[發明專利]感應式位移傳感器

有效

• 申請號: 201580033570.3
• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN106461422B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: T·R·杰克森;王世舉
• 申請（專利權）人: 美高森美公司
• 主分類號: G01D5/22
• 分類號: G01D5/22
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 侯穎媖

相關申請的交叉引用

本申請涉及并要求于2014年4月28日提交的美國臨時專利申請號61/985,372的權益和優先權，該專利申請的全部內容通過引用結合在此。

背景

技術領域

感應式位移傳感器和使用這些傳感器的方法可以用于各種環境。例如，用于精確地測量線性運動或角運動的系統可以使用感應式位移傳感器來測量位置的改變。

背景技術

在某些常規感應式傳感器中，提供了初級線圈和兩個次級線圈。在這些傳感器中，這兩個次級線圈被設計為使得接收信號的大小相對于彼此隨機械運動相反地變化。此類傳感器的早期版本被稱為線性可變差動變壓器(LVDT)。

LVDT是將相對于機械參考(或零)的線性位移或角運動轉換成包含相位信息(針對方向)和振幅信息(針對距離)的成比例的電信號的感應式換能器。圖1展示了典型的LVDT配置。

如圖1所示，LVDT由在非鐵磁性孔襯里或軸管的整個長度上或者在圓柱形非導電材料(如采用線圈形式或線筒的塑料或陶瓷材料)的整個長度上繞線的初級線圈組成。兩個次級線圈(次級a，次級b)圍繞初級線圈而纏繞。這兩個次級線圈通常以相反順序連接或者采用差動連接。這些次級線圈相對于彼此是對稱的，從而使得他們有效地形成正弦-余弦關系。

較新的感應式傳感器代替在具有印刷在PCB上的線圈的LVDT中找到的變壓器。這種替代引起類似的磁耦合效應，其中，顯著減小了傳感器的大小和成本。與LVDT一樣，使用正弦波載波來驅動初級線圈。耦合器(典型地配置有形成短路線圈的PCB跡線的另一個PCB)用于將由初級線圈所創建的場耦合到次級線圈，從而使得所接收的信號的振幅隨耦合器的機械運動而變化。

在次級線圈上所接收的信號向引起自動增益控制(AGC)的系統提供反饋。此反饋依賴于這兩個接收信號之間的正弦/余弦關系，該關系支持以下等式：A²+B²＝K，其中K為常量。所計算出的K與K的理想值之差被用作系統的反饋信號。可以利用該反饋來改變驅動至初級線圈的正弦波的大小和/或改變在系統的信號調節路徑中的放大器的增益。由于該反饋均等地應用于兩個信號，所以這兩個信號的比率關系保持完整，并且每個輸出繼續成比例地反映輸入。

在次級線圈上接收的信號還被利用來測量機械運動。在常規的雙線圈感應式傳感器的情況下，次級線圈具有需要信號處理以便產生正切或余切結果的正弦/余弦關系。然后，必須通過查找表或其他方式進一步處理此正切/余切結果，以創建指示耦合器的運動的線性輸出或其他輸出。這樣的信號處理需要包括處理器、存儲器和信號處理算法的系統。

發明內容

根據本發明的某些實施例，一種裝置可以包括初級電感器、場耦合至所述初級電感器的第一次級電感器、以及由耦合器場耦合至所述初級電感器的第二次級電感器，所述耦合器的運動將被檢測。所述第一次級電感器和所述第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協調的電感器。該協調的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號，其中，該參考信號跨該耦合器的運動范圍具有恒定振幅。

在本發明的某些實施例中，一種方法可以包括為初級電感器供能。所述方法還可以包括：提供來自多個次級電感器中的至少一個次級電感器的參考信號，其中，所述多個次級電感器由耦合器場耦合至所述初級電感器，并且其中，來自所述多個次級電感器的一對次級電感器被配置為協調的電感器。所述方法可以進一步包括：提供來自所述多個次級電感器中的至少一個另一個次級電感器的測量信號，其中，所述測量信號被配置成用于反映所述耦合器的運動。所述參考信號可以跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。此外，所述方法可以另外包括：基于所述測量信號的變化來確定所述耦合器的運動。

根據本發明的某些實施例，一種系統可以包括：傳感器，所述傳感器包括初級電感器、場耦合至所述初級電感器的第一次級電感器、以及由耦合器場耦合至所述初級電感器的第二次級電感器。所述第一次級電感器和所述第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協調的電感器。所述協調的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號。所述參考信號可以跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。所述系統還可以包括輸出，所述輸出被配置成用于提供對由所述傳感器檢測到的所述運動的表示。

附圖說明

為正確地理解本發明，應當參照附圖，其中：

圖1展示了典型的LVDT配置。

圖2展示了根據本發明的某些實施例的感應線圈配置。