CN111637831A - 用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法 - Google Patents

用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111637831A
CN111637831A CN202010128366.2A CN202010128366A CN111637831A CN 111637831 A CN111637831 A CN 111637831A CN 202010128366 A CN202010128366 A CN 202010128366A CN 111637831 A CN111637831 A CN 111637831A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
coil
cycles
target
range
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010128366.2A
Other languages
English (en)
Inventor
G·贝尔蒂尼
M·马蒂森
I·宾达
R·莱翁卡瓦洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics America Inc
Original Assignee
Renesas Electronics America Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics America Inc filed Critical Renesas Electronics America Inc
Publication of CN111637831A publication Critical patent/CN111637831A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2053—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable non-ferromagnetic conductive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
    • G01D5/225—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the mutual induction between the two coils
    • G01D5/2258—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the mutual induction between the two coils by a movable ferromagnetic element, e.g. core
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G01D5/2452—Incremental encoders incorporating two or more tracks having an (n, n+1, ...) relationship
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/385—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明涉及用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法。提供了一种在远程上操作的准确位置传感器。位置传感器可以包括：第一传感器线圈，其在目标的运动的范围上具有第一周期数；以及第二传感器线圈，其在该范围上具有第二周期数，其中第一周期数不同于第二周期数，以及其中第一传感器线圈和第二传感器线圈相对于彼此而布置，使得目标同时与第一传感器线圈和第二传感器线圈二者接合。在一些实施例中，第一周期数为一，并且第二周期数大于一。在一些实施例中，第一周期数大于一，并且第二周期数大于第一周期数。

Description

用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月1日提交的美国临时申请62/812,851的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明的实施例涉及位置传感器，并且尤其涉及对位置传感器的改善。
背景技术
位置传感器被使用于各种设置中，以便测量一个部件相对于另一个部件的位置。感应式位置传感器可以在汽车、工业和消费应用中被用于绝对旋转和线性运动的感测。在许多感应式定位感测系统中，发射线圈被使用以在金属目标中引入涡电流，该金属目标在一组接收线圈上方滑动或旋转。接收线圈接收从涡电流和发射线圈生成的磁场，并且将信号提供给处理器。处理器使用来自接收线圈的信号来确定金属目标在该组线圈上方的位置。处理器、发射器和接收器线圈全都可以被形成在印刷电路板(PCB)上。然而，在更远距离测量(例如，相比19mm而言在124mm的距离)上保持位置传感器的准确度可能是困难的。
因此，需要开发更好的设计位置传感器的方法，以针对位置感测提供更好的准确度。
发明内容
本发明提供了一种在远程上操作的准确位置传感器。位置传感器可以包括：第一传感器线圈，其在目标的运动的范围上具有第一周期数；以及第二传感器线圈，其在该范围上具有第二周期数，其中第一周期数不同于第二周期数，以及其中第一传感器线圈和第二传感器线圈相对于彼此而布置，使得目标同时与第一传感器线圈和第二传感器线圈二者接合。在一些实施例中，第一周期数为一，并且第二周期数大于一。在一些实施例中，第一周期数大于一，并且第二周期数大于第一周期数。
一种利用位置传感器确定位置的方法，包括：从第一传感器确定第一值，该第一传感器在目标的运动的范围上具有第一周期数；从第二传感器线圈确定第二值，该第二传感器在该范围上具有第二周期数；以及从第一值和第二值计算位置值。
下面参考所附附图讨论这些实施例以及其他实施例。
附图说明
图1A和图1B图示了位置传感器的通常操作。
图2A和图2B图示了根据本发明的一些实施例的位置传感器。
图3A图示了根据一些实施例的具有一周期几何结构和多周期几何结构的位置传感器的操作。
图3B图示了根据一些实施例的具有两个多周期几何结构的位置传感器的操作。
图4图示了根据特定的140mm示例传感器的用于各种传感器几何结构的参数。
图5图示了根据一些实施例的用于各种传感器几何结构的设计参数。
图6A和图6B图示了根据一些实施例的用于位置传感器配置的印刷电路板布局。
图6C图示了根据一些实施例的使用位置传感器配置的感测系统。
图7图示了根据一些实施例的用于传感器几何结构的电数据和预测量数据。
图8A、图8B和图8C图示了根据一些实施例的具有传感器几何结构布局的印刷电路板的测试。
图9A、图9B、图9C和图9D图示了根据一些实施例的针对具有几何结构的位置传感器的操作的错误数据。
本发明的这些方面和其他方面在下文被进一步讨论。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了描述本发明的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，一些实施例可以在没有这些具体细节的部分或全部的情况下被实践。本文所公开的具体实施例旨在进行说明，而不是进行限制。本领域技术人员可以认识到其它元素，尽管此处没有具体描述，但是这些其它元素在本公开的精神和范围内。
本描述说明了本发明的方面，并且不应将实施例视为限制性的——权利要求限定所保护的发明。在不脱离本描述和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在一些实例中，为了不混淆本发明，没有详细地示出或描述众所周知的结构和技术。
本发明的实施例通过使用具有不同周期的多组传感器线圈来提供用于远程位置感测情景下的准确度。在这种方式中，多组传感器线圈提供了对目标的位置的多个测量，该多个测量可以被处理以提供对目标的位置的准确测量。
图1A和图1B图示了通常定位系统100的操作。尽管图1A和图1B图示了线性位置传感器的操作，但旋转位置传感器在操作上是相同的。如在图1A中图示的，定位系统包括发射/接收控制电路102，其被耦合为驱动发射器线圈106并且从接收线圈104接收信号。在大多数配置中，接收线圈104被放置于发射器线圈106内，然而在图1A中，为了澄清的目的，接收线圈104和发射器线圈106被分别图示。接收线圈104一般物理上被放置在发射线圈106的边界内。本发明的实施例可以包括发射器线圈106、两个接收器线圈104和集成电路(IC)102，该集成电路(IC)102驱动发射器线圈106并测量源自所有在印刷电路板(PCB)上形成的接收器线圈104中的信号。
图1B图示了在线性位置定位系统中发射线圈106和接收线圈104的配置。如在图1B中示出的，导电金属目标124可以被定位在发射器线圈106和两个接收器线圈104之上。
如在图1A中图示的，发射线圈106被驱动以形成磁场108。发射线圈106可以在频率范围或特定频率处被驱动。在图1A中，磁场108(具有由箭头图示的正电流)环绕每根导线，并且具有如下方向：在如图1A中图示的电流方向的情况下，在线圈106内侧指向页外，并且在线圈108外侧指向页内。接收线圈104被放置于线圈106内侧，如在图1B中图示的。发射线圈106以能够产生电磁场108以在接收器线圈104中引入电压的任何频率被驱动。总体上，可以存在任意数量的接收线圈，然而为了便于讨论，下文讨论了具有两个接收器线圈的系统。
图1B图示了在用于线性位置传感器的发射线圈(TX)106内的传感器接收线圈(RX)104的布置。如在图1B中图示的，传感器接收线圈104包括正弦波定向线圈RXSIN 112和余弦定向信号线圈RXCOS 110。正弦波定向线圈RXSIN 112包括正弦回路114、116和118，其中线圈112被卷绕在同相或反相方向上(此处被图绘为顺时针或逆时针图绘)，以引起作为存在电磁场108的结果而在相反符号的回路中产生电压。如图示的，正弦波定向线圈112的布线在回路114和118中提供了顺时针旋转，从而引起标称正电压，并且正弦波定向线圈112的布线在回路116中提供了逆时针旋转，从而引起标称负电压。类似地，余弦定向线圈110可以包括具有顺时针定向的第一回路120和具有逆时针定向的第二回路122。图1B图示了(如由箭头指示的)可能的电动势参考方向，该方向与在图1A中图示的由发射器线圈106产生的磁场一致。
在图1B中图示的系统中，发射器线圈(TX)106由电路102(其可以是集成电路)刺激以生成如磁场108所图示的可变电磁场(EMF)。磁场108与接收器线圈(RX)104耦合。如在图1B中图示的，如果导电金属目标124被置于接收器线圈104的顶上，则涡电流在金属目标124中被生成。该涡电流生成新电磁场，该新电磁场理想地与场108相等且相反，新电磁场抵消在金属目标124正下方的接收器线圈104中的场。接收器线圈(RX)104捕获由发射线圈106生成的可变EMF场108和由金属目标124引入的可变EMF场108，从而在接收器线圈104的端子处产生正弦电压。
在没有金属目标124的情况下，在RX线圈104的端子处将没有电压(在图1B中标记为RxCOS 110和RXSin 112)。当金属目标124被相对于RX线圈104置于特定位置中时，在由金属目标124覆盖的区域上所产生的电磁场理想上为零，并且因此取决于金属目标124相对于接收器线圈104的定位，在RX线圈104的端子处的电压将具有不同的特性。RX线圈104以如下方式被设计：随着金属目标124扫过接收器线圈104，在一个RX线圈(RxSin 112)的端子处创建正弦电压，而在另一个RX线圈(RxCos 110)的端子处创建余弦电压。目标相对于RX线圈104的位置调制在RX线圈104的端子处的电压的幅度和相位。
如在图1A中示出的且在上文被讨论的，发射器线圈106、接收线圈104和发射/接收电路102可以被安装在单个PCB上。此外，PCB可以被定位，以使金属目标124被定位于接收线圈104上方，并且通过空气间隙(AG)使金属目标124与接收线圈104间隔开。金属目标124相对于其上安装有接收线圈104和发射器线圈106的PCB的位置可以通过处理由正弦定向线圈112和余弦定向线圈110生成的信号来确定。下面，在理论的理想条件下描述金属目标124相对于接收线圈104的位置的确定。
在图1B中，金属目标124被定位在第一位置。在该示例中，图1B描绘了线性位置定位器系统的操作。操作的原理在线性定位器和圆形定位器中是相同的。在下面的讨论中，通过提供与正弦定向线圈112的正弦操作有关的角度关系，给出了与余弦定向线圈110和正弦定向线圈112的构造有关的位置，正弦定向线圈112的正弦操作是由线圈110和112以及金属目标124的前沿(leading edge)的位置得出的。金属目标124在此类系统中的实际位置可以从由接收线圈104的输出电压与接收线圈110和112的拓扑测量的角度位置导出。此外，如在图1B中图示的，线圈110的拓扑和线圈112的拓扑被协调以提供对金属目标124相对于接收线圈104的位置的指示。
图1B图示了一周期的接收器线圈104。然而，可以通过添加沿目标124的行进距离具有多个周期的第二接收器线圈来提高该布置的准确度。
本发明的实施例可以使用类似技术在远程测量上达到更高的准确度。一些实施例旨在使用与适用于短程的相同硅设备实现远程测量的高准确度。例如，在在124mm行程上可以实现获得与19mm范围上的相同准确度。应用当前使用的是长量程，并且能够产生比短量程更高的准确度。根据一些实施例的远程测量位置传感器的准确度在当前可用的短程单周期系统上提高M倍。
因此，本发明的一些实施例实现了在印刷电路板(PCB)上提供的具有双量程的传感器。一种量程可以用于粗略定位，而另一种量程用于精细定位。同时使用并行工作的两个传感器的系统的物理实现如下。两个传感器中的一个传感器可以在位置传感器的范围上具有一个周期，而另一个传感器在该范围上具有多个周期。这两个传感器使用相同的目标并具有相同的行程范围。用于分析来自这两个传感器的位置传感器信号的算法提供目标的准确位置。
本发明的实施例可以利用现有的技术形成。例如，可以使用由集成设备技术(Integrated Device Technologies)制造的硅设备ZMID520x。此类设备具有约0.2％准确度的性能。此类准确度性能取决于传感器的形状。为了便于解释，下面讨论线性几何结构。与其他几何结构相比，线性几何结构不具有最好的准确度，然而针对线性长行程位置传感器，其可能具有更大的市场潜力。
一些实施例使用两种算法：a)伪游标(双量程：一种用于粗略定位，一种用于精细定位)；以及b)游标算法。一些实施例采用至少两组并行工作(即同时工作)的传感器线圈的使用，每一组传感器线圈相对于目标在传感器线圈上的全行程具有不同的周期。例如，在第一示例性系统中，使用两个传感器线圈几何结构(例如，每个传感器几何结构包括正弦和余弦线圈)，其中第一传感器线圈几何结构包括一周期几何结构，并且第二传感器线圈几何结构包括多周期几何结构。在第二示例中，这两个传感器几何结构是包括不同周期的多周期几何结构，例如：具有N1周期的传感器线圈的第一板和具有N2周期的传感器线圈的第二板。在任一示例中，这两个传感器几何结构都具有相同的行程范围和相同的目标特性。下面将进一步讨论这两个示例。
图2A和图2B图示了根据本发明的一些实施例的传感器线圈的相对关系。如在图2A中图示的，配置200包括：第一线圈202，该第一线圈202具有N个周期(包括周期202-1至202-N)；以及第二线圈204，该第二线圈204具有单个周期。两组接收线圈被布置为具有相同的目标行程范围。此外，每个线圈基于正弦电压和余弦电压的值来确定目标位置。线圈202基于VAcos和VAsin确定位置XA，而线圈204基于VBcos和VBsin确定位置XB。
图3A图示了来自如在图2A中图示的多周期位置传感器与单周期传感器组合的位置恢复几何结构。来自单周期传感器几何结构的、作为目标位置X的函数的响应被作为响应302提供，而来自多周期传感器几何结构的、作为目标位置X的函数的响应被作为响应304提供。在实际位置Xs处，来自传感器线圈204的、导致响应302的单周期几何结构提供Ys响应值，而来自线圈202的、导致响应304的多周期几何结构提供Ym响应值。如在图1中进一步图示的，具有响应304的多周期几何结构204的单周期长度由L给出。如所图示的，单周期响应值Ys提供在多周期传感器204中哪个周期(K＝0、1、2、3……)被激活的定位，并且多周期提供在该周期内的精细定位。因此，位置值可以由粗略值Xs和精细值Xm提供，如下所示：
Xs＝(1/δ)*Ys
Xm＝(1/θ)*Ym+k*L,
其中Xs是由响应302给出的粗略位置，Xm是由响应304给出的精细位置，δ表示表示线302的线的角度(在计数/mm中给出)，Ys是来自响应302的响应，其中线圈在目标的实际位置处，Ym是来自多周期几何结构的响应304的响应，并且k是由粗略值Ys确定的响应周期304。如在图3中指示的，响应304的响应Ym可以对应于位置Xma、Xmb、Xmc和Xmd。然而在该特定示例中，响应Ys在响应304的k＝2周期内定位目标。这可以通过以下计算来确定：
Xma＝(1/θ)*Ym，
Xmb＝(1/θ)*Ym+L，
Xmc＝(1/θ)*Ym+2L，以及
Xmd＝(1/θ)*Ym+3L，
并且确定其中哪些满足以下关系：
|Xs-Xmj|<L/2，其中j＝0,1,2,3。
图2B图示了配置210，该配置210具有：具有N1周期(212-1到212-N1)的第一接收线圈212和具有N2周期(214-1到214-N2)的第二接收线圈214。如上文所述的，线圈212和214相对于彼此被定位成测量目标的相同行程。此外，接收线圈212提供电压VCcos和VCsin，从中可以确定目标相对于线圈212的位置，而线圈214提供电压VDcos和VDsin，从中可以确定目标相对于线圈214的位置。如上文所述的，由每个线圈212测量的位置是周期性的，取决于目标被定位的一个周期区段。
图3B图示了(诸如在图2B中被图示的)两个多周期几何结构被使用的情景。在该图示中，N1是第一几何结构的周期数，N2是第二几何结构的周期数。在这种情况下，N1＝N2+1就足够了，但是在N2和N1之间使得N2不等于N1的任何关系都可以被使用。以此为示例，如果OUTD是来自线圈214的输出值，该输出值具有所描绘的响应308，OUTC是来自线圈212的输出值306，并且绝对位置值被提供为线310，则位置可以如下地被计算：
如果OUTC>OUTD：绝对测量位置是OUTC-OUTD；
如果OUTC<OUTD：绝对测量位置是OUTC-OUTD+全量程位置。针对N2和N1的其他值，将应用其他计算和布置。然而，这些计算从几何布局来看是明显的。
如在图2A和图2B中图绘的线圈配置200和210可以被形成在单个印刷电路板(PCB)上，或者可以被形成在分离的PCB上并且相对于彼此而布置。在一些实施例中，在图2A中图示的线圈204和202被布置成重叠，例如，一个重叠在另一个上。在一些实施例中，线圈中的一个或两个线圈的结束周期可以仅包括部分周期。
图4示出了具有各种PCB配置的表格，以便于对在不同PCB板上形成的、图2A或图2B中图示的配置200的示例。此示例是用于140mm的目标行程距离的。例如，一周期PCB(PCB_1P)具有140mm的接收线圈长度和16mm的发射器线圈宽度。在目标尺寸为16mm×16mm的情况下，以11.4％定位目标。在长度为140mm的三周期接收线圈的情况下，一周期长度可以是约46.7mm。在长度为140mm的四周期接收线圈的情况下，一周期长度为35.0mm。如进一步图示的，在总行程范围为124mm的情况下，PCB_3P一周期行程范围为30.7，而在PCB-4P配置中，一周期行程范围为19.0mm。图5图示了根据本发明特定示例的具有三周期、四周期和一周期配置的各种几何特性的结果。本领域技术人员将认识到，针对根据一些实施例的任何特定配置，可以获得这些操作参数。
图6A和图6B示出了根据一些实施例的在PCB板上的传感器线圈的布局。如在图6A和图6B中示出的，传感器线圈的两个布置被布置在分离的PCB上或被布置在单个PCB的分离侧面上。目标可以同时在两个传感器线圈上移动。例如，图6A图示了几何结构600，其含有具有一周期构造的第一传感器线圈602和具有多周期构造的第二传感器线圈604。如在图6A中进一步图示的，电子器件606驱动发射线圈610并从接收线圈604接收正弦和余弦信号，而电子器件608驱动发射线圈612并从接收线圈602接收正弦和余弦信号。因此，电子器件606提供来自接收线圈604的位置指示，而电子器件608提供来自接收线圈602的位置指示，这已在上文参照图3A讨论过。因此，图6A图示了4P-1P实施例。
图6B图示了两个传感器线圈均为多周期构造的几何结构，其中周期不同。特别是，图6B图示了4P-3P实现。如示出的，实现620包括并排实现的4P接收线圈624和3P接收线圈622，使得目标可以与两者重叠。电子电路626可以驱动发射线圈630，接收来自接收线圈624的信号，并且提供指示目标在接收线圈624上的位置的定位数据。类似地，电子电路638可以驱动发射线圈632，从接收线圈622接收信号，以及提供指示目标在接收线圈622上的位置的定位数据。
图6C图示了系统650的框图，该框图进一步图示了在图6A和图6B中图示的布置。如在图6C中示出的，系统650包括根据一些实施例的被耦合到配置654的处理器652。配置654包括第一线圈656和第二线圈658，该第一线圈656是N1P线圈，而该第二线圈658是N2P线圈。因此，配置654表示N1P-N2P配置。电路660驱动发射线圈，接收来自接收线圈的信号，并将与第一线圈656相关的位置数据提供给处理器652。电路662驱动发射线圈，从接收线圈接收信号，并将与第二线圈658相关的位置数据提供给处理器652。在第一线圈656和第二线圈658的每个线圈中的位置数据指示目标664沿长度行进时的位置。处理器652包括存储器、微处理器和足以存储和执行用于计算如本公开内容所述的准确定位的指令的其他部件。在一些实施例中，处理器652可以被包括在配置654的PCB上以形成集成的封装件。
图7图示了根据一些实施例的各种线圈配置的电气数据和预测量。被研究的板是1P、3P、4P以及这些板的组合。如在图8A、图8B和图8C中示出的，这些板被进一步测试。
图8A、图8B和图8C图示了被置于测试仪器中的根据一些实施例的传感器线圈的配置的实现。如所图示的，传感器线圈中的每个传感器线圈可以被形成在分离的线圈PCB板上，并且相对于彼此被放置成使得在每个线圈之上具有相同配置的目标沿着线性路径移动。图8A图示了测试装置802，该测试装置802被耦合为使目标664相对于线圈配置656和658移动。图8A示出了测试装置的第一视图。图8C示出了装置的第二视图，其中电子电路660和662被耦合到外部处理器。图8B图示了目标664以及上文所讨论的四个特定板(1P、3P和4P)。如在图8A、图8B和图8C中示出的，目标664可以包括由绝缘体分离的两个导电板，或者可以是连续形成的金属板。
使用在图8A、图8B和图8C中图示的几何结构来获得测试数据，其中空气间隙(在传感器线圈和目标之间的距离)为1mm、固定增益为10、目标位置分辨率为0.1mm。针对伪游标方法(校准)，在SPA的平均的情况下，使用针对线圈A的校准和线性化。使用游标方法，使用针对线圈C的校准和线性化以及SPA的平均，以及针对线圈D的校准和线性化以及平均SPA。
图9A图示了单周期传感器线圈情况下的测量误差的全量程误差。图9B图示了使用伪游标算法的测量误差。图9C图示了使用游标算法的测量误差。图9D图示了误差的比较表格。如所图示的，与单线圈传感器相比，伪游标法的准确度提高了4倍，性能最佳。被观测到的是，在124mm测量范围上单周期线圈的准确度为0.12mm(0.1％)对0.52mm(0.42％)。
提供上述详细描述是为了说明本发明的具体实施例，而不旨在成为限制。在本发明的范围内可以进行许多变型和修改。在以下权利要求中阐述了本发明。

Claims (15)

1.一种位置传感器，包括：
第一传感器线圈，所述第一传感器线圈在目标的运动的范围上具有第一周期数；以及
第二传感器线圈，所述第二传感器线圈在所述范围上具有第二周期数，
其中所述第一周期数不同于所述第二周期数，以及
其中所述第一传感器线圈和所述第二传感器线圈相对于彼此而布置，使得所述目标同时接合所述第一传感器线圈和所述第二传感器线圈两者。
2.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述第一周期数是一，并且所述第二周期数大于一。
3.根据权利要求2所述的位置传感器，其中所述第一传感器提供粗略位置定位，并且所述第二传感器提供精细位置定位。
4.根据权利要求3所述的位置传感器，其中所述第二周期数是三。
5.根据权利要求3所述的位置传感器，其中所述第二周期数是四。
6.根据权利要求3所述的位置传感器，其中所述第二周期数大于四。
7.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述第一周期数和所述第二周期数大于一。
8.根据权利要求7所述的位置传感器，其中所述第一周期数大于所述第二周期数。
9.根据权利要求8所述的位置传感器，其中所述第一周期数比所述第二周期数多一。
10.一种利用位置传感器确定目标的位置的方法，包括：
将所述目标布置在第一传感器和第二传感器之上，所述第一传感器在所述目标的运动的范围上具有第一周期数，并且所述第二传感器在所述目标的运动的所述范围上具有第二周期数；
从第一传感器确定第一值；
从所述第二传感器线圈确定第二值；以及
从所述第一值和所述第二值计算位置值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一周期数是一，并且所述第一传感器提供粗略定位而所述第二传感器提供精细定位。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一周期数和所述第二周期数二者都大于一，并且所述位置值通过比较所述第一值和所述第二值而被确定。
13.一种位置感测系统，包括：
第一传感器线圈，所述第一传感器线圈在目标的运动的范围上具有第一周期数；
第二传感器线圈，所述第二传感器线圈在所述范围上具有第二周期数，其中所述第一周期数不同于所述第二周期数，所述第一传感器线圈和所述第二传感器线圈相对于彼此而布置，使得所述目标同时接合所述第一传感器线圈和所述第二传感器线圈两者；
第一电子电路，所述第一电子电路被耦合为驱动第一发射线圈并从所述第一传感器线圈接收信号，所述第一电子电路提供第一数据；
第二电子电路，所述第二电子电路被耦合为驱动第二发射线圈并从所述第二传感器线圈接收信号，所述第二电子电路提供第二数据；以及
处理器，所述处理器被耦合为接收所述第一数据和所述第二数据，并且基于所述第一数据和所述第二数据来确定所述目标的位置。
14.根据权利要求13所述的位置感测系统，其中所述第一周期数是一。
15.根据权利要求13所述的位置感测系统，其中所述第二周期数比所述第一周期数多一。
CN202010128366.2A 2019-03-01 2020-02-28 用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法 Pending CN111637831A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962812851P 2019-03-01 2019-03-01
US62/812,851 2019-03-01
US16/789,374 2020-02-12
US16/789,374 US11293744B2 (en) 2019-03-01 2020-02-12 Method for increasing the position measurement accuracy using inductive position sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111637831A true CN111637831A (zh) 2020-09-08

Family

ID=69742810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010128366.2A Pending CN111637831A (zh) 2019-03-01 2020-02-28 用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11293744B2 (zh)
EP (1) EP3702738B1 (zh)
CN (1) CN111637831A (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10444037B2 (en) 2017-08-22 2019-10-15 Semiconductor Components Industries, Llc Inductive position sensor
EP3988903A1 (en) * 2020-10-22 2022-04-27 Renesas Electronics America Inc. Position sensor system
EP4009004A1 (en) * 2020-12-02 2022-06-08 TE Connectivity Sensors Germany GmbH Eddy current sensor device for measuring a linear displacement
US11885649B2 (en) 2021-04-09 2024-01-30 Semiconductor Components Industries, Llc Rotor for inductive slip, eccentricity, and tilt sensing
EP4086586A1 (en) 2021-05-03 2022-11-09 Vishay MCB Industrie S.A.S. Position encoder
EP4125106A1 (en) * 2021-07-27 2023-02-01 Abb Schweiz Ag Monitoring system for a low voltage, medium voltage, or high voltage circuit breaker

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1078226A1 (en) * 1998-05-22 2001-02-28 Synaptics (UK) Limited Position sensor
US20030062889A1 (en) * 1996-12-12 2003-04-03 Synaptics (Uk) Limited Position detector
CN101019006A (zh) * 2004-08-09 2007-08-15 传感垫有限公司 感应传感器
US20160169717A1 (en) * 2013-08-12 2016-06-16 Victor Zhitomirsky Position sensor
CN206146372U (zh) * 2016-08-31 2017-05-03 安徽沃巴弗电子科技有限公司 一种基于冗余式设计的电感式传感器
CN108571986A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 赛卓电子科技（上海）有限公司 位移传感器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0760087B9 (en) * 1994-05-14 2005-01-05 Synaptics (UK) Limited Position encoder
GB0427410D0 (en) 2004-12-14 2005-01-19 Kreit Darran Data acquisition system
US20090184707A1 (en) * 2007-11-29 2009-07-23 Luetzow Robert H Electromagnetic barrier for use in association with inductive position sensors
GB2503006B (en) * 2012-06-13 2017-08-09 Cambridge Integrated Circuits Ltd Position sensing transducer
US10690517B2 (en) * 2017-11-01 2020-06-23 Integrated Device Technology, Inc. Sensor Coil optimization
US11397098B2 (en) * 2018-10-15 2022-07-26 Integrated Device Technology, Inc. Method for detecting errors in a rotating position sensor system having sine and cosine signals

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030062889A1 (en) * 1996-12-12 2003-04-03 Synaptics (Uk) Limited Position detector
EP1078226A1 (en) * 1998-05-22 2001-02-28 Synaptics (UK) Limited Position sensor
US6534970B1 (en) * 1998-05-22 2003-03-18 Synaptics (Uk) Limited Rotary position sensor and transducer for use therein
CN101019006A (zh) * 2004-08-09 2007-08-15 传感垫有限公司 感应传感器
US20160169717A1 (en) * 2013-08-12 2016-06-16 Victor Zhitomirsky Position sensor
CN206146372U (zh) * 2016-08-31 2017-05-03 安徽沃巴弗电子科技有限公司 一种基于冗余式设计的电感式传感器
CN108571986A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 赛卓电子科技（上海）有限公司 位移传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US11293744B2 (en) 2022-04-05
EP3702738A1 (en) 2020-09-02
EP3702738B1 (en) 2022-01-05
US20200278190A1 (en) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111637831A (zh) 用于提高使用感应式位置传感器的位置测量准确度的方法
US11226211B2 (en) Inductive position detection
US9479134B2 (en) Position detecting system
US10317249B2 (en) Method for determining the position of a moving part along an axis, using an inductive sensor
EP3617659B1 (en) Fully redundant position sensor
JP2018031777A (ja) 電磁誘導式エンコーダの巻線構成
CN102870013A (zh) 金属的或磁性对象的检测
EP3627113B1 (en) Calibration and linearization of position sensor
US20220196438A1 (en) Inductive sensor device for determining a longitudinal position of a moveable object along a sensitive axis of the sensor device and method for operating a sensor device of this kind
CN107209029B (zh) 位移传感器以及距离调节装置
EP2080993A1 (en) Rotation angle determining apparatus
JP6145467B2 (ja) 位置検出装置
US11375622B2 (en) Method and device for positioning a component arranged on a substrate
WO2014073196A1 (ja) 磁気検出ユニット及び磁気検出ユニットを有するストローク検出装置
US20070257667A1 (en) Position sensors and arrays utilizing back EMF
JP2018119830A (ja) 渦電流式金属センサ及び渦電流検出方法
US11248935B2 (en) Position sensor with varying output slope
JP4888765B2 (ja) 膜厚計及び膜厚の測定方法
JP2016125940A (ja) 位置検出装置
JP2024031954A (ja) 移動体の位置を特定するための誘導式線形変位センサ装置及び方法
CN112985466A (zh) 标尺和编码器
CN114599937A (zh) 线性运动传感器
CN118111320A (zh) 感应式传感器设备
JP2019100848A (ja) 磁気センサ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination