CN205593543U - 检测目标构件位置的传感器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测目标构件位置的传感器系统，用于检测目标构件相对于接纳构件的位置。所述传感器系统包括电路板。所述电路板包括第一和第二感应线圈，其配置成响应于目标构件相对于接纳构件之间的移动而分别生成第一和第二感应信号。电路板包括感应感测单元，其配置成分别基于第一和第二感应信号生成第一和第二数字信号。电路板包括处理单元，其配置成基于第一和第二数字信号之间的比值或差值来生成表示目标构件和接纳构件之间的移动的输出。传感器系统进一步包括构造和布置成封装电路板的壳体组件。壳体组件联接到目标构件和接纳构件中的一个。本实用新型的传感器系统具有结构紧凑和成本低等优点。

Description

检测目标构件位置的传感器系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于检测目标构件相对于接纳构件的位置的传感器系统。

背景技术

电传感器包括触头，诸如电刷、滑环、导线等，以指示可移动构件的位置。由于滑动电接触会由于相对移动而生成噪声和振动，因而这些电气测量传感器对于检测某些目标（诸如变速箱同步环、气缸活塞、节流阀等）的位置会是不利的。此外，这些传感器的读数的精确性会因振动而降低。

作为参考，美国专利号4,638,250（‘250专利）公开了一种位置传感器装置，其感应地测量定向为与待测量的机器零件一同移动的短接的导电回路线圈相对于静止组件的位置变化。该静止组件由磁场发生器和传感器构成，其定向成分别生成和接纳与所述回路耦合的磁场。于是，耦合线圈的位移改变发生器和传感器之间的耦合程度，以使得感应出电流的幅度代表所述回路相对于静止组件的位置。该装置可用于测量相对于偏离预定零位置的位移的角度旋转、线性位置以及旋转角和线性移动。然而，‘250专利的回路线圈直接地设置在机器零件的表面上。因此，线圈会容易在机器零件的移动期间受到损坏。此外，‘250专利的位置传感器除了回路线圈以外还包括单独的磁场发生器和传感器。这会增加‘250专利所公开的位置传感器的成本和复杂性。

实用新型内容

在本实用新型的一个方面中，公开一种检测目标构件位置的传感器系统，用于检测目标构件相对于接纳构件的位置。传感器系统包括电路板。所述电路板包括第一感应线圈，其配置成响应于目标构件相对于接纳构件之间的移动生成第一感应信号。所述电路板还包括第二感应线圈，其定位成邻近于第一感应线圈。所述第二感应线圈配置成响应于目标构件相对于接纳构件之间的移动而生成第二感应信号。所述电路板还包括感应感测单元，其设置成与第一感应线圈和第二感应线圈通信。所述感应感测信号配置成分别基于第一感应信号和第二感应信号生成第一数字信号和第二数字信号。所述电路板还包括处理单元，其设置成与感应感测单元通信。所述处理单元配置成基于第一数字信号和第二数字信号之间的比值和差值的至少一个来生成表示目标构件和接纳构件之间的移动的输出信号。传感器系统还包括壳体组件，其构造并且设置成封装电路板。此外，电路板设置在壳体组件中。所述壳体组件联接到目标构件和接纳构件中的一个。所述目标构件被放置在接近所述接纳构件处，且由目标构件相对于接纳构件行进的距离限定移动范围。此外，电路板配置成感测在目标构件和接纳构件之间的移动范围内目标构件相对于接纳构件的位置。所述第一感应线圈和所述第二感应线圈中的每一个均具有三角形形状。

本实用新型的传感器系统具有结构紧凑和成本低等优点。

通过以下的说明和附图，本实用新型的其它特征和方面清晰可见。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的传感器系统的透视图；

图2是根据本实用新型一示例沿着图1的线A-A’截取的传感器系统的截面图；

图3是示出根据本实用新型一个实施例的传感器系统的框图；

图4是传感器系统的示例性输出；

图5是根据本实用新型另一个实施例的传感器系统的主视图；并且

图6是根据本实用新型另一示例沿着图5的线B-B’截取的传感器系统的截面图。

具体实施方式

现在将详细参考具体实施例或在附图中示出的特征、示例。对应的或类似的附图标记将尽可能在整个附图中用于指代相同或对应的零件。

图1示出根据本实用新型的一个实施例的传感器系统100的透视图。传感器系统100可以用于检测目标构件104相对于接纳构件108的位置。目标构件104被放置在接近接纳构件108处。在所示实施例中，目标构件104包括第一部分105、邻近第一部分105设置的第二部分106和设置在第一部分105和第二部分106之间的中间部分107。第一部分105、第二部分106和中间部分107可以构造和布置成限定凹陷部分124。在所示实施例中，目标构件104联接到第一部件109（由虚线示出）。目标构件104可以经由多种方法，例如焊接、机械紧固件、粘结剂等联接到第一部件109。第一部件109可以是可移动件，例如机器的传动单元的同步环。此外，接纳构件108可以是传动单元的壳体。在各种其它实施例中，第一部件109可以是气缸活塞、节流阀等。

参考图1和图2，第一部件109沿方向“D”可移动。此外，目标构件104在第一移动范围“L1”内是可移动的。第一移动范围“L1”由目标构件104相对于接纳构件108行进的距离来限定。在替代实施例中，目标构件104可以是固定的，接纳构件108可以在由接纳构件108相对于目标构件104行进的距离所限定的移动范围内是可移动的。

传感器系统100包括壳体组件112。壳体组件112构造和布置成封装电路板200。壳体组件112包括在一端限定第一腔体114的一个或多个第一壁113。壳体组件112的第一腔体114可以填充有灌注材料（未示出）以形成密封。壳体组件112进一步包括突起部分120。壳体组件112的突起部分120配置成至少部分地和可移动地接纳在目标构件104的凹陷部分124内。在所示实施例中，壳体组件112经由紧固件116联接到接纳构件108。紧固件116可以包括螺栓、螺钉、铆钉、铆柱等。在各种实施例中，壳体组件112可经由例如焊接、粘合等各种其它方法联接到接纳构件108。壳体组件112的材料可以是非金属的，诸如陶瓷、塑料等。

此外，传感器系统100通信地联接到第一电缆126。第一电缆126配置成将来自控制器150（示于图3中）的电力传送到传感器系统100。此外，传感器系统100包括第二电缆128，其配置成将信号传送至传感器系统100并将来自传感器系统100的信号传递至控制器150。在所示实施例中，控制器150远离传感器系统100设置。在替代实施例中，控制器150可以设置在传感器系统100内。控制器150可实现为配置成接收来自传感器系统100的各种部件的信号的单个微处理器或多个微处理器。

参考图3，控制器150包括电源模块152。电源模块152可配置成向传感器系统100提供电力。此外，控制器150包括输出模块154。输出模块154可以配置成处理传感器系统100的输出。此外，输出模块154可以处理传感器系统100的输出并将输出信号传输到显示单元（未示出）。在一个实施例中，输出模块154可以配置成向控制器150提供脉冲宽度调制（PWM）信号。在另一个实施例中，输出模块154可以配置成向控制器150提供模拟信号。在各种其它实施例中，输出模块154和控制器150可以通过局域互联网络（LIN）或控制器区域网络（CAN）通信地联接。

多种商业可得到的微处理器可被配置成执行控制器150的功能。应当理解，控制器150可实现为能够控制多种机器功能的机器微处理器。本领域普通技术人员将认识到，控制器150可附加地包括其它部件并还可执行本文未描述的其它功能。在一个实施例中，控制器150可基于传感器系统100的输出来控制机器的一个或多个部件。

电路板200配置成感测在目标构件104和接纳构件108之间的第一移动范围“L1”内的目标构件104相对于接纳构件108的位置。电路板200包括第一感应线圈204。第一感应线圈204可印制在电路板200上。此外，第一感应线圈204可具有一层或多层。第一感应线圈204配置成响应于目标构件104相对于接纳构件108之间的移动，生成第一感应信号。在一个示例中，第一感应信号可表示第一感应线圈204的并联谐振阻抗由于目标构件104和接纳构件108之间的相对移动而产生的变化。在所示实施例中，第一感应线圈204在形状上为三角形。然而，第一感应线圈204可以是替代的形状，例如，圆形、矩形、方形等。

电路板200还包括第二感应线圈208。第二感应线圈208邻近第一感应线圈204设置。在一个示例中，第二感应线圈208可以印制在电路板200上邻近第一感应线圈204。第二感应线圈208还可包括一层或多层。第二感应线圈208配置成响应于目标构件104相对于接纳构件108之间的移动而生成第二感应信号。在所示实施例中，第二感应线圈208的形状为三角形。然而，第二感应线圈208可以是替代的形状，例如，圆形、矩形、方形等。在一个实施例中，第一感应线圈204和第二感应线圈208在设计上可以基本相同。

应注意的是，如图2所示的各电路部件在本质上是示例性的，并且电路板200可以包括本实用新型的范围内的任何附加的部件。各电路部件及其功能在下文中参考图3进行详述。

参考图2和图3，电路板200还包括感应感测单元212，其设置成与第一感应线圈204和第二感应线圈208相通信。然而，在各种替代实施例中，电路板200可以包括用于第一感应线圈204和第二感应线圈208中每一个的单独的感应感测单元212。感应感测单元212配置成分别基于第一感应信号和第二感应信号生成第一数字信号和第二数字信号。感应感测单元212可以包括配置成将来自第一感应线圈204和第二感应线圈208的模拟信号转换为数字信号的适合的部件。在一个实施例中，感应感测单元212可以配置成同时检测第一感应信号和第二感应信号。在各种其它替代实施例中，感应感测单元212可以配置成依次检测第一感应信号和第二感应信号。

电路板200还包括处理单元216，其设置成与感应感测单元212相通信。处理单元216配置成基于第一数字信号和第二数字信号之间的比值和差值的至少一个来生成指示目标构件104和接纳构件108之间的移动的输出。处理单元216包括功率调节模块220。功率调节模块220配置成提供从控制器150接纳的经过调整的电源。在一个实施例中，第一电缆126可以将功率调节模块220通信地联接至控制器150的电源模块152。功率调节模块220可配置成调整从控制器150供应的电力的电压。在一个示例中，功率调节模块220还可以配置成改变从控制器150的电源模块152接纳的电力的频率。

处理单元216包括信号处理模块218。信号处理模块218配置成接纳来自感应感测单元212的第一数字信号和第二数字信号。信号处理模块218可以包括各种信号处理电路，诸如信号滤波器、放大器等，以便处理第一数字信号和第二数字信号。此外，信号处理模块218设置成与功率调节模块220相通信。在一个示例中，功率调节模块220可以向信号处理模块218提供电力。此外，处理单元216包括输出处理模块222。输出处理模块222配置成基于第一数字信号和第二数字信号之间的比值和差值中的至少一个来生成指示目标构件104和接纳构件108之间的移动的输出。在一个实施例中，输出处理模块222可以进行校准以基于目标构件104相对于接纳构件108所行进的距离来生成输出。此外，输出处理模块222可以配置成将输出传输至控制器150的输出模块154。在一个实施例中，第二电缆128可以将输出处理模块222通信地联接至输出模块154。

图4示出基于目标构件104和接纳构件108之间的相对移动的处理单元216的示例性输出400。在一个实施例中，输出400表示为第一输出信号和第二输出信号对比于在第一移动范围“L1”内目标构件104相对于接纳构件108的距离的图表。在一个实施例中，第一输出信号和第二输出信号可以分别对应于来自信号处理模块218的第一数字信号和第二数字信号。因此，第一输出信号和第二输出信号可以表示由第一感应线圈204和第二感应线圈208所生成的第一感应信号和第二感应信号。

第一输出信号和第二输出信号相对目标构件104位置的变化在图4中分别通过第一线402和第二线404示出。此外，第一输出信号“P1”和第二输出信号“P2”分别示出在第一线402和第二线404上。第一输出信号“P1”和第二输出信号“P2”对应于目标构件104相对于接纳构件108的位置“D1”。类似地，第三输出信号“P3”和第四输出信号“P4”分别示出在线402和404上。第三输出信号“P3”和第四输出信号“P4”对应于目标构件104相对于接纳构件108行进的位置“D2”。

处理单元216还可以配置成分别基于第一输出信号“P1”和第二输出信号“P2”之间的差值“∆S1”来确定目标构件104的第一位置“D1”。此外，处理单元216还可配置成分别基于第三输出信号P3和第四输出信号P4的差值“∆S2”来确定目标构件104的第二位置“D2”。在一个实施例中，对于目标构件104的给定位置（诸如“D1”），第一线402和第二线404上的一对输出信号（诸如“P1”、“P2”）之间的差值可随目标构件104行进的距离而大致呈线性变化。因此，使用示例性值“∆S1”和“∆S2”，输出处理模块222可以采用线性函数校准以基于第一输出信号和第二输出信号之间的差值来提供目标构件104相对于接纳构件108的位置的输出。在替代实施例中，处理单元216还可以配置成基于第一输出信号“P1”和第二输出信号“P2”之间的比值来确定目标构件104的第一位置“D1”。此外，处理单元216还可以配置成分别基于第三输出信号P3和第四输出信号P4之间的比值来确定目标构件104的第二位置“D2”。

如图1至图4所描述，尽管传感器系统100配置成检测目标构件104沿方向“D”的位置，但可以设想传感器系统100还可配置成检测的目标构件104沿三个方向（例如，沿着垂直于方向“D”的方向）的移动。在这种情况下，第一部件109连同目标构件104还可沿着垂直于方向“D”的方向移动。

图5是根据本实用新型另一个实施例的传感器系统500的前视图。传感器系统500用于检测目标构件600相对于接纳构件508的位置。目标构件600被放置在接近接纳构件508处。在所示实施例中，目标构件600联接到第三部件602，例如，传动单元的壳体。在所示实施例中，第三部件602并进而目标构件600都是固定的，而接纳构件508是可移动的。然而，在替代实施例中，目标构件600可以是可移动的，而接纳构件508是固定的。

目标构件600限定凹陷部分606。目标构件600可以配置成封装传感器系统500。在一个示例中，目标构件600可包括凹口604。凹口604可以配置成在其中接纳传感器系统500。在一个示例中，传感器系统500可以经由多种方法，例如焊接、机械紧固件、粘结剂等联接到目标构件600。

参考图5，接纳构件508包括突起部分510。突起部分510配置成至少部分地和可移动地接纳在目标构件600的凹陷部分606内。接纳构件508可以在第二移动范围“L2”内沿着第二方向“G”（如图6所示）移动。移动范围“L2”由接纳构件508相对于目标构件600行进的距离所限定。

图6示出根据本实用新型的一个实施例的传感器系统500的截面图。传感器系统500包括壳体组件502。壳体组件502构造和布置成封装电路板504。壳体组件502可包括构造和布置成限定第二腔体505的一个或多个第二壁503。电路板504可以配置成接纳在第二腔体505内。在一个示例中，第二腔体505还可以充满灌封材料以提供密封。电路板504可以与如前所述的电路板200在结构和操作方面相类似。如图6所示，电路板504包括第一感应线圈512和第二感应线圈514。电路板504配置成感测在目标构件600和接纳构件508之间的第二移动范围“L2”内目标构件600相对于接纳构件508的位置。

工业实用性

本实用新型涉及用于检测相应目标构件104、600相对于相应接纳构件108、508的位置的传感器系统100、500。目标构件104、600被放置在接近相应接纳构件108、508处。如前所述，传感器系统100、500包括构造和布置成封装相应电路板200、504的相应壳体组件112、502。电路板200、504配置成分别感测在目标构件104、600和接纳构件108、508之间的移动范围“L1”、“L2”内目标构件104、600相对于接纳构件108、508的位置。

传感器系统100、500包括相应第一感应线圈204、512和相应第二感应线圈208、514以响应目标构件104、600相对于接纳构件108、508之间的移动而生成第一感应信号和第二感应信号。传感器系统100、500提供目标构件104、600位置的无接触检测。因此可防止由于滑动接触导致的噪声和/或振动。此外，使用一对感应线圈并且确定该对感应线圈生成的信号之间的比值和差值中的至少一个可以提高传感器系统100、500的线性度。还可适当地选择该对感应线圈的形状以提高传感器系统的灵敏度。

此外，电路板204、512封装在壳体组件112、502内以保护第一感应线圈204、512、第二感应线圈208、514以及各种其它感测电路部件免于遭受诸如灰尘、湿度等环境因素影响。灌封材料可增强密封并允许电缆连接到电路板204、512，使得外部控制器（诸如机器控制器）可以通信地联接到传感器系统100、500。由于所有的电路部件设置在电路板204、512上，所以传感器系统100、500还可提供紧凑并具有成本效率的配置。

虽然本实用新型的多个方面已经典型地示出并已参照上述实施例进行了描述，但本领域的技术人员会理解，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，可以通过修改所公开机器、系统和方法来设想出各种其它实施例。这些实施例应当理解为落在如根据权利要求及其等同方案所确定的本实用新型的范围之内。

Claims (2)

1.一种检测目标构件位置的传感器系统，用于检测目标构件相对于接纳构件的位置，其特征在于，所述传感器系统包括：

电路板，其包括：

第一感应线圈，其配置成响应于所述目标构件相对于所述接纳构件之间的移动而生成第一感应信号；

第二感应线圈，其邻近所述第一感应线圈设置，所述第二感应线圈配置成响应于所述目标构件相对于所述接纳构件之间的移动而生成第二感应信号；

感应感测单元，其设置成与所述第一感应线圈和所述第二感应线圈通信，所述感应感测单元配置成分别基于所述第一感应信号和所述第二感应信号生成第一数字信号和第二数字信号；和

处理单元，其设置成与所述感应感测单元通信，所述处理单元配置成基于所述第一数字信号和所述第二数字信号之间的比值和差值中的至少一个来生成表示所述目标构件和所述接纳构件之间的所述移动的输出信号；和

壳体组件，其构造和布置成封装所述电路板；

其中，所述电路板设置在所述壳体组件内，且所述壳体组件联接到所述目标构件和所述接纳构件中的一个；且

其中，所述目标构件被放置在接近所述接纳部件处，并且由所述目标构件相对于所述接纳构件行进的距离来限定移动范围，所述电路板配置成感测在所述目标构件和所述接纳构件之间的所述移动范围内所述目标构件相对于所述接纳构件的位置。

2.如权利要求1所述的检测目标构件位置的传感器系统，其特征在于所述第一感应线圈和所述第二感应线圈中的每一个均具有三角形形状。