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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 62/551,473 , die am 29. August 2017 eingereicht worden ist und deren Inhalte hier durch Verweis mit eingeschlossen sind.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich in der Regel auf induktive Sensoren und im Besonderen auf Systeme für ein Korrigieren von Fehlern in einer Ausgabe von Drehsensoren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Induktive Sensoren verwenden einen Koppler, der sich über Transduktor-Spule-Sektionen hinweg bewegt, um die Position eines Ziels zu bestimmen, das in Zusammenhang mit dem Koppler stehen. Die Sensoren erzeugen in den Empfangsspulen Wirbelströme, die proportional zu der Position des Konnektors über den Spulen sind. Die Wirbelströme werden gemessen, um ein analoges Signal zu erzeugen, das proportional zu der Position des Kopplers entlang der Spulen ist. Es gibt jedoch eine Anzahl von Fehlern, die korrigiert werden müssen, um eine genaue Position zur Verfügung zu stellen. Die Quellen für Fehler schließen statische, dynamische und magnetische Fehler mit ein. Bei „Niedriggeschwindigkeit-Anwendungen“ werden die Fehler typischerweise dadurch korrigiert, dass analoge und / oder digitale Techniken dazu verwendet werden, um einen Offset zur Verfügung zu stellen und um mit diesem das analoge Signal von rohen Eingaben zu korrigieren. Jedoch sollte bei Hochgeschwindigkeit-Anwendungen, wenn ein minimaler Betrag einer Verzögerung in der Signaländerung benötigt wird, die Verarbeitung in der analogen Domäne auf dem kostengünstigen Interface-Chip gehalten werden, der die Spulen miteinander verbindet. Dies führt zu einem Problem bei dem Korrigieren des dynamischen Offsets auf den Eingangssignalen, der sich in Abhängigkeit von sowohl der Kopplung und der Erregerspannung als auch von Herstelltoleranzen, von dynamischen Luftspalten, von der Umgebung und / oder von dergleichen ändert. Dieses Problem wird noch komplizierter gemacht, wenn das Interface rein analog ausgebildet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Bei einer Ausführungsform wird ein Hochgeschwindigkeit-Sensor-System zur Verfügung gestellt, das einen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul umfasst. Der Sensor ist in Abstand zu dem Koppler derart angeordnet, dass ein Spalt gebildet wird. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf, die ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal erzeugen, wobei eine der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine sinus-ähnliche Funktion erzeugt, und wobei die andere der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine kosinus-ähnliche Funktion erzeugt. Das Speichermodul kann derart betrieben werden, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal kompensiert, das durch das Hochgeschwindigkeit-Sensor-System und durch eine Änderung des Spalts zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird. Das Prozessormodul ist kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet. Das Prozessormodul erzeugt des Weiteren ein korrigiertes Ausgangssignal, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform weist ein Hochgeschwindigkeit-Sensor-System einen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul auf, das einen analogen Multiplikation-Block aufweist. Der Sensor ist in Abstand zu dem Koppler derart angeordnet, dass ein Spalt gebildet wird. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Erregerspannung mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf, die ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal erzeugen. Das Speichermodul kann derart betrieben werden, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal kompensiert, das durch das Hochgeschwindigkeit-Sensor-System und durch eine Änderung des Spalts zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird. Das Prozessormodul ist kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es die Erregerspannung als einen analogen Wert abtastet, und dass es die nicht-sinus-artigen Ausgangssignale von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule als eine Rohsignal-Konstante verarbeitet. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es den analogen Wert und eine Kalibrierungswert-Konstante mit dem analogen Multiplikation-Block multipliziert, um einen analogen Wert eines korrigierten Ausgangssignals zu erzeugen. Das Prozessormodul fügt das korrigierte Ausgangssignal direkt in das Hochgeschwindigkeit-Sensor-System hinein ein.
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Da dies der Fall ist, kann das korrigierte Ausgangssignal die Fehler, die durch das Hochgeschwindigkeit-Sensor-System und durch die Änderungen des Luftspalts verursacht werden, in erheblichem Maße reduzieren. Das System, wie es hier beschrieben ist, erlaubt eine dynamische Korrektur von Herstelltoleranzen, die automatisch korrigiert werden, wodurch Build-Kalibrier-Schritte eliminiert werden. Darüber hinaus erlaubt es die dynamische Korrektur, dass durch die Umgebung bedingte Effekte, wie zum Beispiel eine Spaltänderung und dynamische Spaltänderungen, die eine Systemtoleranz und eine Vibration zur Folge haben, korrigiert werden. Das System erlaubt des Weiteren sowohl eine Korrektur von Harmonischen der ersten Ordnung über den elektrischen Zyklus als auch eine Korrektur von harmonischen Fehlern der zweiten Ordnung mit unterschiedlichen Verstärkungen zwischen den beiden Ausgangskanälen, um Stärkenunterschiede zu korrigieren.
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Figurenliste
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Die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, sind illustrativer und beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, den Gegenstand, der durch die Ansprüche definiert ist, einzuschränken. Die folgende detaillierte Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen kann verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in denen eine gleiche Struktur mit gleichen Bezugszeichen angegeben ist und in denen:
- 1 stellt schematisch eine Explosionsansicht einer beispielhaften Positionssensor-Baugruppe dar, die dazu konfiguriert ist, dass sie nicht-sinus-artige Hochgeschwindigkeit-Ausgangssignale in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die gezeigt und beschrieben sind, korrigiert;
- 2A stellt schematisch illustrative Hardware-Komponenten eines Prozessormoduls dar, die dazu verwendet werden können, um nicht-sinus-artige Hochgeschwindigkeit-Ausgangssignale in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, zu korrigieren;
- 2B stellt schematisch ein illustratives Speichermodul dar, das illustrative Logikkomponenten in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, enthält;
- 2C stellt schematisch ein illustratives Datenspeicher-Gerät dar, das illustrative Datenkomponenten in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, enthält;
- 3 stellt schematisch ein schematisches Diagramm von unterschiedlichen elektronischen Komponenten der beispielhaften Positionssensor-Baugruppe in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar;
- 4A stellt schematisch einen Graphen einer nicht-korrigierten Hochgeschwindigkeit-Signal-Ausgabe der beispielhaften Induktiv-Sensor-Baugruppe in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar; und
- 4B stellt schematisch einen Graphen einer korrigierten Hochgeschwindigkeit-Signal-Ausgabe der beispielhaften Induktiv-Sensor-Baugruppe in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit allgemeinem Bezug auf die Figuren sind die Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, auf Systeme und Verfahren für das Korrigieren von nicht-sinus-artigen Signalen bei Hochgeschwindigkeit-Anwendungen gerichtet. Das System weist einen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul auf. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Erregerspannung mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf. Die eine der Empfängerspulen erzeugt bei Drehung des Kopplers eine Sinusfunktion, und die andere der Empfängerspulen erzeugt bei Drehung des nicht-kreisförmigen Kopplers eine Kosinusfunktion. Das heißt, dass jede der Empfängerspulen eine rohe Eingangsspannung erzeugt. Das Speichermodul weist maschinell lesbare Befehle auf, die, wenn sie von dem Prozessormodul ausgeführt werden, eine Mehrzahl von Offset-Fehlern in dem Sensor-System, die in Zusammenhang mit den rohen Signalen stehen, korrigieren und hierzu einen Korrekturfaktor ohne eine geometrisch Änderung der Geometrie der Spule verwenden. Der Korrekturfaktor ist ein Verhältnis, das in Zusammenhang mit der Erregerspannung und den herein kommenden Signalen, oder den rohen Eingangsspannungen, steht.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen ist die 1 eine hier schematisch dargestellte Explosionsdarstellung einer beispielhaften Positionssensor-Baugruppe 10, die dazu konfiguriert ist, dass sie nicht-sinus-artige Hochgeschwindigkeit-Ausgangssignale in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, korrigiert. Wie es in der 1 dargestellt ist, weist die Positionssensor-Baugruppe 10 eine Senderspule 12 auf. Die Senderspule 12 weist eine Mehrzahl von Schleifen aus einem leitfähigen Material auf, die an eine Hochfrequenz-Wechselstrom-Quelle (Hochfrequenz-AC-Quelle) oder einen Operationsverstärker-Oszillator 14, die oder der zum Beispiel bei einer Frequenz von 4 MHz arbeitet, gekoppelt sind. Wie dargestellt ist, sind die Schleifen der Senderspule 12 kreisförmig, allerdings können die Schleifen auch in anderen Formen vorliegen und zum Beispiel oval sein. Die Senderspule 12 kann auf eine gedruckte Leiterplatte (PCB) gedruckt sein, so dass die Senderspule 12, wenn sie durch den Operationsverstärker-Oszillator 14 mit Strom versorgt wird, ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Senderspule 12 auf einer Leiterplatte, auf einer Lochrasterplatine, auf einer Streifenrasterplatine und / oder auf dergleichen angeordnet sein kann.
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Die Positionssensor-Baugruppe 10 weist des Weiteren eine erste Empfangsspule 16 und eine zweite Empfangsspule 18 auf. Sowohl die erste als auch die zweite Empfangsspule 16, 18 sind auch auf die gedruckte Leiterplatte gedruckt und sind in der Regel in Bezug auf die Senderspule 12 ausgerichtet. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass jede der Empfangsspulen 16, 18 oder beide Empfangsspulen 16, 18 nicht unbedingt in Bezug auf die Senderspule 12 ausgerichtet sein müssen, und dass des Weiteren die Empfangsspulen 16, 18 auf einer Leiterplatte, auf einer Lochrasterplatine, auf einer Streifenrasterplatine und / oder auf dergleichen angeordnet sein können.
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Die Positionssensor-Baugruppe 10 weist des Weiteren ein Kopplerelement 20 auf. Wie dargestellt ist, ist das Kopplerelement konzentrisch mit sowohl den beiden Empfangsspulen 16, 18 als auch mit der Senderspule 12, wobei dies allerdings lediglich illustrativen Zwecken dient und nicht einschränkend ist. Das heißt, dass das Kopplerelement 20 nicht unbedingt konzentrisch mit einer der Empfangsspulen 16, 18 oder mit den beiden Empfangsspulen 16, 18 und / oder mit der Senderspule 12 sein muss. Das Kopplerelement 20 ist aus einem leitfähigen Material konstruiert, so dass ein Mit-Strom-Versorgen der Senderspule 12 Wirbelströme im Inneren des Kopplerelements 20 erzeugen wird und aus diesem Grund die induktive Kopplung zwischen der Senderspule 12 und der ersten und der zweiten Empfangsspule 16, 18 beeinflussen wird. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass, obwohl die aktuelle Form des Kopplerelements 20 als eine kreisförmige Form dargestellt ist, die Form sich in Abhängigkeit von der Anwendung, von der Anzahl der Schleifen in den Empfangsspulen 16, 18, von der Anzahl der Pole und / oder von dergleichen ändern kann. So kann zum Beispiel das Kopplerelement 20 eine Halbmond-Form oder eine halbkreisförmige Form haben.
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Das Kopplerelement 20 kann mechanisch mit einem Rotor, mit einer Welle, mit einer Drosselposition und / oder mit dergleichen derart verbunden sein, dass die Drehposition des Kopplerelements 20 sich proportional ändert und dass die Drehung des Kopplerelements 20 die induzierte Spannung in den Schleifen von sowohl der ersten Empfangsspule 16 als auch von der zweiten Empfangsspule 18 ändern kann. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass der Rotor auf Grund der Tatsache, mechanisch mit dem Rotor verbunden zu sein, nicht perfekt bearbeitet oder hergestellt sein kann, so dass der Rotor bei Drehung den Koppler nicht mit einem konstanten Luftspalt und / oder konzentrisch mit den Spulen drehen kann. Da dies der Fall ist, kann der Luftspalt zwischen dem Kopplerelement 20 und den Empfangsspulen 16, 18 bei unterschiedlichen Betriebspunkten dynamisch sein und / oder kann des Weiteren die Ausrichtung des Kopplers in Bezug zu den Empfangsspulen bei unterschiedlichen Betriebspunkten dynamisch sein.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 weist die Positionssensor-Baugruppe 10 des Weiteren ein Prozessormodul 24 auf. Das Prozessormodul 24 kann ein Mikrocontroller sein. Da dies der Fall ist, kann das Prozessormodul 24 Hardware aufweisen, die dazu dient, um Daten zu verarbeiten, um Daten zu speichern und / oder um nicht-sinus-artige Eingangssignale zu korrigieren, die als Ausgangssignale 26 und 28 von den Empfangsspulen 16, 18 empfangen worden sind. Aus diesem Grund können das Prozessormodul 24 und / oder Komponenten des Prozessormoduls 24 eine oder mehrere Berechnungsfunktionen ausführen, wie zum Beispiel das Empfangen von Daten, das Bestimmen eines Verhältnisses, das Kalkulieren einer Fehlerkorrektur, das Speichern der Fehlerkorrektur und das Verarbeiten der Fehlerkorrektur, wie es hier im Detail beschrieben wird.
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Das Prozessormodul 24 kann im eigentlichen Sinne Daten von einer oder von mehreren Quellen (wie zum Beispiel von den Empfangsspulen 16, 18) empfangen, Daten erzeugen, Daten speichern, Daten indizieren, Daten suchen und / oder Daten einer äußeren Quelle, wie zum Beispiel einer elektronischen Steuereinheit, einem anderen Prozessormodul, einem Fahrzeug (oder Komponenten eines solchen), und / oder dergleichen, zur Verfügung stellen. Des Weiteren kann das Prozessormodul 24 dazu verwendet werden, um Daten, wie zum Beispiel einen Verstärkungswert A1, einen Korrekturfaktor oder eine dynamische Offset-Korrektur 30, zu erzeugen, wie es hier im Detail beschrieben wird. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass das Prozessormodul 24 mit anderen Rechensystemen, wie zum Beispiel mit einem On-Board-Rechensystem für ein Fahrzeug, mit einem Server, mit einem Netzwerk, mit einem Nutzer-Rechengerät wie zum Beispiel einem Personalcomputer, und / oder mit dergleichen, zusammen arbeiten kann.
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2A stellt schematisch illustrative Hardware-Komponenten des Prozessormoduls 24 dar, die dazu verwendet werden können, um nicht-sinus-artige Eingangssignale zu korrigieren. In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, kann das Prozessormodul 24 ein nicht-flüchtiges Computer-lesbares Medium sein, das dazu ausgebildet ist, um die unterschiedlichen Prozesse, die hier beschrieben sind, zu Ende zu führen, und das als Hardware, als Software und / oder als Firmware verkörpert ist. Obwohl bei einigen Ausführungsformen das Prozessormodul 24 als ein Allzweck-Computer mit der erforderlichen Hardware, Software und / oder Firmware konfiguriert sein kann, kann bei anderen Ausführungsformen das Prozessormodul 24 auch als ein Spezial-Zweck-Computer konfiguriert sein, der in spezifischer Weise dazu ausgelegt ist, um die hier beschriebene Funktionalität auszuführen. So kann zum Beispiel das Prozessormodul 24 ein Gerät sein, das vor allem daran angepasst ist, um mathematische Kalkulationen und Look-Up-Tabellen dazu zu verwenden, um nicht-sinus-artige Eingangssignale zu korrigieren. In einem anderen Beispiel kann das Prozessormodul 24 ein Gerät sein, das besonders daran angepasst ist, um einen Spalt, wie zum Beispiel einen Luftspalt, zwischen dem Kopplerelement 20 und den Empfangsspulen 16, 18 zu bestimmen und um auf der Grundlage des Spalts eine Rückmeldung zu liefern zu geben und / oder Befehle auszuführen. Bei Ausführungsformen, bei denen das Prozessormodul 24 ein Allzweck-Computer ist, stellen die Systeme und Verfahren, die hier beschrieben sind, einen Mechanismus zur Verfügung, der dazu dient, um die Funktionalität dadurch zu verbessern , dass bestimmt wird, dass der Fehler ein nicht-sinus-artiges Eingangssignal ist, und dass der Fehler auf der Grundlage dessen, dass der Spalt zwischen dem Kopplerelement und den Empfangsspulen 16, 18 bestimmt wird, derart korrigiert wird, dass die Effizienz der Positionssensor-Baugruppe 10 oder ein empfangenes Signal nicht reduziert wird, wodurch eine Fläche der Spule auf die günstige Platinenfläche maximiert wird.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A kann das Prozessormodul 24 ein Verarbeitungsgerät 204, eine I / O-Hardware 208, eine Netzwerk-Interface-Hardware 210, eine nicht-flüchtige Speicher-Komponente 212, ein System-Interface 214 und ein Datenspeicher-Gerät 216 umfassen. Ein Vor-Ort-Interface 202, wie zum Beispiel ein Bus oder dergleichen, kann die unterschiedlichen Komponenten miteinander verbinden.
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Das Verarbeitungsgerät 204, wie zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit für einen Computer (CPU), kann die zentrale Verarbeitungseinheit des Prozessormoduls 24 sein und Kalkulationen und logische Operationen ausführen, um ein Programm auszuführen. Das Verarbeitungsgerät 204 ist, allein oder in Verbindung mit den anderen Komponenten, ein illustratives Verarbeitungsgerät, Rechengerät, Prozessor oder eine Kombination dieser Einrichtungen. Das Verarbeitungsgerät 204 kann jede beliebige verarbeitende Komponente umfassen, die dazu konfiguriert ist, dass sie Befehle (wie zum Beispiel solche von dem Datenspeicher-Gerät 216 und / oder von der Speicher-Komponente 212) empfängt und ausführt.
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Die Speicher-Komponente 212 kann als ein flüchtiges und / oder ein nicht-flüchtiges Computer-lesbares Medium konfiguriert sein und kann, da dies der Fall ist, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (einschließlich SRAM, DRAM und / oder andere Typen von Speichern mit wahlfreiem Zugriff), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Flash-Speicher, ein Register, eine Compact Disc (CD), eine Digital Versatile Disc (DVD) und / oder andere Typen von Speicher-Komponenten umfassen. Die Speicher-Komponente 212 kann auf ihr eine oder mehrere Programmierbefehle aufweisen, die, wenn sie durch das Verarbeitungsgerät 204 ausgeführt werden, das Verarbeitungsgerät 204 dazu veranlassen, um unterschiedliche Prozesse, wie zum Beispiel die Prozesse, die hier beschrieben sind, zu Ende zu führen. Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A können die Programmierbefehle, die in der Speicher-Komponente 212 gespeichert sind, als eine Vielzahl von Software-Logik-Modulen verkörpert sein, wobei jedes Logik-Modul Programmierbefehle für ein Zu-Ende-Führen von einer oder von mehreren Aufgaben zur Verfügung stellt, wie es weiter unten in Bezug auf die 2B im Detail beschrieben wird.
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Die Netzwerk-Interface-Hardware 210 kann jede beliebige drahtgebundene oder drahtlose Netzwerk-Hardware umfassen, wie zum Beispiel ein Modem, ein LAN-Port, eine Wireless-Fidelity-Karte (Wi-Fi-Karte), eine WiMax-Karte, eine Hardware für mobile Kommunikation und / oder eine andere Hardware für eine Kommunikation mit anderen Netzwerken und / oder Geräten. So kann zum Beispiel die Netzwerk-Interface-Hardware 210 eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Prozessormodul 24 und den anderen Komponenten eines Netzwerks, wie zum Beispiel, das keine Einschränkung darstellen soll, einem Server-Rechengerät, zur Verfügung stellen.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A kann das Datenspeicher-Gerät 216, bei dem es sich in der Regel um ein Speichermedium handeln kann, ein oder mehrere Datenrepositories für ein Speichern von Daten, die empfangen und / oder erzeugt worden sind, enthalten. Das Datenspeicher-Gerät 216 kann jedes beliebige physikalische Speichermedium sein, wobei dazu ohne Einschränkung ein Festplattenlaufwerk (HDD), ein Speicher, ein entfernbarer Speicher und / oder dergleichen gehören. Obwohl das Datenspeicher-Gerät 216 als ein Vor-Ort-Gerät dargestellt ist, sollte verstanden werden, dass es sich bei dem Datenspeicher-Gerät 216 um ein entfernt liegendes Gerät handeln kann, wie zum Beispiel um ein Server-Rechengerät oder dergleichen (wie zum Beispiel das Server-Rechengerät). Illustrative Daten, die im Inneren des Datenspeicher-Geräts 216 enthalten sein können, werden weiter unten in Bezug auf die 2C beschrieben werden.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A kann die I / O-Hardware 208 Informationen zwischen dem Vor-Ort-Interface 202 und einem oder mehreren anderen Komponenten kommunizieren. So kann zum Beispiel die I / O-Hardware 208 als ein Interface zwischen dem Prozessormodul 24 und anderen Komponenten, wie zum Beispiel einem externen elektronischen Steuermodul und / oder dergleichen, tätig sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die I / O-Hardware 208 dazu verwendet werden, um ein oder mehrere Befehle an die anderen Komponenten zu senden.
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Das System-Interface 214 kann in der Regel dem Prozessormodul 24 eine Fähigkeit zur Verfügung stellen, um sich an ein oder an mehrere externe Geräte, wie zum Beispiel an Nutzer-Rechengeräte und / oder an Server-Rechengeräte, anzukoppeln. Eine Kommunikation mit externen Geräten kann sich unter Verwendung von unterschiedlichen Kommunikationsports (nicht dargestellt) ereignen. Ein illustrativer Kommunikationsport kann an ein Kommunikationsnetz angeschlossen sein.
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Unter Bezugnahme auf die 2B können bei einigen Ausführungsformen die Programmbefehle, die in der Speicher-Komponente 212 enthalten sind, als eine Vielzahl von Software-Modulen verkörpert sein, wobei jedes Modul Programmierbefehle für ein Zu-Ende-Führen von einer oder von mehreren Aufgaben zur Verfügung stellt. So stellt zum Beispiel die 2B schematisch die Speicher-Komponente 212 dar, die illustrative Logik-Komponenten in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, enthält. Wie es in der 2B gezeigt ist, kann die Speicher-Komponente 212 dazu konfiguriert sein, dass sie unterschiedliche verarbeitende Logiken, wie zum Beispiel eine Bedienlogik 220, eine Logik 222 für ein Erregerspannung-zuempfangenen-rohen-Signalen-Verhältnis und / oder eine Logik 224 für eine Offset-Konstante (wobei jede dieser Logiken zum Beispiel als ein Computerprogramm, als Firmware oder als Hardware verkörpert sein kann), speichert. Die Bedienlogik 220 kann ein Betriebssystem und / oder eine andere Software für ein Verwalten von Komponenten des Prozessormoduls 24 (2A) umfassen. Des Weiteren kann die Bedienlogik 220 ein oder mehrere Softwaremodule für ein Senden von Daten und / oder für ein Analysieren von Daten umfassen.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 2B kann die Logik 222 für ein Erregerspannung-zu-empfangenen-rohen-Signalen-Verhältnis ein oder mehrere Softwaremodule für ein Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einer Erregerspannung, wie sie an die Senderspule 12 angelegt wird, und durch das Prozessormodul 24 empfangenen Signalen, wie es hier im Detail beschrieben wird. Die Logik 222 für ein Erregerspannung-zu-empfangenenrohen-Signalen-Verhältnis kann dazu verwendet werden, um dynamische Spalte zwischen den Empfangsspulen 16, 18 und dem Kopplerelement 20 zu korrigieren und um so die dynamischen Offset-Fehler zu kompensieren. Die Logik 224 für eine Offset-Konstante kann ein oder mehrere Softwaremodule für ein Bestimmen einer Offset-Konstante enthalten. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Offset-Konstante extern bestimmt werden kann und dann zu dem Verhältnis derart hinzu addiert, von dem Verhältnis derart subtrahiert und / oder mit dem Verhältnis derart multipliziert werden kann, dass ein Korrekturwert erhalten und auf das System angewendet wird. Der konstante Wert kann einem Kalibrierungswert der beispielhaften Positionssensor-Baugruppe entsprechen.
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Die 2C stellt schematisch ein Blockdiaramm von unterschiedlichen Daten dar, die im Inneren eines Speichergeräts (wie zum Beispiel des Datenspeicher-Geräts 216) enthalten sind. Wie es in der 2C gezeigt ist, kann das Datenspeicher-Gerät 216 zum Beispiel ein Erregerspannung-Datum 228, eine Vielzahl von empfangenen rohen Signal-Daten 230, ein Signal-Stärke-Datum 232 und / oder einen Radius der rohen Signal-Daten 234 umfassen. Die Vielzahl der Erregerspannung-Daten 228 und die Vielzahl von empfangenen rohen Signal-Daten 230 können von dem Verarbeitungsgerät 204 empfangen worden sein. Die Vielzahl der Erregerspannung-Daten 228 und die Vielzahl von empfangenen rohen Signal-Daten 230 werden als ein Verhältnis derart verwendet, dass ein Anteil des Verhältniswertes der dynamische Offset ist, wie es hier im Detail beschrieben werden wird. Da dies der Fall ist, kann das Verarbeitungsgerät 204 (2A) dazu konfiguriert sein, dass es aktuelle Erregerspannung-Daten und aktuelle empfangene rohe Signal-Daten an das Datenspeicher-Gerät 216 sendet. Die aktuellen Erregerspannung-Daten und die aktuellen empfangene rohe Signal-Daten können in Echtzeit erfasst werden, wie es hier im Detail beschrieben werden wird. Die Signal-Stärke-Daten 232 können aus dem Antriebsstrom oder einer ersten Erregerspannung EX1 bestimmt oder beobachtet werden. Der Radius der rohen Signal-Daten 234 kann dadurch bestimmt werden, dass der Radius der sinus-ähnlichen Funktion und der Radius der sinus-ähnlichen Funktion kalkuliert werden.
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Es sollte verstanden werden, dass die Komponenten, die in den 2A-2C dargestellt sind, lediglich illustrativ sind und dass es nicht beabsichtigt ist, dass sie den Umfang dieser Offenbarung einschränken sollen. In einem engeren Sinne ist, obwohl die Komponenten in den 2A-2C derart dargestellt sind, dass sie sich im Inneren des Prozessormoduls 24 befinden, dies ein nicht-einschränkendes Beispiel. Bei einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Komponenten sich außerhalb von dem Prozessormodul 24 befinden.
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Es sollte des Weiteren verstanden werden, dass es sich bei dem Prozessormodul 24 um ein stationäres Gerät, ein Anwendungsspezifische-Integrierte-Schaltung-Gerät (ASIC-Gerät) und / oder um dergleichen handeln kann. Da dies der Fall ist, können diese Geräte unterschiedliche Komponenten aufweisen oder sind die Komponenten im Inneren dieser Geräte dazu konfiguriert, dass sie den Korrekturfaktor ausführen, ohne dass der Umfang dieser Offenbarung geändert wird. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass bei Ausführungsformen der Korrekturfaktor aus dem ASIC unter Verwendung von Rohwerten erhalten werden kann.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 3 ist dort ein schematisches Diagramm 300 von unterschiedlichen elektronischen Komponenten der beispielhaften Positionssensor-Baugruppe 10 schematisch dargestellt. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass das Fühlen in einem Front-End 301a ausgeführt wird, wohingegen die dynamische Offset-Korrektur in einem Back-End 301b bestimmt wird. Da dies der Fall ist, weist das Front-End 301a wenigstens, so wie es weiter oben diskutiert worden ist, die Senderspule 12, die Empfangsspulen 16, 18 und das Kopplerelement 20 auf. Der Operationsverstärker-Oszillator 14 ist dazu konfiguriert, dass er eine erste Erregerspannung EX1 und eine zweite Erregerspannung EX2 an die Senderspule 12 liefert. Darüber hinaus ist die erste Erregerspannung EX1 an einen Spitzen- oder Stärken-Detektor 314 elektrisch gekoppelt, der dazu konfiguriert ist, dass er eine Spitze oder ein Stärke der ersten Erregerspannung EX1 bestimmt. Da dies der Fall ist, kann die erste Erregerspannung EX1 eine Referenzspannung sein. Die erste Erregerspannung EX1 ist an Demodulatoren 306 elektrisch gekoppelt, die dazu konfiguriert sein können, dass sie einen Informationsinhalt aus einer Trägerwelle, die moduliert oder nicht moduliert sein kann, extrahiert und / oder zurück gewinnt. Ein erster Kondensator C1 kann an die Senderspule 12 elektrisch gekoppelt sein, und ein erster Widerstand R1 kann an die Senderspule 12 und an den ersten Kondensator C1 elektrisch gekoppelt sein.
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Der Ausdruck „elektrisch gekoppelt“ wird hier dazu verwendet, um die Zusammenschaltung von unterschiedlichen Komponenten der beispielhaften Positionssensor-Baugruppe 10 für das Fühlen des Kopplerelements 20 zu beschreiben, und er bedeutet, dass die Komponente entweder über Drähte, optische Fasern oder drahtlos derart verbunden sind, dass elektrische, optische und/oder elektromagnetische Signal zwischen den Komponente ausgetauscht werden können. Es sollte verstanden werden, dass andere Mittel für das Verbinden der unterschiedlichen Komponenten des Systems, die hier nicht in spezifischer Weise beschrieben sind, eingeschlossen sind, ohne dass sich von dem Umfang dieser Offenbarung entfernt wird.
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Es ist eine Schleife 302 vorhanden, die ein analoges Signal RM1, RM2 von den Empfangsspulen 16, 18 über elektrisch gekoppelte elektromagnetische Interferenz-Filter (EMI-Filter) 304 liefert, die dazu konfiguriert sind, dass sie unerwünschte Signale, wie zum Beispiel Spannungen und Rauschen, entfernen. Die EMI-Filter 304 sind an die Demodulatoren 306 elektrisch gekoppelt. Die Demodulatoren 306 sind an Signal-Konditionierungs-Verstärker 308 elektrisch gekoppelt, um ein sich kontinuierlich oder diskret änderndes Fehlersignal zu ermöglichen. Die Signal-Konditionierungs-Verstärker 308 sind an eine Rückkopplung 310 von dem Prozessormodul 24 elektrisch gekoppelt. Die Signale RM1, RM2, die ursprünglich von den Empfangsspulen 16, 18 stammen, werden von den Signal-Konditionierungs-Verstärkern 308 in die Rückkopplung 310 hinein gespeist. Die Signal-Konditionierer 308 können dazu konfiguriert sein, dass sie den Verstärkungswert A1 von einem Digital-Analog-Umsetzer 312 empfängt, so dass eine Verstärkung der Signal-Konditionierer 308 für die Rückkopplung 310 eingestellt werden kann. Es können ein zweiter und ein dritter Widerstand R2, R3 an die erste und an die zweite Empfangsspule 16, 18 elektrisch gekoppelt sein, und / oder es kann die Schleife 302 an eine erste Masse G1 elektrisch gekoppelt sein. Wie es weiter oben diskutiert worden ist, ist der Digital-Analog-Umsetzer 312 an das Prozessormodul 24 elektrisch gekoppelt, um ein digitales Signal D2 umzusetzen, und an die Signal-Konditionierer 308 elektrisch gekoppelt. Da dies der Fall ist, wird das Ausgangssignal D2, das von dem Prozessormodul 24 stammt, in dem Digital-Analog-Umsetzer 312 in den Verstärkungswert A1 umgesetzt, der dann wiederum in die Signal-Konditionierer 308 hinein gespeist wird. Die Ausgabe der Signal-Konditionierer 308 wird in die Rückkopplung 310 hinein gespeist, so dass die dynamische Offset-Korrektur 30 in den Oszillator 14 hinein gespeist wird.
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Die Rückkopplung 310 und der Spitzen- oder Stärken-Detektor 314 sind an einen Multiplexer 316 elektrisch gekoppelt, der dazu konfiguriert ist, dass er ein Signal auswählt und das ausgewählte Signal als eine einzelne Ausgabe an einen Analog-Digital-Umsetzer 318 weiterleitet. Der Analog-Digital-Umsetzer 318 setzt dann das analoge Signal in digitale Signale D1 um. Die digitalen Signale D1 werden dann an das Prozessormodul 24 geliefert. Der Operationsverstärker-Oszillator 14 empfängt die dynamische Offset-Korrektur 30 so, wie es weiter oben diskutiert worden ist.
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Das Back-End 301b weist das Prozessormodul 24, den Multiplexer 316, den Digital-Analog-Umsetzer 312 und den Analog-Digital-Umsetzer 318 auf. Das 310b weist des Weiteren einen Mikro- Primär-Oszillator 320 auf, der an das Prozessormodul 24 elektrisch gekoppelt ist. Ein Spannungsregler 322 ist an die Schleife 302 elektrisch gekoppelt und ist an einen Entladeanschluss VDD, an einen vierten Widerstand R4, an einen zweiten und an einen dritten Kondensator C2, C3 sowie an eine zweite und an eine dritte Masse G2, G3 elektrisch gekoppelt. Darüber hinaus weist das Back-End einen Umdrehungs- und Überspannungs-Schutz 324 auf, der an eine Ausgabe VR1 des Spannungsreglers 322 elektrisch gekoppelt ist.
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Das Prozessormodul 24 ist dazu konfiguriert, dass es die Erregerspannung EX1 überwacht, so dass das Prozessormodul 24 dann die dynamische Offset-Korrektur 30 für die Erregerspannung EX1 bestimmen kann. Die dynamische Offset-Korrektur 30 wird als ein dynamisches oder diskretes Sensor, wie zum Beispiel die Verstärkung A1, zurück an die Rückkopplung 310 und durch die Schleife 302 geliefert, um die Fehler zu korrigieren, die sich aus dem Spannungsfehler ergeben haben.
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Wie es weiter oben diskutiert worden ist, überwach das zur Verfügung gestellte Prozessormodul 24 die rohen Eingangssignale RM1, RM2 und verwendet eine Fehlerfunktion, um die dynamische Offset-Korrektur 30 zu bestimmen, die als die Verstärkung A1 in das System hinein als eingeführt wird, wie es weiter oben diskutiert worden ist. Das Prozessormodul 24 bestimmt die Verstärkung A1 und sendet die Verstärkung A1 als eine Funktion des Erregerspannung-Daten-zu-den-rohen-Eingangssignalen-Wert-Verhältnis-Daten 222 (2B) an die Signal-Konditionierungs-Verstärker 308, um ein sich kontinuierlich oder diskret änderndes Fehlersignal zu ermöglichen. Da dies der Fall ist, sollte es, wie es weiter oben diskutiert worden ist, gewürdigt werden, dass der Digital-Analog-Umsetzer 312 die Ausgabe D2 von dem Prozessormodul 24 als die Verstärkung A1 oder als ein Referenzsignal senden kann. Bei einigen Ausführungsformen können das Verarbeiten und das Bestimmen der dynamischen Offset-Korrektur 30 digital vorgenommen werden, was eine Geschwindigkeit ist, das der Raum der Fehlerfunktion sehr viel kleiner als die Geschwindigkeit der rohen Eingangssignale Rm1, RM2 ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die dynamische Offset-Korrektur vollständig als eine analoge Eigenschaft vorgenommen werden, wobei ein „digital“ nicht erforderlich ist, wie es weiter unten im Detail diskutiert werden wird. Da dies der Fall ist, kann die Erregerspannung EX1 als ein analoger Wert abgetastet werden und mit der Konstante multipliziert werden, was dann den analogen Wert der dynamischen Offset-Korrektur zur Folge hat, der als eine Korrektur direkt in das System hinein gegeben wird.
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Wie es weiter oben diskutiert worden ist, kann die dynamische Offset-Korrektur 30 in einer analogen Domäne, und nicht etwa digital, bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform kann die dynamische Offset-Korrektur 30 dadurch bestimmt werden, dass ein analoger Multiplikation-Block 326 verwendet wird, der sich in dem Inneren des Prozessormoduls 24 befinden kann. Die Erregerspannung EX1 und wenigstens zwei Empfangsspulen 16, 18 erzeugen bei Drehung des Kopplers ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal RM1, RM2. Das Prozessormodul 24 ist dazu konfiguriert, dass es die Erregerspannung EX1 als einen analogen Wert abtastet, und dass es die nicht-sinus-artigen Ausgangssignale RM1, RM2 von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfangsspule 16, 18 als eine rohes-Signal-Konstante verarbeitet. Das Prozessormodul 24 ist dazu konfiguriert, dass es mit Hilfe des Multiplikation-Blocks 326 den analogen Wert mit dem Kalibrierungswert multipliziert, um einen analogen Wert der dynamische Offset-Korrektur 30 oder um ein korrigiertes Ausgangssignal zu erzeugen. Da dies der Fall ist, fügt das Prozessormodul 24 die Verstärkung A2 in die Signal-Konditionierer 308 direkt hinein, die dann wiederum die Rückkopplung 310 speisen, die dann wiederum die dynamische Offset-Korrektur 30 in das Hochgeschwindigkeit-Sensor-System 10 hinein sendet.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 3 und 4A-4B ändert sich der Korrekturfehler signifikant mit dem Luftspalt zwischen den Kopplungsspulen. Die 4A stellt eine nicht-korrigierte Darstellung 400 schematisch dar, die eine Ordinate 405 als einen Referenz-Prozentsatz und eine Abszisse 410 als einen Weg in Millimeter (mm) hat, wie es hier im Detail beschrieben wird. Der Fehler ist bei drei unterschiedlichen Koppler-Luftspalten dargestellt, nämlich bei einem Luftspalt 415 von 1,4 mm, einem Luftspalt 420 von 1,7 mm und einem Luftspalt 425 von 2,1 mm. Die Darstellung für sämtliche drei Luftspalte stellt eine Linearitäts-Sinuswelle dar. Die 4B stellt eine korrigierte Darstellung 400 schematisch dar, die eine Ordinate 435 als einen Referenz-Prozentsatz und eine Abszisse 440 als einen Weg in mm hat, wie es hier im Detail beschrieben wird. Der Fehler ist bei denselben drei unterschiedlichen Koppler-Luftspalten dargestellt, nämlich bei dem Luftspalt 415 von 1,4 mm, dem Luftspalt 420 von 1,7 mm und dem Luftspalt 425 von 2,23 mm (wie zum Beispiel dem Luftspalt von 2,1 mm). Die dynamische korrigierte Darstellung stellt die Sinuswelle ohne den Linearitäts-Fehler dar.
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Da dies der Fall ist, ist es dargestellt, dass die dynamische Korrektur den Fehler in erheblichem Maße reduzieren kann. Es sollte gewürdigt werden, dass das Front-End 301a der Positionssensor-Baugruppe 10 analog sein kann, wohingegen das Back-End 301b der Positionssensor-Baugruppe 10 digital sein kann, so wie es weiter oben beschrieben worden ist. Es sollte gewürdigt werden, dass das Prozessormodul 24 in der Lage ist, dynamische Fehler zu korrigieren, wie zum Beispiel Offset-Fehler der ersten Ordnung, die eine einzelne Periode über eine vollständige elektrische Periode von 360 Grad haben. Eine dynamische Korrektur erlaubt des Weiteren, dass Herstelltoleranzen korrigiert werden. Diese Fehler werden automatisch korrigiert, wodurch Build-Kalibrier-Schritte eliminiert werden. Die dynamische Korrektur erlaubt des Weiteren, dass durch die Umgebung bedingte Effekte, wie zum Beispiel eine Spaltänderung und dynamische Spaltänderungen, die eine Systemtoleranz und eine Vibration zur Folge haben, korrigiert werden. Das System erlaubt des Weiteren eine Korrektur von Fehlern der zweiten Ordnung mit unterschiedlichen Verstärkungen zwischen den beiden Ausgangskanälen, um Stärkenunterschiede zu korrigieren.
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Wie es weiter oben diskutiert worden ist, kann der dynamische Korrekturwert aus dem Verhältnis erhalten werden, das in Zusammenhang mit einer sich ändernden Erregerspannung und der herein kommenden rohe-Signale-Konstante steht. Da dies der Fall ist, sollte es gewürdigt werden, dass diese Anordnung und diese Kalkulation ein Korrektur erlauben, die auf der Grundlage von Echtzeit-Daten erfolgt und die Änderungen kompensieren, die sich während eines elektrischen Zyklus ereignen. Das Prozessormodul 24 ist dazu konfiguriert, dass es das Verhältnis und die Konstante bestimmt, dass es eine Änderung der Erregerspannung EX1 erkennt, und dass es dann die dynamische Korrektur ändert, um dem Offset-Fehler und / oder einem Fehler der Stärke Rechnung zu tragen.
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Es sollte des Weiteren gewürdigt werden, dass bei einigen Ausführungsformen das Verhältnis ein inverses Verhältnis sein kann. Das heißt, dass sich die rohen herein kommenden Signale ändern können und dass die Erregerspannungen konstant sein können, um das Verhältnis zu erhalten. Bei Systemen, die eine konstante Erregerspannung verwenden, ändert sich das Verhältnis von Fehler zu dem Spule-Koppler-Luftspalt noch immer, aber die Erregerspannung oder der Erregerstrom kann nicht als eine Korrektur-Eingabe verwendet werden, wie es weiter oben diskutiert worden ist. Stattdessen wird in diesem Fall ein Radius des Sinus-/Kosinus-Systems oder eine andere definierte konstante Bedingung der Eingangssignale als die Eingabe verwendet. Die Erregerspannung EX1 wird konstant bleiben, allerdings wird sich der Radius des Sinus-Kosinus ändern, wenn sich der Kopplungsfaktor ändert. In einer solchen Situation kann die Verarbeitung vollständig in der gewünschten analogen Domäne vorgenommen werden. Jedoch weist eine derartige Verarbeitung die Möglichkeit auf, dass zusätzliche Offsets auftreten, die eliminiert werden, falls das Signal in der digitalen Domäne gemacht wird.
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Es sollte verstanden werden, dass die dynamische Offset-Korrektur, wie sie hier offenbart ist, Standard-Fehler korrigiert, die in Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeit-Anwendungen stehen. Im Besonderen werden Offset-Fehler und sinus-ähnliche Fehler korrigiert, ohne dass eine Spulen-Geometrie-Korrektur vorgenommen wird. Da dies der Fall ist, sollte es gewürdigt werden, dass das System, wie es hier offenbart ist, es verhindert, dass perfekte Spulen benötigt werden. Das heißt, dass das System, wie es hier offenbart ist, ohne Rücksicht auf die Präzision der Spulen funktioniert. Darüber hinaus kompensiert das System Spulen, die sich ändern, die Änderung eines Luftspalts zwischen den Empfangsspulen und dem Koppler, Herstelltoleranzen, eine metallische Umgebung, die Offsets induziert, und / oder dergleichen. Darüber hinaus korrigiert das System, wie es hier offenbart ist, die Fehler-Funktionalität derart, dass das System die Fehler kontinuierlich und / oder diskret korrigiert, die in Zusammenhang mit dem Hochgeschwindigkeit-System und / oder mit Änderungen des Spalts zwischen dem Koppler und den Empfangsspulen bei mehreren Betriebspunkten stehen. Die Korrektur ist eine Konstante und ein Verhältnis, das in Zusammenhang mit der Erregerspannung und den rohen Signalen steht. Bei einigen Ausführungsformen ist die Erregerspannung dynamisch und sind die rohen Signale konstant. Bei anderen Ausführungsformen ist die Erregerspannung konstant und sind die rohen Signale dynamisch. Es sollte gewürdigt werden, dass das System eine Änderung der Spannung erkennt, und dass es dann eine Korrektur-Antwort anwendet, um die Fehler-Funktionalität zu korrigieren.
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Obwohl die vorliegende Erfindung als ein Positionssensor beschrieben worden ist, der ein Paar von Empfangsspulen umfasst, von denen jede Empfangsschleifen umfasst, können die Empfangsspulen jede beliebige gerade Anzahl von Empfangsschleifen umfassen. So können zum Beispiel eine erste Empfangsspule 16 und eine zweite Empfangsspule 18 jeweils vier separate Schleifen, sechs separate Schleifen und / oder dergleichen umfassen.
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Obwohl hier besondere Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass unterschiedliche andere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass von dem Geist und dem Umfang des beanspruchten Gegenstandes abgewichen wird. Obwohl hier des Weiteren unterschiedliche Aspekte des beanspruchten Gegenstandes beschrieben worden sind, ist es nicht erforderlich, dass derartige Aspekte in Kombination miteinander verwendet werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die angehängten Ansprüche alle derartigen Änderungen und Modifikationen abdecken, die sich innerhalb des Umfangs des beanspruchten Gegenstandes befinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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