CN203719615U - 电感式传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电感式传感器。希望的是拥有用于消除时间和放大失配的电感式位置传感器；有利的是使传感器为小的、有成本效率的且简单的。根据一种实施例，本实用新型提供一种电子器件，其特征在于包括：励磁控制；与所述励磁控制耦接的第一励磁元件；与所述励磁控制耦接的第二励磁元件；位于所述第一及第二电磁场内的靶体；位于所述第一及第二电磁场内且与所述第一及第二励磁元件耦接的接收元件；以及与所述接收元件耦接且与所述励磁控制耦接的信号处理器。实施例取得了本实用新型的相应的有益技术效果。
Description
技术领域
本公开内容一般地涉及电子学，并且更特别地涉及用于感测靶体的位置、角位置或线性位置的电子器件、装置、系统和方法。
背景技术
电感式位置传感器广泛地使用于众多行业以及众多不同的应用中。例如，在汽车行业中，在车辆内的电感式位置传感器能够用来检测油门踏板、制动踏板、油门、悬架、方向盘、车头灯、致动器，或者发动机、传动或车辆的各种其他构件的任何构件的位置。同样地，电感式位置传感器在工厂中能够用来检测杠杆、转子、轴或其他机械设备的位置。常规的电感式位置传感器典型地包括单个励磁线圈、与励磁线圈电耦接的若干个接收器线圈以及靶体线圈或靶体元件。靶体元件能够附于希望知道其位置的可移动部分，或者自身能够是可移动部分。靶体元件被设计用于影响作为其位置的函数的在励磁线圈与接收线圈之间的电感耦合。电路被提供用于在若干个接收线圈之间比较相对振幅。
现在将参照图1来描述常规的电感式位置传感器。参照图1，图中示出了电感式位置传感器100。电感式位置传感器100典型地包括与单个励磁线圈104耦接的交流源102。交流源102给励磁线圈104提供交变电流，该励磁线圈104进而产生电磁场。接收线圈108和110被配置使得由励磁线圈104产生的电磁场在接收线圈108和110内包含交流信号。靶体元件或耦合元件106被放置于电磁场内并且被配置用于根据其角位置θ来影响电磁场。靶体元件106及接收线圈108和110的配置和位置是使得包含于接收线圈108和110内的交流信号为不同的并且使得这两个信号根据靶体元件106的角位置而变化。靶体元件106的角位置θ能够通过包含于接收线圈108内的信号与包含于接收线圈110内的信号相比的相对振幅测量值来确定。相对振幅测量以及靶体元件106的角位置θ的确定典型地由信号处理器116执行。
位置传感器100的精度需要信号的振幅被精确地测量。但是，照常规，包含于接收线圈108和110内的信号的振幅是小的。例如，在接收线圈108和110内激发的信号的振幅能够是在励磁线圈104内产生的励磁信号的振幅的百分之一或千分之一。在励磁线圈104内的5V励磁信号能够引起例如在接收线圈108和110内感生10mV的信号。为了精确地测量并比较两个信号的振幅，在以信号处理器116处理这两个信号之前使用放大器112和114来放大它们。但是，具有两个独立的放大器的两个平行通道的使用会由于放大失配而将误差引入传感器系统内。通过对这两个信号进行时分复用来使用单个放大器的常规系统受到由时间失配引入的误差的影响并且另外还受到较缓慢的处理速度的影响。放大失配和时间失配两者的解决方案一般地需要复杂的电路，从而增加了传感器的尺寸和成本。
实用新型内容
因此，所希望的是拥有用于消除时间和放大失配的电感式位置传感器。因此，有利的是使传感器为小的、有成本效率的且简单的。
根据一种实施例，本实用新型提供一种电子器件，其特征在于包括：励磁控制，被配置为接收可变第一参数，并且被配置为生成作为所述可变第一参数的函数的第一信号以及作为所述可变第一参数的函数的第二信号；第一励磁元件，与所述励磁控制耦接，并且被配置为接收所述第一信号，并且被配置为生成相应的第一电磁场；第二励磁元件，与所述励磁控制耦接，并且被配置为接收所述第二信号，并且被配置为生成相应的第二电磁场；靶体，位于所述第一及第二电磁场内，并且被配置为根据其角位置而改变所述第一及第二电磁场；接收元件，位于所述第一及第二电磁场内且与所述第一及第二励磁元件耦接，并且被配置为响应于由所述靶体改变的所述第一及第二电磁场而生成第三信号；以及信号处理器，与所述接收元件耦接且与所述励磁控制耦接，其中所述信号处理器被配置为接收所述第三信号并且将更新的可变第一参数提供给所述励磁控制，并且其中所述信号处理器还被配置为基于所述第三信号和所述可变第一参数来生成表示所述靶体的所述角位置的第四信号。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述接收元件经由电磁感应与所述第一及第二励磁元件耦接。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于只存在一个接收元件。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述第一及第二励磁元件包括含有直线和具有周期性弯曲的曲线的导电迹线。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述接收元件包括平面螺旋状导电迹线。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于还包括：与所述励磁控制耦接并且被配置为接收第五信号并生成相应的第三电磁场的第三励磁元件，并且其中所述励磁控制还被配置为生成作为所述可变第一参数的函数的第五信号，并且其中所述靶体还被定位于所述第三电磁场内并且还被配置为根据其角位置来改变所述第三电磁场，并且其中所述接收元件被定位于所述第三电磁场内并且被配置为响应于由所述第一、第二及第三电磁场引起的电磁感应而生成信号。
根据一种实施例，本实用新型提供一种电子器件，其特征在于包括：多个励磁元件，具有共同形状，并且被配置为生成电磁场；耦合元件，位于所述电磁场内，并且被配置为根据所述耦合元件的角位置来改变所述电磁场，并且其中所述耦合元件的形状基本上匹配所述励磁元件的所述共同形状；以及接收元件，被配置为响应于由所述耦合元件改变的所述电磁场而生成信号，其中所述信号的值表示所述耦合元件的近似角位置。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于只存在一个接收元件。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述多个励磁元件包括印刷电路板上的导电性平面绕组。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述多个励磁元件包括具有周期性弯曲的导电性平面绕组。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述接收元件包括在印刷电路板上的导电性平面绕组。
根据上述电子器件的一个实施例，其特征在于所述接收元件包括螺旋形状的导电性平面绕组。
实施例取得了本实用新型的相应的有益技术效果。
附图说明
实施例通过举例的方式来说明，但并不限制于附图。
图1示意性地示出了在常规的电子器件中使用的电感式传感器。
图2示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的电感式传感器。
图3示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的电感式传感器。
图中的某些附图标记：302：时钟；304：调制；306：DAC；322：EMI滤波器；326：解调；328：低通滤波器；330：A/D；332：积分器&环路滤波器；334：查找表；336：后处理；338：输出。
图4A示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的一对励磁元件。
图4B示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的励磁元件的组合。
图4C示意性地示出了根据本实用新型的各种实施例的各种靶体。
图4D示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的接收元件。
图4E示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的励磁元件和接收元件的组合。
图4F示意性地示出了根据本实用新型的一种实施例的励磁元件、靶体和接收元件的组合。
图5示出了用于描述根据本实用新型的一种实施例的用于感测靶体的角位置的方法的示意图。
图中的某些附图标记：
500：将第一信号提供给第一励磁元件，第一励磁元件感生第一电磁场；
502：将第二信号提供给第二励磁元件，第二励磁元件感生第二电磁场；
504：以靶体元件来改变第一及第二电磁场；
506：通过将接收元件与改变的第一及第二电磁场耦合而在接收元件内产生第三信号；
508：评价第三信号的第一值；
510：如果第三信号的第一值在第一设定范围之外，则为第一及第二信号提供调整；
512：如果第三信号的第一值在第一设定范围之内，则输出表示靶体元件的角位置的第四信号。
图6示意性地示出了用于实施根据本实用新型的一种实施例的电感式传感器的车辆。
为了说明的简单和清晰起见，在附图中的元件并不一定是按比例的，指示示意性的而不是限制性的，并且在不同附图中的相同附图标记指示相同的元件，除非另有说明。因此，出于描述的简单起见，文中省略关于众所周知的步骤和元件的描述及细节。本领域技术人员应当意识到，在本文中使用的涉及电路或系统操作的词语“期间”、“同时”及“之时”并非意指动作在初始动作发生时立即发生的严格术语，而是在由初始动作引起的反应之间可以存在稍微小的但合理的延迟，例如，传播延迟。因此，术语“同时”意指某一动作至少于初始动作的持续时间的某部分内发生。词语“近似地”或“基本上”的使用意指元件的值具有预料会接近于规定值或位置的参数。但是，如同在本技术领域中所熟知的，可以存在妨碍值或位置精确地达到规定的值或位置的小偏差。在本技术领域中已很好地确定：高达至少百分之十（10%）的偏差是可以被描述的相对理想目标的合理偏差。当关于信号的状态来使用时，术语“确证的（asserted）”意指信号的活动状态，而非活动意指信号的非活动状态。信号的实际电压值或逻辑状态（例如，“1”或“0”）取决于使用的是正逻辑还是负逻辑。因而，“确证的”能够是高电压或高逻辑或者是低电平或低逻辑，取决于使用的是正逻辑还是负逻辑，而置否的可以是低电压或低态或者是高电压或高逻辑，取决于使用的是正逻辑还是负逻辑。在本文中，使用正逻辑约定，但是本领域技术人员应当理解负逻辑约定同样能够使用。
为了说明的简单和清晰起见，公式和数学函数被用来表示信号和场，但是本领域技术人员应当理解，在实践中，实际信号能够由于构件局限、物理局限、噪声、误差、环境影响等而不同于它们的数学描述，有时差别很大。因此，本领域技术人员应当意识到，本文所描述的公式和数学函数只是说明性的，并且一般是近似的。在权利要求书中的或/和在具体实施方式中的术语“第一”、“第二”、“第三”等被用来区分相似的元件，而不一定用于描述顺序，不管是时间上的、空间上的、排名上的，还是任何其他方式的。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所描述的实施例能够按照除本文所描述的或所示出的顺序外的其他顺序来操作。
具体实施方式
下面结合附图进行的描述被提供用于帮助理解本文所公开的教导。下面的讨论将聚焦于本实用新型的教导的具体实现方式或实施例。该焦点被提供用于帮助描述本实用新型的教导，并且不应被理解为对本实用新型的教导的范围或应用性的限制。但是，其他教导当然能够用于本申请中。本领域技术人员已知的方法、技术、装置、材料、电路、器件、构件和系统可以不进行详细地讨论，而旨在作为在适当时允许描述的一部分。虽然数字范围和数学函数在本文中进行描述以便提供关于特定实施例的更好理解，但是在阅读了本说明书之后，本领域技术人员应当意识到，在不脱离本实用新型的范围的情况下可以使用在这些数字范围之外的值以及可替代的数学函数。
术语“包括”、“包含”、“含有”、“拥有”、“具有”、“带有”或者它们的任何其他变型意指涵盖非排他性的包含。例如，包括一系列特征的方法、物品或装置并不一定仅限于那些特征，而是可以包括没有明确列出的或者此类方法、物品或装置所固有的其他特征。此外，除非另有明确说明，否则“或”指的是包含性的或，而非排他性的或。例如，条件A或B可以在下列任一情形下得以满足：A为真（或存在）且B为假（或不存在），A为假（或不存在）且B为真（或存在），以及A和B两者均为真（或存在）。
此外，“一（a）”或“一个（an）”的使用被用来描述本文所描述的元件和构件。这样做只是为了简便并且给出关于本实用新型的范围的一般意义。该描述应当这样来理解：多个包括一个或至少一个，而单个同样包括多个，除非另有明确说明。例如，当在本文中描述单个项时，可以使用多个项来代替单个项。同样地，在本文描述多个项的情况下，单个项可以替代该多个项。
现在将参照图2-5更详细地描述根据本实用新型的各种实施例的电感式位置传感器。
图2示意性地示出了根据一种实施例的电感式传感器200。在该实施例中，电感式传感器200包括励磁控制202。励磁控制202能够接收来自信号处理器、信号处理构件、信号处理块或信号处理单元214的输出的可变参数励磁控制202能够使用可变参数来产生能够驱动励磁线圈或励磁元件206和208的两个信号。根据本实用新型且为了说明起见，电感式传感器200具有两个励磁元件，但是，并不限制电感式传感器200要具有两个励磁元件。在另一种实施例中，电感式传感器200可以具有多于两个的励磁元件。励磁元件206和208被配置用于接收来自励磁控制202的信号并且经由电磁辐射来发送这些信号。每个励磁元件都能够生成与它接收自励磁控制202的信号对应的电磁场。根据一种实施例，每个信号能够是可变参数的函数。根据一种实施例，每个信号能够被选择使得在可变参数的值等于表示传感器被设计用于对其感测的特性或性质的值时出现特定的结果。作为非限制性的实例，根据当前两个励磁元件传感器，给励磁元件206提供的信号在数学上能够由函数近似表示，而给励磁元件208提供的信号在数学上在数学上能够由函数近似表示，其中表示由信号处理器214给励磁控制202提供的可变参数。应当注意，不同信号的几乎数不清的变化能够被提供给励磁元件，因此使用任何具体的信号并不是对本实用新型的限制。本领域技术人员应当意识到，不同的信号可以基于多种不同的传感器配置来选择，包括（但不限于）：励磁元件的数量、励磁元件的形状、励磁元件的位置等。
根据一种实施例，励磁元件206和208能够包括一个或多个电感线圈、型铁（shapes）、平面线圈、平面型铁或者在印刷电路板（PCB）、多层PCB或定子上的直线和曲线的导电迹线。在一种实施例中，励磁元件206和208能够包括在多层PCB上的一系列导电迹线或导电通路。在一种实施例中，励磁元件206的一部分以及励磁元件208的一部分能够安置于多层PCB的第一层上，而励磁元件206的第二部分以及励磁元件208的第二部分能够安置于多层PCB的第二层上。在另一种实施例中，励磁元件206和208安置于多层印刷电路板的单独层内。励磁元件206和208的几何形状、取向、位置和绕组方向能够基于电感式传感器的已知参数来配置并且将在下文参照图4A来讨论。
靶体元件、靶体或转子210被安置于励磁元件206和208附近。靶体210能够包括闭合导电环路或多个导电环路。一个或多个导电环路能够是中空的或填满的。靶体210的一个或多个导电环路能够被配置以基本上匹配或类似励磁元件206和208的几何形状和外形。靶体210能够与电感式传感器200被设计用于对其感测的可移动部分耦接，或者能够与电感式传感器200被设计用于对其感测的可移动部分集成在一起。根据一种实施例，靶体210被安置为基本上平行于励磁元件206和208，并且被配置为可关于基本上为励磁元件206和208所共有的中心轴旋转的。作为非限制性的实例，并且为了说明起见，关于其轴的靶体210的角位置将由符号“θ”指示，并且将为电感式传感器200被设计用于对其感测的系统的性质或特性。靶体210能够被配置用于根据其角位置“θ”来影响由励磁元件206和208产生的电磁场。靶体210对电磁场所产生的作用能够由其耦合函数来描述。基于与励磁元件206和208的几何形状、外形和位置相对的靶体210的几何形状、外形、材料和位置，耦合函数作为能够在靶体210中感生的涡电流的结果而出现，并且因而是靶体210的角位置“θ”的函数。根据一种实施例，靶体210的耦合函数对于每个电磁场能够是不同的，因为励磁元件206和208能够相对彼此有角偏移。根据一种实施例，靶体210与励磁元件206的耦合函数在数学上能够近似由函数G(θ)＝sin(4θ)表示。根据一种实施例，靶体210与励磁元件208的耦合函数在数学上能够近似由函数H(θ)＝cos(4θ)表示。应当注意，不同耦合函数的几乎数不清的变化能够被设计并由靶体210提供，并且因此使用任何具体的耦合函数并非是对本实用新型的限制。本领域技术人员应当意识到，不同的耦合函数可以基于多种不同的配置来选择，包括（但不限于）：励磁元件的数量、励磁元件的形状、励磁元件的位置、靶体210的几何形状、靶体210的材料、靶体210的位置等。
接收线圈或接收元件212能够安置于靶体210附近并且定位于由励磁元件206和208产生的电磁场内。根据一种实施例，接收元件212能够安置于与励磁元件206和208相同的印刷电路板的层上。但是，接收元件212同样能够独立于励磁元件206和208而安置。接收元件212能够被配置用于响应于由励磁元件206和208产生的并由靶体210改变的电磁场的感应而生成信号。根据以上描述，在接收元件212内产生的信号能够近似由函数来表示，其中是由信号处理器214提供的可变参数，并且“θ”表示靶体210的角位置。根据该实施例，在接收元件212内产生的信号在可变参数的值接近靶体210的角位置θ的值时接近0。根据一种实施例，接收元件被配置用于将信号输出到信号处理器214。
信号处理器214能够被配置用于接收来自接收元件212的信号并处理该信号。根据一种实施例，信号处理器214包括放大器。因为所示出的实施例包括要放大的单个通道和信号，所以电感式传感器200可以不受与常规方法关联的放大失配和/或时间失配影响。基于接收自接收元件212的信号，信号处理器214能够确定可变参数的值与靶体210的角位置“θ”的值接近的程度。基于该确定，信号处理器214能够被配置用于调整可变参数的值，并且将已调整的可变参数提供给励磁控制202，使电感式传感器200成为闭环系统。已调整的可变参数的值能够被选择以影响接收自接收元件212的信号的调整。根据一种实施例，信号处理器214能够继续对可变参数进行调整，直到接收自接收元件212的信号的值达到设定值或者在某一值范围或者设定的值范围之内。根据本实施例，设定的范围能够是接近于0的值，这根据以上描述指出可变参数的值接近于靶体210的角位置“θ”的值。但是，如同前面所讨论的，各种其他励磁信号、励磁元件形状、耦合函数和靶体形状能够被选择并被配置，使得电感式传感器200会聚于设定值或设定的值范围，不以0附近为中心。而且，系统稳定于或会聚于设定值或设定范围并非是对电感式传感器200的限制。根据另一种实施例，电感式传感器200能够被配置用于给励磁控制202提供表示一组采样值的各种可变参数由信号处理器214接收到的所产生的信号以及它们的值能够由信号处理器214用来计算或外推出靶体210的角位置“θ”。
除上述处理外，信号处理器214还能够被配置用于对由接收元件212接收到的信号施加另外的处理技术，以便针对已知的误差进行调整，降低噪声，消除谐波，过滤不想要的电磁干扰，等等。
信号处理器214还能够被配置用于输出可变参数的或另一个信号的值或者表示靶体210的角位置“θ”的近似值的值。
图3示意性地示出了根据一种实施例的电感式传感器300。图3提供了电感式传感器的一种实施例的更详细视图和实现方式，但是，本领域技术人员应当意识到，存在多种方式来根据本文所描述的原理配置电感式传感器。因而，图3仅说明了一种实施例。
电感式传感器300包括时钟或RC时钟302。时钟302能够用来按照例如4MHz的频率来生成能够用于对进入励磁线圈或励磁元件308、310和312的信号的调制304以及对接收自接收线圈或接收元件316的信号的解调326的信号。
数字-模拟转换器或DAC306能够将已调制信号提供给励磁元件308、310和312。并不限制电感式传感器300具有三个励磁元件。在另一种实施例中，电感式传感器300可以具有两个励磁元件，而在另一种实施例中，电感式传感器300可以具有多于三个的励磁元件，但是，为了说明起见，在此描述了三励磁元件传感器。励磁元件308、309和312被配置用于接收来自DAC306的信号，并且经由电磁辐射来发送这些信号。每个励磁元件都能够产生与其接收自DAC306的信号对应的电磁场。根据一种实施例，DAC306能够被配置用于接收可变参数并且由DAC306提供的每个信号能够是可变参数的函数。根据一种实施例，每个信号都能够被选择使得在时出现所期望的结果可变参数的值等于或近似等于表示传感器被设计用于对其感测的特性或性质的值。例如，类似于图2所述的电感式传感器，励磁元件308、310和312的信号能够被选择使得在可变参数的值接近表示靶体的角位置的值时，由接收元件接收到的信号将接近预定的值或值范围。在一种实施例中，预定的值或值范围能够为0或者在0附近的值范围。
作为非限制性的实例，根据本实用新型的三励磁元件传感器，给励磁元件308提供的信号在数学上能够由函数近似表示。给励磁元件310提供的信号在数学上能够由函数近似表示。并且给励磁元件312提供的信号在数学上能够由函数近似表示。在这些函数中的每个函数内，表示由DAC306接收到的可变参数。应当注意，不同信号的几乎数不清的变化能够被提供给励磁元件以便获得与本实施例相同的结果，因此使用任何具体的信号并不是对本实用新型的限制。本领域技术人员应当意识到，不同的信号可以基于多种不同的配置来选择或设计，包括（但不限于）：励磁元件的数量、励磁元件的外形或几何形状、励磁元件的位置、靶体的外形或几何形状、靶体的位置等。
在一种实施例中，励磁元件308、310和312能够包括一个或多个电感线圈、型铁、平面线圈、平面型铁或者在印刷电路板（PCB）或多层PCB上的直线和具有周期性弯曲的曲线的导电迹线。在一种实施例中，励磁元件308、310和312能够包括在多层PCB上的一系列导电迹线或导电通路。在一种实施例中，励磁元件308、310和312的某些部分被安置于多层PCB的不同层上。励磁元件308、310和312的几何形状、外形、取向、位置和绕组方向能够基于电感式传感器的已知参数来配置。在一种实施例中，励磁元件308、310、312相对彼此有角偏移。
靶体或转子314被安置于励磁元件308、310和312附近。靶体314能够包括闭合导电环路或多个导电环路。一个或多个导电环路能够是中空的或填满的。靶体314的一个或多个导电环路能够被配置以匹配或类似励磁元件308、310和312的几何形状。靶体314能够与传感器被设计用于对其感测的可移动部分耦接，或者能够与传感器被设计用于对其感测的可移动部分集成在一起。根据一种实施例，靶体314被安置为基本上平行于励磁元件308、310和312并且被配置为可关于基本上为励磁元件308、310和312所共有的中心轴旋转的。作为非限制性的实例，并且为了说明起见，靶体314关于其轴的角位置将由符号“θ”指示，并且将为电感式传感器300被设计用于对其感测的系统的性质或特性。靶体314能够被配置用于根据其角位置“θ”来影响由励磁元件308、310和312产生的电磁场。靶体314对电磁场所产生的作用能够由其耦合函数来描述。基于与励磁元件308、310和312的几何形状、外形和位置相对的靶体314的几何形状、外形、材料和位置，耦合函数由在靶体314内感生的涡电流产生，并且因而耦合函数是靶体314的角位置“θ”的函数。根据一种实施例，靶体314的耦合函数对于每个电磁场能够是不同的，因为励磁元件308、310和312能够相对彼此偏移。根据一种实施例，靶体314与励磁元件308的耦合函数在数学上能够近似由函数：H(θ)＝sin(θ)表示。根据一种实施例，靶体314与励磁元件310的耦合函数在数学上能够近似由函数J(θ)＝sin(θ+2π/3)表示。根据一种实施例，靶体314与励磁元件312的耦合函数在数学上能够近似由函数J(θ)＝sin(θ-2π/3))表示。应当注意，不同耦合函数的几乎数不清的变化能够被设计并由靶体314来提供，因此使用任何具体的设计或者一个或多个耦合函数并非是对本实用新型的限制。本领域技术人员应当意识到，不同的耦合函数可以基于多种不同的配置来选择，包括（但不限于）：励磁元件的数量、励磁元件的形状、励磁元件的位置、靶体314的形状、靶体314的材料、靶体314的位置等。
接收线圈或接收元件316能够安置于靶体314附近，并且定位于由励磁元件308、310和312产生的电磁场内。根据一种实施例，接收元件316能够安置于与励磁元件308、310和312相同的印刷电路板的层内。但是，接收元件314还能够独立于励磁元件308、310和312而安置。接收元件314能够被配置用于响应于由励磁元件308、310和312产生的并由靶体314改变的电磁场的感应而生成信号。在接收元件316与靶体314之间的耦合函数能够由于接收元件316的几何形状或外形而近似固定的。例如，接收元件316能够是螺旋形的平面线圈。而且，电容器318和320能够与接收元件316耦接，以便实现谐振电路。根据以上描述，在接收元件212内产生的信号在数学上能够由函数 近似表示，其中是可变参数，而“θ”表示靶体314的角位置。根据该实施例，在接收元件316内产生的信号接近于0，在可变参数的值接近靶体314的角位置θ的值。根据一种实施例，接收元件能够被配置用于将信号输出到电磁干扰滤波器或EMI滤波器322以去除高频干扰。
来自接收元件316的信号然后能够由放大器324放大。因为存在要放大的单个通道和单个信号，所以电感式传感器300可以不受放大失配和/或时间失配影响。解调单元326能够用来解调信号。低通滤波器328能够用来去除信号中的谐波，而模拟-数字转换器或A/D330能够用来将该信号转换为模拟信号。根据一种实施例，A/D330的输出信号能够耦合至数字积分器和环路滤波器332。环路滤波器332的积分以及传感器300的闭环性质能够导致误差充分小的信号，并且在某些情况下，具有靶体314的恒定位置或恒定速度的零误差信号。
环路滤波器332的输出能够表示靶体314的角位置，并且查找表334能够将该输出转换为励磁振幅，并将其反馈到DAC306中，而后处理块336能够将该输出转换为可由另一个器件使用的输出格式。
类似于图2所述的电感式传感器200，电感式传感器300能够被配置用于对可变参数进行调整，直到接收自接收元件316的信号的值达到设定值或者在值的某一范围或设定范围内，或者电感式传感器300能够被配置用于提供表示一组采样值的各种可变参数由接收元件316接收到的所产生的信号能够被处理，并且它们的值能够用来计算或外推出靶体314的角位置“θ”。
电感式传感器300还能够被配置用于输出可变参数的或另一信号的值或者表示靶体314的角位置“θ”的近似值的值。
图4A示意性地示出了根据一种实施例的一对励磁元件。图4A示出了在与图2所述的双励磁元件系统类似的双励磁元件系统中的励磁元件的可能配置。励磁元件403和406的数量、形状、位置和绕组方向意指作为示例，并且意指为非限制性的。第一元件403包括两个绕组401和402。如上所述，并不限制电感式传感器使用双励磁元件系统，也不限制元件具有两个绕组或任何具体数量的绕组或者任何特定的外形或几何形状。本领域技术人员应当意识到，多种不同的元件外形、尺寸、几何形状和元件定位能够被设计，并且绕组的数量能够改变。在一种实施例中，第一绕组401能够具有所示的几何形状，并且能够按逆时针方向卷绕并能够安置于多层PCB的第一层上。第二绕组402能够与第一绕组401电耦接，并且能够安置于多层PCB的第二层上。第二绕组402能够沿顺时针方向卷绕，并且能够相对第一绕组401有角偏移。在一种实施例中，第一绕组401和第二绕组402能够在多层PCB的不同层上交织。例如，第一绕组401，当它按其外形来卷绕，能够在多层PCB的第一及第二层之间交错，而第二绕组402，当它按其外形来卷绕，能够在PCB的第一及第二层之间交错，例如，按照与第一绕组401交替的顺序。本领域技术人员应当意识到，多种不同的绕组配置能够使用多层PCB或甚至是单层PCB来制造。
第二励磁元件406还能够包括两个绕组404和405。依据外形、绕组方向以及在多层PCB的两个层之间的分配，第二励磁元件能够类似于第一励磁元件。绕组404和405能够相对绕组402和403有角偏移，而且绕组405能够相对绕组404有角偏移。
图4B示意性地示出了根据一种实施例的励磁元件的组合。图4B示出了在图4A中描述的堆叠于多层PCB407的一部分上的且定位为具有共同中心的励磁元件403和406的实例的顶视图。应当注意，励磁元件403和406没有相互电连接。
图4C示意性地示出了根据各种实施例的各种靶体的实例。靶体408、410、412和414被示为能够结合图4A所述的励磁元件403和406来使用的靶体的实例。靶体408示出了单个的、中空的、导电的、闭环的靶体。靶体410示出了单个的、导电的、填满的靶体。靶体412示出了四个中空的、导电的、闭合的环路。靶体414示出了四个填满的导电形状。靶体408、410、412和414每个都包括导电材料，并且能够附于希望知道其角位置的系统的可旋转部分或者与其集成在一起。能够使靶体408、410、412和414的基本外形和几何形状近似匹配励磁元件的外形和几何形状，但是，并不限制传感器件的靶体具有特定的外形、几何形状、导电材料或位置。
图4D示意性地示出了根据一种实施例的接收元件。接收元件416能够是螺旋形的，并且能够安置于与励磁元件相同的多层PCB上或者能够单独地安置。
图4E示意性地示出了根据一种实施例的励磁元件和接收元件的组合。图4E示出了具有用于形成第一励磁元件的绕组401和402、用于形成第二励磁元件的绕组404和405以及用于形成接收元件的绕组416的多层PCB407的一部分的顶视图。
图4F示意性地示出了根据一种实施例的励磁元件、靶体和接收元件的组合。图4E示出了具有用于形成第一励磁元件的绕组401和402、用于形成第二励磁元件的绕组404和405以及用于形成接收元件的绕组416的多层PCB407的一部分的顶视图。在一种实施例中，靶体414能够定位为与励磁元件基本上同中心的，并且定位于多层PCB之上且于其附近，使得它能够根据其角位置来影响由励磁元件产生的电磁场。
图5示出了描述用于感测靶体元件的角位置的方法的示意图。根据一种实施例，第一动作500能够包括将第一信号提供给第一励磁元件并感生第一电磁场。第二动作502能够包括将第二信号提供给第二励磁元件并感生第二电磁场。第三动作504能够包括以靶体元件来改变第一及第二电磁场，其中靶体元件被配置用于根据靶体元件的角位置来改变第一及第二电磁场。第四动作506能够包括通过将接收元件与改变的第一及第二电磁场耦合而在接收元件内产生第三信号。第五动作508能够包括评价第三信号的第一值。第六动作510能够包括：如果第三信号的第一值在第一设定范围之外，则为第一及第二信号提供调整。如果第三信号的第一值在第一设定范围之内，则第七动作512能够包括输出第四信号，其中第四信号表示靶体元件的角位置。
在一种可替换的实施例中，动作500-508能够按照描述那样来执行。紧随动作508之后，自动施加对第一及第二信号的调整。紧随该调整之后，能够重复动作500-508。随后，使用第一及第二信号获得的第三信号的第一值以及使用已调整的第一及第二信号获得的第三信号的第一值能够被用来计算并输出表示靶体元件的角位置的第四信号。
图6示意性地示出了用于实施根据本实用新型的一种实施例的电感式传感器的车辆。根据一种元件，车辆602包括能够具有与其耦接的多个励磁元件606和接收元件610的印刷电路板604。该多个励磁元件606能够响应于由能够与该多个励磁元件606耦接的励磁控制614提供的信号而产生电磁场。接收元件610能够与信号处理器612耦接。信号处理器612和励磁控制614能够被耦接在一起，并且信号处理器612能够具有调整由励磁控制614提供给该多个励磁元件606的信号的能力。该多个励磁元件606和接收元件610能够安置于转子608附近。转子608能够耦接至车辆602的构件或者与其集成在一起。例如，构件能够耦接至油门踏板、制动踏板、油门、悬架、方向盘、车头灯、致动器，或者发动机、传动或车辆的各种其他构件的任何构件，或者与其集成在一起。转子608能够相对该多个励磁元件606旋转，并且能够根据其相对于该多个励磁元件606的角位置而影响由励磁元件606产生的电磁场。接收元件610能够响应于受到转子608影响的第一及第二电磁场而生成信号。信号处理器612能够接收由接收元件610生成的信号，并且能够评价由接收元件生成的信号的第一值，提供对由励磁控制提供的信号的调整，并在由接收元件610产生的信号的第一值达到第一设定值或第一设定值范围时确定转子608的角位置。
在一种可替换的实施例中，信号处理器612能够具有给励磁控制614提供一组采样信号的能力。信号处理器612然后能够使用由接收元件610接收到的所产生的信号以及它们的关联值来计算或外推出靶体608的角位置。
本文所描述的实施例被用来说明能够使用的某些可能的物理设计及电子配置。所选的特定的物理设计及电子配置能够被选择以满足特定应用的需要或要求。在不脱离本文所描述的概念的范围的情况下，也能够使用其他无源电子构件和其他配置。
许多不同的方面和实施例也是可能的。那些方面和实施例中的一些在下文描述。在阅读了本说明书之后，本领域技术人员应当意识到，那些方面和实施例只是说明性的，而并非是对本实用新型的范围的限制。
注意，并非以上在一般性的描述或实例中所描述的全部活动都是必要的，具体活动的一部分可以不是必要的，并且除了所描述的那些活动外还可以执行一个或多个另外的活动。此外，活动被列出的顺序也并不一定是它们被执行的顺序。
本文为了清晰起见而在单独的实施例中描述的某些特征同样可以结合于单个实施例中来提供。相反地，在单个实施例中简要描述的各种特征同样可以单独地或者在任何子组合中提供。此外，对规定范围的值的引用包括在该范围内的每个值。
在上文已经针对具体的实施例讨论了好处、其他优点以及问题的解决方案。但是，好处、优点、问题的解决方案以及可以促使任何好处、优点或解决方案出现或变得更显著的任何特征并不应被理解为任何或全部保护范围的关键的、必要的或必不可少的特征。
本说明书以及本文所描述的实施例的图示旨在提供对各种实施例的结构的一般性理解。本说明书和图示并非旨在用作对使用本文所描述的结构或方法的装置和系统的所有元件及特征的穷尽性和全面性描述。单独的实施例同样可以集合单个实施例来提供，并且相反地，在单个实施例中简要描述的各种特征同样可以单独地或者在任何子组合中提供。此外，对规定范围的值的引用包括在该范围内的每个值。只有在阅读了本说明书之后，本领域技术人员可以清楚许多其他实施例。其他实施例可以被使用并且从本公开内容中得出，使得在不脱离本公开内容的范围的情况下可以进行结构替换、逻辑替换或者别的改变。因此，本公开内容应当被看作是说明性的，而非限制性的。
一种用于感测靶体元件的角位置的方法，包括：将第一信号提供给第一励磁元件并感生第一电磁场；将第二信号提供给第二励磁元件并感生第二电磁场；以靶体元件来改变第一及第二电磁场，其中靶体元件被配置用于根据靶体元件的角位置来改变第一及第二电磁场；通过将接收元件与改变的第一及第二电磁场耦合而在接收元件内生成第三信号；评价第三信号的第一值；如果第三信号的第一值在第一设定范围之外则为第一及第二信号提供调整；并且如果第三信号的第一值在第一设定范围之内则输出第四信号，其中第四信号表示靶体元件的角位置。
一种用于感测靶体元件的角位置的方法，包括：将第一信号提供给第一励磁元件并感生第一电磁场；将第二信号提供给第二励磁元件并感生第二电磁场；以靶体元件来改变第一及第二电磁场，其中靶体元件被配置用于根据靶体元件的角位置来改变第一及第二电磁场；通过将接收元件与改变的第一及第二电磁场耦合而在接收元件内生成第三信号；评价第三信号的第一值；对第一及第二信号提供采样调整并且评价第三信号的已调整的第一值；并且基于第三信号的第一值和第三信号的已调整的第一值来计算并输出第四信号，其中第四信号表示靶体元件的角位置。
Claims (12)
1.一种电感式传感器，其特征在于包括：
励磁控制，被配置为接收可变第一参数，并且被配置为生成作为所述可变第一参数的函数的第一信号以及作为所述可变第一参数的函数的第二信号；
第一励磁元件，与所述励磁控制耦接，并且被配置为接收所述第一信号，并且被配置为生成相应的第一电磁场；
第二励磁元件，与所述励磁控制耦接，并且被配置为接收所述第二信号，并且被配置为生成相应的第二电磁场；
靶体，位于所述第一及第二电磁场内，并且被配置为根据其角位置而改变所述第一及第二电磁场；
接收元件，位于所述第一及第二电磁场内且与所述第一及第二励磁元件耦接，并且被配置为响应于由所述靶体改变的所述第一及第二电磁场而生成第三信号；以及
信号处理器，与所述接收元件耦接且与所述励磁控制耦接，其中所述信号处理器被配置为接收所述第三信号并且将更新的可变第一参数提供给所述励磁控制，并且其中所述信号处理器还被配置为基于所述第三信号和所述可变第一参数来生成表示所述靶体的所述角位置的第四信号。
2.根据权利要求1所述的电感式传感器，其特征在于所述接收元件经由电磁感应与所述第一及第二励磁元件耦接。
3.根据权利要求1所述的电感式传感器，其特征在于只存在一个接收元件。
4.根据权利要求1所述的电感式传感器，其特征在于所述第一及第二励磁元件包括含有直线和具有周期性弯曲的曲线的导电迹线。
5.根据权利要求1所述的电感式传感器，其特征在于所述接收元件包括平面螺旋状导电迹线。
6.根据权利要求1所述的电感式传感器，其特征在于还包括：与所述励磁控制耦接并且被配置为接收第五信号并生成相应的第三电磁场的第三励磁元件，并且其中所述励磁控制还被配置为生成作为所述可变第一参数的函数的第五信号，并且其中所述靶体还被定位于所述第三电磁场内并且还被配置为根据其角位置来改变所述第三电磁场，并且其中所述接收元件被定位于所述第三电磁场内并且被配置为响应于由所述第一、第二及第三电磁场引起的电磁感应而生成信号。
7.一种电感式传感器，其特征在于包括：
多个励磁元件，具有共同形状，并且被配置为生成电磁场；
耦合元件，位于所述电磁场内，并且被配置为根据所述耦合元件的角位置来改变所述电磁场，并且其中所述耦合元件的形状基本上匹配所述励磁元件的所述共同形状；以及
接收元件，被配置为响应于由所述耦合元件改变的所述电磁场而生成信号，其中所述信号的值表示所述耦合元件的近似角位置。
8.根据权利要求7所述的电感式传感器，其特征在于只存在一个接收元件。
9.根据权利要求7所述的电感式传感器，其特征在于所述多个励磁元件包括印刷电路板上的导电性平面绕组。
10.根据权利要求7所述的电感式传感器，其特征在于所述多个励磁元件包括具有周期性弯曲的导电性平面绕组。
11.根据权利要求7所述的电感式传感器，其特征在于所述接收元件包括在印刷电路板上的导电性平面绕组。
12.根据权利要求7所述的电感式传感器，其特征在于所述接收元件包括螺旋形状的导电性平面绕组。
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