DE112019006893T5

DE112019006893T5 - Planarer linearer induktiver positionssensor mit randeffektkompensation

Info

Publication number: DE112019006893T5
Application number: DE112019006893.8T
Authority: DE
Inventors: Ganesh Shaga; Bala Sundaram Nauduri; Sudheer Puttapudi
Original assignee: Microsemi Corp
Current assignee: Microsemi Corp
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-11-04
Also published as: CN113424025A; US10760928B1; CN113424025B; WO2020171840A1; US20200271480A1

Abstract

Ein planarer linearer induktiver Positionssensor schließt mindestens eine Schwingspule ein, wobei eine erste Sensorspule gegenüberliegende Kanten aufweist, die sich über gegenüberliegende Kanten der Schwingspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der eine lineare Position eines leitenden Objekts erfasst werden soll, und eine zweite Sensorspule gegenüberliegende Kanten aufweist, die sich über gegenüberliegende Kanten der Schwingspule entlang der linearen Achse erstrecken. Die erste und die zweite Sensorspule weisen Geometrien auf, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt in der Nähe befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt in der Nähe befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Positionserfassungstechnologie und auf die induktive Positionserfassungstechnologie. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen planaren linearen induktiven Positionssensor mit Randeffektkompensation.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Positionssensoren sind ein gängiges Element in der Automobil-, Industrie-, Luft- und Raumfahrtanwendungen. Wann immer es um Sicherheit geht, sind äußerst robuste und zuverlässige Positionssensoren ein absolutes Muss. Als Positionssensoren werden Potentiometer verwendet. Sie sind Kontaktsensoren und führen zu Verschleiß und Geräuschen. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden berührungslose Sensoren verwendet. Diese Sensoren basieren auf induktiven, kapazitiven, optischen und Hall-Effekt-Prinzipien. Optische Kodierer bieten eine gute Auflösung, führen jedoch zu höheren Kosten und Zuverlässigkeitsproblemen in der rauen/verunreinigten Umgebung. Hall-Effekt-Sensoren sind empfindlich gegenüber Temperatur und externen Magnetfeldern. Kapazitive Sensoren sind sehr empfindlich gegenüber extremen Umgebungsänderungen.
Induktive Sensoren werden verwendet, um eine lineare Verschiebung oder eine Winkelbewegung eines leitfähigen Messobjekts in ein proportionales elektrisches Signal umzuwandeln, unter Verwendung von Strömen, die durch ein Magnetfeld erzeugt werden, das in einer oder mehreren Sensorspulen induziert wird. Einige induktive Positionssensoren schließen mindestens eine Primärspule ein, die ein oszillierendes Signal aufrechterhält, das ein Magnetfeld erzeugt, und eine oder mehrere Sekundärspulen, welche die Positionsinformationen als Ströme empfangen, die durch das Magnetfeld in Abhängigkeit von der Position des leitfähigen Messobjekts induziert werden.
Herkömmliche induktive Positionssensoren sind teuer und nehmen mehr Platz ein, da die Oszillator- und Sensorspulen radial auf einen Kern gewickelt sind. Planare induktive Positionssensoren sind kostengünstig, da die Spulen in einer Ebene auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
Planare induktive Sensoren bestehen aus einer oder mehreren Oszillatorspulen, zwei Sensorspulen und einem beweglichen leitfähigen Messobjekt, das die Stärke der magnetischen Kopplung zwischen der einen oder mehreren Oszillatorspulen und den Sensorspulen beeinflusst. Ein Wechselstrom wird durch die eine oder die mehreren Oszillatorspulen induziert. Die Größe und Phase dieses Wechselstroms ist abhängig von der Position des Messobjekts. Die Wirbelströme durch das leitfähige Messobjekt bewirken eine Differenz der Ströme und Spannungen der Sensorspule. Es wird versucht, die Sensorspulen so zu konfigurieren, dass sich in einem gleichmäßigen, nicht durch ein leitfähiges Messobjekt beeinflussten Magnetfeld die in den Sensorspulen induzierten Spannungen und Ströme gegenseitig aufheben.
Einige Beispiele für planare induktive Positionssensoren aus dem Stand der Technik schließen die US-Patentveröffentlichung US 20050253576 , das US-Patent Nr. 4,507,638 , das US-Patent Nr. 6,522,128 , das US-Patent Nr. 7,196,604 und WO2002097374 ein. Ein planarer induktiver Sensor, der zwei Sensorspulen und ein Paar von Oszillatorspulen aufweist, die um die Sensorspulen gewickelt sind, ist im Anwendungshinweis AN-S1412 „Inductive Sensor Coil Design Using LX3301A“ (2017) von Microsemi Corporation of Chandler AZ offenbart.
Ein Nachteil der verfügbaren linearen induktiven planaren Positionssensoren ist, dass an den Rändern des Sensors immer ein ungleichmäßiges Magnetfeld vorhanden ist. Dieses ungleichmäßige Magnetfeld an den Rändern des Sensors bewirkt, dass in den Sensorspulen eine Offsetspannung induziert wird, die sich negativ auf die Genauigkeit des Sensors auswirkt.
Im Allgemeinen können Randeffekte in linearen Sensoren minimiert werden, indem die Sensorspulen weit von den Oszillatorspulenrändern entfernt platziert werden, jedoch ist diese Technik in platzbeschränkten Anwendungen nicht durchführbar, da sie die Größe der Sensorplatine erhöht.
Bezugnehmend zunächst auf 1 zeigt ein Diagramm ein Beispiel eines planaren induktiven linearen Positionssensors 8 nach dem Stand der Technik, der auf einem Substrat 10 ausgebildet ist, einschließlich einer Oszillatorspule mit einem Paar von Oszillatorspulensegmenten 12 und 14, die von einem Mittelabgriff aus angetrieben werden, einer Sinus-Sensorspule, die aus zwei 360°-Segmenten 16a und 16b gebildet ist, wobei das Segment 16a von der linken Seite von 1 bei 0°(sin 0° = 0) beginnt und das Segment 16b von der linken Seite von 1 bei (-sin 0°=0) beginnt und an ihren Endpunkten 42, 44 miteinander verbunden sind, eine Cosinus-Sensorspule, die aus zwei Segmenten mit entgegengesetzter Phase ausgebildet ist, die in gestrichelten Linien mit den Referenzziffern 18a und 18b dargestellt sind, wobei das Segment 18a von der linken Seite von 1 bei 0° (cos 0° = 1) beginnt und das Segment 18b von der linken Seite von 1 bei 0° (-cos 0° = -1) beginnt und an ihren Enden durch Segmente 46, 48 verbunden ist, ein bewegliches leitfähiges Messobjekt 20. Das bewegliche Messobjekt 20 ist aus einem leitfähigen Material gebildet und ist vorzugsweise aus einem Material mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium, gebildet. Die Sinus-Sensorspule 16a und 16b ist mit den Leitungen 22 und 24 dargestellt und die Cosinus-Sensorspule 18a und 18b ist mit den Leitungen 26 und 28 dargestellt.
Fachleute auf dem Gebiet der Technik werden verstehen, dass, während die in 1 dargestellte Konfiguration ein Paar von Oszillatorspulen 12 und 14 einsetzt, die zweckmäßigerweise aus einer einzigen Spule gebildet werden können, die aus der Referenzziffer 30 abgeleitet ist, von der sie durch ein Ansteuersignal angetrieben wird und die Endleitungen 32 und 34 aufweist, andere Konfigurationen aus dem Stand der Technik eine einzelne Oszillatorspule einsetzen, die durch einen geeigneten Signalgenerator angetrieben wird.
Wie im Stand der Technik bekannt, können die beiden Oszillatorspulen 12 und 14, die Sinus-Sensorspulen-Segmente 16a und 16b und die Cosinus-Sensorspulen-Segmente 18a und 18b als separate Schichten auf dem Mehrschicht-Substrat 10 unter Verwendung herkömmlicher Leiterplatten-Herstellungstechniken gebildet werden.
Die Oszillatorsignale können von einer Sensorschnittstellenschaltung erzeugt und die abgetasteten Signale können von einer Sensorschnittstellenschaltung empfangen und verarbeitet werden, beispielsweise von einer einzelnen integrierten Sensorschnittstellenschaltung 36 wie einer LX3301A induktiven Sensorschnittstellenschaltung, die von der Microsemi Corporation of Chandler, AZ erhältlich ist. Eine derartige Sensorschnittstellenschaltung kann einen Signalgeneratorabschnitt 36a einschließen, der dazu verwendet wird, das Oszillatorsignal zu erzeugen, das in die eine oder die mehreren Oszillatorspulen eingespeist wird, sowie Sensorschaltungen 36b und 36c zum Erfassen der Signale von den Sinus- bzw. Cosinus-Sensorspulen. Die Kondensatoren 38 und 40 sind jeweils zwischen den Endleitungen 32 und 34 der Oszillatorspulen 12 und 14 und Masse gekoppelt, um LC-Schwingkreise zu bilden. Ein typischer Wert für die Kondensatoren 38 und 40 kann etwa 1,2 nF betragen. Das als Vin dargestellte Oszillatorsignal wird in die Oszillatorspulensegmente 12 und 14 eingespeist, deren Enden in 1 mit dem Signalgeneratorabschnitt 36a der induktiven Sensorschnittstellenschaltung 36 an den Verbindungen Osc. 1 bzw. Osc. 2 verbunden sind, ist vorzugsweise eine Sinuswelle und die Frequenz der in die Oszillatorspulen eingespeisten Oszillatorsignale hängt nur von der Induktivität der Oszillatorspulen 12, 14 und den jeweiligen Kapazitätswerten der Kondensatoren 38 und 40 ab. Ein typischer, nicht einschränkender Oszillatorfrequenzbereich kann zwischen ca. 1 MHz und ca. 6 MHz liegen.
Die durch das bewegliche leitfähige Messobjekt 20 in einer der Sinus- oder Cosinus-Sensorspulen induzierte Spannung ist eine zeitabhängige Ableitung des magnetischen Stroms aus der Maxwell'schen Gleichung $E = - \frac{d φ B}{d t}$
Das Faraday'sche Induktionsgesetz verwendet den magnetischen Fluss ΦB durch einen von einer Drahtschleife umschlossenen Raumbereich. Der magnetische Fluss ist durch ein Flächenintegral definiert $\emptyset_{B} = \int B . d A$
An den Oszillatorspulensegmenten 12, 14 wird ein Wechselstrom Io(t) aufgebracht, durch den ein magnetisches Wechselfeld Bt(t) erzeugt wird. Das magnetische Wechselfeld Bo(t) induziert in dem beweglichen leitfähigen Messobjekt 20, das in vereinfachter Form eine geschlossene Leiterschleife ist, einen Strom It(t), der wiederum ein magnetisches Wechselfeld Bt(t) erzeugt, das dem erregenden magnetischen Wechselfeld Bt(t) entgegengesetzt ist.
Aus den sich überlagernden magnetischen Wechselfeldern Bo(t) + Bt(t) wird in jeder der Sinus- und Cosinus-Sensorspulen eine Spannung induziert, gemäß der Beziehung $\begin{array}{l} E = - \frac{d \emptyset}{d t} = - \frac{d \iint ((B_{0} (t, x, y) - B_{t (t, x, y)} d A}{d t} \\ = - \frac{d}{d t} \iint (B_{0} (t, x, y) d A + \frac{d}{d t} \iint (B_{t} (t, x, y)) d A \end{array}$
wobei A einen Oberflächenbereich der jeweiligen Sensorspule darstellt.
Es ist zu beachten, dass jede der Sensorspulen zwei Oberflächen aufweist, eine positive und eine negative Keule, die in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die in der positiven Keule induzierte Spannung ist Ep und die in der negativen Keule induzierte Spannung ist En. Daraus ergibt sich, dass bei einer Sensorspule mit symmetrischer Spulengeometrie, wie sie in 2 gut zu sehen ist, der Abschnitt der induzierten Spannung, der durch die Oszillatorspulensegmente 12, 14 verursacht wird, Null ist; das heißt $\frac{d}{d t} \int \int B_{0} (t, x, y) d A = 0$
d. h., E_p - E_n = 0
Wenn ein stromführender Leiter parallel zu einem anderen Leiter geschaltet wird, kommt es zu einer magnetischen Kopplung zwischen den beiden Leitern, wodurch eine zusätzliche induzierte Spannung entsteht. Da die Enden der Sinus-Sensorspulen-Segmente 16a und 16b, die den Endabschnitten der OszillatorspulenSegmente 12, 14 am nächsten liegen, an den Punkten 42 und 44 miteinander verbunden sind, weisen sie nur sehr wenige, wenn überhaupt, Leiter mit signifikanten Längen auf, die nahe genug sind, um parallele Leiter zu bilden, die magnetisch mit den Leitern gekoppelt sind, die die Endabschnitte der Oszillatorspulen 12 und 14 bilden.
Im Fall der Cosinus-Sensorspulen-Segmente 18a und 18b ergibt sich immer ein Randeffekt durch deren Endsegmente 46 und 48, die bereitgestellt werden, um die Cosinus-Segmente 18a und 18b an ihren Enden miteinander zu verbinden, wie in 3 zu sehen ist. Diese Endsegmente 46 und 48 sind parallel zu den Leitern ausgerichtet, welche die Endabschnitte der Oszillatorspulen 12 und 14 bilden, und werden magnetisch mit den Leitern gekoppelt, welche die Endabschnitte der Oszillatorspulen 12 und 14 bilden. Diese Kopplung führt dazu, dass von den Oszillatorspulen 12 und 14 eine zusätzliche induzierte Spannung (Ep+ΔEp) in die positiven Keulen der Cosinusspulen 18a und 18b gekoppelt wird, verglichen mit der Spannung (En), die in der negativen Keule der Cosinus-Sensorspule 18a und 18b induziert wird. Dadurch wird in der Sensorspule immer eine Offsetspannung ΔEp induziert, das heißt $\frac{d}{d t} \int \int B_{0} (t, x, y) d A \neq 0$
d. h., (E_p - ΔE_p) - E_n ≠ 0
Die asymmetrisch erzeugte Spannung an der Cosinus-Sensorspule addiert die Offset-Spannung zu der vom beweglichen Messobjekt gekoppelten Spannung. Dies erschwert die Weiterverarbeitung des Signals und führt zu erheblichen Messfehlern.
4 ist ein Amplituden-Positions-Diagramm von demodulierten Wellenformen des planaren induktiven linearen Positionssensors 8 von 1, das die von der Sinus-Sensorspule 16a und 16b erfasste Wellenform 50 und die von der Kosinus-Sensorspule 18a und 18b des Sensors von 1 erfasste Wellenform 52 anzeigt. Wie in 4 zu sehen ist, gibt es eine induzierte Offset-Spannung, die bei der Referenzziffer 54 in der demodulierten Cosinus-Wellenform 52 von 4 angegeben ist.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt ein linearer induktiver planarer Positionssensor eine hochgenaue lineare Position durch Kompensation von Randeffekten innerhalb einer optimalen Raumstruktur bereit. Randeffekte werden aufgehoben, indem die Länge der Oszillatorspulen so konfiguriert wird, dass sie innerhalb der Längskanten der Sensorspulen liegt. Die minimale Platzstruktur weist den Vorteil geringerer Kosten auf, da die Leiterplatte kleiner ist. Der lineare induktive planare Positionssensor der vorliegenden Erfindung kann auch in mehrschichtigen Leiterplatten implementiert werden.
Der lineare induktive planare Positionssensor der vorliegenden Erfindung ist robust, da er keine beweglichen elektrischen Kontakte aufweist, eine gute Leistung in Bezug auf die Temperatur aufweist und eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Staub hat. Der lineare induktive planare Positionssensor der vorliegenden Erfindung ist ein absoluter Positionssensor, was bedeutet, dass er beim Einschalten keine Bewegung benötigt, um die Position zu ermitteln.
Der lineare induktive planare Positionssensor der vorliegenden Erfindung stellt eine bessere Genauigkeit und Flächennutzung bereit, wenn er mit herkömmlichen planaren Positionssensoren verglichen wird. Der lineare induktive planare Positionssensor der vorliegenden Erfindung passt in räumlich begrenzte und kostengünstige Anwendungen. Die Anwendungen schließen Bremspedale, Hebel und Stellglieder usw. ein.
Der lineare induktive planare Positionssensor der vorliegenden Erfindung stellt eine verbesserte Genauigkeit innerhalb eines gegebenen Raums durch Aufhebung von Randeffekten bereit.
Wie bei den bisherigen linearen induktiven planaren Positionssensoren werden hochfrequente AC-Trägersignale in die eine oder die mehreren Oszillatorspulen eingespeist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein linearer induktiver planarer Positionssensor auf einem Substrat gebildet und schließt mindestens eine Schwingspule ein. Eine erste Sensorspule weist gegenüberliegende Kanten auf, die sich über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der eine lineare Position eines leitfähigen Objekts erfasst werden soll. Eine zweite Sensorspule weist gegenüberliegende Kanten auf, die sich über gegenüberliegende Kanten der Schwingspule entlang der Linearachse erstrecken. Die erste und die zweite Sensorspule weisen Geometrien auf, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist das Substrat eine gedruckte Leiterplatte.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung weist die Schwingspule die Form eines Rechtecks auf, wobei eine lange Seite des Rechtecks in Verfahrrichtung des zu verfahrenden leitfähigen Messobjekts ausgerichtet ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist die erste Sensorspule als ein erstes Segment ausgebildet, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion -sin x beginnend bei 0°, aufweist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment eine gemeinsame Achse teilen, wobei erste Enden des ersten und des zweiten Segments der ersten Sensorspule sich an einer ersten Stelle entlang der gemeinsamen Achse treffen und elektrisch miteinander verbunden sind, und zweite Enden der ersten und zweiten Segmente sich an einer zweiten Stelle entlang der gemeinsamen Achse treffen und elektrisch miteinander verbunden sind, die zweite Sensorspule als ein erstes Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x beginnend bei 0°, aufweist, ausgebildet ist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment der zweiten Sensorspule die gemeinsame Achse teilen. Erste Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule sind elektrisch miteinander verbunden und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule sind elektrisch miteinander verbunden. Eine lineare Position des Messobjekts wird als Positionen entlang der gemeinsamen Achse erfasst.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist der mindestens eine Schwingspulenkörper als zentrisch abgegriffene Spule ausgebildet, die zwei Segmente aufweist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung erstrecken sich die gegenüberliegenden Kanten der ersten und der zweiten Sensorspule jeweils über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang der linearen Achse um einen Betrag, der so ausgewählt ist, dass eine an den gegenüberliegenden Kanten der zweiten Sensorspule induzierte Offsetspannung bei Nichtvorhandensein eines Ziels aufgehoben wird.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein planares lineares induktives Positionssensorsystem auf einem Substrat gebildet und schließt mindestens eine Schwingspule ein. Eine erste Sensorspule weist gegenüberliegende Kanten auf, die sich über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der eine lineare Position eines leitfähigen Objekts erfasst werden soll. Eine zweite Sensorspule weist gegenüberliegende Kanten auf, die sich über gegenüberliegende Kanten der Schwingspule entlang der Linearachse erstrecken. Die erste und die zweite Sensorspule weisen Geometrien auf, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert. Ein Kondensator ist mit der Schwingspule gekoppelt und bildet einen LC-Resonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz. Ein Signalgenerator erzeugt ein Signal mit der Resonanzfrequenz, das mit der Oszillatorspule gekoppelt ist, und Sensorschaltungen sind mit der ersten und zweiten Sensorspule gekoppelt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist die erste Sensorspule als ein erstes Segment ausgebildet, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment eine gemeinsame Achse teilen, erste Enden des ersten und des zweiten Segments der ersten Sensorspule aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind, und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind. Die zweite Sensorspule ist als ein erstes Segment ausgebildet, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x beginnend bei 0° aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion --cos x beginnend bei 0° aufweist. Sowohl das erste als auch das zweite Segment der zweiten Sensorspule teilen sich die gemeinsame Achse. Erste Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule sind elektrisch miteinander verbunden, zweite Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule sind elektrisch miteinander verbunden. Die lineare Position des Messobjekts wird als Positionen entlang der gemeinsamen Achse erfasst.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein Verfahren zum Erfassen der linearen Position eines leitfähigen Messobjekts in Bezug auf ein Substrat das Bereitstellen einer Schwingspule auf dem Substrat, das Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Sensorspule auf dem Substrat ein, wobei die erste und die zweite Sensorspule Geometrien aufweisen, die so ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt proximal zu der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt proximal zu der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, eine Differenz in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in den ersten und zweiten Sensorspulen induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert, wobei die bereitgestellten ersten und zweiten Sensorspulen entgegengesetzte Kanten aufweisen, die sich über entgegengesetzte Kanten der oszillierenden Spule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der die lineare Position des leitfähigen Messobjekts zu erfassen ist, Erregen der Schwingspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal, Messen von in der ersten und zweiten Sensorspule induzierten Spannungen aus dem erzeugten Oszillatorsignal, und Ermitteln der Anwesenheit und der Position des leitfähigen Messobjekts als Funktion einer Differenz der in der ersten und zweiten Sensorspule induzierten Spannungen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung schließt das Bereitstellen einer Schwingspule auf dem Substrat das Bereitstellen eines Schwingkreises ein, der die Schwingspule und einen Kondensator einschließt, wobei der Schwingkreis eine Resonanzfrequenz aufweist, und das Erregen der Schwingspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal das Erregen der Schwingspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal mit der Resonanzfrequenz einschließt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung schließt das Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Sensorspule auf dem Substrat das Bereitstellen der ersten Sensorspule ein, die als ein erstes Segment in Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, ausgebildet ist, und eines gegenüberliegenden zweiten Segments in Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment eine gemeinsame Achse teilen. Erste Enden des ersten und zweiten Segments treffen an einer ersten Stelle entlang der gemeinsamen Achse aufeinander und sind dort elektrisch miteinander verbunden, und zweite Enden des ersten und zweiten Segments treffen an einer zweiten Stelle entlang der gemeinsamen Achse aufeinander und sind dort elektrisch miteinander verbunden. Bereitstellen der zweiten Sensorspule, die als ein erstes Segment in Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, ausgebildet ist, und eines gegenüberliegenden zweiten Segments in Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment der zweiten Sensorspule die gemeinsame Achse teilen, erste Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule elektrisch miteinander verbunden sind und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments elektrisch miteinander verbunden sind.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Ausführungsformen und die Zeichnung ausführlicher erläutert, bei denen:

1 eine Zeichnung ist, die einen linearen induktiven planaren Positionssensor nach dem Stand der Technik zeigt;
2 eine Zeichnung ist, die den Sinus-Sensorspulen-Abschnitt des linearen induktiven planaren Positionssensors nach dem Stand der Technik von 1 zeigt;
3 eine Zeichnung ist, die den Cosinus-Sensorspulen-Abschnitt des linearen induktiven planaren Positionssensors nach dem Stand der Technik von 1 zeigt; und
4 ein Amplituden-Positions-Diagramm von demodulierten Wellenformen des linearen induktiven planaren Positionssensors von 1 ist, das die Wellenformen zeigt, die von den Sinus- und Cosinus-Sensorspulen erfasst werden;
5 eine Zeichnung ist, in der ein linearer induktiver planarer Positionssensor gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt wird;
6 ein Amplituden-Positions-Diagramm von demodulierten Wellenformen des linearen induktiven planaren Positionssensors von 5 mit Offsetkompensation gemäß der vorliegenden Erfindung ist, das die Wellenformen zeigt, die von den Sinus- und Cosinus-Sensorspulen erfasst werden; und
7 ein Flussdiagramm ist, das ein veranschaulichendes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Fachleute werden erkennen, dass die folgende Beschreibung nur veranschaulichend und in keinerlei Weise einschränkend ist. Andere Ausführungsformen werden für diese Fachleute ohne Weiteres naheliegen.
Nun Bezug nehmend auf 5, zeigt ein Diagramm einen linearen induktiven planaren Positionssensor 60 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der lineare induktive Positionssensor 60 von 5 schließt Elemente ein, die im linearen induktiven Positionssensor 8 von 1 nach dem Stand der Technik vorliegen. Auf diese Elemente wird in 5 unter Verwendung der gleichen Referenzziffern Bezug genommen, die zur Identifizierung dieser Elemente in 1 verwendet werden, obwohl sich die relativen Geometrien dieser Elemente gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung unterscheiden.
Der lineare induktive planare Positionssensor 60 von 5 schließt eine zentrisch abgegriffene Oszillatorspule ein, die ein Paar von Oszillatorspulensegmenten 12 und 14 aufweist. Die Oszillatorspule ist vorzugsweise rechteckig geformt, wobei eine Längsseite des Rechtecks in Verfahrrichtung eines beweglichen leitfähigen Messobjekts 20 ausgerichtet ist, das von dem planaren induktiven planaren Positionssensor 60 erfasst werden soll. Eine Sinus-Sensorspule ist aus zwei komplementären 360°-Sinusfunktionssegmenten (sin x und -sin x, beide beginnend bei 0°, wobei sin 0° = -sin 0° = 0) 16a und 16b, und eine Cosinus-Sensorspule ist aus zwei komplementären 360°-Cosinusfunktionssegmenten cos x und -cos x, beide beginnend bei 0°, wobei cos 0° = 1 und -cos 0° = -1) gebildet, dargestellt in gestrichelten Linien bei den Referenzziffern 18a und 18b. Das bewegliche Messobjekt 20 ist aus einem leitfähigen Material gebildet und ist vorzugsweise aus einem Material mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium, gebildet. Wie im Stand der Technik bekannt, können die beiden Oszillatorspulen 12 und 14, die Sinus-Sensorspulen-Segmente 16a und 16b und die Cosinus-Sensorspulen-Segmente 18a und 18b als separate Schichten auf dem Mehrschicht-Substrat 10 unter Verwendung herkömmlicher Leiterplatten-Herstellungstechniken gebildet werden.
Die Sinus-Sensorspule ist mit den Leitungen 22 und 24 dargestellt und die Cosinus-Sensorspule ist mit den Leitungen 26 und 28 dargestellt. Das Paar von Oszillatorspulen 12 und 14 kann aus einer einzigen Spule gebildet sein, die einen zentralen Abgriff aus der Referenzziffer 30, von dem sie angetrieben wird, und Endleitungen 32 und 34 aufweist. Die Oszillatorsignale können von einer Sensorschnittstellenschaltung erzeugt und die abgetasteten Signale können von einer Sensorschnittstellenschaltung empfangen und verarbeitet werden, beispielsweise von einer einzelnen integrierten Sensorschnittstellenschaltung 36 wie einer LX3301A induktiven Sensorschnittstellenschaltung, die von der Microsemi Corporation of Chandler, AZ erhältlich ist. Eine derartige Sensorschnittstellenschaltung 36 kann einen Signalgeneratorabschnitt 36a einschließen, der dazu verwendet wird, das Oszillatorsignal zu erzeugen, das in die eine oder die mehreren Oszillatorspulen eingespeist wird, sowie Sensorschaltungen 36b und 36c zum Erfassen der Signale von den Sinus- bzw. Cosinus-Sensorspulen. Die Kondensatoren 38 und 40 sind jeweils zwischen den Endleitungen 32 und 34 der Oszillatorspulen 12 und 14 und Masse gekoppelt, um LC-Schwingkreise zu bilden. Ein typischer Wert für die Kondensatoren 38 und 40 kann etwa 1,2 nF betragen. Das in die Oszillatorspulen 12 und 14 eingespeiste Oszillatorsignal ist vorzugsweise eine Sinuswelle und die Frequenz der in die Oszillatorspulen eingespeisten Oszillatorsignale ist nur von der Induktivität der Oszillatorspulen und den jeweiligen Kapazitätswerten der Kondensatoren 38 und 40 abhängig. Ein typischer, nicht einschränkender Oszillatorfrequenzbereich kann zwischen ca. 1 MHz und ca. 6 MHz liegen.
Wie beim linearen induktiven Positionssensor 8 nach dem Stand der Technik von 1 sind die Enden der Sinussegmente 16a und 16b, die den Endabschnitten der Oszillatorspulen am nächsten liegen, im linearen induktiven Positionssensor 60 von 5 an den Punkten 42 und 44 miteinander verbunden. In ähnlicher Weise sind die Enden der Cosinussegmente 18a und 18b an den Endsegmenten 46 und 48 miteinander verbunden.
Wie beim linearen induktiven planaren Positionssensor 8 nach dem Stand der Technik von 1 sind die Enden der Sinus-Sensorspulen-Segmente 16a und 16b, die den Endabschnitten der Oszillatorspulen am nächsten sind, an den Punkten 42 und 44 miteinander verbunden, und sie weisen nur sehr wenige, wenn überhaupt, Leiter auf, die signifikante Längen aufweisen, die nahe genug sind, um parallele Leiter zu bilden, die mit den Leitern, die die Endabschnitte der Oszillatorspulen 12 und 14 bilden, magnetisch gekoppelt sind.
Bei dem linearen induktiven planaren Positionssensor 60 von 5 wird durch den Randeffekt der Cosinus-Sensorspulen-Segmente 18a und 18b, der sich aus deren Endsegmenten 46 und 48 ergibt, die bereitgestellt werden, um die gegenüberliegenden Cosinus-Segmente 18a und 18b an ihren Enden miteinander zu verbinden, ebenfalls eine Spannung ΔEp/2 an jedem Ende des Sensors induziert. Diese durch das Vorhandensein der Endsegmente 46 und 48 induzierten Spannungen werden kompensiert, indem die zusätzliche induzierte Spannung (Ep+ΔEp), die von den Oszillatorspulen 12 und 14 in die positiven Keulen der Cosinusspulen 18a und 18b gekoppelt wird, aufgehoben wird. Dies wird erreicht, indem die Oszillatorspulen 12 und 14, wie in 5 dargestellt, um eine Strecke d gekürzt werden, wodurch ihre Außenkanten innerhalb der Endsegmente 46 und 48 der Cosinus-Sensorspulen-Segmente 18a und 18b liegen. Es ist zu beachten, dass d in Bezug auf die Endsegmente 46, 48 und nicht in Bezug auf die Platzierung nach dem Stand der Technik definiert ist. Diese Verkürzung induziert an jeder Kante des Sensors eine zusätzliche entgegengesetzte Offsetspannung ΔEn/2. Bei dem Abstand d ist die Größe der zusätzlichen entgegengesetzten Offsetspannung ΔEn/2 gleich und entgegengesetzt zu der Offsetspannung ΔEp/2, die an den Kanten des Sensors induziert wird, wenn das bewegliche Ziel nicht vorliegt. An den Ausgängen der Cosinus-Sensorspulen wird eine Nullsummenspannung ausgegeben. $\frac{d}{d t} \int \int B_{0} (t, x, y) d A = 0$
d. h., (E_p + ΔE_p) - (E_n + ΔE_n) = 0
Die genaue Verkürzung der Oszillatorspulen gemäß der vorliegenden Erfindung ist abhängig von der Geometrie des zu kompensierenden Einzelsensors und muss für jeden einzelnen Fall bestimmt werden. Der Abstand d, um den die Oszillatorspulen von den Kanten der Cosinusspulen nach innen verschoben werden, hängt von vielen Faktoren ab, die die Spulengeometrie und die Zielgröße einschließen. Der Abstand d sollte für jeden Fall abgestimmt werden, um den Offset zu kompensieren, da der Sensor eine sehr komplexe elektromagnetische Struktur ist, so dass es keinen direkten mathematischen Zusammenhang zwischen d und der Geometrie des Sensors gibt. Beispielsweise kompensiert bei einem Sensor mit Cosinusspulen, die eine Breite von 55 mm aufweisen, unter Verwendung eines Messobjekts mit einer Breite von 10,5 mm ein Abstand d von 1,24 mm den Offsetfehler.
6 ist ein Amplituden-Positions-Diagramm von demodulierten Wellenformen des linearen induktiven planaren Positionssensors 60 von 5 mit Offsetkompensation gemäß der vorliegenden Erfindung, das die Wellenformen zeigt, die von den Sinus- und Cosinus-Sensorspulen erfasst werden. Die Wellenform 62 wird von der Sinus-Sensorspule 16a und 16b und die Wellenform 64 von der Cosinus-Sensorspule 18a und 18b des linearen induktiven planaren Positionssensors 60 von 5 erfasst. Wie in 5 zu sehen ist, gibt es keine induzierte Offsetspannung in der demodulierten Cosinus-Wellenform 64 von 5.
Nun Bezug nehmend auf 7 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein veranschaulichendes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Verfahren beginnt mit Referenzziffer 70.
Unter der Referenzziffer 72 wird ein Substrat bereitgestellt. Unter der Referenzziffer 74 wird eine Schwingspule auf dem Substrat bereitgestellt. Unter den Referenzziffern 76 und 78 sind eine erste und eine zweite Sensorspule auf dem Substrat bereitgestellt, wobei die erste und die zweite Sensorspule Geometrien aufweisen, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Oszillatorspule erzeugten Magnetfelds induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt proximal zu der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt proximal zu der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert, wobei die erste und zweite Sensorspule entgegengesetzte Kanten aufweisen, die sich über entgegengesetzte Kanten der Oszillatorspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der die lineare Position des leitfähigen Messobjekts zu erfassen ist. Unter der Referenzziffer 80 wird die Oszillatorspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal angeregt. Unter der Referenzziffer 82 werden die Spannungen gemessen, die in der ersten und der zweiten Sensorspule durch das erzeugte Oszillatorsignal induziert werden. Unter der Referenzziffer 84 werden das Vorhandensein und die Position des leitfähigen Messobjekts in Abhängigkeit von einer Differenz der in der ersten und zweiten Sensorspule induzierten Spannungen ermittelt.
Das Verfahren endet an Referenzziffer 86.
Wenngleich die Ausführungsformen und Anwendungen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, wäre für den Fachmann ersichtlich, dass viel mehr Modifikationen als die oben angegebenen möglich sind, ohne von den erfindungsgemäßen Konzepten abzuweichen. Die Erfindung ist daher außer hinsichtlich des Grundgedankens der beigefügten Ansprüche als nicht eingeschränkt anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20050253576 [0006]
US 4507638 [0006]
US 6522128 [0006]
US 7196604 [0006]
WO 2002097374 [0006]

Claims

Planarer linearer induktiver Positionssensor, umfassend: ein Substrat; mindestens eine Schwingspule; eine erste Sensorspule mit gegenüberliegenden Kanten, die sich über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der eine lineare Position eines leitfähigen Objekts erfasst werden soll; eine zweite Sensorspule mit gegenüberliegenden Kanten, die sich über gegenüberliegende Kanten der Schwingspule entlang der Linearachse erstrecken; wobei die erste und die zweite Sensorspule Geometrien aufweisen, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert.
Planarer linearer induktiver Positionssensor nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine gedruckte Leiterplatte ist.
Planarer linearer induktiver Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Oszillatorspule die Form eines Rechtecks aufweist, wobei eine lange Seite des Rechtecks in der Verfahrrichtung des leitfähigen Messobjekts ausgerichtet ist, das erfasst werden soll.
Planarer linearer induktiver Positionssensor nach Anspruch 1, wobei: die erste Sensorspule als ein erstes Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment eine gemeinsame Achse teilen, wobei erste Enden des ersten und des zweiten Segments der ersten Sensorspule aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind, und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind, die zweite Sensorspule als ein erstes Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, aufweist, ausgebildet ist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment der zweiten Sensorspule die gemeinsame Achse teilen, wobei erste Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule elektrisch miteinander verbunden sind und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule elektrisch miteinander verbunden sind; und wobei eine lineare Position des Messobjekts als Positionen entlang der gemeinsamen Achse erfasst wird.
Planarer linearer induktiver Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Schwingspule als eine mittig abgegriffene Spule ausgebildet ist, die zwei Segmente aufweist.
Planarer linearer induktiver Positionssensor nach Anspruch 1, wobei sich die gegenüberliegenden Kanten der ersten und der zweiten Sensorspule jeweils über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang der linearen Achse um einen Betrag erstrecken, der so ausgewählt ist, dass er eine an den gegenüberliegenden Kanten der zweiten Sensorspule induzierte nicht-vorhandene Offsetspannung aufhebt.
Planarer linearer induktiver Positionssensor, umfassend: ein Substrat; eine Schwingspule; eine erste Sensorspule mit gegenüberliegenden Kanten, die sich über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der eine lineare Position eines leitfähigen Objekts erfasst werden soll; eine zweite Sensorspule mit gegenüberliegenden Kanten, die sich über gegenüberliegende Kanten der Schwingspule entlang der Linearachse erstrecken; wobei die erste und die zweite Sensorspule Geometrien aufweisen, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfeldes induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt in der Nähe der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert; einen Kondensator, der mit der Schwingspule gekoppelt ist und einen LC-Resonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz bildet; einen Signalgenerator, der ein Signal mit der Resonanzfrequenz erzeugt, gekoppelt an die Oszillatorspule; und Sensorschaltungen, die mit der ersten und der zweiten Sensorspule gekoppelt sind.
Planares lineares induktives Positionssensorsystem nach Anspruch 7, wobei das Substrat eine gedruckte Leiterplatte ist.
Planares lineares induktives Positionssensorsystem nach Anspruch 7, wobei: die erste Sensorspule als ein erstes Segment ausgebildet ist, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment eine gemeinsame Achse teilen, erste Enden des ersten und des zweiten Segments der ersten Sensorspule aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind, und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind; die zweite Sensorspule als ein erstes Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, aufweist, ausgebildet ist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment der zweiten Sensorspule die gemeinsame Achse teilen, wobei erste Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule elektrisch miteinander verbunden sind und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule elektrisch miteinander verbunden sind; und wobei eine lineare Position des Messobjekts als Positionen entlang der gemeinsamen Achse erfasst wird.
Planares lineares induktives Positionssensorsystem nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Schwingspule als eine mittig abgegriffene Spule ausgebildet ist.
Planares lineares induktives Positionssensorsystem nach Anspruch 10, wobei der Kondensator, der mit der Schwingspule gekoppelt ist, um einen resonanten LC-Kreis bei einer Resonanzfrequenz zu bilden, umfasst: einen ersten Kondensator, der mit einem ersten Ende der mittig abgegriffenen Spule gekoppelt ist; und einen zweiten Kondensator, der mit einem zweiten Ende der mittig abgegriffenen Spule gekoppelt ist.
Planares lineares induktives Positionssensorsystem nach Anspruch 7, wobei sich die gegenüberliegenden Kanten der ersten und der zweiten Sensorspule jeweils über die gegenüberliegenden Kanten der Schwingspule entlang der linearen Achse um einen Betrag erstrecken, der so ausgewählt ist, dass er eine an den gegenüberliegenden Kanten der zweiten Sensorspule induzierte nicht-vorhandene Offsetspannung aufhebt.
Verfahren zum Erfassen der linearen Position eines leitfähigen Messobjekts in Bezug auf ein Substrat, umfassend: Bereitstellen einer Schwingspule auf dem Substrat; Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Sensorspule auf dem Substrat, wobei die erste und die zweite Sensorspule Geometrien aufweisen, die derart ausgewählt sind, dass gleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule bei Vorhandensein eines von der Schwingspule erzeugten Magnetfelds induziert werden, wenn sich kein leitfähiges Messobjekt proximal zu der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, und ungleiche entgegengesetzte Magnetfelder in der ersten und der zweiten Sensorspule induziert werden, wenn sich das leitfähige Messobjekt proximal zu der ersten und der zweiten Sensorspule befindet, wobei ein Unterschied in den ungleichen entgegengesetzten Magnetfeldern, die in der ersten und zweiten Sensorspule induziert werden, mit der Position des leitfähigen Messobjekts korreliert, wobei die bereitgestellte erste und zweite Sensorspule entgegengesetzte Kanten aufweisen, die sich über entgegengesetzte Kanten der Schwingspule entlang einer linearen Achse erstrecken, entlang der die lineare Position des leitfähigen Messobjekts zu erfassen ist; Erregen der Schwingspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal; Messen der in der ersten und der zweiten Sensorspule induzierten Spannungen aus dem erzeugten Oszillatorsignal; und Bestimmen des Vorhandenseins und der Position des leitfähigen Messobjekts in Abhängigkeit von einer Differenz der in der ersten und zweiten Sensorspule induzierten Spannungen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bereitstellen einer Schwingspule auf dem Substrat das Bereitstellen eines Schwingkreises umfasst, der die Schwingspule und einen Kondensator einschließt, wobei der Schwingkreis eine Resonanzfrequenz aufweist; und wobei das Erregen der Schwingspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal das Erregen der Schwingspule mit einem erzeugten Oszillatorsignal bei der Resonanzfrequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Sensorspule auf dem Substrat umfasst: Bereitstellen der ersten Sensorspule, die als ein erstes Segment ausgebildet ist, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, und ein gegenüberliegendes zweites Segment, das die Form eines 360°-Zyklus einer Sinusfunktion sin x, beginnend bei 0°, aufweist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment eine gemeinsame Achse teilen, erste Enden des ersten und des zweiten Segments der ersten Sensorspule aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind, und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments aufeinandertreffen und elektrisch miteinander verbunden sind; und Bereitstellen der zweiten Sensorspule, die als ein erstes Segment in Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, ausgebildet ist, und eines gegenüberliegenden zweiten Segments in Form eines 360°-Zyklus einer Cosinusfunktion cos x, beginnend bei 0°, wobei sowohl das erste als auch das zweite Segment der zweiten Sensorspule die gemeinsame Achse teilen, erste Enden des ersten und des zweiten Segments der zweiten Sensorspule elektrisch miteinander verbunden sind und zweite Enden des ersten und des zweiten Segments elektrisch miteinander verbunden sind.