專利名稱：具有共模修正線圈和簡(jiǎn)化信號(hào)調(diào)整的電感位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量可移動(dòng)部件如繞軸旋轉(zhuǎn)節(jié)流踏板的位 置的非接觸型電感傳感器。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車輛如汽車具有控制引擎速度的使用者操縱的控制。典 型地，使用者操縱的控制包括踏板臂，在該踏板臂的較低端部具有腳 踏板，其通常被稱為加速器踏板。加速器踏板提供節(jié)流控制信號(hào)，該 節(jié)流控制信號(hào)從加速器踏板被傳輸?shù)脚c引擎相連的引擎節(jié)流控制。常 規(guī)地，在加速器踏板與引擎節(jié)流控制之間具有機(jī)械連接，并且節(jié)流控 制信號(hào)是機(jī)械信號(hào)。然而，近來存在朝著電控的節(jié)流控制系統(tǒng)發(fā)展發(fā) 展的趨勢(shì)，該電控節(jié)流控制系統(tǒng)有時(shí)被稱為電傳操縱系統(tǒng)(fly-by-wire system),在該系統(tǒng)中，加速器踏板或其它使用者操縱的控制與引擎節(jié) 流控制處于電通信，節(jié)流控制信號(hào)是電子信號(hào)。對(duì)于商業(yè)可接受性， 此類電子節(jié)流控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是可靠的且制造成本不會(huì)太高。

發(fā)明內(nèi)容
用于確定可移動(dòng)部件的部件為中的裝置包括發(fā)射線圈，當(dāng) 該發(fā)射線圈被電能源激勵(lì)時(shí)，該發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁輻射； 一個(gè)或多于 一個(gè)鄰近所述發(fā)射線圈布置的接收線圈，當(dāng)所述發(fā)射線圈由于接收線 圈與發(fā)射線圈之間的電感耦合而被激勵(lì)時(shí)，所述接收線圈產(chǎn)生接收信 號(hào)；和耦合器元件。該耦合器元件是可移動(dòng)的，并且具有與所述部件 位置相互關(guān)聯(lián)的耦合器元件位置，例如通過機(jī)械連接或其它機(jī)械耦合。
耦合器元件修改發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合，使得接收信號(hào) 與部件位置發(fā)生關(guān)聯(lián)，并且耦合器元件可以是金屬板、導(dǎo)電回路或者 包括多于一個(gè)導(dǎo)電回路。耦合器元件的旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn)動(dòng)可以用來修改發(fā)射線圈與接 收線圈之間的電感耦合，例如通過修改自接收線圈得到的參考信號(hào)， 通過修改發(fā)射線圈與接收線圈之間的通量耦合為耦合器元件角位置的 函數(shù)。耦合器元件位置可以與踏板位置發(fā)生關(guān)聯(lián)，例如踏板移動(dòng)被機(jī) 械耦合至耦合器元件的角位置?？梢杂袃蓚€(gè)或多個(gè)接收線圈，并且線 圈的輸出結(jié)合起來延伸傳感器的角度或位置范圍。角范圍或其它位置 范圍可以被分為分段，其中各分段的接收信號(hào)根據(jù)該分段的角范圍進(jìn) 行選擇。通過保留分段歷史的軌跡，延伸的角范圍和多圈傳感器得以 發(fā)展。當(dāng)發(fā)射線圈由于發(fā)射線圈與參考線圈之間的電感耦合而被 激勵(lì)時(shí)，參考線圈產(chǎn)生參考信號(hào)，該參考信號(hào)基本獨(dú)立耦合器元件位 置。所述參考信號(hào)可以用來補(bǔ)償與耦合器元件位置變化無關(guān)的接收信 號(hào)的任何變化，例如由于共模因子如溫度、發(fā)射器的激勵(lì)電壓以及相 關(guān)線圈和耦合器分離的變化所引起的?？梢蕴峁╇娮与娐芬孕纬捎?jì)量 比信號(hào)(ratiometric signal),該計(jì)量比信號(hào)為接收信號(hào)與參考信號(hào)之比。 計(jì)量比信號(hào)對(duì)旋轉(zhuǎn)耦合器元件的角位置敏感，但對(duì)共模因子不敏感。 旋轉(zhuǎn)耦合器元件與線圈組件之間的間隙距離也可以利用參考線圈來補(bǔ) 償。在示例裝置中，輸出信號(hào)源自在位置范圍的第一分段之內(nèi)的 第一接收信號(hào)，以及源自在位置范圍的第二分段之內(nèi)的第二接收信號(hào)。 更多的接收信號(hào)(來自其它接收線圈，或者第一和第二接收信號(hào)的反轉(zhuǎn) 形式)可以被用于其它分段。對(duì)于各分段，優(yōu)選具有至少一個(gè)接收信號(hào)， 其允許輸出信號(hào)與要得到的位置具有良好的線性關(guān)系。分段歷史可以 被追蹤并存儲(chǔ)，并且所存儲(chǔ)的分段信息被用于選擇最好的接收信號(hào)來 使用。所選擇的接收信號(hào)可以選自一組非反轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)接收信號(hào)。輸出
信號(hào)與在位置范圍之內(nèi)(例如，e度的位置角范圍)的部件位置呈基本 線性關(guān)系，輸出電壓根據(jù)位置范圍的分段通過調(diào)整值來調(diào)整，使得在 一個(gè)分段內(nèi)的輸出電壓平滑地轉(zhuǎn)變?yōu)猷徑侄沃畠?nèi)的輸出電壓。對(duì)于 可轉(zhuǎn)動(dòng)的傳感器，隨著位置角范圍由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件具有多圈或多匝而重 復(fù)，輸出可以是鋸齒形的。


圖1A圖解說明參考線圈；圖IB圖解說明包含分段電子導(dǎo)體的耦合器元件;
岡圖2顯示一對(duì)接收線圈；圖3顯示從中可以選擇線性分段的傳感器輸出信圖4顯示由多于一個(gè)線性分段組成的線性輸出信
岡圖5顯示可以被用于限制線性分段的交叉點(diǎn)；
網(wǎng)圖6顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，以及信號(hào)流動(dòng)；和
罔圖7顯示多圈傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例包括電感位置傳感器，其適合用在機(jī)動(dòng)車輛 的節(jié)流踏板位置檢測(cè)器中，或者其它可移動(dòng)物體的位置處。在代表性 的實(shí)施例中，所述傳感器包括發(fā)射線圈和接收線圈，它們都通過印刷 電路技術(shù)在印刷電路板上形成。當(dāng)發(fā)射線圈例如通過交流電源被激勵(lì) 或通電時(shí)(例如，通過可替換的電流源)，發(fā)射線圈與接收線圈之間的 電感耦合誘發(fā)接收信號(hào)。連接在可移動(dòng)物體上的耦合器元件空間修改 發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合，使得接收信號(hào)可被用于找到可 移動(dòng)物體的位置。電感位置傳感器可以包括由交流電源驅(qū)動(dòng)的發(fā)射線圈或激 勵(lì)線圈；用于產(chǎn)生電感信號(hào)的接收或撿拾線圈(pickup coil),其響應(yīng) 由所述發(fā)射線圈產(chǎn)生的時(shí)間變化磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)；以及鄰近所述線圈 安置的導(dǎo)電元件，使得時(shí)間變化磁場(chǎng)在耦合器元件中產(chǎn)生渦流，其將 在接收器中感應(yīng)的電流修改為耦合器元件位置的函數(shù)。耦合器元件可以被連接至位置要進(jìn)行測(cè)量的可移動(dòng)部件，如 機(jī)動(dòng)車輛的節(jié)流踏板，使得耦合器的角(或旋轉(zhuǎn))位置是節(jié)流元件的 位置的函數(shù)。因此，在接收器或撿拾線圈中感應(yīng)的電壓是變化的；通 過檢測(cè)接收到的電壓，耦合器元件的位置以及因此節(jié)流板的位置是可
以確定的。該信號(hào)可用于控制車輛引擎的速度。 概括描述示例電感位置傳感器包括連接至激勵(lì)交流電源的發(fā)射線圈 和接收線圈。所述發(fā)射線圈和接收線圈被支撐在與線圈組件相同的印 刷電路板上，或者是基本共面的，或者在同一板的不同側(cè)面或?qū)由稀?可移動(dòng)的耦合器元件鄰近所述板被支撐，并修改發(fā)射線圈與接收線圈 之間的電感耦合。在一個(gè)示例中，耦合器元件圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述 旋轉(zhuǎn)軸可以是發(fā)射線圈和接收線圈之一或兩者的中心軸。通過修改發(fā) 射線圈與接收線圈之間的電感耦合，耦合器元件位置可修改由發(fā)射線 圈感生的接收信號(hào)的振幅。更多的示例描述在我們同時(shí)待審的美國(guó)專
利申請(qǐng)KSR-12902中。接收信號(hào)的振幅是耦合器元件與印刷電路板之間的間隙的 函數(shù)，其在生產(chǎn)情況下在某種程度上固有地變化。為修正由間隙變化 所產(chǎn)生的接收信號(hào)以及其它共模信號(hào)，如激勵(lì)器變化或電源電壓變化、 EMC變化或溫度變化，可以使用參考線圈，其可以在與發(fā)射線圈和接 收線圈相同的印刷電路板上形成。參考線圈接收與接收線圈相同的信 號(hào)，但是其以某種方式被設(shè)定，使得參考信號(hào)對(duì)耦合器元件的旋轉(zhuǎn)位 置的變化不敏感。信號(hào)調(diào)節(jié)電路(或信號(hào)調(diào)節(jié)器)接收接收信號(hào)和參 考信號(hào)，并形成比信號(hào)(ratio signal),代表接收信號(hào)和參考信號(hào)之比。 比信號(hào)與耦合器元件位置相關(guān)聯(lián)，但在合理的變化內(nèi)可以基本獨(dú)立于 間隙變化和其它共模因子，如在下面進(jìn)一步討論的。印刷電路板可以被配置為具有電能的輸入以及提供接收信 號(hào)和參考信號(hào)的輸出?？蛇x地，在該板上的電路可以被用于產(chǎn)生比信 號(hào)，其為接收信號(hào)與參考信號(hào)之比。信號(hào)處理電路可以被用于由參考 信號(hào)來分開接收信號(hào)，以便基本消除并非耦合位置的函數(shù)的信號(hào)變化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電感傳感器包括連接至交流電源如 Colpitts振蕩器的發(fā)射線圈(其也被稱為激勵(lì)線圈)、接收線圈和所支撐 的耦合器元件，所述耦合器元件與發(fā)射線圈和接收線圈物理關(guān)聯(lián)，使 得耦合器元件的位置影響發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合的強(qiáng) 度。由接收線圈提供的接收信號(hào)可以與耦合器元件的位置發(fā)生關(guān)聯(lián)。發(fā)射線圈發(fā)射線圈可以是常規(guī)圓線圈設(shè)計(jì)的一個(gè)或多于一個(gè)回路，或 者可以使用其它構(gòu)造。發(fā)射線圈，也被稱為激勵(lì)線圈，是通過交流電
源激勵(lì)的。激勵(lì)源或交變流可以是電子振蕩器，如Colpitis振蕩器，或
者其它電子振蕩器。當(dāng)通過電能激勵(lì)時(shí)，發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)。在發(fā)射線圈與任 何其它最近的線圈之間存在電感耦合，其在該線圈中的誘發(fā)一信號(hào)。 發(fā)射線圈可以是具有一匝或多于一匝的圓線圈。激勵(lì)信號(hào)通過交流電 源被提供給發(fā)射線圈。發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合在接收線
圈中產(chǎn)生接收信號(hào)。
耦合器元件耦合器元件修改發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合。耦合 器元件不需要被放置在發(fā)射線圈與接收線圈之間，盡管如果那是方便 的構(gòu)造，它可以放置在發(fā)射線圈與接收線圈之間。此外，耦合器元件 不需要修改發(fā)射線圈與接收線圈之間的全部通量耦合，但可以僅修改 通量耦合的空間分布。耦合器元件如果是導(dǎo)電板也可以被稱為渦流板。耦合器元件可以是導(dǎo)電元件，其形狀通常是平面的，并且其 可以包括一個(gè)或多于一個(gè)放射狀延伸的波瓣，以及可以被支撐著圍繞 發(fā)射和接收線圈的中心線旋轉(zhuǎn)，其一個(gè)或多于一個(gè)波瓣與印刷電路板 平行且與印刷電路板緊密隔開。波瓣的構(gòu)造可以主要取決于接收線圈 的構(gòu)造。耦合器元件連接至或者機(jī)械耦合至可移動(dòng)的物體，使得其旋 轉(zhuǎn)位置是該可移動(dòng)物體的位置的函數(shù)。在下面進(jìn)一步討論的接收線圈 的構(gòu)造可以使得電壓在接收線圈的輸出處產(chǎn)生，其為耦合器元件位置 的函數(shù)。在示例車輛應(yīng)用中，耦合器元件連接至或者機(jī)械耦合至可移 動(dòng)踏板臂或其它車輛控制臂，使得其旋轉(zhuǎn)位置為可移動(dòng)臂的位置的函 數(shù)。耦合器元件可以具有相對(duì)于接收線圈的初始位置，在該處接 收器信號(hào)最小。隨著耦合器元件從初始位置移動(dòng)，其修改發(fā)射線圈與 接收線圈之間的電感耦合。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在耦合器元件的初
始構(gòu)造中，接收線圈內(nèi)的感生電勢(shì)具有類似的量級(jí)和相反相位，因此， 它們趨于抵消掉。隨著耦合器元件旋轉(zhuǎn)，發(fā)射線圈與第一回路構(gòu)造之 間的電感耦合被修改，接收線圈內(nèi)的感生電勢(shì)不再抵消，因此接收信 號(hào)增加。
接收線圈 —個(gè)或多于一個(gè)接收信號(hào)由具有差動(dòng)結(jié)構(gòu)的接收線圈(一個(gè)
或多于一個(gè))提供。接收信號(hào)可含有來自各種電勢(shì)的貢獻(xiàn)，所述電勢(shì) 通過通量耦合至發(fā)射線圈而在回路構(gòu)造中被感生。接收線圈可以包括 分別提供第一和第二電勢(shì)的第一回路構(gòu)造和第二回路構(gòu)造以及線圈構(gòu) 造，使得這些電勢(shì)在缺乏耦合器元件時(shí)可抵消。在耦合器元件存在時(shí)， 根據(jù)耦合器元件的角位置，第一和第二電勢(shì)被不同地修改。例如，第一和第二回路構(gòu)造可被配置為產(chǎn)生具有相反相位的 信號(hào)，接收信號(hào)為第一和第二信號(hào)的組合，因此當(dāng)?shù)谝缓偷诙盘?hào)具 有相似量級(jí)時(shí)，接收信號(hào)具有最小值。接收信號(hào)也可以被稱為差動(dòng)信 號(hào)，因?yàn)榻邮招盘?hào)的量級(jí)是在第一回路構(gòu)造中感生的第一信號(hào)振幅與 第二回路構(gòu)造中感生的第二信號(hào)振幅之間的差，這樣的構(gòu)造被稱為差 動(dòng)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，接收線圈可以從單獨(dú)的回路結(jié)構(gòu) 提供單獨(dú)的第一和第二信號(hào)至電子電路進(jìn)行處理。單一接收線圈的第一和第二回路構(gòu)造可以被構(gòu)造以提供通 過接收線圈的特定磁通量變化的相反極性的第一和第二電壓。接收線 圈可以被構(gòu)造以使在耦合器元件不存在時(shí)第一和第二信號(hào)趨于彼此抵 消。耦合器元件也可以具有零位置，在該零位置，其相等地阻礙到達(dá) 第一回路構(gòu)造和第二回路構(gòu)造的通量發(fā)射，以使第一信號(hào)和第二信號(hào) 有效地相互抵消。隨著耦合器元件相對(duì)于初始位置在第一方向移動(dòng)， 其阻礙更多感生第二信號(hào)的磁通量，而同時(shí)，阻礙較少感生第一信號(hào) 的磁通量。因此，第一信號(hào)的量級(jí)升高，第二信號(hào)的量級(jí)降低，以及 接收信號(hào)的量級(jí)升高。耦合器元件也可以在第二方向移動(dòng)，其中第二 信號(hào)的量級(jí)升高，而第一信號(hào)的量級(jí)降低。
延長(zhǎng)的角范圍和多匝線圈本發(fā)明的實(shí)施例也包括延長(zhǎng)的角范圍傳感器如多圈傳感器。 多雜傳感器可以包括多個(gè)接收線圈，例如，使用兩個(gè)或多個(gè)相互具有
角偏移的多級(jí)線圈。傳感器可以包括具有ASIC模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)的電
子模塊。該電子模塊可以包括支撐線圈如參考線圈、 一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)接 收線圈以及發(fā)射線圈的印刷電路板，其通過交流電源激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生電磁 場(chǎng)。對(duì)于多圈傳感，可以針對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)(或者某旋轉(zhuǎn)角的倍數(shù))調(diào)整虛擬
接地(virtual ground),而傳感器的旋轉(zhuǎn)歷史通過邏輯棧來控制。對(duì)于 使用哪個(gè)接收信號(hào)的決定是通過邏輯電路決定。當(dāng)達(dá)到預(yù)定信號(hào)電壓 時(shí)，使用多路轉(zhuǎn)換器來選擇多個(gè)接收線圈中的一個(gè)。例如，使用3極耦合器元件，單個(gè)接收線圈的角范圍可以近 似為30度。虛擬接地電平可根據(jù)該角范圍的倍數(shù)來設(shè)定。傳感器系統(tǒng) 的角范圍可以是120度，其中使用三個(gè)接收線圈和分段控制。旋轉(zhuǎn)歷 史可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，例如使用具有鏈接的名單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的棧操作。 可以使用虛擬接地調(diào)節(jié)器，其與用于坪區(qū)電壓調(diào)整的類似。輸出電源可能不完全線性依賴于位置。可以定義可用的線性 范圍，外推到虛擬接地，其相對(duì)于真正的接地可以是負(fù)壓?？梢詫⒈?信號(hào)形成為(接收信號(hào)+A)/(參考信號(hào)+B)，其中參考信號(hào)和接收信號(hào)指 的是例如分別通過解調(diào)和低通濾波接收和參考信號(hào)而得到的直流電 壓。A和B指的是虛擬接地修正，原因在于假定稍微非線性響應(yīng)為線 性?？捎镁€性范圍的寬度可通過準(zhǔn)確度規(guī)范來確定。修正項(xiàng)A和B有 可能非常類似，并且對(duì)于A和B可以使用相同值。輸出電壓范圍可以被鉗制到上平臺(tái)和下平臺(tái)。調(diào)節(jié)或微調(diào)被 用來利用調(diào)節(jié)電阻將增益斜率調(diào)節(jié)至期望值?？梢允褂秒娮璧募す馕?調(diào)，例如通過燒掉碳條，或者在一些應(yīng)用中也可以使用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)滑 臂可變電阻。在汽車電子節(jié)流控制應(yīng)用中，該調(diào)節(jié)步驟可以在工廠調(diào) 節(jié)期間被一次完成。當(dāng)使用計(jì)量比傳感時(shí)，這可能是非常有效的。圖1A圖解說明了具有差動(dòng)結(jié)構(gòu)的參考線圈10。對(duì)于通過線 圈平面的磁通量變化，具有相反旋向性的電勢(shì)在線圈的內(nèi)圈12和外圈 14中被感生。在徑向結(jié)構(gòu)如16上幾乎沒有電勢(shì)產(chǎn)生。因?yàn)閮?nèi)圈具有比 外部回路更小的直徑，所以需要更多的內(nèi)圈，以抵消在外圈(一個(gè)或 多于一個(gè))中感生的電勢(shì)。如果參考線圈具有外徑Do和內(nèi)徑Di.T，當(dāng)移去耦合器元件時(shí)，參考線圈的構(gòu)造允許參考輸出為零。在輸出(18) 處的參考信號(hào)由在內(nèi)圈(一個(gè)或多于一個(gè))中產(chǎn)生的電勢(shì)和在外圈(一 或多于一個(gè))中產(chǎn)生的相反電勢(shì)引起。當(dāng)鄰近參考線圈放置時(shí)，耦合 器元件阻斷了部分到外圈導(dǎo)致得到的參考信號(hào)的電感耦合。參考信號(hào) 基本獨(dú)立耦合器元件的旋轉(zhuǎn)位置，但對(duì)耦合器元件與參考線圈之間的 間隙敏感，對(duì)小間隙的靈敏性更大?？梢栽O(shè)計(jì)參考線圈，使得在線圈 構(gòu)造的徑向部分的感生信號(hào)抵消。近似公式，其假定均勻通量是niD^二noDo2，其中nj是內(nèi)圈 的數(shù)目，n。是外圈的數(shù)目。在該實(shí)施例中，參考線圈具有一個(gè)外圈和 兩個(gè)內(nèi)圈。在構(gòu)建的設(shè)備中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通量強(qiáng)度朝向外圓周更強(qiáng)。示 例線圈具有直徑為17.7mm的兩個(gè)內(nèi)圈(或具有直徑為14.4mm的3個(gè) 內(nèi)圈)和直徑為25mm的外圈。參考線圈可以用試驗(yàn)方法來調(diào)整，使得 當(dāng)耦合器元件被分開時(shí)存在一個(gè)零參考信號(hào)，以及當(dāng)耦合器接近參考 線圈時(shí)存在一個(gè)最大的信號(hào)。在某些情況下，當(dāng)耦合器被移走以便針 對(duì)有效的間隙匹配相同的特征曲線時(shí)，其不必為零，這在一些應(yīng)用中 可能是有用的。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，提供了優(yōu)選具有差動(dòng)構(gòu)造的參考 線圈，其提供基本獨(dú)立耦合器元件位置的參考信號(hào)。然而，參考信號(hào) 易受相同因子的影響，所述因子通常可以被稱為共模因子，它們影響 接收信號(hào)的強(qiáng)度。共模因子可以包括下列因子中的一個(gè)或多于一個(gè) 耦合器元件與發(fā)射(或接收)線圈之間的耦合間隙、施加在發(fā)射線圈 的激勵(lì)電壓中的變化、誘發(fā)接收器噪聲的環(huán)境電磁場(chǎng)、溫度變化以及 類似因子?？梢孕?zhǔn)電感傳感器，使得傳感器采用獨(dú)立于傳感器形式上 的產(chǎn)生變化的標(biāo)準(zhǔn)形式。在汽車系統(tǒng)中，線圈(其可以被承載在印刷 電路板上)與耦合器元件(其被連接至加速器踏板)之間的耦合間隙 強(qiáng)烈地影響接收線圈中的感生信號(hào)，并且該耦合間隙批量生產(chǎn)過程中 難于精確地控制。但是，校準(zhǔn)工藝可能是誤差和費(fèi)用的來源。對(duì)于共模因子如溫度，常規(guī)電感傳感器需要擴(kuò)展的校準(zhǔn)曲線。 例如，常規(guī)電感傳感器可以包括溫度傳感器、溫度修正因子的査對(duì)表 和實(shí)現(xiàn)溫度修正的電路。利用根據(jù)本發(fā)明的示例的計(jì)量比信號(hào)，可以
避免很多此種額外的復(fù)雜性和相關(guān)的不可靠性。通過確定作為接收信號(hào)與參考信號(hào)之比的比信號(hào)，可以極大 地抑制共模因子的影響，因此比信號(hào)基本獨(dú)立于共模因子，但與耦合 位置相關(guān)聯(lián)。比信號(hào)完全可以利用模擬電路來確定，避免了數(shù)字邏輯 的復(fù)雜性和處理延遲，也避免了對(duì)高分辨率模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的需要。參考線圈在某種程度上類似于接收線圈，但可以以下述方式
配置使得通過發(fā)射線圈在參考線圈中感生的參考電壓基本獨(dú)立于耦 合器元件的位置。發(fā)射線圈與參考線圈之間的電感耦合受到類似的共 模因子的影響，正如影響發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合一樣。 這些因子包括耦合器元件與承載發(fā)射線圈和接收線圈的印刷電路板之 間的間隙，或者耦合器元件與發(fā)射線圈之間的間隙，或者承載發(fā)射線 圈的其它結(jié)構(gòu)之間的間隙?？梢岳脜⒖季€圈來補(bǔ)償?shù)钠渌材Ｒ蜃?包括由供應(yīng)發(fā)射線圈的交流電源的變化所產(chǎn)生的接收信號(hào)變化；由 來自與傳感器操作不相關(guān)的雜散電磁信號(hào)感應(yīng)電源所產(chǎn)生的變化；溫
度變化以及類似變化。圖1B顯示旋轉(zhuǎn)傳感器的耦合器元件，其包括位于非導(dǎo)電基 底22上的分段導(dǎo)電區(qū)20。在缺乏耦合器元件時(shí)，沒有來自參考線圈的 信號(hào)。在某些情況下，當(dāng)耦合器移走以便針對(duì)有效的間隙匹配相同的 特征曲線吋，其不必為零。然而，當(dāng)參考線圈與耦合器元件平行且靠 近放置時(shí)，參考線圈產(chǎn)生了參考信號(hào)，該參考信號(hào)與耦合器元件和參 考信號(hào)之間的間隙有關(guān)系。優(yōu)選地，耦合器元件分段的內(nèi)徑近似等于接收線圈的內(nèi)徑。 外徑優(yōu)選近似等于或小于發(fā)射線圈的直徑。耦合器元件可以被支撐在旋轉(zhuǎn)盤上。在電子節(jié)流應(yīng)用中，踏 板下壓引起耦合器元件的旋轉(zhuǎn)，這通過根據(jù)本發(fā)明的電感傳感器檢測(cè)。圖2顯示雙接收線圈結(jié)構(gòu)。該雙接收線圈包括兩個(gè)接收線圈 (40和42)，它們被布置成使得它們的電相位彼此移置90度，而各接收
線圈具有其自身的向前和向后線圈對(duì)，以產(chǎn)生差動(dòng)信號(hào)(兩種接收信號(hào) 以不同相位(out of phase)得到)。兩個(gè)或多個(gè)接收線圈的使用允許可 超出第一線圈的線性區(qū)域來測(cè)量角位置。黑色圓圈(44)表示穿過線路板 的柱，其中一些連接被隱藏起來。該圖顯示了以相反方向排列的兩組
稍微呈L-形的導(dǎo)體。圖3圖解說明了從第一和第二接收線圈得到的信號(hào)(分別表 示為#1和#2)。這兩種信號(hào)顯示了以粗體線強(qiáng)調(diào)的線性區(qū)域。此外，這
兩種信號(hào)可以被反轉(zhuǎn)，以提供來自所述兩個(gè)接收線圈的第三和第四信
號(hào)(分別表示為#1'和#2')。在該實(shí)施例中，第一接收線圈允許在0-30 度范圍內(nèi)的線性位置測(cè)量。在30度的測(cè)量角處，來自第二接收線圈的 信息允許延伸至60度的角范圍，以及利用反轉(zhuǎn)信號(hào)進(jìn)一步延伸該角測(cè) 量區(qū)多達(dá)120度。因此，傳感器電子學(xué)可以用來根據(jù)角范圍選擇一個(gè) 線性分段。虛擬接地(VG)電平也顯示。圖4顯示如何能夠在延伸的角范圍之內(nèi)從傳感器系統(tǒng)獲得 線性傳感器輸出。利用堆棧計(jì)數(shù)器(stack counter)來保存分段數(shù)的軌 跡，并將電壓補(bǔ)償(voltage offset)加至輸出電壓以便從各種信號(hào)的線 性部分獲得延伸的線性輸出。邏輯電路(棧)推進(jìn)或伸出(pop out) —個(gè)單元，因此電壓轉(zhuǎn) 換器增大或減小了所顯示的單位電壓電平。沿著縱坐標(biāo)顯示的計(jì)數(shù)對(duì) 應(yīng)于棧中的值。相應(yīng)于棧的深度，邏輯單元保持?jǐn)?shù)字-模擬(DS)轉(zhuǎn)換器 的開關(guān)狀態(tài)。使用3極耦合器元件，線性的最大合理范圍是30度。根 據(jù)所檢測(cè)的交叉點(diǎn)的數(shù)量(如在下面關(guān)于圖5所描述的)或移動(dòng)通過 的分段的數(shù)量可以設(shè)定電壓電平。因此，線性信號(hào)的角范圍可以是至 少120度，具有3分段管理?？梢越柚B接的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)列的棧操作執(zhí) 行記錄保持。圖5圖解說明對(duì)各種信號(hào)之間的交叉點(diǎn)的選擇，這些點(diǎn)為從 一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)移到另一信號(hào)的點(diǎn)。在交叉點(diǎn)處(表示為XP)，對(duì)補(bǔ)償電壓 進(jìn)行調(diào)整，以得到線性輸出。利用可調(diào)整的虛擬接地電路可以獲得補(bǔ) 償電壓，例如利用可操作的放大器，其具有針對(duì)一個(gè)輸入的可開關(guān)分 壓器。如在圖3中，圖表顯示了第一和第二接收信號(hào)(#1禾M2)以及反 轉(zhuǎn)信號(hào)?？梢允褂帽容^器/選擇器電路來選擇期望的信號(hào)。在該實(shí)施 例中，第一決定點(diǎn)是在30。。比較器比較第一和第二接收信號(hào)，它們?cè)?一定容差內(nèi)是相同的。然后，信號(hào)選擇器選擇第二接收信號(hào)的反轉(zhuǎn)形 式，以使信號(hào)在與前面相同的方向上線性增加。對(duì)于多圈操作，根據(jù)分段(或圈)的數(shù)量調(diào)整虛擬接地，而 分段歷史(因此以及圈歷史)通過棧管理。邏輯單元可以用來選擇給 定的計(jì)量比信號(hào)。當(dāng)達(dá)到預(yù)定信號(hào)值時(shí)，利用多路轉(zhuǎn)換器可以選擇一 種多重信號(hào)。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的多圈傳感器的簡(jiǎn)化示意圖。該示意 圖顯示了第一和第二接收線圈40和42。各接收信號(hào)被修正(通過整流 器44和48)，被反轉(zhuǎn)(通過倒相器46和52)。如在圖5中所示，比較器 52選擇交叉點(diǎn)，以選擇所用的信號(hào)。棧管理器用來保持正在使用的分 段的軌道，電壓電平移相器54將補(bǔ)償電壓增至信號(hào)中，以獲得線性輸 出。在下面右側(cè)處的框總結(jié)了信號(hào)流。框58對(duì)應(yīng)于利用來自棧 管理器的數(shù)據(jù)移動(dòng)具有VLA的信號(hào)?？?0對(duì)應(yīng)于利用外部可微調(diào)電 阻的增益設(shè)置?？?2對(duì)應(yīng)于利用外部可微調(diào)電阻的坪區(qū)設(shè)置。坪區(qū) 值為任一分段內(nèi)得到的上限信號(hào)值和下限信號(hào)值。框64對(duì)應(yīng)于通過利 用齊納擊穿調(diào)整虛擬接地的信號(hào)校準(zhǔn)。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以以數(shù)字形式存儲(chǔ)， 并且數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器用來將輸出電壓調(diào)整至期望范圍。圖7顯示多圈傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)包括線圈主體 100，其包括發(fā)射線圈102、參考線圈104和兩個(gè)接收線圈(106和108)。 電子模塊110包括用于參考信號(hào)的相敏整流器(112)、用于第一和第二 接收信號(hào)的整流器/倒相器(114禾B 116)、比較器118、加法器20、模擬 除法器122、輸出放大器126、驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈的振蕩器128、具有用于 校準(zhǔn)的輸出電流的5-位DAC (130)、用于360度定位能力以及包括4 位數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的電壓電平調(diào)節(jié)器(132)、以及電壓鉗(voltage damp) 134?？晌⒄{(diào)電阻器136和138分別允許對(duì)增益和鉗位電壓進(jìn) 行調(diào)整。鉗位電壓定義了極限值，通過負(fù)載電阻(140)的輸出電壓不能 超出該極限值。邏輯單元112包括齊納擊穿器114和計(jì)數(shù)器/棧116。 外部校準(zhǔn)裝置124包括具有并行-串行轉(zhuǎn)換器(118)的外部模擬-數(shù)字轉(zhuǎn) 換器，其利用串行-并行轉(zhuǎn)換器118與邏輯單元通信，以及測(cè)量用于校 準(zhǔn)的輸出電壓的電壓測(cè)量設(shè)備122。發(fā)射線圈102通過連接至該發(fā)射線圈的交流電源128來通 電。被通電的發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)，其包括在參考線圈104和兩個(gè)接
收線圈106和108中的通過電感耦合的信號(hào)。發(fā)射線圈和參考線圈以 及兩個(gè)接收線圈之間的電感耦合通過耦合器元件來修改(減少)，所述耦 合器元件如其上具有導(dǎo)電區(qū)的旋轉(zhuǎn)盤。然而，發(fā)射線圈與參考線圈之 間的電感耦合對(duì)旋轉(zhuǎn)耦合器元件的角位置不敏感。相反，接收信號(hào)對(duì)
旋轉(zhuǎn)耦合器元件的角位置敏感，因此通過模擬除法器122而形成的選
擇的接收信號(hào)與參考信號(hào)之比與旋轉(zhuǎn)耦合器元件的角位置發(fā)生聯(lián)系， 同時(shí)對(duì)其共模因子進(jìn)行修正，所述共模因子如發(fā)射線圈與旋轉(zhuǎn)耦合器 元件之間的間隙。旋轉(zhuǎn)耦合器元件的旋轉(zhuǎn)修改了發(fā)射線圈與兩個(gè)接收 線圈之間的電感耦合，但不會(huì)顯著影響發(fā)射線圈與參考線圈之間的電 感耦合。對(duì)于多圈傳感器，可以選擇不同的輸出形式。 一種輸出形式 可以是360度鋸齒信號(hào)，另一實(shí)施例可以是180度鋸齒信號(hào)，而另一 種可以是90度鋸齒信號(hào)。對(duì)于汽車應(yīng)用，輸出電壓可以在0.25 V至 4.75V范圍內(nèi)變化。單個(gè)線性鋸齒信號(hào)由3-極接收線圈實(shí)施例中的12 個(gè)30。線性傳感器信號(hào)貢獻(xiàn)的分段組成。如果使用6極接收線圈，單個(gè) 鋸齒信號(hào)將具有24個(gè)22.5。的分段。因此，電壓電平調(diào)節(jié)器和邏輯/棧 應(yīng)當(dāng)具有5位容量。在可選的方法中，根據(jù)位置范圍的分段，選擇器(如多路轉(zhuǎn) 換器)用來選擇來自多個(gè)接收信號(hào)的一個(gè)接收信號(hào)。后面的信息可以從 包括計(jì)數(shù)器/棧排列的邏輯單元得到。所選擇的接收信號(hào)然后通過相敏 整流器到達(dá)模擬除法器。到達(dá)模擬除法器的第二輸入是來自參考線圈 的參考信號(hào)，其經(jīng)過相敏整流器到達(dá)模擬除法器。邏輯單元也可以控 制虛擬接地電平調(diào)節(jié)器，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整位置范圍各分段的輸出電壓以獲 得線性輸出。例如，虛擬接地電平調(diào)節(jié)器可以包括4位DAC，其中4 電阻陣列被用來控制模擬虛擬接地輸出。利用第二虛擬接地電平調(diào)節(jié) 器，例如利用6-位DAC，可以完成校準(zhǔn)。在初始校準(zhǔn)步驟中，可以檢 測(cè)初始值、下坪區(qū)電壓和上坪區(qū)電壓，并且邏輯單元被編程以確定電 阻的適當(dāng)組合，從而提供所需的坪區(qū)值。該校準(zhǔn)僅需要在制造期間進(jìn) 行一次，這是優(yōu)于很多常規(guī)設(shè)備的一大優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用包括下面這樣的裝置其耦合器元件被 連接至可移動(dòng)部件，期望對(duì)其位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以及發(fā)射線圈、接收線 圈和支撐電路被布置在基底如印刷電路板上?；卓扇菁{于殼體或其 它結(jié)構(gòu)中，或者鄰近殼體或其它結(jié)構(gòu)固定，可移動(dòng)部件在該殼體或者 其它結(jié)構(gòu)中移動(dòng)。例如，可移動(dòng)部件可以是踏板，所述踏板殼體可以 配置為容納上面印制有線圈的印刷電路板。生產(chǎn)裝配變動(dòng)可能導(dǎo)致耦 合器元件與印刷電路板之間的間隙的變化，而參考線圈的使用允許補(bǔ) 償此類制造變動(dòng)而無需大量的校準(zhǔn)工藝。在車輛應(yīng)用中，耦合器元件 機(jī)械連接至節(jié)流踏板，因此其旋轉(zhuǎn)位置是節(jié)流踏板位置的函數(shù)。線圈排列可以采用很多種方式。例如，線圈可以被纏繞成具 有不同數(shù)目的極，其影響傳感器的位置分辨率。配置接收線圈，使得 耦合器元件的位置調(diào)制接收信號(hào)的振幅。參考線圈，如果使用的話， 可以以如下方式下配置使得參考信號(hào)基本獨(dú)立于耦合器元件的位置， 以便利用參考信號(hào)和接收信號(hào)得到的比信號(hào)也與耦合器元件的位置有 關(guān)系，但基本獨(dú)立于諸如溫度這樣的因子。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射線圈、接收線圈和參考線圈形成在印
刷電路板上，其可以是鄰近耦合器元件放置的多層印刷電路板。在其 它實(shí)施例中，所述線圈可以形成在單獨(dú)的結(jié)構(gòu)上。耦合器元件可以是 位置待測(cè)量的可移動(dòng)部件的固有部分，或者可以連接至可移動(dòng)部件， 或者另外機(jī)械耦合，以便耦合器元件位置與可移動(dòng)部件位置發(fā)生聯(lián)系。 本發(fā)明的實(shí)施方式包括角傳感器、旋轉(zhuǎn)速度傳感器和距離傳感器，其 中距離從可移動(dòng)部件的總的角旋轉(zhuǎn)確定。根據(jù)本發(fā)明的電感傳感器包括在汽車應(yīng)用中使用的非接觸
型電感傳感器，包括如下的傳感器該傳感器采用借助交流電激勵(lì)的
發(fā)射線圈；接收線圈；連接至節(jié)流踏板的可旋轉(zhuǎn)耦合器元件——其相 對(duì)于所述線圈安置，用于改變?cè)诮邮站€圈中感生的發(fā)射信號(hào)的振幅； 以及第三線圈，第三線圈接收類似于接收信號(hào)的信號(hào)，該信號(hào)基本獨(dú) 立于耦合器旋轉(zhuǎn)位置，用于補(bǔ)償耦合器與線圈之間間隙的變化的接收 信號(hào)以及其它共模信號(hào)。在車輛應(yīng)用中，耦合器元件可以被機(jī)械連接至節(jié)流踏板，使 得其旋轉(zhuǎn)位置是節(jié)流踏板位置的函數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用包括下面
這樣的構(gòu)造，其耦合器元件被固定到可移動(dòng)部件，期望對(duì)其位置進(jìn)行 監(jiān)測(cè)，以及發(fā)射線圈、接收線圈和支撐電路被布置在基底如印刷電路 板上。基底可容納于殼體或其它結(jié)構(gòu)中，或者鄰近殼體或其它結(jié)構(gòu)固 定，可移動(dòng)部件在該殼體或者其它結(jié)構(gòu)中移動(dòng)。例如，可移動(dòng)部件可 以是踏板，所述踏板殼體可以配置為接收上面印制有線圈的印刷電路 板。生產(chǎn)裝配變動(dòng)可能導(dǎo)致耦合器元件與印刷電路板之間的間隙的變 化，而參考線圈的使用允許補(bǔ)償此類制造變動(dòng)而無需大量的校準(zhǔn)工藝。 位置傳感器的其它應(yīng)用包括電子節(jié)流控制、吸油管閥、制動(dòng)控制、轉(zhuǎn)
向、油缸液位讀數(shù)和變速桿軸(gear selector shaft)。本發(fā)明的實(shí)施方式包括與非接觸型電感傳感器一起使用的 信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該傳感器用于測(cè)量可移動(dòng)部件如在汽車應(yīng)用中繞軸旋 轉(zhuǎn)的節(jié)流踏板的位置，以及用于產(chǎn)生電信號(hào)，該電信號(hào)與控制車輛的 部件的位置成正比，更具體而言，涉及用電感傳感器操縱的這樣一種 信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電感傳感器優(yōu)選具有至少三個(gè)線圈，包括用于產(chǎn)生載 信號(hào)的發(fā)射線圈；用于檢測(cè)該載信號(hào)的接收線圈，所述載信號(hào)通過耦 合至其位置待測(cè)量的部件的耦合器元件來調(diào)制；以及參考線圈，其接 收載信號(hào)，但以下述方式纏繞使得其不受轉(zhuǎn)子位置的影響，從而產(chǎn) 生一種信號(hào)，該信號(hào)可以用來修正轉(zhuǎn)子與所述三個(gè)線圈之間間隙變化 的可旋轉(zhuǎn)調(diào)制器信號(hào)以及其它共模信號(hào)如電源波動(dòng)。本發(fā)明的實(shí)施例 不需要存儲(chǔ)溫度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因?yàn)榇朔N共模因子利用參考信號(hào)得到了補(bǔ) 償。根據(jù)本發(fā)明的多圈傳感器可以用作速度和/或距離傳感器。 可以使用諸如車輪直徑這樣的信息獲得此類運(yùn)動(dòng)因素。
其它構(gòu)造線圈排列可以采用很多形式。例如，線圈可以被纏繞成具有 不同數(shù)目的極，其影響傳感器的位置分辨率。配置接收線圈，使得耦 合器元件的位置調(diào)整接收信號(hào)的振幅。參考線圈如果使用的話，可以 進(jìn)行配置，使得參考信號(hào)基本獨(dú)立于耦合器元件的位置，因此利用參 考信號(hào)和接收信號(hào)得出的比信號(hào)也與耦合器元件的位置發(fā)生聯(lián)系，但 基本獨(dú)立于諸如溫度這樣的因子。
在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射線圈、接收線圈和參考線圈被印制在 印刷電路板上，該印刷電路板可以是多層印刷電路板。在其它實(shí)施例 中，線圈可以形成在單獨(dú)的結(jié)構(gòu)上。在其它實(shí)施例中，發(fā)射線圈可以是具有一個(gè)或多于一圈的回
路。在其它實(shí)施例中，可以包括第一回路構(gòu)造和第二回路構(gòu)造，所述 第一回路構(gòu)造和第二回路構(gòu)造具有相反的纏繞方向，以使所發(fā)射的電 磁通量具有磁場(chǎng)方向的空間變化，包括相反磁場(chǎng)方向區(qū)域。然后，可 以使用耦合器元件來修改趨于在接收線圈中感生的相反信號(hào)的比值。在本發(fā)明的其它應(yīng)用中，其它機(jī)械元件可以被用來驅(qū)動(dòng)耦合 器。耦合器運(yùn)動(dòng)可以是線性的、旋轉(zhuǎn)的，或者在一個(gè)或多于一個(gè)方向 上的旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動(dòng)的結(jié)合。因此，用于提供與可移動(dòng)部件的部件位置——所述部件位置 具有位置范圍——相關(guān)聯(lián)的輸出信號(hào)的示例裝置包括發(fā)射線圈，當(dāng)該 發(fā)射線圈通過激勵(lì)器信號(hào)激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生電磁輻射；鄰近所述發(fā)射線圈設(shè) 置的多個(gè)接收線圈，當(dāng)所述發(fā)射線圈被激勵(lì)時(shí)，每個(gè)接收線圈產(chǎn)生接 收信號(hào)；耦合器元件，其具有與部件位置相關(guān)聯(lián)的位置，并且每個(gè)接 收信號(hào)對(duì)該耦合器元件位置敏感；參考線圈，其提供基本獨(dú)立于正被 確定的部件位置的參考信號(hào)。線圈可以是在一個(gè)電路板上形成的線圈 組件的一部分。信號(hào)調(diào)節(jié)器，例如在同一板上的電子電路，接收各種 信號(hào)，根據(jù)位置范圍的電流分段選擇接收信號(hào)，以及提供與可移動(dòng)部 件的位置相關(guān)聯(lián)的輸出信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)器包括模擬除法器，所選擇的 接收信號(hào)被模擬除法器中的參考信號(hào)分開，從而從輸出信號(hào)中消除共 模噪聲影響。信號(hào)調(diào)節(jié)器可以包括模擬電路如ASIC，包括模擬除法器和 電壓調(diào)整，以及邏輯單元，其包括數(shù)字電子電路。邏輯單元可以用來 存儲(chǔ)分段信息和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)在邏輯單元中的數(shù)據(jù)可以被傳遞到模 擬電路，并用于進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整至輸出信號(hào)(包括給定分段的坪區(qū)值)，例 如使用一個(gè)或多于一個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。用于選擇已選擇接收信號(hào)的 選擇器可以使用由邏輯單元提供的分段信息。根據(jù)接收信號(hào)的比較來 確定分段信息，例如通過如別處所述的交叉點(diǎn)檢測(cè)。多個(gè)接收線圈可以是基本共面的，例如與參考線圈和發(fā)射線
圈一起形成，作為線圈組件通過一個(gè)電路板來支撐。在一些實(shí)施例中， 所有線圈基本共面，并且具有相同的中心軸。在旋轉(zhuǎn)傳感器中，耦合 器元件可以圍繞該中心軸旋轉(zhuǎn)，并且包括金屬板，該金屬板修改發(fā)射 線圈與接收線圈之間的通量耦合。耦合器元件可以固定到位置待測(cè)量 的可移動(dòng)部件或與該可移動(dòng)部件連接。確定可移動(dòng)部件的代表性方法包括激勵(lì)發(fā)射線圈；從多個(gè)接
收線圈得到多個(gè)接收信號(hào)；根據(jù)可移動(dòng)部件的近似位置(如分段)選擇已 選的接收信號(hào)；獲取基本獨(dú)立于可移動(dòng)部件位置的參考信號(hào)，參考信 號(hào)和己選的接收信號(hào)經(jīng)歷共同噪聲因子；在模擬除法器電路中通過參 考信號(hào)分割所選擇的接收信號(hào)以提供計(jì)量比信號(hào)，從而消除共同噪聲 因子；以及利用所述計(jì)量比信號(hào)確定可移動(dòng)部件的位置。分段可以是 位置范圍的預(yù)定部分，如固定的部分。在本說明書中所提到的專利、專利申請(qǐng)或出版物在此引入作 為參考，其引用程度如同每個(gè)單獨(dú)出版物被具體和單獨(dú)表明引入作為 參考文獻(xiàn)一樣。特別地，于2005年4月7日提出的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列 號(hào)60/669,145在此全部引入。本發(fā)明不限于上述示例性實(shí)施例。實(shí)施例并無意作為對(duì)本發(fā) 明范圍的限制。在此所述的方法、裝置、成分及類似物是示例性的且 無意作為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到其中的變化和 其它用途。本發(fā)明的范圍通過權(quán)利要求書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于提供與可移動(dòng)部件的部件位置相關(guān)聯(lián)的輸出信號(hào)的裝置，所述部件位置具有位置范圍，所述位置范圍可分成分段，所述裝置包括發(fā)射線圈，當(dāng)所述發(fā)射線圈被激勵(lì)器信號(hào)激勵(lì)時(shí)，所述發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁輻射；多個(gè)接收線圈，其鄰近所述發(fā)射線圈設(shè)置，當(dāng)所述發(fā)射線圈由于所述發(fā)射線圈與所述接收線圈之間的電感耦合而被激勵(lì)時(shí)，各接收線圈產(chǎn)生接收信號(hào)；耦合器元件，其具有與所述部件位置相關(guān)聯(lián)的耦合器元件位置，所述發(fā)射線圈與各接收線圈之間的所述電感耦合對(duì)所述耦合器元件位置敏感；參考線圈，其提供基本獨(dú)立于所述部件位置的參考信號(hào)；信號(hào)調(diào)節(jié)器，其接收所述接收信號(hào)和所述參考信號(hào)，以及提供與所述可移動(dòng)部件位置相關(guān)聯(lián)的輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)源自已選擇的接收信號(hào)，所述已選擇的接收信號(hào)根據(jù)所述位置范圍的所述分段進(jìn)行選擇，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器包括模擬除法器，所述已選擇的接收信號(hào)在所述模擬除法器中通過所述參考信號(hào)被分割，從而從所述輸出信號(hào)中消除共模噪聲的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述輸出信號(hào)源自在所述 位置范圍的第一分段之內(nèi)的第一接收信號(hào)，以及源自在所述位置范圍 的第二分段之內(nèi)的第二接收信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述已選擇的接收信號(hào)選 自一組非反轉(zhuǎn)接收信號(hào)和反轉(zhuǎn)接收信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述輸出信號(hào)在所述位置 范圍內(nèi)對(duì)部件位置具有基本線性的相關(guān)性，所述輸出電壓根據(jù)所述位置范圍的所述分段通過調(diào)整值進(jìn)行調(diào)整。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器包括邏輯 單元，所述邏輯單元包括數(shù)字電子電路，分段信息被存儲(chǔ)在所述邏輯 單元中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述輸出電壓通過調(diào)整電 壓進(jìn)行調(diào)整，所述調(diào)整電壓根據(jù)存儲(chǔ)在所述邏輯單元中的所述分段信 息通過數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包 括選擇器，所述選擇器根據(jù)存儲(chǔ)在所述邏輯單元中的所述分段信息選 擇接收信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述分段信息是根據(jù)接收 信號(hào)的比較而確定的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在所述邏 輯單元中，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)用于將所述輸出信號(hào)修改成期望的形式。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包 括校準(zhǔn)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，其接收存儲(chǔ)在所述邏輯單元中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并 產(chǎn)生應(yīng)用于所述輸出電壓的電壓調(diào)整。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述多個(gè)接收線圈是基本 共面的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述多個(gè)接收線圈和所 述參考線圈形成在單個(gè)電路板上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述單個(gè)電路板進(jìn)一步承 載模擬ASIC，所述模擬ASIC包括用于各接收信號(hào)和所述參考信號(hào)的所述模擬除法器和相敏整流器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述部件位置是角位置， 所述耦合器元件圍繞耦合器軸旋轉(zhuǎn)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述位置范圍是旋轉(zhuǎn)e度， 所述輸出信號(hào)對(duì)具有e度周期的旋轉(zhuǎn)角具有鋸齒相關(guān)性。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中e是360。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述部件位置是踏板的位置，所述踏板的運(yùn)動(dòng)被機(jī)械耦合至所述耦合器元件的角位置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述輸出信號(hào)是引擎的 速度控制。
19. 一種用于提供與可移動(dòng)部件的部件位置相關(guān)聯(lián)的輸出信號(hào)的 裝置，所述部件位置具有位置范圍，所述裝置包括發(fā)射線圈，當(dāng)所述發(fā)射線圈被激勵(lì)器信號(hào)激勵(lì)時(shí)，所述發(fā)射線圈 產(chǎn)生電磁輻射；第一接收線圈，其提供第一接收信號(hào)； 第二接收線圈，其產(chǎn)生第二接收信號(hào)；耦合器元件，其具有與所述部件位置相關(guān)聯(lián)的耦合器元件位置， 所述發(fā)射線圈與各接收線圈之間的電感耦合對(duì)所述耦合器元件位置敏 感；參考線圈，其提供基本獨(dú)立于所述耦合器元件位置的參考信號(hào)； 信號(hào)調(diào)節(jié)器，其接收所述第一和第二接收信號(hào)，以及提供與所述可移動(dòng)部件位置相關(guān)聯(lián)的輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)源自在所述位置范圍的第一分段內(nèi)的所述第一接收信號(hào)，以及源自在所述位置范圍的第二分段內(nèi)的所述第二接收信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第一接收信號(hào)在所述第一分段內(nèi)對(duì)部件位置具有基本線性的相關(guān)性，所述第二接收信號(hào) 在所述第二分段內(nèi)對(duì)部件位置具有基本線性的相關(guān)性。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第一和第二接收線 圈被配置成使所述第一和第二接收信號(hào)的相位相差近似90度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述輸出信號(hào)源自在所 述位置范圍的第一分段內(nèi)的所述第一接收信號(hào)，源自在所述位置范圍 的第二分段內(nèi)的所述第二接收信號(hào)，源自在所述位置范圍的第三分段 內(nèi)的反轉(zhuǎn)第一接收信號(hào)，以及源自在所述位置范圍的第四分段內(nèi)的反 轉(zhuǎn)第二接收信號(hào)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第一和第二接收線 圈、所述參考線圈以及所述信號(hào)調(diào)節(jié)器形成于單個(gè)印刷電路板上。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述信號(hào)調(diào)節(jié)器包括邏輯 單元，所述邏輯單元利用存儲(chǔ)棧保持分段信息的軌跡，所述接收信號(hào)的選擇依賴于所述分段信息。
25. —種確定可移動(dòng)部件位置的方法，所述方法包括 激勵(lì)發(fā)射線圈；從多個(gè)接收線圈獲取多個(gè)接收信號(hào)；根據(jù)所述可移動(dòng)部件的近似位置選擇已選擇的接收信號(hào)；獲取基本獨(dú)立于可移動(dòng)部件位置的參考信號(hào)，所述參考信號(hào)和所 述已選擇的接收信號(hào)經(jīng)歷共同噪聲因子；在模擬除法器電路中，通過所述參考信號(hào)分割所述己選擇的接收 信號(hào)以提供計(jì)量比信號(hào)，從而消除這些共同噪聲因子；和利用所述計(jì)量比信號(hào)確定所述可移動(dòng)部件位置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，根據(jù)所述可移動(dòng)部件的所述近 似位置選擇接收信號(hào)包括選擇一接收信號(hào)，從該接收信號(hào)中可以確定 對(duì)位置具有基本線性相關(guān)性的輸出信號(hào)，所述近似位置為所述可移動(dòng)部件的位置范圍的一部分。
全文摘要
用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)位置傳感器包括發(fā)射線圈和接收線圈，當(dāng)所述發(fā)射線圈被交流電源激勵(lì)時(shí)，所述接收線圈產(chǎn)生接收信號(hào)?？梢苿?dòng)的耦合器元件修改發(fā)射線圈與接收線圈之間的電感耦合，使得接收信號(hào)對(duì)耦合器元件位置是敏感的。接收信號(hào)與參考信號(hào)之比對(duì)耦合器元件位置是敏感的，然而對(duì)共模因子基本是不敏感的。位置傳感器的角度或位置范圍可以利用多個(gè)接收線圈來增加。
文檔編號(hào)G01D5/20GK101194144SQ200680020116
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者李重圭 申請(qǐng)人:Ksr國(guó)際公司