[发明专利]用于半桥可变差动变压器位置传感系统的设备和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及位置传感器，并且更具体地涉及适合于航空应用的位置传感器。

背景技术

在航空应用中，一般地期望使飞机上的所有部件的重量最小化。较小的重量意味着减少的燃料消耗和较低的运营成本。用于航空应用的两个常用的位置传感器是线性差动变压器（LVDT）和旋转可变差动变压器（RVDT）。特别是由于其以高可靠性和准确度在严酷的环境条件下运行的能力而在航空应用中使用这些类型的传感器。然而，常规LVDT和RVDT传感器可以每个传感器具有四个至六个对接导线。这些传感器通常在电接口处使用五个导线以用于初级线圈的激励和来自次级线圈的输出。当出于提供冗余的目的而使用大量这些传感器时，将信号连接到电子装置的导线的数目和长度趋向于使系统布线复杂化并增加总重量。它们还增加换能器（transducer）内的终端处的导线之一出现折断的可能性。

此外，当采用这些传感器时，用户必须考虑用于修正由于温度变化而引起的输出数据变化的最好的手段。当操作温度从标准室温增加或降低时，换能器在移动构件的固定位置处输出变化。这是因为制成线圈导线的铜的电阻率是温度的函数，并且这影响换能器输出电压。此外，换能器输出随温度的变化也取决于移动构件的位置。因此，换能器输出是位置和温度的非线性二维函数。

用户还必须考虑用于修正由于换能器输出相对于移动构件的位置的非线性而引起的输出数据变化的最好的手段。

本发明的实施例表示了相对于在航空应用中使用的位置传感器的相比于现有技术的进步。下面将对这些进行简要描述。

发明内容

在一方面，本发明的实施例提供了一种半桥可变差动变压器位置传感系统，其包括换能器，换能器具有定子，该定子具有电感线圈，该电感线圈具有被配置成提供输出信号的中心分接头。该换能器具有电枢，该电枢具有被配置成在电感线圈内移动的导磁芯，导磁芯的移动引起输出信号的变化。位置传感系统包括第一电路，被配置成在电感线圈的一个端子处提供激励信号。位置传感系统还包括微控制器，被配置成基于输出信号的电压和激励信号的电压的比较来计算导磁芯的位置的变化程度。而且，微处理器还被配置成修正由于换能器的温度和由于导磁芯的移动对输出信号所引起的非线性影响而导致的输出信号电压的变化。而且使用不超过三个电导线来操作半桥可变差动变压器位置传感系统。

在位置传感系统的特定实施例中，不超过三个电导线包括用以向电感线圈供应激励信号的第一导线、被连接到电感线圈的第二接地导线以及用以载送换能器输出信号的第三导线。

在另一实施例中，所述换能器包括具有缠绕在绕线筒上的第一和第二电感线圈的定子，所述第一和第二线圈与被耦合在第一和第二线圈之间的中心分接头串联连接，所述定子被容纳在保护外壳中，该保护外壳具有被配置成容纳导磁芯的钻孔。在特定实施例中，所述电枢包括被附着于非金属轴的导磁芯，其中，非金属轴的移动被传递至导磁芯。在某些实施例中，定子的钻孔内的导磁芯的移动是线性的，而在替换实施例中，定子的钻孔内的导磁芯的移动是可旋转的。

在特定实施例中，位置传感系统还包括信号调节电路以使得换能器输出信号适合于模数转换。在更特别实施例中，用于使得换能器输出信号适合于模数转换的信号调节电路包括被配置成对换能器输出信号进行整流和平滑化的电路。在另一实施例中，微控制器被编程为对换能器输出信号进行整流和平滑化。在更特别实施例中，信号调节电路包括AC信号调节电路和DC信号调节电路。在附加实施例中，位置传感系统还包括被耦合到信号调节电路的一个或多个模数转换器。

在特定实施例中，微控制器被编程为通过使用温度修正表来计算温度修正因数而修正由于换能器的温度而引起的输出信号电压的变化。在另一实施例中，微控制器被编程为通过使用校准表来计算线性修正因数而修正由于导磁芯的移动所引起的对输出信号的非线性影响而导致的输出信号电压的变化。

在特定实施例中，该位置传感系统还包括被耦合在换能器与微控制器之间的DC参考信号发生器，其中，DC参考信号发生器的输出被包括在激励信号中。在更特别实施例中，微控制器被编程为通过将换能器输出信号中的实际DC偏压与预期DC偏压相比较来检测电感线圈中的短路和开路。在附加实施例中，位置传感系统包括被耦合在换能器与微控制器之间的AC参考信号发生器，其中，AC参考信号发生器的输出被包括在激励信号中。