[发明专利]延伸的行程位置传感器

说明书

描述了一种位置感测系统，其包括被定位于靠近一定数量的软磁性材料或者半软磁性材料的波导。磁体，相对于波导和磁性材料是可移动的，该磁体被定位于邻近磁性材料处并且被配置以生成足够使得磁性材料局部饱和的局部磁场。该饱和的磁性材料操作以改变在饱和点处的波导的特征阻抗，特征阻抗的改变引起信号在阻抗不连续点处被反射。描述了用于将第一信号传递到波导的信号发生器，和用于接收第一信号和/或反射信号的信号接收器，以及用于基于第一信号和反射信号确定波导相对于磁体的位置的位置感测处理器或者电路。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年8月14日提交的，题目为“延伸的行程位置传感器”的美国临时申请No.61/682,818的权益，该申请在此通过引用被全文并入。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及位置传感器，并且更具体地涉及包括波导以及磁体的延长的或者延伸的行程位置传感器。

背景技术

大多数的非接触式位置传感器是基于Hall或者磁致伸缩技术的。这种类型的位置传感器能够准确感测的有效最长行程长度被限制在大约20mm；在大于20mm的情况下，能够线性地感测磁场强度的能力限制了位置传感器的性能。特别是，位置传感器的灵敏度和准确性都受到影响。这样，更复杂的，并且通常是更昂贵的，测量系统被用于确定具有大于20mm的行程的物体的位置。例如，为了测量气缸内活塞的位置(气缸内的活塞通常具有大于20mm的行程)，可以使用磁性传感器。然而，磁性传感器的结构需要磁体的长度大约与行程的长度相同。这样，需要增大活塞的尺寸以包括这样的传感器。

有些非接触式位置传感器使用磁致伸缩磁体-波导来测量位置。例如，圆形磁体位于磁致伸缩波导附近。圆形磁体的位置被用来识别待测量的位置。电线延伸了波导的长度。电流的脉冲被置于线之上，其建立了第二磁场。第二磁场与由圆形磁体建立的磁场相干涉，因此建立了位于圆形磁体的位置处的转矩脉冲。转矩脉冲传送到传感器头所花费的时间与圆形磁体的位置相关。这种系统的示例在美国专利No.5,717,330中有所描述，该文件在此通过引用并入。如将被理解的，转矩脉冲以声速使波导向下移动。尽管这是相对快的，如果磁体被放置在快速移动的机器头上时，可能产生测量不准确。

此外，有些非接触式的位置传感器使用其它类型的波导。然而，这些其它类型的波导可以依赖于与局部环境的交互，以测量位置。例如，美国专利No.5,249,463(在此通过引用并入)，教导了被用于确定液位的波导。然而，如将理解的，这种位置传感器的准确度将由于暴露于环境而受到影响(例如，其他液体，油等)。

因此，需要一种非接触式的位置传感器，其被配置以测量具有大于20mm的行程的物体，该物体可以以相对快的速度运动，并且可以操作在恶劣的环境中(例如，暴露于液体，油，等)。

发明内容

本公开的各种实施例提供使用传感器和磁体来确定可移动物体的位置的位置感测系统，其中可移动物体的位置是相对于磁体或者传感器来确定的。在某些示例中，系统包括延伸的行程位置传感器，该延伸的行程位置传感器包括具有给定的特征阻抗的波导以及被定位于紧密邻近该波导的磁性材料，磁性材料包括软磁性材料以及半软磁性材料，可通信地耦合到波导以及信号接收器的信号发生器，信号发生器被配置以生成第一信号并且将第一信号传递到波导以及信号接收器，电耦合到波导的一个或者多个阻抗匹配器件并且该阻抗匹配器件被配置使得波导与信号发生器以及信号接收器阻抗匹配，相对于延伸的行程位置传感器可移动的磁体，该磁体被配置以生成足够使得磁性材料局部饱和的磁场，其中该磁性材料配置以引起波导中的阻抗不连续以使得第一信号在阻抗不匹配点处反射并且传递到信号接收器，以及通信地耦合到信号接收器的位置传感器电路，该位置传感器电路被配置以部分地基于由信号接收器接收的第一信号以及反射信号来确定磁体相对于延伸的行程位置传感器的位置。