[发明专利]感应式位移传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求于2014年4月28日提交的美国临时专利申请号61/985,372的权益和优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合在此。

背景

技术领域

感应式位移传感器和使用这些传感器的方法可以用于各种环境。例如，用于精确地测量线性运动或角运动的系统可以使用感应式位移传感器来测量位置的改变。

背景技术

在某些常规感应式传感器中，提供了初级线圈和两个次级线圈。在这些传感器中，这两个次级线圈被设计为使得接收信号的大小相对于彼此随机械运动相反地变化。此类传感器的早期版本被称为线性可变差动变压器(LVDT)。

LVDT是将相对于机械参考(或零)的线性位移或角运动转换成包含相位信息(针对方向)和振幅信息(针对距离)的成比例的电信号的感应式换能器。图1展示了典型的LVDT配置。

如图1所示，LVDT由在非铁磁性孔衬里或轴管的整个长度上或者在圆柱形非导电材料(如采用线圈形式或线筒的塑料或陶瓷材料)的整个长度上绕线的初级线圈组成。两个次级线圈(次级a，次级b)围绕初级线圈而缠绕。这两个次级线圈通常以相反顺序连接或者采用差动连接。这些次级线圈相对于彼此是对称的，从而使得他们有效地形成正弦-余弦关系。

较新的感应式传感器代替在具有印刷在PCB上的线圈的LVDT中找到的变压器。这种替代引起类似的磁耦合效应，其中，显著减小了传感器的大小和成本。与LVDT一样，使用正弦波载波来驱动初级线圈。耦合器(典型地配置有形成短路线圈的PCB迹线的另一个PCB)用于将由初级线圈所创建的场耦合到次级线圈，从而使得所接收的信号的振幅随耦合器的机械运动而变化。

在次级线圈上所接收的信号向引起自动增益控制(AGC)的系统提供反馈。此反馈依赖于这两个接收信号之间的正弦/余弦关系，该关系支持以下等式：A²+B²＝K，其中K为常量。所计算出的K与K的理想值之差被用作系统的反馈信号。可以利用该反馈来改变驱动至初级线圈的正弦波的大小和/或改变在系统的信号调节路径中的放大器的增益。由于该反馈均等地应用于两个信号，所以这两个信号的比率关系保持完整，并且每个输出继续成比例地反映输入。

在次级线圈上接收的信号还被利用来测量机械运动。在常规的双线圈感应式传感器的情况下，次级线圈具有需要信号处理以便产生正切或余切结果的正弦/余弦关系。然后，必须通过查找表或其他方式进一步处理此正切/余切结果，以创建指示耦合器的运动的线性输出或其他输出。这样的信号处理需要包括处理器、存储器和信号处理算法的系统。

发明内容

根据本发明的某些实施例，一种装置可以包括初级电感器、场耦合至所述初级电感器的第一次级电感器、以及由耦合器场耦合至所述初级电感器的第二次级电感器，所述耦合器的运动将被检测。所述第一次级电感器和所述第二次级电感器可以被配置为用于检测耦合器的运动的协调的电感器。该协调的电感器可以被配置成用于提供参考信号和测量信号，其中，该参考信号跨该耦合器的运动范围具有恒定振幅。

在本发明的某些实施例中，一种方法可以包括为初级电感器供能。所述方法还可以包括：提供来自多个次级电感器中的至少一个次级电感器的参考信号，其中，所述多个次级电感器由耦合器场耦合至所述初级电感器，并且其中，来自所述多个次级电感器的一对次级电感器被配置为协调的电感器。所述方法可以进一步包括：提供来自所述多个次级电感器中的至少一个另一个次级电感器的测量信号，其中，所述测量信号被配置成用于反映所述耦合器的运动。所述参考信号可以跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅。此外，所述方法可以另外包括：基于所述测量信号的变化来确定所述耦合器的运动。

根据本发明的某些实施例，一种系统可以包括：传感器，所述传感器包括初级电感器、场耦合至所述初级电感器的第一次级电感器、以及由耦合器场耦合至所述初级电感器的第二次级电感器。所述第一次级电感器和所述第二次级电感器可以被配置为用于检测耦合器的运动的协调的电感器。所述协调的电感器可以被配置成用于提供参考信号和测量信号。所述参考信号可以跨所述耦合器的运动范围具有恒定振幅。所述系统还可以包括输出，所述输出被配置成用于提供对由所述传感器检测到的所述运动的表示。

附图说明

为正确地理解本发明，应当参照附图，其中：

图1展示了典型的LVDT配置。

图2展示了根据本发明的某些实施例的感应线圈配置。