[发明专利]用于位置的感应探测的位置传感器、致动器-传感器装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于第一元件相对于第二元件的位置的感应探测的位置传感器，该第一元件包括基准线圈，该第二元件包括基准物体。本发明还涉及一种致动器-传感器装置，并且涉及一种用于基准物体相对于基准线圈的位置的感应探测的方法。

背景技术

按无接触方式操作的位置传感器用在多个技术领域中。在汽车工程中，无接触位置传感器例如用作没有接触磨损的旋转开关或按钮，特别是用于旋转灯开关。这样的位置传感器通过使用各种物理测量原理而工作。例子包括光学、电容或电位测量。然而，以上提到的传感器仅能以比较高成本实现，另外具有太大尺寸，及仅能以很高的安装努力而集成。按电容方式操作的传感器还对于湿气敏感。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于位置的感应探测的位置传感器、致动器-传感器装置以及方法，该位置传感器、致动器-传感器装置以及方法关于在现有技术中已知的问题而被改进。

按照本发明，提供有一种用于第一元件相对于第二元件的位置的感应探测的位置传感器，该第一元件包括基准线圈，该第二元件包括基准物体。优选地，第一和第二元件是位置传感器的整体部分。位置传感器能是旋转编码器、线性位置变送器（transmitter）、或接近传感器，例如按钮。优选旋转编码器是无接触旋转灯开关，例如用于机动车辆。位置传感器还包括控制和处理单元，该控制和处理单元优选地能是微控制器。

控制和处理单元可包括输入和输出，该输入和输出每个都耦接到基准线圈。控制和处理单元设计成用来发出输出信号，该输出信号用来在基准线圈中产生电流脉冲。另外，控制和处理单元设计成，评估由在基准线圈中的这种电流脉冲产生的振荡和将其用作输入信号，该输入信号指示基准物体相对于基准线圈的位置。在基准线圈中引起的振荡的评估可例如借助于对应编程微控制器实现。

根据本发明的上述方面的位置传感器基于如下物理效应：在优选金属导电基准物体中-其由基准线圈的磁场透过，诱发涡流损失，并且这些涡流损失导致磁场的能量损失。由于出现能量损失，线圈电压降低，这可探测为输入信号，该输入信号指示基准物体相对于基准线圈的位置。

按照本发明的方面，在基准线圈中产生电流脉冲，并且参考生成振荡，探测磁场的出现能量损失。已经认识到，由于外部连线和基准线圈的寄生电容，在该线圈中出现阻尼振荡，并且这种效应可用于感应位置探测。与由现有技术已知的解决方案相比，根据本发明的方面的位置传感器具有如下优点：基准线圈可定尺寸成较小。另外，可使用较小激励电流和较低激励频率。这特别就关于位置传感器的电磁兼容性（EMC）是便利的。

控制和处理单元还可设计成，评估由在基准线圈中的电流脉冲产生的振荡的振幅。这种振幅的高度可认为是由基准物体引起的能量损失的度量。振幅的评估-作为指示基准物体的位置的输入信号，因此代表特别有效的解决方案。

按照本发明的另外方面，控制和处理单元的输出经第一节点与基准线圈的一侧相耦接。优选地，基准线圈的另一侧耦接到固定基准电位，例如接地。另外，二极管可在正向方向上连接在第一节点与第二节点之间，该第二节点还可与控制和处理单元的输入相耦接。电容器可耦接在第二节点与固定基准电位（优选为地）之间。这个电容器能是评估和处理单元的一部分；然而，它还能是分离元件。

在由现有技术已知的解决方案中，这些解决方案采用类似测量原理，始终必要的是，线圈激励电流或激励频率至少具有一定量值，并且另外具有足够大的介电常数。否则，不能实现测量装置的满意灵敏度。然而，这由于EMC原因是最不切实际的。另外必须经常地使用缠绕线圈，这意味着成本缺点。根据本发明的方面的位置传感器克服了这些缺点，至于评估在基准线圈中的振荡，可使用比较低的介电常数和较低激励频率。另外，可省去缠绕线圈。可能的是，将在印刷电路板中集成的导体路径的扁平线圈、或以MID技术制造的扁平线圈用作基准线圈。

为了评估在基准线圈中产生的阻尼振荡，这种振荡的正半波经二极管被整流。电容器由正电压波峰充电。按照这种特别简单和便宜的实施例，经电容器得到的电压可作为在控制和处理单元的输入处的输入信号被探测，并且用作输入信号，该输入信号指示在基准物体与基准线圈之间的位置。已经发现，低电容的电容器可用于这个目的，正如它已经集成例如在可商业买到的微控制器中那样。优选地，该电容器具有低电容，例如在10pF与20pF之间。

当基准物体到基准线圈的距离变化时，改变由在基准物体中的涡流损失引起的基准线圈的场的能量损失变化。这导致在电容器处得到的电压的变化。在各个连续测量循环中，因而可探测在基准物体与基准线圈之间的变化距离。