和表述了本发明，然而本发明不通过所公开的实例被限制，并且能够由本领域技术人员不偏离本发明的保护范围的条件下从中推导出其它的变体方案。

Claims (10)

1.一种角度传感器，
-其中，所述角度传感器具有基体(4)和转动元件(5)，
-其中，所述转动元件(5)支承在所述基体(4)中，使得所述转动元件(5)能够围绕转动轴线(6)旋转，
-其中，在所述基体(4)上布置有多个发送天线(8)，所述发送天线出射相应的第一发送信号(S1)，
-其中，在所述基体(4)上布置有多个接收天线(8)，所述接收天线接收相应的第一接收信号(E1)并且所述接收天线将所述接收天线的相应的第一接收信号(E1)输送给评估装置(11)，并且
-其中，所述评估装置(11)通过仅评估输送给所述评估装置的所述第一接收信号(E1)、或通过评估输送给所述评估装置的所述第一接收信号(E1)和根据所述第一发送信号(S1)测定的第一基础信号(B1)来测定所述转动元件(5)的转动位置(α)，
其特征在于，
-在所述转动元件(5)上在距离所述转动轴线(6)一径向反射距离(r0)处布置有反射元件(10)，其中，切向于所述转动轴线(6)观察，所述反射元件只在部分圆周上延伸，所述反射元件反射由相应的所述发送天线(8)出射的相应的所述第一发送信号(S1)，并且
-所述接收天线(8)接收作为相应的所述第一接收信号(E1)的、由所述反射元件(10)反射的信号。
2.根据权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，正交于所述转动轴线(6)观察，所述接收天线(8)在二维上分散地布置在所述基体(4)处。
3.根据权利要求2所述的角度传感器，其特征在于，所述接收天线(8)以具有多个行和多个列的二维阵列的形式布置在所述基体(4)处。
4.根据权利要求1、2或3所述的角度传感器，其特征在于，所述评估装置(11)形成第一信号对(B1、E1)，所述第一信号对相应地由两个所述第一接收信号(E1)构成或由一个所述第一接收信号(E1)和一个所述第一基础信号(B1)构成，所述评估装置(11)相应地测定相应的所述对的相位之间的相位差
Figure FDA0002488034430000021
并且所述评估装置(11)通过评估所述相位差
Figure FDA0002488034430000022
来测定所述转动元件(5)的所述转动位置(α)。
5.根据权利要求4所述的角度传感器，其特征在于，在对相应的所述第一信号对(B1、E1)的评估方面，所述评估装置(11)设计为根据六端口方法工作的电路。
6.根据权利要求4或5所述的角度传感器，其特征在于，相应的所述第一发送信号(S1)具有相应的第一信号频率(f1)，并且所述发送天线(8)和所述接收天线(8)的布置方式与所述第一信号频率(f1)相互协调，使得对于所述第一信号对(B1、E1f、E1b)中的至少两个，在所述反射元件(10)围绕所述转动轴线(6)转动一整圈期间，在相应所述对的第一信号(B1、E1f、E1b)的相位之间的相位差的变化小于360°。
7.根据权利要求4、5或6所述的角度传感器，其特征在于，所述评估装置(11)还根据所述第一信号(B1、E1)的所述相位差
Figure FDA0002488034430000023
测定所述反射元件(10)距所述发送天线(8)和所述接收天线(8)的轴向反射距离(h0)和/或所述径向反射距离(r0)，并且在考虑所测定的所述轴向反射距离和/或所述径向反射距离(h0、r0)的情况下测定所述转动元件(5)的所述转动位置(α)。
8.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，
-所述发送天线(8)还出射相应的第二发送信号(S2)，所述第二发送信号具有与相应的所述第一发送信号(S1)不同的信号频率(f1)，
-除了所述反射元件(10)之外，在所述转动元件(5)上在距所述转动轴线(6)一径向环距离(r1)处还布置有环形元件(12)，所述环形元件环形地围绕所述转动轴线(6)延伸，所述环形元件反射由相应的所述发送天线(8)出射的相应的所述第二发送信号(S2)，
-所述接收天线(8)接收由所述环形元件(12)反射的信号作为相应的第二接收信号(E2)，并且所述接收天线将所述接收天线的相应的第二接收信号(E2)输送给所述评估装置(11)，并且
-所述评估装置(11)通过仅评估输送给所述评估装置的所述第二接收信号(E2)、或通过评估输送给所述评估装置的所述第二接收信号(E2)和根据所述第二发送信号(S2)测定的第二基础信号(B2)来校正所述径向反射距离(r0)，和/或测定所述反射元件(10)距所述发送天线(8)和所述接收天线(8)的轴向反射距离(h0)，并且利用所测定的所述径向反射距离(r0)和/或所测定的所述轴向反射距离(h0)来测定所述转动元件(5)的所述转动位置(α)。
9.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，在所述基体(4)上和/或所述转动元件(5)上布置有吸收结构(13)，所述吸收结构用于吸收由所述发送天线(8)出射的发送信号(S1、S2)。
10.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，所述反射元件(10)凸起地或凹陷地布置在所述转动元件(5)上，或者所述反射元件(10)被集成到布置在所述转动元件(5)上的电路板结构(14)中。
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