專利名稱：用于電感傳感器的干擾消除系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過利用電感傳感器來對機器或設備中的機構的運動進行 監控，提出了一種能夠抵消電感干擾的系統，所述電感干擾由檢測系統外 部的磁場引起并能夠導致檢測系統的不良運行。
背景技術：
用于對某些例如汽車的發動機、ABS或變速箱等機構的運動進行監控 的設備的使用以及其它應用是公知的，例如在西班牙專利ES 200501503中 所描述的，這些設備使用由線圈形成的電感傳感器，其中，移動磁性部件 (磁體等)在線圈前方經過，這能夠改變所述線圈中出現的通量，在所述 線圈中感應出較小的電動勢或電子電壓，所述電動勢或電子電壓被電子電 路處理和放大，從而根據其中安裝有磁性部件的移動部件的所述經過來產 生數字脈沖。在所述電感傳感器中，當移動部件的經過速度較慢時，由移動部件的 所述經過所引起的磁通量變化以及由其產生的相應電動勢是非常小的，使 得移動部件所感應的電動勢在幅度上與放置傳感器的空間內出現的其它磁 場所感應的電動勢(其可由發動機、致動器、電閥或者任意電氣電子機構 引起，其中在這些機構中流動著隨著時間而變化的電流)是可比的，雖然 可以將所述電動勢視為在傳感器所位于的空間內是均勻的，但是它們一般 會隨著時間而變化，由此可能引起干擾電動勢。此外，反作用線圈的使用是公知的， 一旦這種線圈處于公共交變場的 作用下，就會消抵其電感效應，由此能夠獲得測量結果，以便例如確定在 由非磁性材料制成的對象中磁性材料的內容，例如在西班牙專利ES 465,446 中所描述的。發明內容根據本發明，提出了一種系統，該系統能夠完全解決對應用電感傳感 器的空間產生影響的外部干擾問題，從而實現高效的電感傳感器功能。本發明的該系統實體包括形成應用了兩個相同半線圈的電感傳感器， 所述半線圈串行地且磁性相反地電性設置，在傳感器的移動磁性部件的運 動平面內且在所述移動磁性部件所經過的位置前方放置所述平行且共面的 半線圈。由此獲得一種組合件，在該組合件中，產生影響的磁場在半線圈中所 感應的電動勢消抵，使得當影響兩個半線圈的磁通量相等時，從所述組合 件產生的感應電動勢為零。因此，在兩個半線圈中，由外部磁場感應的、僅隨著時間而變化的電 動勢是相等的并因而被抵消，然而，由于在運動期間移動磁性部件的位置 相對于兩個半線圈發生變化，所以在兩個半線圈中由所述磁性部件引起的 電動勢是不同的，從而由于所述移動磁性部件的所述經過的影響可以獲得 合成電動勢，這樣就能夠對所述移動磁性部件的運動進行監控。通過對組成部件的幾何形狀和磁屬性進行適當調整，可以進一步改造 所述系統，使得傳感器的兩個半線圈的正或負半波被電性加在一起，從而， 相對于干擾的影響，由移動磁性部件的影響所獲得的感應電動勢的信號得 到優化。當干擾場在傳感器的半線圈所占用的空間內不完全均勻的情況下，作 用在半線圈的磁芯的效應也可以被消抵，使得在移動磁性部件未運動的情 況下，傳感器的輸出信號為零。根據所述系統的特定結構性實施例，利用兩個繞組將電感傳感器系統 的兩個線圈安裝在公共磁芯上，其中通過在兩個軸向連續的部分中以相反 繞組方向纏繞單根導線來形成所述兩個線圈。在這種情況下，例如，其上形成有線圈的公共磁芯被配置為平行六面 體形狀并且其是由沖切的片或條帶形成的，所述磁芯優選以其較大表面的 平面位于相對于移動機構的垂直位置中的方式進行設置，其中由磁體形成 的傳感器的磁性部件位于所述移動機構中。由此獲得一種組合件和設置，通過該組合件和設置，在相反線圈的組 合件中抵消了系統外部干擾磁場的影響，其中，所述干擾磁場在傳感器的環境中具有均勻的空間分布，然而，根據在運動過程期間移動機構相對于 所述線圈的位置變化，設置在移動機構上的磁體在線圈中產生可變電動勢， 使得兩個線圈中所產生的電動勢的差異引起可被變換成與磁體在線圈前方 的每一次經過相對應的脈沖的信號，從而可以根據所述脈沖來確定受到監 控的機構的運動的等效量。由此形成的傳感器實際上可被設置在平面空間內，從而在線圈設置與 所應用的移動機構之間需要非常小的空間，然而，由于傳感器的兩個線圈 纏繞在公共磁芯上，所以與兩個線圈形成在單獨磁芯上的方案相比，寄生 磁場在上述兩個線圈上的影響要均勻的多，從而通過基于繞組的軸來移動 公共磁芯能夠容易地抵消合成不對稱性，這有助于減少干擾信號的影響。由于可以通過使用金屬片或金屬扁條進行簡單沖切來獲得線圈的平行 六面體磁芯，所以所述磁芯的成本也是非常低的。因此，本發明的所述系統實體具有有利的特征，gP，對于其所針對的 功能獲得其自身的特性和優選的特征。
圖1示出受干擾場作用的常規電感傳感器的功能性設置圖。圖2示出兩個電動勢比較圖，所述電動勢為在前圖傳感器的線圈中由 傳感器的磁性部件的移動和干擾所感應的電動勢，以及由前述兩者的和所 產生的電動勢。圖3是受干擾場作用的根據本發明目的的電感傳感器的功能性設置圖。 圖4是組成半線圈(half-coil)并行放置的本發明傳感器實體的實施例 的透視圖。圖5示出由傳感器半線圈中的干擾所感應的電動勢以及根據相應的和所產生的電動勢的視圖。圖6示出在傳感器半線圈中由移動磁性部件所感應的電動勢以及根據相應的和所產生的電動勢的視圖。圖7是基于相反連接的本發明傳感器的半線圈的設置圖。 圖8是繞組方向相反的本發明傳感器的半線圈的設置圖。 圖9示出半線圈位于公共磁芯上的根據本發明目的的電感傳感器的功能性設置圖。圖io是前圖所述傳感器的操作的示意圖。
具體實施方式
本發明的目的涉及一種系統，其使用能夠抵消外部部件干擾影響的設 置，抵消在用于監控機構運動的電感傳感器上由外部影響所引起的干擾影 響。圖l所示類型的常規電感傳感器包括線圈(Ll)，其被設置在將要監控 的移動部件對面，在所述移動部件內安裝有可為任意類型磁導體的磁性部 件(1)， 一旦磁性部件(1)在線圈(Ll)前方經過，其就會改變線圈(Ll) 中出現的磁通量，在所述線圈(Ll)內感應出電動勢或電子電壓，從而通 過利用電子電路對該信號進行放大，可根據安裝有磁性部件(1)的移動部 件的運動產生數字脈沖。然而，在應用所述電感傳感器的地方，通常存在產生磁影響(magnetic influence)的外部部件，例如發動機、致動器、電閥等，使得一旦磁性部件(1)在所述線圈(Ll)前方經過，線圈(Ll)就受到磁性部件(1)的磁 場(Bl)的影響的作用，并且受到外部部件的磁場(B2)的影響的作用。磁性部件(1)對線圈(Ll)的影響取決于所述磁性部件(1)的運動 速度(V)，在外部部件的影響隨著時間而變化的情況下，兩種影響在線圈(Ll)中引起相應的感應電動勢，圖2中示出了感應電動勢的曲線(a和b)， 從而將所述電動勢加在一起，產生對應于圖2所示的曲線(c)的合成電動 勢(s)。因此，外部部件的場(B2)的影響形成對傳感器操作產生影響的干擾， 當外部部件所感應的電動勢具有與磁性部件(1)所感應的電動勢類似的幅 度時，所述干擾能夠使所述操作失真到使得所提供的數據不可用的程度。這基于如下事實圖1中傳感器的合成電動勢(s)(對應于圖2中的 曲線(c))是磁性部件(1)和外部部件所感應的電動勢(q和s,)(對應于 圖2中的曲線(a和b))的和，其根據以下公式-e = -d(d>1+(D2)Li/d(t) 其中，(D,和(^是圖1視圖中磁場B,和B,的通量。換句話說，在這種情況下，干擾場B2所引起的信號(s2)與磁性部件 (1)的運動所引起的信號U,)相疊加并混合，從而難以或不能區分所述磁性部件(1)在線圈(Ll)前方的經過，其中所述信號(s2)在空間內是均勻的但是其隨著時間而變化。根據本發明的系統(圖3和圖4)，利用兩個半線圈(L2和L3)形成電感傳感器，其中在相對于所述磁性部件(1)的經過點的相對位置中，所述半線圈(L2和L3)磁性相反地設置，其位置互相平行并且相對于磁性部件(1)的運動平面(2)共面。對兩個半線圈(L2和L3)的繞組以及其相互之間的連接和到外部電路的連接進行設置，使得所述半線圈(L2和L3)上的磁影響引起其中所感應的電動勢(&和su)的互相抵消效應，當兩個半線圈(L2和L3)上的磁影響相等時，合成電動勢(O在連接到外部的端點內為零。為此，半線圈 (L2和L3)可以用相反的方式進行電性連接，如圖7的實例所示，或者半線圈(L2和L3)可以以其繞組方向相反的方式進行設置，如圖8的實例所示。由此實現如下效果在半線圈(L2和L3)的組合件的輸出中由干擾場 (B2)所感應的電動勢為零或接近零，并且由于移動磁性部件(1)相對于 半線圈(L2和L3)的距離不同且在經過半線圈(L2和L3)前方的運動期 間變化，所以只有由移動磁性部件(1)的磁場(B，)所感應的電動勢是明 顯的，從而使得所述磁性部件(1)的影響在兩個半線圈(L2和L3)中產 生不同的感應，因而組合件的輸出具有合成電動勢(s)，其在傳感器的操 作中被用作傳感器的激勵信號。這基于如下事實由于感應效應在兩個半線圈(L2和L3)中產生相反 的電動勢，所以組合件的合成電動勢(s)是所述半線圈(L2和L3)中所 感應的電動勢(&和y)之間的差異，艮P-<formula>formula see original document page 8</formula> 其中，A和^是圖3視圖中磁場B,和B2的通量。然而，由于半線圈(L2和L3)是相同的并且互相接近，所以可以將磁 場(B2 )的影響的效應視為在任意時刻處在兩個半線圈(L2和L3)上相等，由此e。,-d(①2X2/d(t) + d(O)2),3/d(t):0這在圖5中用圖形反映出來，其中，曲線(e， f)對應于磁場(B2) 在半線圈(L2禾tlL3)內所感應的相應電動勢，而直線(g)對應于根據這 兩部分電動勢所產生的和。關于場(B,)，由于半線圈(L2和L3)之間的距離以及磁性部件(1) 相對于半線圈(L2和L3)的距離，在給定時刻處不會出現相等的dv,和O,u 通量，從而在組合件的輸出中總是存在電壓脈沖，由此能夠對磁性部件(l) 的經過進行監控，并進而對安裝有所述磁性部件(1)的移動部件的運動進 行監控。這在圖6中用圖形反映出來，其中，曲線(h， i)對應于磁場(B,)在 半線圈(L2和L3)內所感應的相應電動勢，而曲線(j)對應于根據這兩 部分電動勢所產生的和。通過選擇半線圈(L2和L3)的軸之間的距離以及所述半線圈(L2和 L3)與移動磁性部件(1)之間的距離，可以使得兩個半線圈(L2和L3) 的正或負半波以某一時滯出現，以便將其幅度電性相加，如圖5和圖6的 視圖中所示，由此，相對于由外部部件所引起的干擾感應的影響，由磁性 部件(1)的感應所引起的合成信號的影響得到提高，從而使傳感器功能的 結果得到優化。根據包括在本發明同一概念中的結構性實施例(圖9和圖10)，利用由 磁導材料制成的、基本上為平面平行六面體形狀的磁芯(4)形成電感傳感 器，使得可以在不限制所述形成的情況下通過從簡易金屬片上進行沖切來 獲得所述磁芯。利用相應的繞組(2和3)在所述磁芯(4)上形成兩個軸向連續的半 線圈(L2和L3)，其中通過使單根導線以相反繞組方向在兩個部分上進行 纏繞而連續地形成所述繞組(2和3)。禾lj用例如永久性磁體的磁性部件(1)來形成傳感器，所述磁性部件(1) 被安裝到利用傳感器監控其運動的移動機構上，半線圈(L1和L2)的組合 件被設置在與所述磁體(1)經過的區域相對的位置中，當在應用機構的運 動中該應用機構承載所述磁體(1)時，將半線圈(L2和L3)的組合件設置在相對于所述運動的縱向位置中，優選地，采用磁芯(4)的較大表面的 平面垂直于安裝有磁體(1)的機構的設置，如圖9中所示，但是也可以位 于其它位置。
在這種情況下，如圖10所示，磁體(1)的磁場分布成兩個磁力線波 瓣(5.1和5.2)，其在實際磁體(1)的兩側相對于中心線(6)對稱地閉合。
在這些情況下，當磁體(1)的所述磁場的中心線(6)與磁芯(4)上 半線圈(L2和L3)的分布的縱向中心重合時，如在所述圖10的位置(A) 中，磁力線波瓣(5.1和5.2)均等地作用于兩個半線圈(L2和L3)，由此 通過影響而在其中創建互相抵消的相等且相反的電動勢，從而在所述半線 圈(L2和L3)的導線端點之間沒有明顯的信號。
然而，在磁體(1)經過具有所述設置的半線圈(L2和L3)前方的運 動期間，根據磁體(1)與半線圈(L2和L3)的不同距離(如在位置(B 禾口C))，波瓣(5.1禾n 5.2)以不同的方式作用于每個半線圈(L2和L3)， 因此，在所述半線圈(L2和L3)中發生影響并從而產生不同的電動勢，所 述電動勢在半線圈(L2和L3)的公共導線端點之間的差異較為明顯并具有 相當大的電壓信號，根據該電壓信號可以對磁體(1)在該位置處的經過進 行計數，并且根據該電壓信號來確定設置有磁體(D)的受監控機構的運動 的等效量。
由于示例性的原因，圖10的視圖假定磁體(1)處于固定位置并且半 線圈(L2和L3)的組合件圍繞所述磁體(1)旋轉，為了對操作進行解釋 的目的，這與假設半線圈(L2和L3)的組合件保持在固定位置而磁體(1) 周期性地在所述位置前方經過的情況是相同的，當將磁體(1)安裝到旋轉 機構中時會出現這種情況，這種情況是在傳感器的實際應用中經常發生的 情況。
在這種情況下，由于兩個半線圈(L2和L3)纏繞在公共磁芯(1)上， 所以作用于安裝位置的寄生場在兩個半線圈(L2和L3)上的影響是非常均 勻的，并且在任何情況下，可以通過基于半線圈(L2和L3)的軸稍微移動 磁芯(4)的簡單方式來抵消合成的殘余不對稱性，從而有助于將噪聲信號 減小到非常低的級別。
權利要求
1. 一種用于電感傳感器的干擾消除系統，該類型的電感傳感器包括電感線圈，其中安裝到移動部件上的磁性部件在所述電感線圈前方經過，并且所述移動部件的運動將被監控，其特征在于兩個相同的半線圈(L2和L3)以實現電感線圈功能的方式設置，所述半線圈磁性相反、互相平行設置并且在它們的組合件中相對于所述磁性部件(1)的運動平面共面，其中所述磁性部件(1)安裝到將被監控的所述移動部件上。
2、 如權利要求i所述的用于電感傳感器的干^;消除系統，其特征在于在相對于所述磁性部件(1)的某一距離處、以兩者之間具有某一間隔的方式放置所述半線圈(L2和L3)，使得所述半線圈(L2和L3)上的磁影響 所引起的相應感應的正或負半波以某一時滯出現，以便將其幅度加在一起。
3、 如權利要求1所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于 所述半線圈(L2和L3)串行地但方向相反地電性連接。
4、 如權利要求1所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于 所述半線圈(L2和L3)串行地電性連接，并且所述半線圈(L2和L3)的 繞組方向相反。
5、 如權利要求1所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于 在用于放置所述半線圈(L2和L3)的空間中，均勻磁場(B2)的影響在所 述半線圈(L2和L3)中引起互相抵消的相等感應。
6、 如權利要求1所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于 根據相對于所述半線圈(L2和L3)的所述運動，所述磁性部件(1)的磁 場(B,)的影響是可變的，這在所述半線圈(L2和L3)中引起不同的感應， 使得所述組合件的輸出中產生合成脈沖。
7、 如權利要求1所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于:所述半線圈(L2和L3)被設置成在所述磁性部件(1)未運動時，所述半 線圈(L2和L3)的所述組合件的輸出信號為零。
8、 如權利要求1所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于: 所述半線圈(L2和L3)被安裝到公共磁芯(4)上，所述半線圈(L2和 L3)由單根導線形成，所述導線依照具有相反繞組方向的兩個軸向連續的 繞組(2和3)而纏繞在所述磁芯(4)上。
9、 如權利要求8所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特征在于: 所述公共磁芯(4)是由磁導材料所制成的、優選具有平面結構的平行六面 體形成的，其中在所述公共磁芯(4)上形成所述半線圈(L2和L3)。
10、 如權利要求8和9所述的用于電感傳感器的干擾消除系統，其特 征在于在相對于磁體(1)的所述經過運動的縱向位置中，設置被安裝到 所述公共磁芯(4)上的所述半線圈(L2和L3)的所述組合件，其中，所 述磁體(1)由將被監控的所述移動機構承載，所述半線圈(L2和L3)的 所述組合件優選以所述公共磁芯(4)的平面垂直于所述移動機構的方式設 置，其中所述磁體(1)被安裝到所述移動機構中。
全文摘要
本發明涉及用于電感傳感器的干擾消除系統，所述電感傳感器用于監控移動對象的運動，其包括由兩個磁性相反的相同半線圈(L2和L3)所形成的電感部件，所述半線圈(L2和L3)互相平行設置且與在受監控的移動部件上提供的磁性部件(1)的運動平面共面，并且面向運動磁性部件(1)所經過的點。
文檔編號G01R33/025GK101305292SQ200680041773
公開日2008年11月12日 申請日期2006年11月7日 優先權日2005年11月8日
發明者J·L·蘭德特克斯蘇加拉姆迪, S·迭斯加西亞 申請人:澤爾坦公司
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