[发明专利]用于检测磁场的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测磁场特别用于检测物体的位置的方法和设备。具体来说，本发明涉及一种用于检测磁场的方法，特别用于通过连接到电子器件的优选为椭圆形的软磁元件来检测物体的位置，通过所述电子器件来测量软磁材料的阻抗。此外，本发明涉及一种用于检测磁场的设备，特别用于通过连接到电子器件的优选为椭圆形的软磁材料来检测物体的位置，通过所述电子器件来确定/测量所述软磁材料的阻抗（特性），所述设备特别应用根据本发明的方法。

背景技术

在众多应用中需要解决的是测量位置的问题。在自动化技术中，有必要按照处理顺序检测物体的位置或监测移动的机器部件。在汽车领域中，特别是在机动车辆中，在发动机、离合器、变速箱、车身零件等部件的内部或在这些部件处，需要监测多个移动和位置。在航天领域也存在类似的应用，如在飞机中需要检测襟翼、门或起落架的位置。另外，在消费领域中，例如在洗衣机内需要通过位置测量来称量纺织品的重量。

在文献中已经描述了很多针对这些位置测量任务的解决方案，这些解决方案使用不同的物理测量方法来运作，例如灵敏度（sensitivity）法、电容法、电感法、光学法、或磁测量方法。这些测量方法中的一特定类别包括磁测量方法，这是因为所述方法通常将磁铁固定在要测量的物体（测量的对象）处。这里传感器代表变量，其中所述磁铁分配给传感器，可检测测量物体的反应。但是这里测量物体必须具有磁性特性，特别是铁磁特性。这些传感器的共同点是通过磁反应检测测量物体的位置，该磁反应由传感器检测。这里磁传感器特别适于必须通过固定物体来检测移动物体的移动的场合。通过磁场穿过非磁性材料扩展，例如可检测在气缸内的活塞的位置，如果所述气缸包括诸如铝的非磁性的材料。

这种利用磁性测量原理的位置传感器已经在相当长的时间内是公知的。

有几种不同的方法和材料，这些方法和材料可用于测量传感器相对于具有集成磁铁（永久磁铁和电磁铁）的测量物体的相对位置。

典型的例子包括霍尔传感器、磁阻传感器（AMR、GMR、XMR）、磁通门传感器。

专利DE19621886A1公开了一种磁性位置测量装置，所述装置使用至少一个磁通门传感器扫描在不同周期内周期性地磁化的测量分区，以确定两个移动物体相对于彼此的相对位置，磁通门传感器包括至少一个励磁线圈，以及布置在软磁性载体周围且彼此分开一定距离的至少两个传感器线圈。

对于较大的测量范围，提供多个具有线性载体的磁通门传感器，这些传感器相对于彼此并行布置，且由薄膜技术制成。

还可提供内插单元，其根据载波频率信号的振幅估计原理来运行。

专利DE102007062862A1描述了一种方法，所述方法用于确定测量物体相对于传感器的位置，该传感器包括流入交流电流的传感器线圈，其中软磁材料的磁导率在磁场的影响下发生变化。所述磁场由分配给测量物体的永久磁铁产生。

还可参考根据专利DE102007062862A1中所描述的现有技术中的其它磁性传感器。

但是，现有技术的传感器存在以下缺点：

专利DE19621886A1中所使用的磁通门传感器包括激励器和两个接收线圈，它们可用于磁化要测量的软磁性磁芯。根据专利DE102007062862A1的传感器还包括被供给交流电流的线圈。线圈是比较昂贵的组件，这是因为线圈难于缠绕，或者因为在线圈被印刷或被刻蚀在电路板上的情况下，对印刷或刻蚀工艺的精度要求很高。这些传感器的另一缺点在于，线圈或磁芯的体积比较大。因此，由于这些原因，不可能产生可用于有限的构造空间内的小型且紧凑的传感器。

现有技术的传感器的另一缺点在于，它们主要用于测量磁场的强度H。例如，在现有技术的霍尔传感器中，测量信号（即霍尔电压U_H）与磁场H之间直接线性关联。甚至在磁阻传感器中，主要的测量信号与磁场H成比例。因此，使用这些类型的传感器可以很好地测量磁场。但是，这里存在严重的缺点，即永久磁铁或电磁铁的磁场不会随着其离磁铁的距离增加而线性地减小，而是呈现出极其非线性地（经常为指数地）减小的参数，所述参数本身是已知的。因此，任何包括相对于磁场H的线性参数的传感器对检测包含磁铁的测量物体的位置而言比较有限。在技术上特别有利的是得到线性依赖于所需尺寸（在这种情况下是测量物体的位置或距离）的信号，这是因为这时可以省略任何较昂贵的线性化过程或校准过程。尽管通常是非线性的参数，但为了得到近似线性的信号，可限制测量范围，从而仅利用非线性参数在其第一近似线性的部分内的一小段。然而，该方法大大限制了可用的测量范围。

发明内容