[發明專利]非接觸式位置傳感器，和非接觸式位置傳感器系統

在審

• 申請號: 201410142709.5
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN104101292A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: M.沃爾夫;M.里德
• 申請（專利權）人: 泰科電子AMP有限責任公司
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01R33/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 吳艷

技術領域

本發明涉及用于檢測至少部分為鐵磁目標的位置的改進的非接觸式位置傳感器和結合了同樣的非接觸式位置傳感器的非接觸式位置傳感器系統。

背景技術

在本發明中，非接觸式位置傳感器要被理解為電流激勵的磁場傳感器。

相應地，非接觸式位置傳感器包括以預定的激勵電流供電的傳感器線圈。然后，外部施加磁場在傳感器線圈內與由預定的激勵電流感應的內部磁場相互作用。兩個磁場之間相互作用的量通過測量傳感器線圈的電感是可檢測的。此外，傳感器線圈的電感的改變指示外部磁場的改變，假定內部磁場被保持恒定。

通常，非接觸式位置傳感器用于檢測旋轉運動或縱向運動，特別是用于檢測在進行相同運動的對象的位置。為了該目的，該對象安裝有作為位置指示器元件的目標。該目標產生外部磁場或與外部磁場相互作用。外部磁場的改變可由非接觸式位置傳感器檢測。

在示例性的用于非接觸式位置傳感器的布置方案中，所述目標包括永磁體。作為非接觸式位置傳感器附近的目標的永磁體的運動改變非接觸式位置傳感器暴露到其中的外部磁場。外部磁場中的這樣的變化例如隨著在非接觸式位置傳感器的傳感器線圈中的電感的改變是可檢測出的。

用于非接觸式位置傳感器的替代的布置方案在EP0684454A1中被提出。其中，鐵磁齒輪的旋轉運動要被檢測。替代將作為目標的永磁體定位在所述齒輪（gear）的一個或多個齒上，建議將永磁體定位在非接觸式位置傳感器和鐵磁齒輪之間。當在旋轉期間，齒輪的鐵磁齒被定位成非常接近于永磁體，永磁體的磁場被偏斜。外部磁場中的改變在非接觸式位置傳感器內是可檢測出的。

在所述文獻中，認識到，建議的配置（arrangement）考慮到非接觸式位置傳感器和目標之間的更寬的距離并且不需要將作為位置指示器元件的永磁體固定在作為目標的齒輪的齒上。此外，齒輪的旋轉運動還可在其中一壁將非接觸式位置傳感器與永磁體分開的構造（configuration）中被檢測到。

非接觸式位置傳感器的發展已經遇到了各種改善，這應當參考EP0891560B1進行論述。其中描述的非接觸式位置傳感器從那時起已經被認識到提供一種用于檢測外部磁場的簡單且精確的方法。

在這方面，所公開的非接觸式位置傳感器的工作原理應當解釋如下：

如果傳感器線圈在包括于傳感器線圈中的非飽和狀態附近操作，傳感器線圈主要作為恒定的電阻抗（感抗）。這由這樣的事實引起：鐵磁芯的磁化在非飽和狀態下通過施加的磁場增加。當鐵磁芯的磁化達到飽和狀態時，然后傳感器線圈的電阻抗（感抗）顯著降低。

通常地，用于鐵磁芯的非飽和狀態和飽和狀態之間的過渡區域被用作檢測器線圈的“工作點（working?point）”。在該過渡區域中，外部施加磁場的改變導致電阻抗（感抗）的改變。電阻抗（感抗）中的該改變與外部磁場（H_ext）成正比使得電子電路在確定電阻抗（感抗）時可得出外部磁場中的變化(ΔH_ext)。

在EP0891560B1中，進一步建議供給電流到傳感器線圈，該電流包括正負電流脈沖。電流脈沖被描述為包括上升沿（raising?edge）和下降沿，其導致基本上為矩形的電流脈沖。

確切地說，正負電流脈沖的振幅被適配使得傳感器線圈的鐵磁芯被激勵到正負極性的飽和狀態。相應地，在正電流脈沖的情況下，內部磁場合計：H_int=n/l*I。傳感器線圈的鐵磁芯被由外部磁場H_ext增加/減少后的其余內部磁場所吸引。

確切地說，響應于電流脈沖的上升沿，傳感器線圈由于反電動勢而經受電壓峰值，所述反電動勢推斥（pushing?against）感應其的電流。響應于電流脈沖的下降沿，傳感器線圈通過相反的極性經受第二電壓峰值。該第二電壓峰值由磁化的傳感器線圈的自感L引起，其中電壓信號被確定為v=Ldi/dt。

相應地，第二電壓峰值的高度取決于傳感器線圈的磁芯的磁化，該磁化基于由外部磁場H_ext增加/減小的內部磁場H_int的其余部分。從而，第二電壓峰值的高度允許檢測外部磁場的存在/缺失。

更詳細地，非接觸式位置傳感器檢測用于正電流脈沖以及負電流脈沖的下降沿的電壓峰值振幅，并且使用兩個振幅值用于確定外部磁場的存在/缺失。

在將檢測后的電壓峰值振幅與前述的檢測結果進行比較時，可以確定外部磁場的變化量ΔH_ext，即目標相對于非接觸式位置傳感器的運動。