CZ295570B6 - Induktivní úhlový senzor pro motorové vozidlo - Google Patents

Abstract

Induktivní úhlový senzor pro motorové vozidlo s oscilačním obvodem (1), který vytváří periodický signál střídavého napětí a je sdružen do budicí cívky (4), s alespoň jednou přijímací cívkou (5) a s vyhodnocovacím obvodem (2) pro signály indukované v alespoň jedné přijímací cívce (5) a s pohyblivým induktivním spojovacím prvkem (6), který ovlivňuje sílu induktivního spojení mezi budicí cívkou (4) a přijímacími cívkami (5). Úhlový senzor se vyznačuje "měkkým" oscilačním obvodem (1). Při vřazení frekvence rušení, která leží v blízkosti frekvence oscilátoru, do cívkového systému, přizpůsobí oscilační obvod (1) oscilační frekvenci a fázový posun frekvenci rušení. Je tak účinně zamezeno nežádoucím směšovacím efektům.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká induktivního úhlového senzoru pro motorové vozidlo s oscilačním obvodem, který vytváří periodický signál střídavého napětí a je udržen do budicí cívky, s alespoň jednou přijímací cívkou a s vyhodnocovacím obvodem pro vyhodnocení indukovaného signálu v alespoň jedné přijímací cívce a jedním pohyblivým induktivním spojovacím prvkem, který ovlivňuje velikost induktivního spojení mezi budicí cívkou a přijímací cívkou(ami).

Dosavadní stav techniky

Úhlový senzor je např. znám z obr. 3 evropské patentové přihlášky 0 159 191 v ukázaném provedení polohového senzoru. Induktivní polohovací senzory, a to zvláště úhlové senzory přicházejí k použití, a to zvláště v motorových vozidlech a nahrazují přitom dnes ještě hojně používané odporové senzory (potenciometry), protože mají kromě jiného tu výhodu, že působí bezdotykově a jsou tím prakticky bezotěrové a k tomu jsou uvedeny tak, že jsou necitlivé na rušení, která vznikají zašpiněním.

Všeobecný funkční princip induktivních polohových senzorů je takový, že signál střídavého napětí svázaný s budicí cívkou je indukován do signálu střídavého napětí jedné, přednostně více přijímacích cívek. Induktivní vazba mezi budicí cívkou a přijímací cívkou(ami) je přitom závislá na poloze dvou vzájemně pohyblivých prvků senzoru, a to buď budicí cívky a přijímací(mi) cívky(ami), nebo je vzhledem k budicí cívce a přijímací(m) cívce(kám) pohyblivý induktivně působící spojovací prvek (představovaný kovovým nebo magnetickým předmětem nebo zkratovým vedením), měnící v závislosti na poloze jejich induktivní vazbu.

Pro určení polohy nebo úhlu natočení slouží vyhodnocovací obvod, který vyhodnocuje hodnoty amplitud a/nebo fázového posuvu signálů přijímacích cívek.

Zvláštní problém induktivních senzorů, zvláště takových, které přicházejí v úhlu u motorových vozidel, je citlivost vůči elektrickým, magnetickým, příp. elektromagnetickým polím, která mohou zkreslit signály zachycené přijímací(mi) cívkou(ami).

To je problematické zvláště při použití u motorových vozidel, protože je zde velké množství rušivých vlivů v malém prostoru a k tomu, podle použití, je potřeba bezpodmínečně nutný vztah k bezpečnosti, např. když induktivní senzor sleduje úhlovou polohu jízdního pedálu, nebo škrticí klapky.

Elektromagnetické rušení se dá odstranit vhodnou filtrací (např. pásmovou propustí). Toto je však obtížné, pokud frekvence rušení leží v blízkosti pracovní frekvence oscilátoru a nelze z technických nebo také z ekonomických důvodů realizovat nutné odpovídající strmý filtr pro filtraci těchto rušivých frekvencí. V tomto případě dochází ke směšování oscilační frekvence a frekvence rušení, které vede k nežádoucím efektům, zvláště ke zázněj ím, čímž se ztíží a nebo zcela znemožní vyhodnocení přijímacích signálů.

Cílem vynálezu je vytvoření jednoduchého a cenově přijatelného induktivního úhlového senzoru s nižší citlivostí oproti elektrickým, magnetickým nebo elektromagnetickým polím, jejichž frekvence rušení leží v blízkosti pracovní frekvence oscilátoru.

-1 CZ 295570 B6

Podstata vynálezu

Podstata induktivního úhlového senzoru podle vynálezu spočívá v tom, že oscilační obvod je vytvořen jako LC-kmitavý okruh, který svou frekvenci kmitání posouvá vlivem propojených elektrických, magnetických nebo elektromagnetických střídavých polí, jejichž (rušivá) frekvence leží v předem dané oblasti v blízkosti neovlivněné základní frekvence v oscilačním obvodu, ve směru na napojenou frekvenci rušení, a že činitel jakosti oscilačního obvodu je tak malý, že oscilační obvod při posunutí své frekvence kmitání od základní frekvence, způsobeném externě napojenými střídavými poli, pracuje stabilně uvnitř oblasti alespoň +/- 1 kHz.

Myšlenka vynálezu spočívá v tom, že oscilační obvod příslušející k induktivnímu senzoru synchronizuje spolu pracovní frekvenci a frekvenci rušení, takže frekvence rušení a pracovní frekvence jsou identické a ve fázi. Toto se může dosáhnout tak zvaným „měkkým“ oscilátorem, který reaguje na napojené rušení a posouvá pracovní frekvenci směrem k frekvenci rušení. Tím se zamezí nežádoucí efekty elektromagnetického vyzařování.

Přitom je výhodné, že oscilační obvod obsahuje jednoduchý LC-kmitavý obvod bez zvláštních frekvenci stabilizujících prostředků. Frekvenčně stabilní oscilátory, zvláště křemíkové stabilizátory, jsou příliš „tvrdé“, aby se mohly synchronizovat na frekvenci rušení v blízkosti nerušené základní frekvence oscilačního obvodu, a nebylo by tak vhodné pro řešení úlohy vynálezu. Je rovněž výhodné, že oscilační obvod s jednoduchým LC-kmitavým okruhem je nadto zhotovitelný zvláště cenově výhodně.

Protože frekvence rušení v blízkosti pracovní frekvence oscilačního obvodu je zvláště obtížně fíltrovatelná a ktomu vznikající nízkofrekvenční záznějové efekty ztěžují vyhodnocení signálů vydávaných od přijímacích cívek, je výhodné, pokud oscilační obvod má „tahovou oblast“ (to je oblast, ve které se nechá měnit nerušená základní frekvence oscilačního obvodu) v řádu několika kilohertzů (při základní frekvenci v řádu MHz), přičemž „tahová oblast“ by neměla být menší než 1 kHz.

Další výhodná provedení a další vytvoření vynálezu vycházejí zpodnároků.

Je výhodné, když budicí cívka vytváří současně induktivitu LC-kmitavého okruhu. Frekvencí rušení, která je vřazena do budicí cívky se dosáhne přitom výhodným způsobem ovlivnění oscilačního obvodu pro vyrovnání se s frekvencí rušení.

Výhodné je, oscilačnímu obvodu, rovněž případně vnějšími vlivy posunutou frekvenci kmitání oscilačního obvodu přivést, jako referenční frekvenci, jíž vyhodnocovací obvod vyhodnotí signály přijímacích cívek vzhledem k amplitudě a fázovému posunu.

Zde je zvláště výhodné, pokud jak oscilační obvod (s výjimkou budicí cívky příslušející k oscilačnímu obvodu), tak i vyhodnocovací obvod, jsou sdruženy do jediného integrovaného spínacího okruhu.

Přehled obrázku na výkrese

Na přiloženém výkrese je znázorněn schematicky induktivní úhlový senzor podle vynálezu.

-2CZ 295570 B6

Příklady provedení vynálezu

Induktivní úhlový senzor obsahuje budicí cívku 4 a tři přijímací cívky 5 vzájemně posunuté uspořádané. Lineárně zde zobrazené cívky 4, 5 jsou při realizaci úhlového senzoru uspořádány podél obvodu kruhu nebo kruhového výseku, např. vinutou vodicí drahou na vodicí desce.

Integrovaný spínací okruh 3 obsahuje oscilátorový obvod 1 a vyhodnocovací obvod 2. Oscilační obvod 1 obsahuje LC-kmitavý kruh, jehož kapacita 7 je představována kondenzátorem příslušejícím ke spínacímu obvodu a jeho induktivita budicí cívkou 4.

Vyhodnocovací obvod 2 dostává signální vedení přijímacích cívek 5 a počítá z amplitud a fázových posunů signálů přijímací cívky polohu induktivního spojovacího prvku 6, který způsobuje různě silnou vazbu mezi budicí cívkou 4 a přijímacími cívkami 5.

Vyhodnocovací obvod 2 vypočítává svůj výstupní signál (Output) v závislosti na oscilační frekvenci HF-OSZ oscilačního obvodu 1, která je mu přiváděna spojovacím vedením 8.

Problém v rozsahu vynálezu nastává, když zdroj 9 rušení zavede do cívkového systému 4, 5 frekvenční rušení HF-Stor, které leží v blízkosti oscilační frekvence HF-OSZ oscilačního obvodu 1.

Přeložením oscilační frekvence HF-OSZ a frekvence HF-Stor může dojít k nízkofrekvenčním záznějím, které ztíží nebo zcela znemožní vyhodnocení přijímacích signálů vyhodnocovacím obvodem 2.

U oscilačního obvodu 1 úhlového senzoru podle vynálezu „táhne“ frekvence HF-Stor vřazená do budicí cívky 4 oscilační frekvence HF-OSZ ve směru k frekvenci HF-Stor, takže při nevelké odchylce mezi (nerušenou) oscilační frekvencí HF-OSZ a frekvencí HF-Stor rušení oscilační obvod konečně přísně kmitá s frekvencí a fázovým posunem frekvence HF-Stor rušení (HFOSZ=HF-Stor).

Nežádoucí směšovací efekty (zázněje) jsou tak účinně eliminovány. Oblast „tahu“ oscilačního obvodu leží u minimálně jednoho kilohertzu a může být nastavena předem podílem rozptylu LCkmitavého okruhu.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Induktivní úhlový senzor pro motorové vozidlo s oscilačním obvodem (1), který vytváří periodický signál střídavého napětí a je sdružen do budicí cívky (4), s alespoň jednou přijímací cívkou (5) a s vyhodnocovacím obvodem (2) pro vyhodnocení indukovaného signálu v alespoň jedné přijímací cívce a jedním pohyblivým induktivním spojovacím prvkem (6), který ovlivňuje sílu induktivního spojení mezi budicí cívkou (4) a přijímací cívkou (ami) (5), vyznačený ti m, že oscilaění obvod (1) je vytvořen jako LC-kmitavý okruh, který svou frekvenci (HFOSZ) kmitání posouvá vlivem propojených elektrických, magnetických nebo elektromagnetických střídavých polí, jejichž rušivá frekvence (HF-Stor) leží v předem dané oblasti v blízkosti neovlivněné základní frekvence v oscilačním obvodu, ve směru na napojenou frekvenci (HFStor) rušení, a že činitel jakosti oscilačního obvodu (1) je tak malý, že oscilační obvod (1) při posunutí své frekvence kmitání od základní frekvence, způsobeném externě napojenými střídavými poli, pracuje stabilně uvnitř oblasti alespoň +/-1 kHz.
2. 2. Induktivní úhlový senzor podle nároku 1,vyznačený tím, že budicí cívka (4) vytváří současně induktivitu LC-kmitavého okruhu oscilačního obvodu (1).
3. 3. Induktivní úhlový senzor podle nároku 1,vyznačený tím, že oscilační obvod (1) přivádí vyhodnocovacímu obvodu (2) svou posunutou frekvenci (HF-OSZ) kmitání jako referenční frekvenci prostřednictvím vně spřaženého střídavého pole.
4. 4. Induktivní úhlový senzor podle nároků la 2, vyznačený tím, že oscilační obvod (1) a vyhodnocovací obvod (2) až k budicí cívce (4) příslušející k oscilačnímu obvodu (1) jsou zahrnuty v jednom integrovaném spínacím okruhu (3).