專利名稱：確定測量物體的位置和/或位置變化的傳感器結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定測量物體相對于傳感器的位置和/或位置變化的傳感器結(jié)構(gòu)，以便將磁體分配給測量物體。本發(fā)明還涉及一種相關(guān)的方法。
背景技術(shù)：
用于確定位置和/或位置變化的傳感器結(jié)構(gòu)及方法已在實(shí)踐中廣泛使用?？梢源_定活塞、閥、載運(yùn)架或其它可移動部件的位置。應(yīng)用范圍涉及家用電器到機(jī)動車輛到精密工程或工業(yè)生產(chǎn)線。通常，對于具有高靈敏度地確定待測的測量物體的位置或位置變化是極為重要的。經(jīng)常使用電容性或感應(yīng)式的傳感器，以確定傳感器上測量物體的反饋效應(yīng)。傳統(tǒng)的磁性傳感器使用測量物體的鐵磁性或在測量物體中感應(yīng)的渦電流。此外，已知由其它種類的傳感器，其中軟磁芯受被分配給測量物體的磁體的影響。因此，例如德國專利DE36 10 479A1公開了一種傳感器，在該傳感器中，磁體使軟磁芯局部產(chǎn)生飽和，并藉此產(chǎn)生虛擬氣隙。該氣隙的位置可被讀出。歐洲專利EPl 721 130B1揭示了利用軟磁性材料上的磁體效應(yīng)測量位置的另一種可能性，其中由導(dǎo)體回路產(chǎn)生交變場，在用作次級線圈的正弦導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中感應(yīng)出電壓。通過疊加多個正弦結(jié)構(gòu)，可確定測量物體的移動方向和位置。然而，它被證實(shí)有一個缺點(diǎn)，即該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜，必須通過精密制造，傳感器設(shè)計得過寬，并且總是需要具有施加于兩側(cè)的導(dǎo)體的一個載體。結(jié)果則導(dǎo)致相對過高的制作成本以及使用不夠靈活。由德國專利DE39 14 787A1可得知根據(jù)類似原理操作的另一位置傳感器。該傳感器具有纏繞在共用的軟磁芯上的初級線圈以及至少一個次級線圈。一個隨測量物體的位置變化而使上述磁芯局部產(chǎn)生飽和的磁體被分配給一個測量物體。這樣導(dǎo)致虛擬氣隙對線圈的阻抗及其變壓比系數(shù)起作用，該結(jié)果可由測量技術(shù)測出。為使特征線線性化，線圈的形狀在縱向上發(fā)生變化。為此，所述線圈必須被加工，并且必須纏繞在一個斜的磁芯上，從而導(dǎo)致傳感器的生產(chǎn)成本過高。此外，傳感器體積相對過大而在許多地方妨礙使用或不能使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種在技術(shù)領(lǐng)域的介紹中限定的類型的傳感器結(jié)構(gòu)並加以改進(jìn)，以致獲得以較低的制造成本制造一種在操作中更為可靠的傳感器，并且可以靈活的使用。根據(jù)本發(fā)明，通過權(quán)利要求1的特征可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。據(jù)此，所討論的傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計成所述傳感器具有第一導(dǎo)體以及與第一導(dǎo)體縱向配置的第二導(dǎo)體，在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的影響范圍內(nèi)配置的軟磁性膜，以使該軟磁性膜的磁導(dǎo)率在磁場影響下產(chǎn)生變化， 并且影響第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合。從方法的觀點(diǎn)看，通過權(quán)利要求15的特征可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。據(jù)此，所述方法的特征在于，通過流過傳感器的第一導(dǎo)體的AC交流電而產(chǎn)生交變場，并且該交變場在位于與第一導(dǎo)體縱向配置的第二導(dǎo)體中感應(yīng)出電壓，這樣，軟磁性膜影響第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合，所述軟磁性膜的磁導(dǎo)率在磁場影響下發(fā)生改變。在本發(fā)明的方式中，首先可以認(rèn)識到，傳感器的導(dǎo)體沒有必要設(shè)計得太復(fù)雜。因此，本發(fā)明使用的導(dǎo)體具有以一距離沿該導(dǎo)體的側(cè)面縱向配置的第二導(dǎo)體。該距離可確保在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間沒有歐姆接觸。所述導(dǎo)體具有較為簡單的設(shè)計，但是盡管設(shè)計簡單，所得的傳感器的工作狀況卻出人意料地良好。在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的影響范圍內(nèi)配置軟磁性膜，該軟磁性膜的磁導(dǎo)率在磁場的影響下發(fā)生改變。由于軟磁性膜在導(dǎo)體的影響范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)，所述薄膜將影響第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合。因?yàn)榇艑?dǎo)率在磁場的影響下發(fā)生改變，第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合可在磁場的影響下發(fā)生變化。 如果磁體被分配給測量物體，可利用傳感器得到並分析出該效果。這種結(jié)果使傳感器具有非常小型的設(shè)計，以致即使在有限的空間范圍內(nèi)都可以使用。所述非常簡單的基本設(shè)計可以獲得簡單和制造成本便宜的傳感器，并且其適合于確定絕對位置。第一導(dǎo)體或第二導(dǎo)體特別優(yōu)選地具有至少一個用于分析的測量頭，通過該測量頭可以將各導(dǎo)體被再分成至少兩個分段。因此，傳感器的設(shè)計長度與其測量范圍的比率雖然已經(jīng)很好，但還可以進(jìn)一步改進(jìn)。通過分析在適當(dāng)限定的分段中的電磁耦合，可確定測量物體的位置和/或位置變化。分配給測量物體的磁體將上述電磁耦合作為其位置的函數(shù)而對其連續(xù)地產(chǎn)生影響。當(dāng)磁體影響強(qiáng)烈時，軟磁性膜會產(chǎn)生飽和並對電磁場透明。因此，在飽和區(qū)域中或其附近的電磁耦合顯著地減少或不存在。在所述磁體的場強(qiáng)度中的減少越大， 從一個導(dǎo)體到另一個導(dǎo)體的所述磁場的交叉耦合也就越大。因?yàn)檫@種過程連續(xù)地發(fā)生，對于測量物體的位置和/或位置變化的影響可以從表示在各個分段中的電磁耦合的值中推斷得到。應(yīng)該指出，軟磁性膜沒有必要一定是飽和的。反而，由于磁體而對磁導(dǎo)率產(chǎn)生影響就足夠了。這種影響可致使在強(qiáng)磁體的情況下產(chǎn)生飽和。較弱的磁體或它們被配置的距離較遠(yuǎn)，其中磁體不會導(dǎo)致飽和，也可用作傳感器。在這種情況下，軟磁性膜不能對電磁場完全透明。然而，仍然可對電磁耦合產(chǎn)生足夠的與位置相關(guān)的影響。還應(yīng)該指出，可使用軟磁薄膜代替上述軟磁性膜。該薄膜可以氣相沉積在上述結(jié)構(gòu)上或由實(shí)踐中其它已知的方法施加。對于軟磁層或軟磁薄膜的選擇將取決于各自的使用范圍以及傳感器的制造過程?？墒褂梅蔷з|(zhì)或納米材料作為軟磁材料，以用于形成軟磁性膜或軟磁薄膜。有利地，第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體施加到一個基底上。該基底可由各種材料形成。電路板可以適于作為如陶瓷、塑膠件或塑料膜的基底。原則上，還可使用金屬作為基底，但在這種情況下，僅僅需要對各個導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有足夠的電絕緣，而這通常是容易實(shí)現(xiàn)的?；椎南葲Q條件僅是，該基底提供足夠的性能以支撐導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?；卓梢允莿傂缘幕蛉嵝缘?、固體的或膜狀的。例如，薄的柔性基底可使傳感器以相對任何的方式與基底粘接，并且使傳感器最優(yōu)化地適合于任何輪廓。因此，傳感器可以按曲面形狀使用。選用什么樣的基底或所述基底應(yīng)當(dāng)具有什么樣的機(jī)械性能，將由傳感器的各種應(yīng)用來決定。取決于應(yīng)用，甚至還可省略基底，而使用軟磁性膜本身作為導(dǎo)體的載體。例如，如果傳感器不會暴露到任何大的機(jī)械應(yīng)力或與基底在正常工作條件下粘接，以這樣的方式可實(shí)現(xiàn)一種能夠簡單制造且特別廉價的設(shè)計。所述膜就必須相對于導(dǎo)體適當(dāng)?shù)乇唤^緣，以保障傳感器的功能。例如，還可以這樣實(shí)現(xiàn)，即在將導(dǎo)體施加到所述膜之前，先向軟磁性膜施加一個漆層。第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體最好彼此相隔一定距離配置。該距離可以是沿導(dǎo)體的恒定值，但也是可以改變的。通過改變所述距離可以較容易地調(diào)節(jié)傳感器的特征線。確實(shí)，通常傳感器在較小距離的區(qū)域內(nèi)的靈敏度比在較大距離的區(qū)域內(nèi)高。因此，可實(shí)現(xiàn)特征線的線性化。另一方面，傳感器還可設(shè)計成使其靈敏度在限定的區(qū)域內(nèi)高于在其它區(qū)域內(nèi)。因此， 例如，圍繞零位置的范圍可以被設(shè)計為對位置變化特別敏感，而較外部的范圍具有較低的靈敏度時。此外，或者作為距離變化的備選，第一導(dǎo)體或第二導(dǎo)體可通過激光修整。傳感器的導(dǎo)體的特性因而可以以目標(biāo)的方式來影響，以便能夠基準(zhǔn)每個傳感器以補(bǔ)償制造公差。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，第一導(dǎo)體和/或第二導(dǎo)體可設(shè)計成直線型，如平直件。 兩個平直件可以基本上相互平行配置。然而，也有可能兩導(dǎo)體的其中一個或兩個導(dǎo)體在一個或多個位置彎曲，以便可以實(shí)現(xiàn)兩個導(dǎo)體之間的距離變化。在這種情況下，所述導(dǎo)體本身將被設(shè)計成一列平直件。替換地，所述導(dǎo)體也可設(shè)計成曲線型。一般為簡單的曲線設(shè)計。例如，在此可以想象用一段曲線。兩導(dǎo)體可以是圓形和/或圓弧形的形式，其中一個導(dǎo)體例如同心地配置在另一個導(dǎo)體內(nèi)部。因此，借助于所述傳感器配置，甚至可以測出非線性的移動。以這種方式， 也可測出測量物體的旋轉(zhuǎn)移動或在環(huán)形路徑上的移動。因此該傳感器也可用于角度測量。此外，前述的兩個實(shí)施例也可以結(jié)合。例如，第一導(dǎo)體可設(shè)計成直線型，而第二導(dǎo)體為一部分曲線，或者反之亦然。在此的先決條件是，對于前述的實(shí)施例，兩個導(dǎo)體在彼此較小的距離上運(yùn)行。在此可適用低至兩位數(shù)字的毫米范圍的距離。當(dāng)使用曲線型的導(dǎo)體時，基底可根據(jù)所述導(dǎo)體來設(shè)計。例如，在所述導(dǎo)體分別為兩個同心圓形的一部分情況下，基底可設(shè)計成圓形，即根據(jù)導(dǎo)體的形狀，如環(huán)狀的段。這將有可能使基底使用最少量的材料。此外，可考慮到特殊的安裝位置，例如繞一個軸桿或軸線的傳感器配置。為了實(shí)現(xiàn)對磁體特別巨大的影響，軟磁性膜可配置在導(dǎo)體的兩側(cè)。軟磁性膜因而屏蔽了面向兩側(cè)的兩個導(dǎo)體，并且可得到具有限定磁阻的路徑。因此，由兩個導(dǎo)體的其中一個產(chǎn)生的電磁場可經(jīng)過由所述磁性膜形成的磁路輸入到另一導(dǎo)體中。如果具有磁體的測量物體位于傳感器附近，則兩個軟磁性膜都能受到影響，以致使磁阻與只有一個薄膜的情況相比具有更大程度的改變。這將顯著增強(qiáng)測量效果，有利于確定測量物體的位置和/或位置變化。第一導(dǎo)體最好與交流電源連接。該交流電源在第一導(dǎo)體中產(chǎn)生交流電，從而產(chǎn)生交變場。該交變場由第一導(dǎo)體發(fā)出並穿越軟磁性膜至第二導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體與用于檢測的分析電路連接。將饋送頻率設(shè)定在IMHz和20MHz之間證明是最有利的。相對較高的饋送頻率可產(chǎn)生極高的傳感器帶寬，而使用線圈的已知傳感器則做不到。分配給測量物體的磁體可以以不同的方式形成。例如，磁體可由永久磁鐵或由直流電流過其中的線圈形成。在這兩種情況下，磁體可以以這樣的方式配置，即磁體的南北 (NS)向基本上與所述導(dǎo)體平行，或者在導(dǎo)體的曲線實(shí)施例或者在彎曲的或弧形的傳感器的情況下，所述磁體可以基本上與導(dǎo)體成正切。由于這樣的配置形式，與磁體橫跨導(dǎo)體的配置相比，可實(shí)現(xiàn)更大的測量范圍。然而，磁體仍然還可以配置成橫跨導(dǎo)體。在兩種情況下，磁體以及因而測量物體都可以在導(dǎo)體的縱向方向進(jìn)行移動。磁體還可相對于導(dǎo)體配置在不同的位置上。先決條件是磁體必須離所述傳感器足夠近，以能夠充分地影響軟磁性膜。磁體可配置在由跨過所述兩個導(dǎo)體的平面區(qū)域中。替換地，磁體可在兩個導(dǎo)體的中央平面的區(qū)域內(nèi)位于兩個導(dǎo)體之上。中間的位置也是可行的。當(dāng)使用單個測量頭時，其可配置在各導(dǎo)體的中間。因此測量頭具有中央測量頭的功能，它將所述導(dǎo)體再分成兩個大小基本上相等的分段。這樣可以使用差分傳感器，在所述傳感器的大小相等的分段中，當(dāng)磁體位于中間位置時，可建立幾乎完全相同的電磁耦合。然后，所述傳感器具有S型特征線，并且提供相對于測量范圍以及對諸如溫度或電磁干擾的干擾影響的補(bǔ)償方面的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)有兩個或多個測量頭時，測量頭可以等距離配置。因此，導(dǎo)體再分成幾個大小相等的分段。這會進(jìn)一步在一個導(dǎo)體的各分段和另一個導(dǎo)體之間產(chǎn)生在效果上可供比較的電磁耦合，而不受測量物體上磁體的任何影響。這還會簡化對于線性化和調(diào)整測量所必需的復(fù)雜性。然而，為了達(dá)到特別設(shè)計的特征線，測量頭則不能等距離配置。雖然在較短的分段中感應(yīng)的電壓比在較長的分段中低，在該范圍內(nèi)可以通過較短的分段來增加空間分辨率。通?？梢源_信，傳感器的設(shè)計長度與其測量范圍的比值可以通過較多數(shù)量的測量頭而增加，不管它們彼此之間的間隔如何。可以由各種途徑來評估所述傳感器。例如，位于第二導(dǎo)體上的、用于測量通過第一導(dǎo)體發(fā)出的電磁波的測量頭可與一個電阻器連接。所述電阻器的從所述傳感器面向外的接線端與一個求和裝置連接，所述求和裝置可得出施加到各個輸入端的電壓總和。通過電阻器適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，可以依此以明確的方式獲得表示測量物體位置的模擬輸出信號。在另一實(shí)施例中，測量頭直接與求和裝置連接。在歐洲專利EP 0 916 075B1中描述了一種相關(guān)的分析，在此作為參考。另一種替換實(shí)施例是利用在各測量頭上的放大器。以適當(dāng)?shù)脑鲆嫦禂?shù)被放大的信號然后被送至求和裝置。替換地，第二導(dǎo)體的分段可以按以下方式在外部用電線接在一起，即當(dāng)磁體以及因而測量物體位于零位置內(nèi)時，在個個分段中感應(yīng)的電壓基本上可彼此相互補(bǔ)償。如果測量物體移出該零位置，平衡狀態(tài)則受干擾，并且輸出表示測量物體位置的電壓。從例如線性可變差分變壓器(LVDT)的技術(shù)領(lǐng)域中可得知這種分析原理。通過將這些導(dǎo)體中的兩個與軟磁性膜結(jié)合，測量效果仍然比傳統(tǒng)的LVDT或可作比較的傳感器配置好很多。在傳感器配置的操作中可以想象到各種可能性。例如，交流電流過其中的第一導(dǎo)體可設(shè)有一個或多個測量頭。在這種情況下，交流電可相繼施加給由測量頭和/或第一導(dǎo)體的接線端形成的各個分段。通過僅在限定的分區(qū)中分析在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合，可獲得空間分辨率。該分區(qū)由形成所述電路的測量頭和/或所述導(dǎo)體的一端以及一個測量頭限定。首先，直接互相接近的測量頭可用于電流動，但是也可以想象到，在測量頭和/或接線端上輸入交流電，并且再在不直接接近前述測量頭和/或接線端上的測量頭和/或接線端上輸出該交流電。此外，在第二導(dǎo)體上的一個或多個測量頭可用于得到該分析的空間分辨率，使得第二導(dǎo)體可用于電磁耦合的分析。然后，對由多個測量頭和/或所述導(dǎo)體的一端和上述測量頭形成的分段相繼地進(jìn)行分析。為此，各個分段相繼連接至分析電路。
替換地，可設(shè)有多重分析電路或一個分析電路的多路輸入，其中各個分段可基本上并行地進(jìn)行分析。所述第一個選擇可以提供只需一個分析電路的優(yōu)點(diǎn)，并且因此所述電路更利于制造。多路分段的并行分析允許測量物體的被測量移動的高動態(tài)，因?yàn)樵谝粋€測量周期的過程中，此測量僅僅輕微地受測量物體移動的影響或者根本不受影響。目前對有利地實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)本發(fā)明的教導(dǎo)存在各種可能性。為此目的，首先可參照權(quán)利要求1和16及其從屬權(quán)利要求；其次結(jié)合附圖，參照接下來所述的本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
。在附圖基礎(chǔ)上結(jié)合本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，將解釋一般較佳的實(shí)施例並解釋上述教導(dǎo)的細(xì)致之處。附圖簡要說明

圖1所示為穿過本發(fā)明傳感器的一段區(qū)域的示意圖；圖2所示為圖1帶有磁體的傳感器的側(cè)視圖以及軟磁性膜的結(jié)果磁導(dǎo)率的示意圖；圖3所示為顯示相關(guān)耦合Md(X)/Mtl(Cl)的一組曲線的圖，其中該耦合在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間沿測量范圍X作為導(dǎo)體之間的距離d的函數(shù)；圖4所示為上述圖1的傳感器在第一實(shí)施例中的示意圖，其中傳感器帶有位于第二導(dǎo)體中間的測量頭；圖5所示為上述圖1的傳感器在第二實(shí)施例中的示意圖，其中傳感器帶有位于第二導(dǎo)體上的四個測量頭以及作為實(shí)施例的分析電路；圖6所示為傳感器的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖，其中傳感器帶有一個位于第一導(dǎo)體中間的測量頭，所述第一導(dǎo)體具有恒定值和可變距離；圖7所示為具有圖6導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的傳感器的輸出(電壓)的特征線圖；圖8所示為用于測量圓形移動的本發(fā)明的傳感器的實(shí)施例的示意圖；以及圖9所示為用于分析本發(fā)明的傳感器結(jié)果的分析電路的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示為本發(fā)明的傳感器1，其中第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3以距離d配置在基底4上。基底4由電路板形成，并且所述導(dǎo)體實(shí)施為在電路板上的印制導(dǎo)體。軟磁性膜5 和6使由第一導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁場轉(zhuǎn)向第二導(dǎo)體3，這些膜施加在導(dǎo)體2和3的兩邊，也就是說，一個膜在導(dǎo)體的上方，而另一個膜則在導(dǎo)體的下方。例如虛線示出通過第一導(dǎo)體2內(nèi)的電流調(diào)整的磁通量Φ。在軟磁性膜5和導(dǎo)體2、3之間設(shè)有絕緣層，以確保與導(dǎo)體2、3電絕緣。為了簡單起見，該絕緣層在圖1中沒有示出；而是示出與導(dǎo)體2和3隔有一段距離的軟磁性膜5。圖2a)所示為圖1的傳感器1的側(cè)視圖。左右延伸的導(dǎo)體2或3顯示在基底4上， 被在頂部的自體磁性膜5覆蓋，而且軟磁性膜6也配置在基底的對側(cè)上。由軟磁性膜覆蓋的導(dǎo)體部分可稱作有效導(dǎo)體。由軟磁性膜覆蓋的該部分中的電磁耦合非常微弱，以致這些部分僅輕微地影響兩個導(dǎo)體之間的耦合，並因此可以忽略。在傳感器1的附近，磁體7配置在兩導(dǎo)體的上方，其南北(賂)向沿傳感器和/或沿導(dǎo)體方向取向。圖2a)示出所述磁體的一些磁力線。磁體7影響軟磁性膜5、6，使得所述膜5、6通過軟磁性膜的電磁場而受到不同程度的影響。其中一個自體磁性膜的結(jié)果磁導(dǎo)率μ顯示在圖2b)中傳感器結(jié)果的下方，這里可以看到，緊挨臨近磁體處的磁導(dǎo)率比邊緣區(qū)域的磁導(dǎo)率低很多。因此，在該區(qū)域中在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合幾乎被抵消，而在傳感器邊緣上的軟磁性膜仍然對所述導(dǎo)體之間的耦合由顯著的貢獻(xiàn)。從將一個不等于零的值設(shè)為最小指的事實(shí)來說，可以看到所述膜不能達(dá)到飽和，但卻是非常接近。應(yīng)該指出，圖2b)所示的曲線僅僅作為一個例子，并且只是大致反映實(shí)際的磁導(dǎo)率曲線。圖3示出對于傳感器的示范實(shí)施例的、在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間沿測量范圍χ 的相關(guān)耦合Md (s)/Mtl(Cl)的分布。在此顯示的這組曲線參數(shù)為導(dǎo)體之間的距離d。相關(guān)的耦合Md(s)/Mtl(Cl)幾乎隨距離d而指數(shù)地改變。圖3示出傳感器的特征線可隨距離的變化而受影響。因此，可實(shí)現(xiàn)線性化或想要的特征線形狀。圖4所示為圖1的傳感器1的示意圖，其帶有設(shè)置在第二導(dǎo)體3中間的測量頭8。 第一導(dǎo)體2經(jīng)接線端9與交流電源連接(圖中未示)，該AC電源在第一導(dǎo)體2中產(chǎn)生交流電。所述交流電產(chǎn)生電磁場，該電磁場在第二導(dǎo)體3中經(jīng)過軟磁性膜5和6感應(yīng)相同頻率的電壓。第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3之間的磁耦合程度取決于分配給測量物體的磁體的磁場， 其影響所述軟磁性膜的磁導(dǎo)率。第二導(dǎo)體3經(jīng)兩個接線端10和測量頭8連接到分析電路， 以分析在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的電磁耦合。圖5所示為本發(fā)明的傳感器1’的另一實(shí)施例。第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3以距離d 配置在基底4上。在每個導(dǎo)體2和3的兩側(cè)上配置軟磁性膜5和6。在圖中，為簡單起見， 只部分地指出在上方的膜，圖4也如此。然而，所述膜延伸到上述膜6的端部。同樣也適用于基底4。第一導(dǎo)體2通過接線端9與交流電源連接(圖中未示)，以產(chǎn)生電流並因而產(chǎn)生圍繞所述第一導(dǎo)體2的電磁場。該電磁場經(jīng)由軟磁性膜5和6被輸入到第二導(dǎo)體，作為測量物體的磁體所感應(yīng)的磁導(dǎo)率的變化的函數(shù)，從而在第二導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)一個電壓。在由測量頭8經(jīng)由第二導(dǎo)體的接線端10和四個等距離分布在第二導(dǎo)體3上的測量頭8所限定的部分區(qū)域11. 1至11. 5中，可以分析在第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3之間的電磁耦合。圖5另外還示出在上方區(qū)域中分析電路的實(shí)施例。測量頭8和第二導(dǎo)體的接線端 10各自連接運(yùn)算放大器12，該運(yùn)算放大器以增益系數(shù)Κ?！ぁう?和/或K6而將外加電壓放大。 增益系數(shù)可以選擇，以得到整個結(jié)構(gòu)的線性特征線。放大器的輸出端切換到求和裝置13的輸入端，所述求和裝置將輸入信號的總和作為輸出信號14從分析電路中輸出。通過這樣設(shè)計的分析電路，可并行地分析各個分段11。另外，也可使用電阻器取代運(yùn)算放大器，并且執(zhí)行如ΕΡ0916075Β1的分析。圖6示出一系列導(dǎo)體配置，它們在第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3之間的距離d這方面不同。在所有的分圖中，測量頭8設(shè)計成在第二導(dǎo)體3上的中央測量頭。軟磁性膜以虛線表示。永磁鐵形式的磁體7配置在傳感器旁，該磁體在第一導(dǎo)體2和3的縱向分析上可移動。磁體7位于橫跨兩個導(dǎo)體2和3的平面范圍內(nèi)。圖6a)示出一種導(dǎo)體配置，其中第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3以恒定距離d相互平行配置。根據(jù)圖6b)的導(dǎo)體配置，第二導(dǎo)體3具有彎折，導(dǎo)致在第二導(dǎo)體3中的各個部分配置成與設(shè)計為直線的第一導(dǎo)體2平行。第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的所有部分配置在一平面中。在圖6c)中，第一導(dǎo)體2描述了圓弧形狀的曲線，由這一事實(shí)可形成距離變化。第二導(dǎo)體3設(shè)計成直線。
圖7所示為依照圖6的傳感器的各個特征線。特征線15示出在圖6a)的傳感器的情況下、在磁體位置和輸出電壓之間的關(guān)系。直線16代表圖6c)的傳感器的特征線。圖 6b)的傳感器的特征線不會產(chǎn)生一條完全線性的特征線，但也近似?？梢栽诖丝吹?，特征線的線性化可以通過距離的變化來實(shí)現(xiàn)。圖8所示為本發(fā)明的傳感器1”的又一實(shí)施例。第一導(dǎo)體2設(shè)計成圓形，而第二導(dǎo)體3設(shè)計成與第一導(dǎo)體同心、施加于基底4上。此外，在導(dǎo)體的各側(cè)上配置軟磁性膜5和6。 第一導(dǎo)體2和3的接線端與確定測量物體位置的分析電路17連接。在圖9中，磁體7代表測量物體，其可沿環(huán)形路徑移動。中央測量頭8與第二導(dǎo)體連接。圖9所示的傳感器適合于測量角度運(yùn)動。測量原理相應(yīng)于前述的有關(guān)線性傳感器。圖9所示為分析本發(fā)明傳感器1的信號的分析電路17的另一實(shí)施例。圖4的傳感器1由第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3形成并且具有位于第二導(dǎo)體3中間的測量頭8，該傳感器在輸入端上、也就是在第一導(dǎo)體2的接線端上被施加交流電。為此，振蕩器18經(jīng)傳感驅(qū)動器19向第一導(dǎo)體2提供兩個互補(bǔ)的電壓U1和U20分配給測量物體的一個磁體7 (圖中未示)影響兩軟磁性膜5和6的磁導(dǎo)率，該磁導(dǎo)率作為磁體7的位置變化的函數(shù)影響在第一導(dǎo)體2和第二導(dǎo)體3之間的電磁耦合。在第二導(dǎo)體3中感應(yīng)的電壓是互補(bǔ)的以經(jīng)過兩個二極管D1和&形成電路。在二極管D1和D2之間的連接點(diǎn)上連接電阻器R，其第二接線端與作為低通濾波器的電容C連接， 并且輸出用作分析電路17的輸出信號14。電容C的第二接線端接地并且與第二導(dǎo)體3的測量頭8連接。由傳感驅(qū)動器19產(chǎn)生的正弦交流電壓產(chǎn)生電磁場，該電磁場經(jīng)軟磁性膜5和6輸入到第二導(dǎo)體3內(nèi)。在那里感應(yīng)的電壓導(dǎo)致在如圖6所示的中間位置上的互補(bǔ)電壓。如果磁體7移出該中間位置之外，則在由測量頭8限定的第二導(dǎo)體3的兩個分段中感應(yīng)不同的磁耦合，以致使在各分段中感應(yīng)的電壓發(fā)生變化。這導(dǎo)致輸出電壓不為零，并且該輸出電壓在低通濾波后從分析電路17中作為輸出信號14被輸出。建立了如圖8中參考編號12所示的S型特征線。關(guān)于本發(fā)明的傳感器配置及方法的其它優(yōu)選的實(shí)施例，請參照說明書的發(fā)明內(nèi)容部分以及所附的權(quán)利要求書，在此不作重復(fù)。最后，應(yīng)該明確地指出，以上所描述的本發(fā)明配置的具體實(shí)施例僅僅作為示范性的說明，而并不意味受這些實(shí)施例的限制。附圖編號清單
1傳感器
2第一導(dǎo)體
3第二導(dǎo)體
4基底
5軟磁性膜
6軟磁性膜
7磁體
8測量頭
9接線端
10接線端
11分段
12運(yùn)算放大器
13求和裝置
14輸出信號
15非線性特征線
16線性特征線
17分析電路
18振蕩器
19傳感驅(qū)動器
權(quán)利要求
1.一種相對于傳感器確定測量物體的位置和/或位置變化的傳感器結(jié)構(gòu)，磁體(7)被分配給所述測量物體，其特征在于，所述傳感器(1)具有第一導(dǎo)體( 和與第一導(dǎo)體(2)縱向配置的第二導(dǎo)體⑶，并且在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體0、3)的影響范圍內(nèi)配置軟磁性膜(5、 6)，所述軟磁性膜的磁導(dǎo)率在磁場的影響下產(chǎn)生變化，并且影響在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、 3)之間的電磁耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、3)具有至少一個測量頭(8)，並通過分析在由所述測量頭(8)限定的分段(11)中的電磁耦合，確定測量物體的位置和/或位置變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、3) 施加到一個基底(4)上。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體0、3)以相互之間的距離d配置。
5.如權(quán)利要求4所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、3)之間的距離d是變化的。
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過改變距離d，建立所述傳感器(1) 的特征線。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)體(2、3)借助于用于調(diào)整傳感器(1)的激光而被修整。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體(2)和 /或第二導(dǎo)體C3)設(shè)計成直線形和/或相互平行配置。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體(2)和第二導(dǎo)體(3)設(shè)計成曲線形，特別是圓弧形。
10.如權(quán)利要求1至9中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，軟磁性膜(5、6)配置在所述兩個導(dǎo)體0、3)的兩側(cè)。
11.如權(quán)利要求1至10中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)體(2) 與電流源連接以產(chǎn)生交變場。
12.如權(quán)利要求1至11中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，分配給測量物體的所述磁體(7)是永磁鐵或由直流電流過其中的線圈形成。
13.如權(quán)利要求2至12中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測量頭(8)等距離配置，并且在單個測量頭的情形下，所述測量頭配置在第一導(dǎo)體( 或第二導(dǎo)體(3)的中間。
14.如權(quán)利要求2至13中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，位于第二導(dǎo)體(3) 上的所述測量頭(8)各連接一個電阻器，所述電阻器的另外接線端與求和裝置連接。
15.如權(quán)利要求2至13中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測量頭(8)以這樣的方式接線至第二導(dǎo)體(3)，即在各分段中感應(yīng)的電壓在測量物體處于零位置時相互抵消。
16.一種相對于傳感器確定測量物體的位置和/或位置變化的方法，特別是使用如權(quán)利要求1至15中任何一項所述的傳感器結(jié)構(gòu)，其中磁體(7)被分配給測量物體，其特征在于，由流過傳感器(1)的第一導(dǎo)體O)的交流電產(chǎn)生交變場，所述交變場在與第一導(dǎo)體(2)縱向配置的第二導(dǎo)體C3)中感應(yīng)電壓，使得軟磁性膜(5、6)影響在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、 3)之間的電磁耦合，所述軟磁性膜的磁導(dǎo)率在磁場的影響下產(chǎn)生變化。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)體0、3)的至少兩個分段(11)由至少一個位于第一導(dǎo)體或第二導(dǎo)體(2、3)上的測量頭(8)限定，并且測量物體的位置從與這些分段(11)中的其中一個分段的電磁耦合確定。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，在一個或多個測量頭(8)位于第一導(dǎo)體 (2)上的情況下，所述各個分段(11)具有相繼地流過它們的電流。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，在一個或多個測量頭(8)位于第二導(dǎo)體C3)上的情況下，所述各個分段(11)相繼地或同時地被進(jìn)行分析。
全文摘要
一種相對于傳感器確定測量物體位置和/或位置變化的傳感器配置，其中磁體(7)被分配給測量物體，該配置相對操作可靠的傳感器來說制作成本較低，這樣，所述傳感器(1)具有第一導(dǎo)體(2)和與第一導(dǎo)體(2)并排配置的第二導(dǎo)體(3)，并且在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、3)的影響范圍中配置軟磁性膜(5、6)，所述軟磁性膜的磁導(dǎo)率在磁場影響下產(chǎn)生變化并且影響第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體(2、3)之間的電磁耦合。本發(fā)明還涉及相關(guān)的方法。
文檔編號G01D5/20GK102257362SQ200980151573
公開日2011年11月23日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者V·蒙德尼科夫 申請人:微-埃普西龍測量技術(shù)有限兩合公司