專利名稱：位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測可運動的物體的位移的位置傳感器。
背景技術(shù)：
以前，提出了許多以這種方式構(gòu)成的位置傳感器，即其中使一個鐵心通過檢測線圈，以便檢測檢測線圈的阻抗變化，并輸出表示鐵心相對于檢測線圈的位移的信號。圖34是表示這種常規(guī)的位置傳感器的檢測部分的示意圖。圖35是表示在鐵心的位移X和檢測線圈2的交流阻抗或AC阻抗Zac之間的關(guān)系的曲線。圖36是位置傳感器的電路的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。交流阻抗Zac具有實部分量和虛部分量。在圖35中，位移X越大，鐵心301通過檢測線圈302的通過量越多，使得交流阻抗Zac增加。另一種方案是，位置傳感器可以以這種方式構(gòu)成，使得位移X越大，鐵心301通過檢測線圈302的通過量越小，使得交流阻抗Zac隨著位移X的增加而減小。
一般地說，在上述的常規(guī)的位置傳感器中，對檢測線圈302提供交流電流，以便檢測在檢測線圈302的相對端檢測的電壓的幅值和相位，以便進行合適的信號處理。提供交流電流的理由是要獲得和檢測線圈302的交流阻抗Zac成比例的電壓幅值。
不過，在鐵心301由磁性材料制成的情況下，已知在鐵心301通過線圈302時檢測線圈302的阻抗Z的溫度變化率(溫度系數(shù))相對于鐵心301的位移X是不均勻的，結(jié)果使得溫度變化率Δ(dZac/dt)隨著鐵心301通過線圈302的通過量的增加而增加。結(jié)果，需要根據(jù)電路，考慮到溫度改變的配置，來補償檢測線圈302的輸出電壓，這使得位置傳感器的電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。
美國專利5003258，4864232，5898300等提出了一種用于解決上述缺點的技術(shù)。圖38是在美國專利5003258中披露的示意圖。在這些專利公開本身披露的是這樣一種裝置，其中檢測線圈402被這樣制造，使得消除由鐵心401的磁元件421引起的阻抗Z(電感分量)的溫度變化以及由鐵心401的非磁元件422引起的阻抗Z(渦流分量)溫度變化。
具體地說，上述的現(xiàn)有技術(shù)提出了一種減少檢測線圈402的阻抗Z的溫度系數(shù)和鐵心401的位移的相關(guān)性的技術(shù)，其中通過提供由檢測線圈402及其外圍裝置構(gòu)成的一種裝置，試圖解決阻抗Z的溫度系數(shù)依賴于位移X的問題。不過，即使在上述的裝置中，也還發(fā)生許多問題，例如使得構(gòu)成位置傳感器的零件數(shù)量的增加，難于使這些零件彼此相對地定位，對于檢測線圈設(shè)計的約束，使傳感器的使用受到限制，以及由于這些原因而造成的制造成本的增加。
圖39是表示圖34所示的在檢測線圈302的位移X和檢測線圈302的交流阻抗Zac之間的關(guān)系曲線圖，該圖和圖35相比比較接近實際狀態(tài)。在圖39中，在行程的中間部分，交流阻抗Zac和位移X呈線性關(guān)系。不過，在行程的相對端，所述線性關(guān)系消失。具體地說，在鐵心301通過線圈302的通過量小時，線性關(guān)系顯著地消失。這被認(rèn)為是，因為鐵心301的前端不像鐵心301的其余部分那樣對檢測線圈302的阻抗Z的增加的貢獻那樣多。這種現(xiàn)象有時被稱為“端部效應(yīng)”。
一般地說，傳感器以這種方式構(gòu)成，使得在相應(yīng)于所需的位移區(qū)的行程的中部呈線性。不過，由于上述的原因，所需的線性不能實現(xiàn)，例如，在位置傳感器受到尺寸限制時。
下面說明現(xiàn)有技術(shù)具有的和結(jié)構(gòu)有關(guān)的一些問題。在位置傳感器的形狀方面提出了一種措施來改善位置傳感器的線性度。具體地說，具有一種用于增加鐵心301的截面積和線圈架315(圖34)上的繞組部分截面積的比的技術(shù)，其中通過盡量減少在線圈架315上的繞組部分的截面積。在這種情況下，優(yōu)選的是，把由鐵心301和相應(yīng)于繞組部分的線圈架315的內(nèi)壁(對著通孔的側(cè)表面)限定的間隙設(shè)置得小。
就線圈架315由非金屬材料例如塑料制成而言，鐵心301和線圈架315的內(nèi)壁接觸不會較大地影響位置傳感器的電特性(線圈阻抗或其類似物)。不過，鐵心301和線圈架315的內(nèi)壁接觸很可能妨礙鐵心301相對于檢測線圈302的平滑的位移，這可能引起一些缺點，例如引起鐵心301的變形以及產(chǎn)生機械滯后。
具體地說，旋轉(zhuǎn)位置傳感器很可能遇到上述的缺點，因為彎曲的鐵心相對于彎曲的線圈的定位是困難的，并且鐵心頻繁地接觸線圈架的內(nèi)壁。
此外，旋轉(zhuǎn)位置傳感器可能遇到和線圈繞組有關(guān)的下述問題。問題之一是，因為線圈架是彎曲的，所以繞組的均勻的繞制是困難的。因而，在彎曲的線圈架上纏繞導(dǎo)線可能需要較長的時間。另一個問題發(fā)生在在彎曲的線圈架上纏繞導(dǎo)線時。具體地說，由于在纏繞時對線圈架施加的應(yīng)力，纏繞之后的線圈架的曲率和纏繞之前的曲率相比局部地增加。因而，由于相應(yīng)于纏繞部分的線圈架的內(nèi)壁的尺寸改變而妨礙鐵心平滑地通過線圈架。在最壞情況下，在位移的途中會禁止可動物體的位移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種位置傳感器，其能夠利用簡單的電路結(jié)構(gòu)補償檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)相對于鐵心位移的變化。
按照本發(fā)明的一個方面的位置傳感器包括恒流電路，用于輸出恒定電流，所述恒定電流是通過在具有給定幅值的直流上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電流而獲得的；檢測部分，其包括被供給所述恒定電流的至少一個檢測線圈；由磁材料制成的鐵心，所述鐵心相對于所述檢測線圈沿所述檢測線圈的軸向位移；以及信號處理電路，用于根據(jù)在提供所述恒定電流時所述檢測部分的輸出電壓的峰值輸出位移信號，所述位移信號表示所述鐵心相對于所述檢測線圈的位置數(shù)據(jù)，其中所述恒定電流中的直流電流和交流電流的比、在所述檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比、所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性、以及在所述檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個被以這樣的方式設(shè)置，使得在所述鐵心相對于所述線圈的整個位移區(qū)內(nèi)，從所述檢測部分輸出的電壓的峰值的溫度系數(shù)的波動范圍，小于在所述給定的頻率下在相對于所述檢測線圈所述鐵心的整個位移區(qū)內(nèi)，在所述檢測部分中的阻抗的交流分量的溫度系數(shù)的波動范圍。
按照上述結(jié)構(gòu)，檢測線圈根據(jù)用于位置檢測的物體被最佳地選擇。此外，通過對電路設(shè)置常數(shù)，容易地減小檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)對鐵心的位移的相關(guān)性。因而，利用簡單的電路結(jié)構(gòu)，補償了檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)相對于鐵心的位移的變化。


圖1是按照本發(fā)明第一實施例的位置傳感器的電路圖；圖2是表示按照本發(fā)明第一實施例的位置傳感器的上表面的平面圖；圖3是表示按照本發(fā)明第一實施例的位置傳感器的截面?zhèn)纫晥D；圖4是在本發(fā)明的第一實施例中的檢測線圈的截面圖；圖5是在本發(fā)明的第一實施例中的檢測線圈的相對端檢測的電壓的波形圖；圖6是表示在本發(fā)明的第一實施例中的轉(zhuǎn)動角度和檢測線圈的阻抗之間的關(guān)系的曲線；圖7是表示在本發(fā)明的第一實施例中的轉(zhuǎn)動角度和檢測線圈的相對端檢測的輸出電壓之間的關(guān)系的曲線；圖8是表示在本發(fā)明的第一實施例中的轉(zhuǎn)動角度和在檢測線圈的相對端檢測的輸出電壓的溫度系數(shù)之間的關(guān)系的曲線；圖9是表示在本發(fā)明的第一實施例中轉(zhuǎn)動角度和在檢測線圈的相對端檢測的峰值電壓的溫度系數(shù)的關(guān)系的曲線；圖10表示在本發(fā)明的第一實施例中的恒流電路和信號處理電路的電路結(jié)構(gòu)的例子；圖11表示在本發(fā)明的第一實施例中的振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)的例子；圖12表示在本發(fā)明的第一實施例中電壓電流轉(zhuǎn)換電路的另一種電路結(jié)構(gòu)；圖13表示在本發(fā)明的第一實施例中恒流電路的另一種電路結(jié)構(gòu)；圖14表示在本發(fā)明的第一實施例中的另一種電路結(jié)構(gòu)；圖15是在轉(zhuǎn)動角度和在檢測線圈的相對端檢測的輸出電壓所溫度系數(shù)之間的關(guān)系曲線；圖16是在本發(fā)明的第二實施例中的檢測線圈的等效電路；圖17表示在本發(fā)明的第二實施例中的由于外表面效應(yīng)而引起的銅線的電阻值的變化曲線；圖18表示在本發(fā)明的第二實施例中的由于近螺距效應(yīng)而引起的銅線的電阻值的變化曲線；圖19表示在本發(fā)明的第三實施例中的鐵心中使用的磁材料的特性；圖20A-20E表示在本發(fā)明的第三實施例中的在轉(zhuǎn)動角度和和檢測線圈的交流阻抗的線性度之間的關(guān)系的曲線；
圖21A-21D表示在本發(fā)明的第三實施例中的鐵心的端部；圖22表示在本發(fā)明的第三實施例中具有直線行程的位置傳感器的截面?zhèn)纫晥D；圖23A-23E表示在本發(fā)明的第三實施例中的其邊緣被除去的鐵心的端部；圖24表示在本發(fā)明的第三實施例中在其相對端具有一對保持/固定件的檢測線圈；圖25是表示按照本發(fā)明的第四實施例的具有兩個檢測部分的第一位置傳感器的上表面的平面圖；圖26是表示在本發(fā)明的第四實施例中的第一位置傳感器的部件的截面?zhèn)纫晥D；圖27是表示按照本發(fā)明的第四實施例的具有兩個檢測部分的第二位置傳感器的上表面的頂視平面圖；圖28是表示在本發(fā)明的第四實施例中的第二位置傳感器的部件的截面?zhèn)纫晥D；圖29A，29B表示在本發(fā)明的第五實施例中的位移信號的第一種排列；圖30A，30B表示在本發(fā)明的第五實施例中的位移信號的第二種排列；圖31A，31B表示在本發(fā)明的第五實施例中的位移信號的第三種排列；圖32是表示按照本發(fā)明的第六實施例的位置傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖33表示按照本發(fā)明的第六實施例的位置傳感器的電路結(jié)構(gòu)；圖34是按照現(xiàn)有技術(shù)的第一位置傳感器的截面?zhèn)纫晥D；圖35是表示在第一常規(guī)的位置傳感器中鐵心的位移和檢測線圈的交流阻抗之間的關(guān)系的曲線；圖36表示第一常規(guī)的位置傳感器的電路結(jié)構(gòu)；圖37表示第一常規(guī)位置傳感器中鐵心的位移和檢測線圈的交流阻抗的溫度系數(shù)之間的關(guān)系的曲線；圖38是表示按照現(xiàn)有技術(shù)的第二位置傳感器的截面?zhèn)纫晥D；以及圖39是表示在比較接近實際的狀態(tài)下的在第一常規(guī)的位置傳感器中的鐵心位移和檢測線圈的交流阻抗之間的關(guān)系的曲線。
用于實施本發(fā)明的最好方式下面參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(第一實施例)圖1表示按照本發(fā)明的第一實施例的位置傳感器的電路結(jié)構(gòu)。圖2是所述位置傳感器的頂視平面圖。圖3是沿圖2的A-A取的截面圖。圖4是檢測線圈20的截面圖。
按照本發(fā)明的第一實施例的位置傳感器具有基本上呈U形的截面，并且包括檢測線圈20，可動部件23，鐵心60，曲率校正器24，殼體25，恒流電路30，以及信號處理電路40。檢測線圈20通過圍繞具有給定曲率的彎曲的線圈架22纏繞導(dǎo)線制成。彎曲的線圈架22具有基本上呈U形的截面，并在其U形部分的內(nèi)表面上涂覆有涂層21?？蓜硬考?3是一個圓柱體，其具有和彎曲的檢測線圈20中心同軸的轉(zhuǎn)動軸線，并具有在圓柱體的外部形成的凸起23a。鐵心60由磁材料制成，并具有固定的曲率。鐵心60借助于使其一端和凸起23a相連可以通過檢測線圈20的中空部分進行進、出運動。曲率校正器24校正檢測線圈20的曲率的改變。殼體25把各個部件固定地安裝到其表面上的各自的預(yù)定位置上。恒流電路30向檢測線圈20輸出恒定的電流Id，其是通過在一個給定幅值的直流電流Idc上疊加一個給定頻率f和給定幅值的交流電流獲得的。信號處理電路40按照在檢測線圈20的相對端檢測的電壓Vs(檢測信號)的峰值電壓V1輸出一個位移信號Vout，其表示鐵心60相對于檢測線圈20的位置數(shù)據(jù)。峰值電壓V1由從恒流電路30輸出的恒定電流Id和檢測線圈20的阻抗Z確定。檢測線圈20構(gòu)成檢測部分50，其響應(yīng)提供恒定電流Id輸出檢測信號。在這個實施例中，彎曲的線圈架22具有基本上呈U形的截面，其能夠通過注入模壓以及其它等效的方法被容易地成形?；蛘撸€圈架可以具有不是U形的構(gòu)形。
所述位置傳感器具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得當(dāng)可動部件23的轉(zhuǎn)動角度θ為0-90度時，鐵心60通過檢測線圈20的通過量減少。恒流電路30包括振蕩電路30a，用于產(chǎn)生恒定電壓Vd，其通過在給定幅值的直流電壓Vdc’上疊加給定頻率和給定幅值的交流電壓Vac’而獲得，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路(V-I電路)30b，用于把由振蕩電路30a輸出的恒定電壓Vd’轉(zhuǎn)換成恒定電流Id。
下面舉例說明來自檢測部分50的檢測信號的溫度特性。一般地說，在位置傳感器中，在某個位移區(qū)內(nèi)的檢測信號的輸出的線性誤差在室溫下是確定的，并且在整個可操作的溫度范圍內(nèi)的輸出中的線性誤差通過指定在室溫下的所述線性誤差某個范圍確定。假定在進行位置檢測的轉(zhuǎn)動角度θ＝0到90度的范圍內(nèi)，在室溫下檢測信號的線性誤差是±1％ FS或更小，在-40到+130℃的溫度范圍內(nèi)是±2％FS或更小。在這種情況下，要求把由于溫度改變而引起的線性誤差的允差抑制在大約±1％FS以內(nèi)。如果室溫是30℃，則在室溫和最高溫度之間的差達(dá)到100℃。假定檢測信號相對于溫度改變線性地改變，則要求把溫度變化率(溫度系數(shù))的波動范圍抑制到±100ppm/K或更小。
此外，關(guān)于在所需的位移區(qū)內(nèi)的位移，可以通過提供一個具有恒定的溫度系數(shù)的簡單的溫度補償電路，把在位移時在溫度補償之后的電壓設(shè)置為相應(yīng)于室溫的一個值±100ppm/K，只要在檢測線圈20的兩端檢測的電壓Vs的峰值電壓V1的溫度系數(shù)的波動范圍Δ(dV1/dT)不大于±100ppm/K。這便是本發(fā)明的第一實施例的目的。
下面說明第一實施例的操作。如圖1所示，交流電流Iac和直流電流Idc從恒流電路30被同時提供給檢測線圈20。假定檢測線圈20的直流電阻是Zdc，在振蕩頻率f下交流電流Iac的阻抗是Zac，在檢測線圈20的相對端檢測的電壓是Vs，則電壓Vs是直流電壓Vdc和交流電壓Vac之和，并且由式1表示Vs＝Vdc+Vac＝Idc×Zdc+Iac×Zac(1)在式1中，每個變量都是復(fù)數(shù)。不過，考慮電壓Vs的峰值電壓V1，峰值電壓V1由下式2表示V1＝Vdc+Vac＝Idc×Zdc+Iac×Zac(2)在式(2)中，每個變量都作為實數(shù)處理。表示電壓Vs的波形由在峰值電壓V1內(nèi)的直流電壓Vdc和交流電壓Vac的和表示，如圖5所示。
圖6是表示根據(jù)通過纏繞銅鎳合金導(dǎo)線(GCN15導(dǎo)線)產(chǎn)生的檢測線圈20的阻抗的實際測量而產(chǎn)生的采樣數(shù)據(jù)的曲線，其中通過作為橫軸設(shè)置圖2所示的轉(zhuǎn)動角度θ，分別繪出了檢測線圈20的直流電阻Zdc和交流阻抗Zac。在圖6中，阻抗Z相對于轉(zhuǎn)動角度θ的變化完全是線性的。圖6中所示的和實際測量的近似。在圖6中，分別示出了在環(huán)境溫度下-40℃，+25℃，+85℃，+130℃下的直流電阻Zdc和交流阻抗Zac。
在+25℃的環(huán)境溫度下，直流電阻Zdc是188歐姆，溫度系數(shù)是511ppm/K。此時，交流阻抗Zac由公式(3)表示Zac＝(Z0+Z’×θ×{1+(β0+β’×θ)×T}(3)在上式中，Z0＝636歐姆，Z’＝3.48歐姆/度，β0＝478ppm/K，β’＝-2.49ppm/K，其中θ是轉(zhuǎn)動角度，T是環(huán)境溫度℃。其中交流阻抗Zac的溫度系數(shù)在θ＝0度時是478ppm/K，在θ＝90度時是254ppm/K。在這種情況下，波動的范圍Δ(dZac/dT)達(dá)到224ppm/K。
接著，通過設(shè)置Idc＝1.5mA，Iac＝0.3mA，根據(jù)公式(2)繪制在檢測線圈20的相對端檢測的直流電壓Vdc、在檢測線圈20的相對端檢測的交流電壓Vac、以及電壓Vs的峰值電壓V1，其中Idc和Iac分別是從恒流電路30輸出的直流電流和交流電流。為容易計算起見，設(shè)直流電流Idc、交流電流Iac和頻率f的溫度變化率為0。繪制的結(jié)果示于圖7。這些因素的溫度系數(shù)示于圖8。
由圖8顯然可見，在轉(zhuǎn)動角度θ＝0度到90度的范圍內(nèi)，峰值電壓V1的溫度系數(shù)的范圍大約為450-500ppm/K。波動范圍Δ(dV1/dT)大約為50ppm/K，這是一個非常窄的范圍。因此認(rèn)為，對峰值電壓V1進行大約47 0ppm/K的溫度補償，使得電壓在補償之后能夠返回相應(yīng)于室溫下的值而基本上沒有檢測誤差。
接著，在圖9中以和圖8類似的方式示出了峰值電壓V1的溫度系數(shù)計算結(jié)果。在圖9中，在保持交流電流I ac＝0.3mA的同時，分級地改變從恒流電路30輸出的直流電流I dc。在Idc＝0mA的情況下，峰值電壓V1的溫度系數(shù)和位移的相關(guān)性和檢測線圈20的阻抗Z和位移的相關(guān)性相同。不過，隨著直流電流Idc的增加，峰值電壓V1的溫度系數(shù)接近于直流電壓Vdc的溫度系數(shù)。此外，當(dāng)鐵心60通過檢測線圈20的通過量減少時(在本實施例中，在轉(zhuǎn)動角度θ大的位移區(qū)內(nèi))，峰值電壓V1易于受直流電壓Vdc的影響，這是因為直流電壓Vdc在峰值電壓V1中的比例大的緣故。
和直流電流Idc＝0的情況相比，通過增加直流電流Idc，即使增加一個小的數(shù)量，也能大大減少峰值電壓V1的溫度系數(shù)的波動Δ(DV1/dT)的范圍。通過增加要增加的直流電流Idc的數(shù)量，減少峰值電壓V1的溫度系數(shù)的波動Δ(DV1/dT)的范圍。不過，當(dāng)要增加的直流電流Idc的數(shù)量達(dá)到某個值時，則不會有進一步的改善。即，增加直流電流Idc的數(shù)量會增加電流消耗。從這個觀點看來，考慮到可允許的電流消耗和峰值電壓V1的溫度系數(shù)的波動Δ(DV1/dT)的范圍，適當(dāng)選擇直流電流Idc的合適的值。在這種情況下，可以通過獨立地設(shè)置由振蕩電路30a產(chǎn)生的直流電壓Vdc’和交流電壓Vac’為合適的值，可以設(shè)置在恒定電流Id中直流電流Idc對交流電流Iac的比。
此外，當(dāng)從振蕩電路30a產(chǎn)生的交流電壓Vac’的頻率f增加時，直流電壓Vdc’對交流電壓Vac’的比增加。因而，可以根據(jù)類似于在上述情況下提出的理論，通過合適地設(shè)置頻率f，可以最佳地設(shè)置Vac對Vdc的比。
在上面的部分中，說明了直流電流Idc，交流電流Iac以及頻率f各自的溫度變化率被設(shè)置為0的情況。在這些因素具有某個溫度系數(shù)的情況下，圖8所示的直流電壓Vdc和交流電壓Vac各自的溫度系數(shù)上下移動，結(jié)果，峰值電壓V1的溫度特性可以根據(jù)所述移動而改變。
由圖8和圖9顯然可見，在鐵心60的通過量小的情況下，(DV1/dT)的值受(dVdc/dT)的影響較大。在另一方面，在鐵心60的通過量大的情況下，(DV1/dT)的值受(dVac/dT)的影響較大。根據(jù)直流電壓Vdc和交流電壓Vac在峰值電壓V1中的合成比，自然能夠得到這個結(jié)果。應(yīng)當(dāng)注意，(DV1/dT)的值處于(dVdc/Dt)和(dVac/dT)的值之間，而和鐵心60的通過量無關(guān)。
此外，如果電流被這樣配置，使得在鐵心60的通過量大的情況下(在本實施例中，在轉(zhuǎn)動角度θ＝0度附近)的(dVdc/dT)和(dVac/dT)的值盡量彼此接近，則在鐵心60的通過量大的情況下(在這種情況下，直流電壓Vdc和交流電壓Vac彼此接近，雖然傳感器易于受交流電壓Vac的溫度系數(shù)的影響)和在鐵心60的通過量小的情況下(在這種情況下，傳感器固有地受直流電壓Vdc的溫度系數(shù)的影響)，(DV1/dT)的值接近(dVdc/dT)的值。在任何情況下，這種安排使得能夠減少峰值電壓V1的溫度系數(shù)的波動Δ(dV1/dT)的范圍。
此外，比較在鐵心60的通過量最小的情況下(dVdc/dT)的值接近(dVac/dT)的值的情況和在鐵心60的通過量最大的情況下(dVdc/dT)的值接近(dVac/dT)的值的情況，可以看出后一種安排能夠把峰值電壓V1的波動Δ(dV1/dT)的范圍減到最小。
具體地說，通過按照后面說明的方法設(shè)置直流電阻Zdc、交流阻抗Zac、直流電流Idc、交流電流Iac、以及頻率f的溫度系數(shù)為一個合適的值，來控制值(dVdc/dT)和(dVac/dT)。
直流電阻Zdc的溫度系數(shù)根據(jù)檢測線圈20的導(dǎo)線材料的種類確定。除去普通的銅線之外，檢測線圈20的優(yōu)選的和實際的導(dǎo)線材料包括鎳鉻導(dǎo)線、錳銅導(dǎo)線、銅鎳合金導(dǎo)線(GCN導(dǎo)線)。普通的銅線具有這樣的特性，即，其體電阻率的值小，盡管其體電阻率的溫度系數(shù)大。普通銅線之外的導(dǎo)線具有這樣的特性，即，其體電阻率的溫度系數(shù)小，盡管其體電阻率的值大。在銅鎳合金導(dǎo)線的情況下，可以根據(jù)銅和鎳的混合比選擇其溫度系數(shù)。
下面說明用于給出直流電流Idc，交流電流Iac和頻率f的合適的溫度系數(shù)的方法。如圖10所示，恒流電路30包括振蕩電路30a，用于輸出電壓Vdc’±Vac’，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路(V-I電路)30b。V-I電路30b包括電阻R11，其一端和控制電源Vcc相連，以及PNP晶體管Q11，其發(fā)射極和電阻R11的另一端相連，基極和振蕩電路30a相連，集電極和檢測線圈20相連。在本實施例中，使用峰值保持型整流電路作為信號處理電路40，用于提取峰值電壓V1。信號處理電路40由恒流源I1、PNP晶體管Q12、NPN晶體管Q13和一個并聯(lián)電路構(gòu)成。恒流源I1的一端和控制電源Vcc相連。NPN晶體管Q12的連接是這樣的其集電極和恒流源I1的相對端相連，基極和集電極彼此相連，發(fā)射極和檢測線圈20相連。NPN晶體管Q13的集電極和控制電源Vcc相連，基極和晶體管Q12的基極相連。所述并聯(lián)電路包括并排設(shè)置的恒流源I2和電容器C11。電容器C11連接在晶體管Q13的發(fā)射極和地之間。通過整流在檢測線圈20相對端檢測的電壓Vs，并峰值保持整流的電壓，在電容器C11的相對端檢測的電壓成為峰值電壓V1。峰值電壓V1作為位移信號Vout被輸出。
如圖11所示，用于輸出電壓Vdc’±Vac’的振蕩電路30a由比較器CP11、電阻R13、直流電源E11，電阻R14、運算放大器OP1、電容器C12、電阻R12、和串聯(lián)電路構(gòu)成。電阻R13連接在比較器CP11的非反相輸入端和輸出端之間。直流電源E11連接在比較器CP11的反相輸入端和地之間，用于輸出電壓Vcc/2。電阻R14的一端和比較器CP11的輸出端相連。運算放大器OP1具有和電阻R14的另一端相連的反相輸入端，以及和直流電源E11相連的非反相輸入端。電容器C12連接在運算放大器OP1的反相輸入端和輸出端之間。電阻R12連接在運算放大器OP1的輸出端和比較器C11的非反相輸入端之間。所述串聯(lián)電路由電阻R15和R16構(gòu)成，它們串聯(lián)連接在運算放大器OP1的輸出端和控制電源Vcc之間。
在這樣構(gòu)成的振蕩電路30a中，運算放大器OP1的輸出Vosc是一個其偏移中心是Vcc/2的斬波。直流電壓Vdc’和交流電壓Vac’分別由電阻R15和R16對輸出電壓Vosc進行分壓確定。和產(chǎn)生正弦波的振蕩電路相比，產(chǎn)生斬波的振蕩電路利用一種簡化的結(jié)構(gòu)提供不隨溫度變化的穩(wěn)定的電路。產(chǎn)生方波的振蕩電路也能以低的成本提供穩(wěn)定的電路。不過，即使方波電流被提供給檢測線圈20，從檢測線圈20產(chǎn)生的也只是不可控的信號電壓，這是由于方波電流的di/dt所致。由于上述理由，方波電流是不穩(wěn)定的。由上述觀點看來，斬波能夠以類似于正弦波的形式可靠地提供反映鐵心的轉(zhuǎn)動角度θ的輸出電壓。
在圖11中，交流電壓Vac’的振蕩頻率f正比于(R13/(C12×R14×R12))，其幅值正比于(R12/R13)。因此，直流電壓Vdc’和交流電壓Vac’及其各自的溫度系數(shù)的值可以通過合適地選擇R12-R16以及電容器C12的值，以及它們各自的溫度系數(shù)來控制。具體地說，通常的情況是，電容器C12作為外部元件和傳感器相連，即使在其整體上恒流電路30是一個單片集成電路。在這個意義上，調(diào)節(jié)電容器C12的溫度系數(shù)的是有效的。
此外，在恒流電路30在整體上被制成一個單片集成電路的情況下，可以通過用數(shù)字方式部分地或者全部地微調(diào)電阻R12和R16的值來指定直流電流Idc，交流電流Iac和頻率f一個合適的溫度系數(shù)。因而，即使鐵心60、檢測線圈20、位移區(qū)等被改變時，也不用更換IC，傳感器便能使用，因而提供了一種多用途的傳感器。
數(shù)字微調(diào)是調(diào)整電阻的一種方法，其通過預(yù)先并聯(lián)連接由一個電阻和一個開關(guān)元件構(gòu)成的并聯(lián)電路和要被微調(diào)的(調(diào)節(jié)的)一個電阻，并根據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接通和斷開所述開關(guān)元件來實現(xiàn)。具體地說，數(shù)字微調(diào)用這種方式進行，使得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的最佳代碼通過監(jiān)視電路的電特性確定，并通過把所述最佳代碼寫入IC的ROM中，或者通過使用于存儲IC中的數(shù)據(jù)的電路的熔絲熔化把所述最佳代碼賦予所述IC。用這種方式，把IC的電阻設(shè)置為相應(yīng)于最佳代碼的值。
或者，斬波發(fā)生電路可以具有和圖11所示的電路不同的電路結(jié)構(gòu)。在圖10所示的V-I電路30b中，要被提供給檢測線圈20的直流電流Idc具有正溫度系數(shù)，即使由于在晶體管Q11的基極和發(fā)射極之間產(chǎn)生的電壓Vbe的溫度特性使得由振蕩電路30a產(chǎn)生的直流電壓Vdc的溫度系數(shù)是0。
在不需要對直流電流Idc賦予正溫度系數(shù)的情況下，優(yōu)選地是使用圖12所示的V-I電路30b’。在圖12中，增加了一個運算放大器OP2，其具有和圖10所示的V-I電路30b的晶體管Q11的發(fā)射極相連的反相輸入端和與晶體管Q11的基極相連的輸出端，以便使振蕩電路30a的輸出端和運算放大器OP2的反相輸入端相連。
圖13表示恒流電路30’的電路結(jié)構(gòu)，其和圖10所示的恒流電路30不同。恒流電路30’包括交流電源電路Sac和直流電源電路Sdc。交流電源電路Sac包括串聯(lián)電路，其中NPN晶體管Q14和PNP晶體管Q16串聯(lián)連接，交流信號源AC，其和晶體管Q14、Q16的連接的中點相連，NPN晶體管Q18，其被連接在控制電源Vcc-Vee之間，一個串聯(lián)電路，其中NPN晶體管Q15、PNP晶體管Q17和NPN晶體管Q20串聯(lián)連接，電阻R17，其和晶體管Q15、Q17的連接中點相連，以及一個串聯(lián)電路，其中NPN晶體管Q19和NPN晶體管Q21串聯(lián)連接。晶體管Q14和Q15、晶體管Q16和Q17，晶體管Q18和Q19，晶體管Q20和Q21的柵極彼此相連。晶體管Q14和Q16的發(fā)射極，以及晶體管Q15和Q17的發(fā)射極分別彼此相連。晶體管Q14，Q16，Q18，Q20在其各自的基極和發(fā)射極之間被短路。
在上述的結(jié)構(gòu)中，晶體管Q14，Q15，Q16，Q17是一般的算術(shù)放大電路的輸出電路的一部分，其中交流信號源AC被認(rèn)為是輸入電路，電阻R17被認(rèn)為是其負(fù)載電阻。輸出電路用這種方式構(gòu)成，使得借助于晶體管Q15，Q17作為輸出流過負(fù)載的電流被由晶體管Q18，Q19和晶體管Q20，Q21構(gòu)成的電流鏡復(fù)制，從而向檢測線圈20提供復(fù)制的電流。在這種情況下，可以通過對交流信號源AC的幅值和頻率以及電阻R17指定合適的溫度系數(shù)，對于交流電流Iac設(shè)置所需的溫度特性。
直流電源電路Sdc包括PNP晶體管Q22，Q23，它們的集電極和晶體管Q19、Q21的連接中點相連，發(fā)射極和控制電源Vcc相連，以及電阻R18，其被連接在晶體管Q23和地之間。晶體管Q22、Q23的柵極彼此相連。晶體管Q23的基極和集電極之間被短路。
在上述的例子中，所述電路被這樣構(gòu)成，使得提供正的直流電流。在根據(jù)線圈和頻率的規(guī)定需要提供負(fù)的直流電流的情況下，晶體管Q22，Q23的極性可以是NPN型的，并且它們的各自的發(fā)射極可以和控制電源Vee相連。在這個另外的實施例中，可以通過指定電阻R18合適的溫度系數(shù)對于直流電流Idc設(shè)置所需的溫度系數(shù)。作為另一個安排，電阻R18的一端可以和一個預(yù)定的電位相連，而不和地相連。在這種安排中，通過對所述電位指定合適的溫度系數(shù)，可以對直流電流Idc設(shè)置所需的溫度特性。
檢測線圈20的一端和晶體管Q19、Q22的連接中點相連。用于提供交流電流Iac的交流電源電路Sac和用于提供直流電流Idc的直流電源Sdc被彼此獨立地提供。因此，可以用簡單的方式控制交流電流Iac對直流電流Idc的比。此外，這種控制方式可以通過數(shù)字微調(diào)來實現(xiàn)。
信號處理電路40可以包括一個放大器，其具有和從檢測部分50輸出的電壓的峰值V1的溫度系數(shù)極性相反的溫度系數(shù)，使得可以根據(jù)放大器的輸出而輸出位移信號Vout。利用這種結(jié)構(gòu)，可以通過處理來自放大器的輸出獲得已經(jīng)經(jīng)過溫度補償?shù)奈灰菩盘?，這是因為，在溫度補償之后，來自放大器的輸出是只依賴于位移的信號。
按照本發(fā)明的這個實施例，不僅恒流電路30的調(diào)節(jié)，而且直流電阻Zdc和交流阻抗Zac以及各自的溫度系數(shù)的控制都能實現(xiàn)。具體地說，代替提供結(jié)合圖1說明的檢測部分50，可以使用圖14所示的檢測部分50a。檢測部分50a包括電路元件51，其具有和檢測線圈20串聯(lián)連接的直流電阻Zdc’和交流阻抗Zac’。電路元件51的直流電阻Zdc’和交流阻抗Zac’和鐵心60的轉(zhuǎn)動角度θ無關(guān)。因此，在檢測部分50a的相對端檢測的電壓的峰值及其溫度系數(shù)可以通過合適地選擇直流電阻Zdc’和交流阻抗Zac’的值以及各自的溫度系數(shù)來控制。
例如，如果電路元件51是純電阻，則交流阻抗Zac’成為R(電阻值)。此外，如果電路元件51是電感，則電路元件51具有直流電阻Zdc’和交流阻抗Zac’兩者的因素。此外，可以提供一個二極管作為電路元件51。提供二極管的影響只出現(xiàn)在在檢測線圈20的相對端檢測的電壓Vs的直流分量Vdc上。
如上所述，通過對檢測線圈20不僅提供交流電流Iac，而且提供直流電流Idc，可以使在位移區(qū)(轉(zhuǎn)動角度θ內(nèi))的信號電壓所溫度系數(shù)的波動Δ(dV1/dT)的范圍大大減小。不過，顯然，小的Δ(dZac/dT)值本身使Δ(dV1/dT)的值減小。現(xiàn)有技術(shù)部分所述的美國專利公開披露了一種試圖實現(xiàn)這個目的的技術(shù)。不過，它們具有上述的問題。
優(yōu)選地，鐵心60由在導(dǎo)磁率和電阻率中具有小的溫度系數(shù)的磁材料構(gòu)成，以便減小Δ(dZac/dT)。在一定溫度范圍內(nèi)，例如從大約-40℃到大約+130℃，在各種磁材料當(dāng)中，導(dǎo)磁率的溫度系數(shù)不大。因此，優(yōu)選地是使用其電阻率具有小的溫度系數(shù)的磁材料。這種磁材料的例子是鎳鉻合金(鎳、鉻和鐵的合金)以及鐵鉻合金(鐵、鉻和鋁的合金)。這些金屬材料經(jīng)常被用作電熱絲的材料，并且可以以非常低的成本得到。由這種觀點看來，通過按照彎曲處理由所述金屬材料制成鐵心60，可以用低的成本產(chǎn)生具有優(yōu)良的溫度特性的鐵心60。這將在第二實施例中詳細(xì)說明。
其次，雖然不是本實施例的主要特征，但是以下的事實應(yīng)當(dāng)注意。即，如果設(shè)置直流電流Idc、交流電流Iac，直流電阻Zdc、交流電阻Zac以及各自的溫度系數(shù)不正確，則可能發(fā)生Δ(dV1/dT)大于Δ(dZac/dT)的情況。例如，假定一個檢測線圈20，其中直流電阻Zdc＝100歐姆(溫度系數(shù)50mmp/K)，交流阻抗Zac由式(3)表示，其中Z0＝800歐姆，Z’＝-8歐姆/度，β0＝346ppm/K，β’＝-2.35ppm/K/度。圖15表示在直流電流Idc＝0.2mA，交流電流Iac＝1.0mA被提供給檢測線圈20的情況下(在直流電流和交流電流二者的情況下，溫度系數(shù)是0)，繪制相應(yīng)于圖8中的那些因素的各個溫度系數(shù)的結(jié)果。由圖15可清楚地看出，Δ(dV1/dT)大于Δ(dZac/dT)。因此，應(yīng)當(dāng)?shù)贸鼋Y(jié)論通過簡單地對檢測線圈20提供直流電流Idc，Δ(dV1/dT)不總是減小。
在第一實施例中，本發(fā)明針對轉(zhuǎn)動位置傳感器進行了說明。另外，通過使用其位移方向是直線的位置傳感器，如圖34的現(xiàn)有技術(shù)所示，可以獲得和第一實施例相同的效果。
(第二實施例)在本實施例中，說明一種通過設(shè)置Δ(dZac/dT)的值最小的狀態(tài)作為理想狀態(tài)，用于保持檢測線圈20的阻抗Z的溫度特性不受鐵心60相對于檢測線圈20的相對位移的影響的溫度補償方法。在本實施例中的位置傳感器的結(jié)構(gòu)基本上和第一實施例的結(jié)構(gòu)相同。因而，第二實施例中和第一實施例中相同的元件用相同的標(biāo)號表示，并且省略對相同部件的說明。
作為第一種溫度補償方法，說明一種用于使在鐵心60不通過檢測線圈20的情況下的檢測線圈20的阻抗Z的溫度變化率和其在鐵心60通過檢測線圈20的情況下的溫度變化率一致的方法。
檢測線圈20的阻抗Z等效于一個串聯(lián)電路，其中電阻分量Rs和電感分量Ls串聯(lián)連接，如圖16所示。電感分量Ls包括由線圈的外表面形成的分量(外表面效應(yīng))。在線圈的外表面的厚度足夠小并且頻率是常數(shù)的情況下，外表面效應(yīng)和體電阻率ρ的1/2次冪成正比。因而，電感分量Ls的溫度系數(shù)按體電阻率ρ的1/2次冪受影響。圖17是表示由于外表面效應(yīng)而引起的銅線的電阻的改變的曲線，即表示在頻率和銅線的電阻之間的關(guān)系的曲線。曲線Y7，Y8，Y9，Y10分別表示直徑為0.32mm，0.16mm，0.10mm和0.07mm的銅線中的所述關(guān)系。電阻改變的方式根據(jù)線圈的導(dǎo)線的直徑和頻率而不同。
電阻分量Rs的溫度系數(shù)極大地依賴于導(dǎo)線材料的體電阻率ρ的溫度系數(shù)。電阻分量Rs還按線圈的近螺距效應(yīng)受影響。圖18是表示由于線圈的近螺距效應(yīng)而引起的銅線的電阻改變的曲線，即表示在頻率和銅線的電阻之間的關(guān)系。曲線Y11和Y12分別表示在銅線為0.16mm，繞組匝數(shù)是40以及銅線是0.07mm，繞組的匝數(shù)是60時的情況下的所述關(guān)系。近螺距效應(yīng)是一種在線圈繞組的螺距小的情況下，通過纏繞的導(dǎo)線的電流的均勻流動受到阻礙的現(xiàn)象。螺距越小，近螺距效應(yīng)越大。不過，像根據(jù)螺距改變一樣，近螺距效應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的直徑而改變。因為由于近螺距效應(yīng)的電阻分量具有對體電阻率ρ的-1次冪的依賴性，所以其溫度系數(shù)按體電阻率ρ的-1次冪受影響。
具體地說，在導(dǎo)線直徑足夠大或者在頻率足夠高的情況下，在鐵心60未通過檢測線圈20的情況下檢測線圈20的阻抗Z所溫度系數(shù)由于外表面效應(yīng)和近螺距效應(yīng)而減少。由這種觀點看來，通過合適地設(shè)置導(dǎo)線材料的體電阻率ρ、導(dǎo)線直徑、繞組的匝數(shù)、繞組的螺距以及頻率，可以以非常平衡的方式控制在鐵心60未通過檢測線圈20時的位移狀態(tài)下的直流電阻分量，其中包括由于外表面效應(yīng)而產(chǎn)生的分量和由于近螺距效應(yīng)而產(chǎn)生的分量，借以使檢測線圈20的阻抗Z的溫度系數(shù)減到最小。上述的方案對于現(xiàn)有技術(shù)中存在的檢測線圈20的阻抗的溫度系數(shù)根據(jù)鐵心60的位移而改變這個問題提供了一種解決辦法。
因為銅具有非常大的體電阻率ρ的溫度系數(shù)，需要選擇體電阻率ρ的溫度系數(shù)比銅的體電阻率的溫度系數(shù)小的材料作為導(dǎo)線材料。具體地說，鎳鉻合金、錳銅合金、或者銅鎳合金可用于形成檢測線圈20的導(dǎo)線。特別是，銅鎳合金是優(yōu)選的，這是因為通過改變合金的成分比使得能夠控制體電阻率ρ。
下面說明用于使在鐵心60通過檢測線圈20的情況下檢測線圈20的阻抗Z的溫度變化率和在鐵心60未通過檢測線圈20的情況下的所述溫度變化率一致的方法。
借助于使鐵心60通過檢測線圈20而導(dǎo)致檢測線圈20的阻抗Z的增加是由鐵心60的體電阻率ρ和導(dǎo)磁率μ引起的。即，檢測線圈20的阻抗Z的溫度系數(shù)和鐵心60的體電阻率ρ以及導(dǎo)磁率μ有關(guān)。由這種觀點看來，優(yōu)選地是選擇這樣的鐵心60，其具有適合于使鐵心60通過檢測線圈20的情況下的溫度系數(shù)和鐵心60未通過檢測線圈20的情況下的溫度系數(shù)一致的體電阻率ρ和導(dǎo)磁率μ，或者對鐵心60進行表面處理，使得能夠獲得合適的體電阻率ρ和導(dǎo)磁率μ。
一般地說，使用位置傳感器的環(huán)境溫度的范圍是120℃-130℃。鐵心60的居里溫度比環(huán)境溫度足夠高。鐵心60的導(dǎo)磁率μ具有在居里溫度附近急劇增加的特性。在另一方面，鐵心60的導(dǎo)磁率在使用位置傳感器的溫度區(qū)內(nèi)變化很小。
由上述觀點看來，通過使用至少具有由體電阻率ρ改變小的材料制成的外表面的鐵心60，所述體電阻率是引起檢測線圈20的阻抗Z增加的另一個因素，可以使檢測線圈20的阻抗Z的溫度系數(shù)減到最小，借以使由于溫度變化而引起的檢測線圈20的阻抗Z的變化最小。
例如，在第一實施例中的基于檢測線圈20的阻抗改變來檢測鐵心位置的位置傳感器中，阻抗的主要分量是電感。通過在檢測線圈20中流過恒定電流，產(chǎn)生和檢測線圈20同軸的磁場。此時，環(huán)流(所謂的渦流)沿這樣的方向流過鐵心60，使得抵銷產(chǎn)生的同軸磁場。所述環(huán)流具有降低檢測線圈20的電感的作用。除去要被提供給檢測線圈20的磁場的幅值和頻率之外(如果提供固定頻率的恒流，則環(huán)流的幅值不變)，環(huán)流的幅值和鐵心60的體電阻率有關(guān)。具體地說，鐵心60的體電阻率越大，環(huán)流越小，因而使其降低電感的作用減到最小。因而，如果鐵心60的體電阻率具有溫度特性，則電感也具有溫度特性。電感的溫度特性極大地影響阻抗的溫度特性。
在檢測線圈20被實際用作阻抗元件的情況下，通常有這樣的情況，即，要提供給檢測線圈20的電流在從大約幾十千赫茲到大約幾百千赫茲的頻率范圍內(nèi)被驅(qū)動。如果提供在這個頻率范圍內(nèi)的電流，則由于磁場集中在鐵心60的周圍，由檢測線圈20產(chǎn)生的磁場不能到達(dá)鐵心1(sic)的內(nèi)部。
由上述觀點看來，優(yōu)選地是利用具有小的導(dǎo)磁率ρ的材料形成鐵心60的至少一個表面，即所述材料可以從鎳鉻合金、鎳鉻鐵合金、鐵鉻率合金、銅鎳合金以及錳銅合金中選擇。這些材料被稱為電熱材料。這些材料的電阻具有小的溫度系數(shù)。此外，因為鐵和鎳是磁性材料，由這些材料制成的合金具有磁性。因此，借助于使用這些材料，可以減輕檢測線圈20的大的阻抗變化。
如果鐵心60具有體積大的形狀并在所述體積大的形狀及其表面的范圍內(nèi)具有小的體電阻率，則這種鐵心60具有更優(yōu)異的溫度特性。在這種情況下，可以使用電熱材料，例如鎳鉻合金、鎳鉻鐵合金、鐵鉻率合金、銅鎳合金以及錳銅合金。如果鐵心60是通過沖壓由這些材料制成的平板而獲得的，則產(chǎn)生大量的未被使用的材料，這將提高所制成的鐵心的成本。
為了解決上述的缺點，采取以下措施。因為這些材料作為電熱絲材料可以在市場上容易得到，所以使用由鎳鉻合金、鎳鉻鐵合金、鐵鉻率合金、銅鎳合金、錳銅合金或其等效物制造的電熱絲是經(jīng)濟的，其中把所述電熱絲切割成為具有所需長度的線段，并把線段彎曲(或者拉拔)成為合適的形狀。這對于防止產(chǎn)生工業(yè)浪費是有效的。
此外，通過在本實施例中結(jié)合第一和第二溫度補償方法可以有效地進行溫度補償。
(第三實施例)在本實施例中，說明一種用于改善輸出的線性度的方法。按照第三實施例的位置傳感器的結(jié)構(gòu)基本上和第一、第二實施例的結(jié)構(gòu)相同。因而第三實施例中和第一、第二實施例相同的元件用相同的標(biāo)號表示，并省略對這些相同的元件的說明。
第一種線性度改變方法是選擇用于鐵心60的合適的材料，并合適地設(shè)置交流電流Iac的頻率f。本發(fā)明的發(fā)明人進行了關(guān)于交流阻抗Zac的實驗，其中改變和檢測線圈20有關(guān)的鐵心的材料，這些材料在第一實施例中列舉過。圖19表示使用的金屬材料的一個表軟磁鐵、坡莫合金、電磁不銹鋼、SUS430，以及鐵鉻，表中還示出了相應(yīng)的估算的特性電阻率。在圖19中，“電磁不銹鋼”是一種金屬，含有11％的鉻，其余部分為各種金屬，例如硅，錳，磷，鎳和鈦。所述金屬被用作電磁閥和繼電器磁路的磁軛。各個金屬材料已經(jīng)在特定的條件下進行過熱處理，以便使每種金屬具有其磁特性。由這些金屬材料制成的各個鐵心的形狀彼此相同。
圖20A-20E分別表示在交流電流的頻率被設(shè)置為10千赫茲、30千赫茲、50千赫茲、70千赫茲和90千赫茲的情況下，各個鐵心的交流阻抗Zac的線性度的實驗結(jié)果。由圖20A-20E顯然可見，磁不銹鋼(電磁不銹鋼)和軟鐵以及純鐵相比具有所需的線性度。特別是SUS430(使用18-Cr的鐵素體不銹鋼)對于頻率和轉(zhuǎn)動角度具有所需的線性度，并具有抗腐蝕性，而且成本低廉。因而，SUS430被認(rèn)為是用作位置傳感器的鐵心的合適的材料。可以設(shè)想，這些線性度由電阻率和導(dǎo)磁率以及頻率特性之間的平衡確定。因為在頻率不小于50千赫茲時鐵鉻具有所需的線性度，通過采取防銹措施，考慮到上述的電阻率的溫度變化率的優(yōu)點，鐵鉻可以是制造鐵心的合適的材料，第二種線性度改善方法是采取措施抑制上述的現(xiàn)有技術(shù)具有的端部效應(yīng)。圖21A和圖21B表示通過改變鐵心60的構(gòu)形來增加鐵心60的前端部分60a或60b對交流阻抗Zac的貢獻的方法。在圖21A中，通過提供基本上呈直角的有臺階的部分，鐵心60的前端部分60a具有比其余部分大的厚度。在圖21B中，前端60b呈楔形，其具有大于鐵心60的其余部分的厚度。在圖21A和21B兩者的情況下，前端部分(60a，或60b)具有大于鐵心其余部分的厚度，這使得能夠增加在纏繞的導(dǎo)線的螺距當(dāng)中交鏈磁通的數(shù)量。因而，這種構(gòu)形有效地有助于電感的增加。只要鐵心60通過刻蝕或者金屬注入模壓構(gòu)成，這種構(gòu)形就不會導(dǎo)致位置傳感器產(chǎn)生成本的增加。
圖21C表示鐵心60的前端部分60c由具有比鐵心主體較高的導(dǎo)磁率的材料制成的例子。在這個例子中，因為在前端部分60c的交鏈磁通的數(shù)量可以增加，這種構(gòu)形能夠有效地有助于電感的增加。和圖21A，21B的情況相比，其中鐵心60的除去前端之外的部分比前端部分具有較小的厚度，這在某種程度上可能導(dǎo)致傳感器的靈敏度變劣，圖21C所示的例子沒有靈敏度變劣問題。此外，因為圖21C所示的鐵心60具有均勻的厚度，所以鐵心60在機械加工方面是穩(wěn)定的(即在施加小的應(yīng)力時不容易變形)。
圖21D表示前端部分60d利用高導(dǎo)磁率的材料進行過表面處理(電鍍或其等效物)的例子。圖21D的例子對圖21C的例子提供了一種改進，使得減少用于生產(chǎn)所需的時間和勞動，并且有助于定位。在圖21D的例子中，可以代替電鍍在前端部分60d上附著具有高導(dǎo)磁率的薄膜部件。
圖22所示的位置傳感器包括檢測線圈20’，其是通過在一個空心線圈架15上繞制導(dǎo)線制成的，以及鐵心61，其可以借助于相對于檢測線圈20’沿導(dǎo)線的纏繞方向X位移而通過線圈架15的中空部分進出。所述位置傳感器具有恒流電路(未示出)和信號處理電路(未示出)，其方式和第一實施例的類似。在第三實施例中，導(dǎo)線圍繞檢測線圈20’的相對端部分纏繞的厚度大于檢測線圈20’的其余部分纏繞的厚度(即纏繞的導(dǎo)線的層數(shù)大于其余部分的層數(shù))，鐵心61的形狀保持和常規(guī)技術(shù)中的形狀相同。利用這種結(jié)構(gòu)，由纏繞導(dǎo)線的較多的層數(shù)產(chǎn)生的磁通被交鏈，這使得即使在鐵心61只通過檢測線圈20’的前端部分的情況下，也能有效地增加電感。
圖23A到23E表示鐵心61的前端部分通過倒圓、磨圓處理或者類似處理除去其邊緣的例子，以便保持鐵心61不和檢測線圈20’的線圈架的內(nèi)壁鄰接。圖23B-23E表示相應(yīng)于圖21A到圖21E(sic)的例子，其中對在圖21A到圖21D的各個鐵心的前端部分進行了倒圓或磨圓處理。
在表示鐵心60和檢測線圈20的截面的圖4中，鐵心60通過的彎曲的線圈架22的內(nèi)表面被涂覆涂層21，所述涂層通過蒸發(fā)淀積非磁材料例如銅而被獲得，用于保持鐵心60不和線圈架22的內(nèi)壁鄰接。在使用具有導(dǎo)電性的材料例如金屬作為涂層21的材料的情況下，需要保持所述材料在其截面內(nèi)不形成閉環(huán)。另外，代替應(yīng)用金屬蒸發(fā)淀積，線圈架22的通孔的側(cè)表面部分可以由金屬薄片制成。通過涂覆氟涂層，其提供可滑動性和防磨損，可以提供和上述相同的效果。按照這種安排，使用薄膜元件或直線元件(具體地說，無定形的)作為鐵心60，并且這種鐵心可以沿著彎曲的線圈架22的通孔的側(cè)面移動或位移。這種結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生薄的小直徑的位置傳感器和改善輸出的線性度方面是有效的。
除去上述之外，利用彈簧狀線圈并使所述彈簧狀線圈通過彎曲的線圈架22來構(gòu)成檢測線圈20的纏繞的導(dǎo)線，有助于沿鐵心的轉(zhuǎn)動角度方向以均勻的螺距纏繞導(dǎo)線。
參見圖2，所示的位置傳感器具有曲率校正器24，用于使彎曲的線圈架的形狀恢復(fù)其原始狀態(tài)。由于導(dǎo)線在彎曲的線圈架上施加的應(yīng)力，使彎曲的線圈架變形，即彎曲的線圈架的曲率增加。曲率校正器24上形成有具有基本上和檢測線圈20的曲率相同的曲率的槽。當(dāng)檢測線圈20沿著曲率校正器24的槽裝配時，檢測線圈20的徑向內(nèi)壁以及檢測線圈20的底面和曲率校正器24接觸。因而，彎曲的線圈架22的曲率的增加被校正。在圖2中，殼體25配備有曲率校正器24。另外，也可以在殼體25本身形成和曲率校正器24內(nèi)的槽類似的槽。
從下面的觀點看來，使用具有曲率校正器24的檢測線圈也是有利的。如果檢測線圈沒有曲率校正器，如圖24所示，則需要在檢測線圈20的相對端的外部在其凸緣附近提供一對保持/固定元件26，用于檢測線圈20的位置保持和固定。提供保持/固定元件26限制了鐵心60的行程(機械位移)。在另一方面，圖2的結(jié)構(gòu)中在檢測線圈20的凸緣的外部沒有保持/固定元件，這種結(jié)構(gòu)是有利的，這是因為，鐵心60的行程可以被作得較長，或者代替較長的行程，可以使相應(yīng)于彎曲的線圈架22繞組部分的轉(zhuǎn)動角度較寬。這兩種結(jié)構(gòu)都能改善線性度。
(第4實施例)下面參照圖25到28說明按照第四實施例的位置傳感器。本實施例的位置傳感器根據(jù)失效保險(failsave)系統(tǒng)的理論構(gòu)成，這是考慮到其被用于汽車上(例如加速踏板的位置檢測)。由這個觀點看來，在本實施例中的位置傳感器具有這樣的結(jié)構(gòu)，即圖2和圖3所示的位置傳感器的檢測部分具有雙層結(jié)構(gòu)。具體地說，在圖25和26中，提供兩個具有相同曲率的檢測線圈20a，20b，以及具有相同曲率的兩個鐵心60a，60b，所述鐵心圍繞可動部件23A的旋轉(zhuǎn)軸線通過各自檢測線圈20a，20b。檢測線圈20a，20b沿著鐵心60a，60b的旋轉(zhuǎn)軸線同軸地疊置。和在日本未審專利公報20-186903披露的兩個檢測線圈設(shè)置在同一個平面上的結(jié)構(gòu)相比，上述結(jié)構(gòu)使得能夠增加檢測線圈20a，20b的繞組部分的張開角度和可動部件23A的機械轉(zhuǎn)動角度。因此，這種結(jié)構(gòu)能夠確保獲得檢測線圈20a，20b的各自的阻抗Z所需線性度的轉(zhuǎn)動角度θ的寬的范圍。此外，因為檢測線圈20a的規(guī)格和檢測線圈20b的規(guī)格相同，所以可以使檢測線圈20a，20b的特性基本相同，這在導(dǎo)線的纏繞和降低成本方面是有利的。
圖27和圖28所示的位置傳感器包括具有大的曲率(小的曲率半徑)的檢測線圈20c，具有小的曲率(大的曲率半徑)的檢測線圈20d，具有大的曲率的，當(dāng)圍繞可動部件23B的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動時通過檢測線圈20c的鐵心60c，以及具有小的曲率的，當(dāng)圍繞可動部件23B的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動時通過檢測線圈20d的鐵心60d。檢測線圈20c，20d基本上被設(shè)置在相對于鐵心60c，60d的旋轉(zhuǎn)軸線相同的轉(zhuǎn)動角度θ的范圍內(nèi)，并在同一個平面上。利用這種結(jié)構(gòu)，和圖25、26所示的位置傳感器類似，在檢測線圈20c，20d上的繞組部分的張開角度以及可動部件23B的機械轉(zhuǎn)動角度被增加。借以確保能夠獲得檢測線圈20c，20d的各自的阻抗Z的所需線性度的轉(zhuǎn)動角度θ的寬的范圍，并且可以產(chǎn)生薄的位置傳感器。
如本實施例所示，在裝配成檢測線圈20a，20b(20c，20d)之前，檢測線圈20a，20b(20c，20d)可以在彎曲的線圈架22a，22b(22c，22d)上纏繞導(dǎo)線之后，利用樹脂27(28)和彎曲的線圈架22a，22b(22c，22d)整體地模壓。這種結(jié)構(gòu)能夠在裝配時和/或在受到振動和/或沖擊時防止導(dǎo)線斷開，并保持線圈20a，20b(20c，20d)不會發(fā)生相對位移。這種結(jié)構(gòu)能夠防止由于在裝配時引起的位置移動而在兩個檢測部分之間的輸出發(fā)生改變。按照這種安排，因為通過整體模壓把兩個檢測部分制成一塊式單元，使得兩個檢測部分能夠相對于可動部件23A(23B)被容易地定位，這縮短了所需的裝配時間。
因為在彎曲的線圈架22a，22b(22c，22d)的變形被校正的狀態(tài)下進行樹脂模壓，所以不需要提供用于校正在殼體25A(25B)中的彎曲的線圈架22a，22b(22c，22d)的變形的專用部件。此外，如果兩個鐵心60a，60b(60c，60d)被整體地用樹脂模壓，則這些部分沒有位置移動，使得在兩個檢測部分之間不會由于在裝配時發(fā)生的位置移動而發(fā)生特性的改變。
(第五實施例)按照本發(fā)明的第五實施例的結(jié)構(gòu)和第一到第四實施例的任何一個的結(jié)構(gòu)相同。因而，第五實施例中和第一到第四實施例相同的元件用相同的標(biāo)號表示，并且省略對所述相同部件的說明。在本實施例中，將說明從信號處理電路40輸出的位移信號Vout的安排。
在作為處理來自位置傳感器的輸出信號的系統(tǒng)中的電子控制單元(ECU)是數(shù)字電路的情況下，如果位移信號Vout是模擬信號，則重復(fù)進行反復(fù)的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，結(jié)果可能發(fā)生檢測誤差，并伴隨著響應(yīng)延遲。如果位移信號Vout是數(shù)字信號，則沒有上述的一般關(guān)于模擬信號的問題。此外，數(shù)字信號在信號傳輸過程中不易受到外部噪聲的影響。由這種觀點看來，在本實施例中，將說明其中從信號處理電路輸出的位移信號Vout是數(shù)字信號的一些例子。信號處理電路40包括信號校正電路(未示出)，其包括A/D轉(zhuǎn)換電路(未示出)，用于把來自檢測部分50的峰值電壓V1轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于進行所述數(shù)字信號的數(shù)字微調(diào)。
圖29A和29B表示從信號處理電路40輸出的位移信號Vout的第一個例子。位移信號Vout包括輸出開始信號，其脈寬T1相應(yīng)于3個參考脈沖Vr的脈寬，以及脈沖信號，其在輸出開始信號的輸出之后經(jīng)過持續(xù)時間T2被輸出。持續(xù)時間T2根據(jù)位置數(shù)據(jù)而不同。ECU通過利用定時器測量輸出的開始信號的脈沖寬度T1，以及直到脈沖信號出現(xiàn)時的時間間隔T2判斷鐵心60相對于檢測線圈20的位置。
圖30A和30B表示從信號處理電路40輸出的位移信號Vout的第二個例子。位移信號Vout包括具有相應(yīng)于參考脈沖Vr的3個脈寬的寬度的輸出開始信號，和跟隨輸出開始信號的某個數(shù)量的脈沖信號。脈沖信號的數(shù)量根據(jù)位置數(shù)據(jù)而不同。ECU通過利用計數(shù)器計數(shù)跟隨輸出開始信號的脈沖信號的數(shù)量，判斷鐵心60相對于檢測線圈20的位置。
圖31A，31B表示從信號處理電路40輸出的位移信號Vout的第三個例子。位移信號Vout由具有相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的占空比的脈沖信號構(gòu)成。所述占空比的導(dǎo)通和截止時間間隔分別由參考脈沖Vr的數(shù)量確定。ECU通過利用定時器測量脈沖信號的周期和寬度，判斷鐵心60相對于檢測線圈20的位置。
如果試圖使所需的數(shù)字輸出的位數(shù)可靠，可以增加連接位置傳感器和ECU的配線的數(shù)量。不過，按照圖29A-31B所示的例子，只利用一個信號線建立所述電路的結(jié)構(gòu)。此外，位移信號Vout可以由具有相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的脈寬的脈沖信號構(gòu)成。另外，如果沒有關(guān)于信號線數(shù)量的約束，位移信號Vout可以由滿足位置檢測所需的分辨率的某個位數(shù)的數(shù)字信號構(gòu)成。
(第六實施例)圖32和33分別示出了按照本發(fā)明的第六實施例的位置傳感器的檢測線圈的截面結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)。考慮到要在汽車中使用，在第六實施例中的位置傳感器具有基于失效保險控制系統(tǒng)的雙層的檢測部分。
在本實施例中的位置傳感器包括檢測線圈20e，20f，鐵心60e，恒流電路30A，信號處理電路40a，以及信號處理電路40b。檢測線圈20e，20f被分別圍繞中空斷開線圈架15a，15b纏繞，并且纏繞方向彼此相反。鐵心60e可以沿纏繞方向相對于檢測線圈20e，20f運動，并且通過線圈架15a，15b的中空部分。恒流電路30A分別向檢測線圈20e，20f輸出恒定電流Ida，Idb。恒定電流Ida(Idb)通過在具有給定幅值的直流電流上疊加給定頻率和給定幅值的交流電流而獲得。信號處理電路40a把在檢測線圈20e的相對端檢測的電壓的峰值電壓轉(zhuǎn)換成表示鐵心60e相對于檢測線圈20e的位置數(shù)據(jù)的位移信號。在檢測線圈20e的相對端檢測的電壓根據(jù)從恒流電路30A輸出的恒定電流Idb和檢測線圈20e的阻抗Za確定。信號處理電路40b把在檢測線圈20f的相對端檢測的電壓的峰值電壓轉(zhuǎn)換成表示鐵心60e相對于檢測線圈20f的位置數(shù)據(jù)的位移信號。在檢測線圈20f的相對端檢測的電壓根據(jù)從恒流電路30A輸出的恒定電流Idb和檢測線圈20f的阻抗Zb確定。
在這個實施例中，兩個檢測線圈20e，20f共同使用和一個結(jié)構(gòu)件(未示出)相連的鐵心60e。一個恒流電路30A分別向檢測線圈20e，20f輸出恒定電流Ida，Idb，它們分別具有給定的幅值和頻率。利用這種結(jié)構(gòu)，可以抑制由于提供雙層檢測部分而引起的成本的增加。
如果構(gòu)成有源電路部分的恒流電路30A和信號處理電路40a，40b被設(shè)置在一個單片集成電路中，則可以抑制由于提供雙層檢測部分而導(dǎo)致的成本的增加，這是因為，集成電路是最貴的部件。
下面說明按照第一到第六實施例的位置傳感器如何被使用的一些例子。首先，在傳感器用于檢測汽車的加速踏板的位置的情況下，可以獲得以下的優(yōu)點。因為檢測的角度相當(dāng)小，例如大約30度，具有彼此相同的彎曲的彎曲的線圈架可以被設(shè)置在同一個平面上，可以使檢測線圈的阻抗彼此互補。此外，因為傳感器被設(shè)置在汽車的室內(nèi)，所以傳感器的操作溫度不會太高。此外，因為相對于檢測的角度具有足夠大的行程，所以可以利用能夠獲得所需線性度的行程的中間部分，而只需對鐵心的材料和形狀進行較小的修正。
下面說明使用傳感器作為油門位置傳感器的情況。在這種情況下，檢測的角度大約為90度之多或更大。此外，需要保證大的機械行程。由這個觀點看來，圖25和圖26所示的結(jié)構(gòu)是合適的，其中彎曲的線圈架被彼此疊置，或者圖27和圖28的結(jié)構(gòu)是合適的，其中具有不同的曲率的彎曲的線圈架以相同的轉(zhuǎn)動角度范圍被設(shè)置在同一個平面上。因為相對于轉(zhuǎn)動角度具有機械行程的限制，所以需要使用例如SUS430材料制造鐵心，以便容易獲得線圈阻抗的線性度。因為油門位置傳感器被設(shè)置在發(fā)動機室內(nèi)，傳感器需要滿足操作溫度的高的上限。由此看來，需要通過選擇能夠容易地獲得線性度的鐵心的材料，并通過向線圈提供合適的偏流，使得由于角位移而引起的溫度特性的改變(溫度系數(shù))最小。
如果在工廠例如發(fā)電設(shè)備中使用所述位置傳感器，則其易于受到高溫的影響。由此看來，需要通過使用鐵鉻合金作為鐵心的材料，并通過向線圈提供合適的偏流，使得由于角位移而引起的檢測線圈的溫度特性的改變(溫度系數(shù))最小。
應(yīng)當(dāng)注意，具有在位置傳感器中提供一個檢測部分用于檢測摩托車的踏板角度的情況，以便抑制產(chǎn)生成本。不過，一般地說，優(yōu)選地是，在用于檢測汽車的踏板的角度的位置傳感器中提供雙層的檢測部分，以確保系統(tǒng)的可靠性。
作為對本發(fā)明的概括，按照本發(fā)明的一個方面的位置傳感器包括恒流電路，用于輸出通過在具有給定的幅值的直流電流上疊加具有給定的頻率和給定的幅值的而獲得的恒定電流；檢測部分，其包括至少一個檢測線圈，所述恒定電流被提供給所述檢測線圈；由磁材料制成的鐵心，所述鐵心沿檢測線圈的軸向相對于所述檢測線圈發(fā)生位移；以及信號處理電路，用于根據(jù)當(dāng)提供所述恒流時從檢測部分輸出的電壓的峰值輸出表示鐵心相對于檢測線圈的位置數(shù)據(jù)的位移信號，其中所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比、檢測部分的阻抗中的交流分量對直流分量的比、恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性、以及在檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個被以這種方式設(shè)置，使得在鐵心相對于檢測線圈的整個位移區(qū)內(nèi)，從檢測部分輸出的電壓的幅值的溫度系數(shù)的波動范圍小于在鐵心相對于檢測線圈的整個位移區(qū)內(nèi)在給定頻率下在檢測部分中的阻抗的交流分量的溫度系數(shù)的波動范圍。
在上述實施例中，檢測線圈可以根據(jù)位置傳感器的用途被優(yōu)選地選擇。此外，檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)的相關(guān)性可以通過設(shè)置電路的常數(shù)被容易地抑制。結(jié)果，相對于位移的檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)的改變可以利用簡單的電路結(jié)構(gòu)被補償。
優(yōu)選地，所述鐵心可以操作而通過檢測線圈的繞組導(dǎo)線。這種結(jié)構(gòu)可以減輕檢測線圈的阻抗的大的改變。
優(yōu)選地，在鐵心的通過量小的情況下，從檢測部分輸出的電壓的直流分量的溫度系數(shù)可以接近于從檢測線圈輸出的電壓的交流分量的溫度系數(shù)。按照這種安排，可以抑制從檢測線圈輸出的電壓的峰值的溫度系數(shù)的波動范圍。
優(yōu)選地，所述恒流電路可以包括振蕩電路，用于產(chǎn)生通過在具有給定幅值的直流電壓上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電壓而獲得的電壓，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把來自振蕩電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流，并且所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比可以通過分別設(shè)置所述直流電壓和交流電壓來設(shè)置。按照這種安排，所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比可以通過提供一種簡單的電路結(jié)構(gòu)并通過設(shè)置所述電路的常數(shù)來設(shè)置。
優(yōu)選地，所述恒流電路可以包括振蕩電路，用于產(chǎn)生通過在具有給定幅值的直流電壓上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電壓而獲得的電壓，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把來自振蕩電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流，并且所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性可以通過分別設(shè)置在振蕩電路中提供的電阻的值的溫度系數(shù)來設(shè)置。所述電阻確定直流電壓的值。這種結(jié)構(gòu)能夠獲得和上述類似的效果。
優(yōu)選地，所述恒流電路可以包括振蕩電路，用于產(chǎn)生通過在具有給定幅值的直流電壓上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電壓而獲得的電壓，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把來自振蕩電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流，并且在檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性可以通過設(shè)置交流電壓的頻率的溫度系數(shù)來設(shè)置。
在上述的結(jié)構(gòu)中，即使因為恒流電路由集成電路構(gòu)成而使得電路的常數(shù)不能容易地設(shè)置，檢測部分的阻抗的交流分量的溫度特性也可以通過采用這樣的結(jié)構(gòu)被設(shè)置，其中用于確定交流電壓的振蕩頻率的電阻和電容作為外部元件被安裝，并且選擇其中的電阻值和電容器的溫度系數(shù)。
優(yōu)選地，恒流電路可以包括直流恒流電路，用于產(chǎn)生具有給定幅值的直流電流，以及交流電流電路，用于輸出具有給定頻率和給定幅值的交流電流，并且恒定電流中的所述直流電流對所述交流電流的比、檢測部分的阻抗中的交流分量對直流分量的比、恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性、以及在檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個可以通過設(shè)置直流電流的幅值的溫度特性、交流電流的頻率的溫度特性、以及交流電流的幅值的溫度特性中的至少一個來設(shè)置。按照這種安排，相對于鐵心的位移檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)的改變可以通過提供一種簡單的電路結(jié)構(gòu)并通過設(shè)置所述電路的常數(shù)來補償。
優(yōu)選地，所述檢測部分可以包括檢測線圈，以及和所述檢測線圈串聯(lián)的并具有和鐵心的位移無關(guān)的阻抗的電路元件，在對檢測線圈提供恒定電流時，信號處理電路可以根據(jù)在包括檢測線圈和所述電路元件的串聯(lián)電路的兩端檢測的電壓的峰值，輸出表示鐵心相對于檢測線圈的位置數(shù)據(jù)的位移信號，并且在檢測部分的阻抗的交流分量對直流分量的比、以及檢測部分的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個，可以通過設(shè)置所述電路元件的阻抗的交流電流分量、和直流電流分量以及所述電路元件的阻抗的交流電流分量和直流電流分量的各自的溫度系數(shù)中的至少一個來設(shè)置。
在上述的結(jié)構(gòu)中，即使因為恒流電路由集成電路構(gòu)成而使得電路的常數(shù)不能容易地設(shè)置，相對于鐵心位移的檢測部分的阻抗的溫度系數(shù)的改變也可以利用簡單的電路結(jié)構(gòu)進行補償。
優(yōu)選地，所述電路元件包括電阻。按照這種安排，檢測部分的阻抗可以用低的成本進行控制。
優(yōu)選地，所述電路元件可以包括電感器，按照這種安排，檢測部分的直流電阻和交流阻抗可以用低的成本進行控制。
優(yōu)選地，恒流電路可以包括具有用于設(shè)置直流電流的幅值、交流電流的頻率和幅值的電阻的集成電路，以及數(shù)字微調(diào)裝置，用于設(shè)置所述電阻的值，并且恒定電流中的直流電流對交流電流的比、檢測部分的阻抗中的交流分量對直流分量的比、恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度系數(shù)、以及檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度系數(shù)中的至少一個可以通過由所述數(shù)字微調(diào)裝置設(shè)置所述電阻的值來設(shè)置。按照這種安排，相對于鐵心的位移的檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)的改變可以利用簡單的電路結(jié)構(gòu)進行補償。
優(yōu)選地，所述信號處理電路可以包括整流電路和用于峰值保持所述整流電路的輸出的峰值保持電路。按照這種安排，所述信號處理電路可以利用簡單的電路結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述信號處理電路可以包括一個放大器，其具有和從檢測部分輸出的電壓峰值的溫度系數(shù)的極性相反的極性的溫度系數(shù)，并且所述信號處理電路可以根據(jù)所述放大器的輸出來輸出表示鐵心相對于檢測線圈的位置數(shù)據(jù)的位移信號。按照這種安排，在溫度補償之后，所述放大器的輸出是一個只和鐵心的位移有關(guān)的信號。因而，在溫度補償之后的位移信號可以通過只處理所述輸出來獲得。
優(yōu)選地，從所述振蕩電路產(chǎn)生的交流電壓可以包括斬波。按照這種安排，和正弦波形相比，可以更容易地從所述振蕩電路獲得交流電壓。
優(yōu)選地，從所述交流恒流電路輸出的交流電流可以包括斬波。按照這種安排，和正弦電壓相比，可以從所述交流恒流電路更容易地獲得交流電壓。
優(yōu)選地，檢測線圈的繞組導(dǎo)線的匝數(shù)、繞組導(dǎo)線的螺距和向檢測線圈輸出的信號的頻率可以被分別設(shè)置為這樣的值，使得檢測線圈的繞組導(dǎo)線的阻抗分量的溫度系數(shù)等于由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗分量的溫度系數(shù)。按照這種安排，由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的溫度特性的改變可以通過控制在鐵心不通過檢測線圈的情況下的檢測線圈的阻抗被抑制。
最好是，鐵心可以用這樣的材料制成，使得檢測線圈的繞組導(dǎo)線的阻抗分量的溫度系數(shù)等于由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗分量的溫度系數(shù)。這種結(jié)構(gòu)使得能夠獲得和上述類似的效果。
最好是，對鐵心進行這樣的表面處理，使得檢測線圈的繞組導(dǎo)線的阻抗分量的溫度系數(shù)等于由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗分量的溫度系數(shù)。這種結(jié)構(gòu)使得能夠獲得和上述類似的效果。
優(yōu)選地，鐵心可以具有至少由具有小的溫度特性的體電阻率的材料形成的表面。這種結(jié)構(gòu)對于抑制在鐵心通過檢測線圈的情況下的檢測線圈的阻抗的溫度特性的改變是有效的。
優(yōu)選地，所述鐵心具有至少由從以下材料中選擇的材料形成的表面這些材料是鎳鉻合金，鎳鉻鐵合金、鎳鉻鋁合金、銅鎳合金以及錳。按照這種安排，至少鐵心的表面可以容易地利用具有小的溫度系數(shù)的體電阻率的材料制造。
優(yōu)選地，所述鐵心可以被這樣制造把電熱絲切割成具有某個長度的電熱絲段，并把所述電熱絲段彎曲而成某個形狀。這種安排對于進一步抑制在鐵心通過檢測線圈的情況下檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)的改變并減少制造鐵心的材料的損耗是有效的。
優(yōu)選地，所述電熱絲可以由從以下材料中選擇的材料制造這些材料是鎳鉻合金，鎳鉻鐵合金、鎳鉻鋁合金、銅鎳合金以及錳。按照這種安排，通過把所需長度的電熱絲段彎曲成合適的形狀，可以容易地獲得所述鐵心。
優(yōu)選地，檢測線圈的繞組導(dǎo)線可以由從以下材料中選擇的材料制造這些材料是鎳鉻合金，錳銅合金和銅鎳合金。這種安排可以有效地抑制在鐵心不通過檢測線圈的情況下的檢測線圈的溫度特性的改變。
優(yōu)選地，鐵心的端部可以具有這樣的厚度，使得比所述鐵心的其余部分容易使磁通通過，按照這種安排，可以消除端部效應(yīng)，并且可以加寬其中確保所需的輸出的線性度的位移區(qū)。
優(yōu)選地，鐵心的端部可以具有大于鐵心的其余部分的厚度。這種安排對于利用金屬注入模壓制造鐵心是有利的。此外，這種安排對于通過把兩個部件連接在一起來容易地形成所述鐵心是有效的。
優(yōu)選地，鐵心的端部可以由具有比鐵心的其余部分大的導(dǎo)磁率的材料制成。這種安排在保證機械穩(wěn)定性方面是有利的，這是因為鐵心的厚度可以被做成相同的。此外，按照這種安排，通過把兩個部件連接在一起來容易地形成所述鐵心。
優(yōu)選地，鐵心的端部可以利用具有比鐵心的其余部分大的導(dǎo)磁率的材料進行表面處理。這種安排在確保機械穩(wěn)定性方面是有利的，這是因為鐵心的厚度可以被做成恒定的。此外，可以容易地產(chǎn)生彎曲的鐵心。
優(yōu)選地，鐵心的端部的表面可以由通過電鍍坡莫合金涂覆的電磁不銹鋼制成。這種安排能夠在鐵心的端部和鐵心的其余部分之間提供非常平衡的導(dǎo)磁率，以及優(yōu)良的防腐蝕性能。
優(yōu)選地，鐵心可以具有通過倒圓除去其邊沿而產(chǎn)生的端部。這種安排的優(yōu)點在于，鐵心不和線圈架的內(nèi)壁鄰接，這在保持不會由于所述鄰接而降低線性度方面是有效的。
優(yōu)選地，檢測線圈呈具有預(yù)定的曲率的彎曲的形狀，并且位置傳感器還包括具有用于固定檢測線圈和校正檢測線圈的曲率改變的殼體。這種安排對于校正和防止檢測線圈的曲率改變方面是有效的。
優(yōu)選地，所述殼體可以通過和檢測線圈的徑向內(nèi)部的至少一部分實現(xiàn)接觸來校正檢測線圈的曲率的改變。這種安排在可靠地校正并防止檢測線圈的曲率的改變方面是有效的。
優(yōu)選地，位置傳感器還包括線圈架，在所述線圈架上纏繞檢測線圈，并且所述檢測線圈和線圈架在裝配之前進行樹脂模壓。這種安排對于防止在裝配時可能發(fā)生的導(dǎo)線斷開和/或由于振動和/或沖擊而導(dǎo)致的導(dǎo)線斷開是有效的。此外，即使所述殼體沒有用于校正檢測線圈曲率變形的裝置，這種安排對于校正和防止檢測線圈的曲率的改變也是有效的，這是因為彎曲的線圈架和檢測線圈在彎曲的線圈架的變形被校正的狀態(tài)下進行樹脂模壓。
優(yōu)選地，位置傳感器還包括兩個線圈架，在每個線圈架上纏繞著檢測線圈，并且所述兩個檢測線圈和兩個線圈架在裝配之前被整體地進行樹脂模壓。除去上述的效果之外，這種安排能夠避免兩個檢測線圈的位置移動以及由于在裝配時兩個檢測線圈的位置移動而引起的兩個檢測部分之間的輸出的改變。
優(yōu)選地，檢測線圈和鐵心的數(shù)量可以是兩個，兩個鐵心分別通過兩個檢測線圈，并且兩個鐵心和兩個檢測線圈可以被整體地樹脂模壓。這種安排能夠獲得和上述類似的效果。
優(yōu)選地，檢測線圈可以包括具有相同曲率的兩個檢測線圈部件，所述鐵心可以包括具有相同曲率的兩個鐵心部件，所述兩個鐵心部件可以借助于圍繞所述鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動分別通過兩個檢測線圈部件，并且兩個檢測線圈部件可以沿鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線的方向被疊置地設(shè)置。
在上述的結(jié)構(gòu)中，因為可以確保在檢測線圈上的繞組部分的寬的張開角度和可動部件的寬的機械轉(zhuǎn)動角度，所以可以加寬確保檢測線圈的阻抗的所需的線性度的可動部件的轉(zhuǎn)動角度的范圍。此外，因為使兩個檢測線圈部件的規(guī)格彼此相同，所以可以使兩個檢測線圈部件的特性彼此相同，這對纏繞導(dǎo)線和降低產(chǎn)生成本是有利的。
優(yōu)選地，檢測線圈可以包括具有不同的曲率的兩個彎曲的檢測線圈部件，鐵心可以包括具有不同的曲率的鐵心部件，所述兩個鐵心部件可以借助于圍繞所述鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動分別通過所述兩個檢測線圈部件，并且所述兩個檢測線圈部件可以被設(shè)置在相對于鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線彼此相同的轉(zhuǎn)動角度的范圍內(nèi)，并且在同一個平面上。
在上述的安排中，因為可以確保在檢測線圈上的繞組部分的寬的張開角和可動部件的寬的機械轉(zhuǎn)動角度，所以可以加寬用于保證檢測線圈的阻抗的所需線性度的可動部件的轉(zhuǎn)動角度的范圍。這對于產(chǎn)生薄的位置傳感器是有效的。
優(yōu)選地，所述信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括具有能夠滿足位置檢測所需的分辨率的位數(shù)的數(shù)字信號。
上述安排對于消除上述問題是有效的。在用于處理位置傳感器的輸出的系統(tǒng)(即ECU)是數(shù)字電路的情況下，如果位置傳感器的輸出是模擬信號，則重復(fù)進行反復(fù)的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，結(jié)果，可能發(fā)生檢測誤差，并伴隨著響應(yīng)延遲。這種安排則沒有這個缺點，因為位置傳感器的輸出是數(shù)字輸出。此外，和模擬輸出相比，數(shù)字信號在信號傳輸過程中不易受到外部噪聲的影響。此外，因為位移信號包括具有滿足位置檢測所需的分辨率的位數(shù)的數(shù)字信號，所以ECU可以實時地讀出所述數(shù)據(jù)，并且可以快速地執(zhí)行處理。
優(yōu)選地，信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及在輸出開始信號輸出之后經(jīng)過相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的時間間隔之后輸出的脈沖信號。
上述安排對于消除上述問題是有效的。在用于處理位置傳感器的輸出的系統(tǒng)(即ECU)是數(shù)字電路的情況下，如果位置傳感器的輸出是模擬信號，則重復(fù)進行反復(fù)的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，結(jié)果，可能發(fā)生檢測誤差，并伴隨著響應(yīng)延遲。這種安排則沒有這個缺點，因為位置傳感器的輸出是數(shù)字輸出。此外，和模擬輸出相比，數(shù)字信號在信號傳輸過程中不易受到外部噪聲的影響。這種安排是有利的，因為所述系統(tǒng)可以利用一個信號線來配置。
優(yōu)選地，信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及具有相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的占空比的脈沖信號。所述脈沖信號在輸出開始信號之后被輸出。這種安排能夠獲得和上述類似的效果。
優(yōu)選地，信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及具有相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的脈沖寬度的脈沖信號，所述脈沖信號在輸出開始信號之后被輸出。這種安排能夠獲得和上述類似的效果。
優(yōu)選地，信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的某個數(shù)量的脈沖信號，所述脈沖信號在輸出開始信號之后被輸出。這種安排能夠獲得和上述類似的效果。
優(yōu)選地，檢測線圈可以包括兩個檢測線圈部件，并且所述兩個檢測線圈部件可以共同使用和一個結(jié)構(gòu)部件相連的鐵心。這種安排對于抑制由于提供雙層的檢測部分而帶來的成本的增加是有效的。
優(yōu)選地，檢測線圈可以包括兩個檢測線圈部件，并且所述恒流電路可以向所述兩個檢測線圈部件輸出具有給定頻率和固定幅值的恒定電流。這種安排對于抑制由于提供雙層的檢測部分而帶來的成本增加也是有效的。
優(yōu)選地，所述各個電路可以構(gòu)成一個有源電路，并且所述有源電路可以包括單片集成電路。這種安排對于抑制由于提供雙層的檢測部分而帶來的成本增加也是有效的。具體地說，因為集成電路是最貴的部件，由于共用所述電路，所以這種安排具有顯著的優(yōu)點。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，按照本發(fā)明，提供一種利用簡單的電路結(jié)構(gòu)能夠補償由于鐵心相對于線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗的溫度系數(shù)的改變的位置傳感器。本發(fā)明的位置傳感器可以最佳地應(yīng)用于用于檢測汽車的加速踏板的角度的位置傳感器，用作工廠中的例如發(fā)電設(shè)備的位置傳感器，用作檢測摩托車的踏板或其等效物的角度的位置傳感器。
權(quán)利要求
1.一種位置傳感器，包括恒流電路，用于輸出恒定電流，所述恒定電流是通過在具有給定幅值的直流上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電流而獲得的；檢測部分，其包括被供給所述恒定電流的至少一個檢測線圈；由磁材料制成的鐵心，所述鐵心相對于所述檢測線圈沿所述檢測線圈的軸向位移；以及信號處理電路，用于根據(jù)在提供所述恒定電流時所述檢測部分的輸出電壓的峰值輸出位移信號，所述位移信號表示所述鐵心相對于所述檢測線圈的位置數(shù)據(jù)，其中所述恒定電流中的直流電流和交流電流的比、在所述檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比、所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性、以及在所述檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比溫度特性中的至少一個被以這樣的方式設(shè)置，使得在所述鐵心相對于所述線圈的整個位移區(qū)內(nèi)，從所述檢測部分輸出的電壓的峰值的溫度系數(shù)的波動范圍，小于在所述給定的頻率下在相對于所述檢測線圈所述鐵心的整個位移區(qū)內(nèi)，在所述檢測部分中的阻抗的交流分量的溫度系數(shù)的波動范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述鐵心可以操作而通過檢測線圈的繞組導(dǎo)線。
3.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中和所述鐵心的通過量最小的情況下從所述檢測部分輸出的電壓的交流分量的溫度系數(shù)相比，在所述鐵心通過所述檢測線圈的繞組導(dǎo)線的通過量最大的情況下，從所述檢測部分輸出的電壓的直流分量的溫度系數(shù)接近于接近于從檢測線圈輸出的電壓的交流分量的溫度系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述恒流電路包括振蕩電路，用于產(chǎn)生通過在具有給定幅值的直流電壓上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電壓而獲得的電壓，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把來自振蕩電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流，并且所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比可以通過分別設(shè)置所述直流電壓和交流電壓來設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述恒流電路可以包括振蕩電路，用于產(chǎn)生通過在具有給定幅值的直流電壓上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電壓而獲得的電壓，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把來自振蕩電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流，并且所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性可以通過分別設(shè)置在振蕩電路中提供的電阻的值的溫度系數(shù)被設(shè)置，所述電阻確定直流電壓的值。
6.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述恒流電路可以包括振蕩電路，用于產(chǎn)生通過在具有給定幅值的直流電壓上疊加具有給定頻率和給定幅值的交流電壓而獲得的電壓，以及電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，用于把來自振蕩電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換成電流，并且在所述檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性可以通過設(shè)置所述交流電壓的頻率的溫度系數(shù)來設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述恒流電路可以包括直流恒流電路，用于輸出具有給定幅值的直流電流，以及交流電流電路，用于輸出具有給定頻率和給定幅值的交流電流，并且所述恒定電流中的所述直流電流對所述交流電流的比、所述檢測部分的阻抗中的交流分量對直流分量的比、所述恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度特性、以及在所述檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個可以通過設(shè)置所述直流電流的幅值的溫度特性、所述交流電流的頻率的溫度特性、以及所述交流電流的幅值的溫度特性中的至少一個來設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中，所述檢測部分包括所述檢測線圈，以及和所述檢測線圈串聯(lián)的并具有和鐵心的位移無關(guān)的阻抗的電路元件，并且在對所述檢測線圈提供恒定電流時，所述信號處理電路可以根據(jù)在包括檢測線圈和所述電路元件的串聯(lián)電路的兩端檢測的電壓的峰值輸出表示鐵心相對于檢測線圈的位置數(shù)據(jù)的位移信號，并且在所述檢測部分的阻抗的交流分量對直流分量的比、以及所述檢測部分的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個可以通過設(shè)置所述電路元件的阻抗的交流電流分量、和直流電流分量以及所述電路元件的阻抗的交流電流分量和直流電流分量的各自的溫度系數(shù)中的至少一個來設(shè)置。
9.如權(quán)利要求8所述的位置傳感器，其中所述電路元件包括電阻。
10.如權(quán)利要求8所述的位置傳感器，其中所述電路元件包括電感器。
11.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述恒流電路可以包括具有用于設(shè)置直流電流的幅值、交流電流的頻率和幅值的電阻的集成電路，以及數(shù)字微調(diào)裝置，用于設(shè)置所述電阻的值，并且恒定電流中的直流電流對交流電流的比、檢測部分的阻抗中的交流分量對直流分量的比、恒定電流中的直流電流對交流電流的比的溫度系數(shù)、以及檢測部分中的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度系數(shù)中的至少一個可以通過由所述數(shù)字微調(diào)裝置設(shè)置所述電阻的值來設(shè)置。
12.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路可以包括整流電路和用于峰值保持所述所述整流電路的輸出的峰值保持電路。
13.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路可以包括一個放大器，其具有和從檢測部分輸出的電壓所峰值的溫度系數(shù)的極性相反的極性的溫度系數(shù)，并且所述信號處理電路可以根據(jù)所述放大器的輸出來輸出表示鐵心相對于檢測線圈的位置數(shù)據(jù)的位移信號。
14.如權(quán)利要求4所述的位置傳感器，其中從所述振蕩電路產(chǎn)生的交流電壓包括斬波。
15.如權(quán)利要求7所述的位置傳感器，其中從所述交流恒流電路輸出的交流電流可以包括斬波。
16.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈的繞組導(dǎo)線的匝數(shù)、繞組導(dǎo)線的螺距(pitch)和向檢測線圈輸出的信號的頻率可以被分別設(shè)置為這樣的值，使得檢測線圈的繞組導(dǎo)線的阻抗分量的溫度系數(shù)等于由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗分量的溫度系數(shù)。
17.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述鐵心可以用這樣的材料制成，使得檢測線圈的繞組導(dǎo)線的阻抗分量的溫度系數(shù)等于由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗分量的溫度系數(shù)。
18.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中對鐵心進行這樣的表面處理，使得檢測線圈的繞組導(dǎo)線的阻抗分量的溫度系數(shù)等于由于鐵心相對于檢測線圈的位移而引起的檢測線圈的阻抗分量的溫度系數(shù)。
19.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述鐵心可以具有至少由體電阻率具有小的溫度特性的材料形成的表面。
20.如權(quán)利要求19所述的位置傳感器，其中所述鐵心具有至少由從以下材料中選擇的材料形成的表面這些材料是鎳鉻合金，鎳鉻鐵合金、鎳鉻鋁合金、銅鎳合金以及錳。
21.如權(quán)利要求19所述的位置傳感器，其中所述鐵心被這樣制造把電熱絲切割成具有某個長度的電熱絲段，并把所述電熱絲段彎曲而成某個形狀。
22.如權(quán)利要求21所述的位置傳感器，其中所述電熱絲由從以下材料中選擇的材料制造這些材料是鎳鉻合金，鎳鉻鐵合金、鎳鉻鋁合金、銅鎳合金以及錳。
23.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈的繞組導(dǎo)線由從以下材料中選擇的材料制造這些材料是鎳鉻合金，錳銅合金和銅鎳合金。
24.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述鐵心的端部可以具有這樣的厚度，使得比所述鐵心的其余部分容易使磁通通過。
25.如權(quán)利要求24所述的位置傳感器，其中所述鐵心的端部可以具有大于鐵心的其余部分的厚度。
26.如權(quán)利要求24所述的位置傳感器，其中所述鐵心的端部由具有比鐵心的其余部分大的導(dǎo)磁率的材料制成。
27.如權(quán)利要求24所述的位置傳感器，其中所述鐵心的端部由具有比鐵心的其余部分大的導(dǎo)磁率的材料進行表面處理。
28.如權(quán)利要求27所述的位置傳感器，其中所述鐵心的端部的表面可以由通過電鍍坡莫合金涂覆的電磁不銹鋼制成。
29.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述鐵心具有通過倒圓除去其邊沿而產(chǎn)生的端部。
30.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈呈具有預(yù)定的曲率的彎曲的形狀，并且位置傳感器還包括具有用于固定檢測線圈和校正檢測線圈的曲率改變的殼體。
31.如權(quán)利要求30所述的位置傳感器，其中所述殼體通過和檢測線圈的徑向內(nèi)部的至少一部分實現(xiàn)接觸來校正檢測線圈的曲率的改變。
32.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述位置傳感器還包括線圈架，在所述線圈架上纏繞檢測線圈，并且所述檢測線圈和線圈架在裝配之前進行樹脂模壓。
33.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，還包括兩個線圈架，在每個線圈架上纏繞著檢測線圈，并且所述兩個檢測線圈和兩個線圈架在裝配之前被整體地進行樹脂模壓。
34.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈和鐵心的數(shù)量可以是兩個，兩個鐵心分別通過兩個檢測線圈，并且兩個鐵心和兩個檢測線圈可以被整體地樹脂模壓。
35.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈可以包括具有相同曲率的兩個檢測線圈部件，所述鐵心可以包括具有相同曲率的兩個鐵心部件，所述兩個鐵心部件可以借助于圍繞所述鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動分別通過兩個檢測線圈部件，并且所述兩個檢測線圈部件可以沿鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線的方向被疊置地設(shè)置。
36.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈包括具有不同的曲率的兩個彎曲的檢測鐵心部件，所述鐵心包括具有不同曲率的兩個彎曲的鐵心部件，所述兩個鐵心部件借助于圍繞所述鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動分別通過所述兩個檢測線圈部件，并且所述兩個檢測線圈部件可以被設(shè)置在相對于鐵心的旋轉(zhuǎn)軸線彼此相同的轉(zhuǎn)動角度的范圍內(nèi)，并且在同一個平面上。
37.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括具有能夠滿足位置檢測所需的分辨率的位數(shù)的數(shù)字信號。
38.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及在輸出開始信號輸出之后經(jīng)過相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的時間間隔之后輸出的脈沖信號。
39.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路可以包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及具有相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的占空比的脈沖信號。
40.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及具有相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的脈沖寬度的脈沖信號，所述脈沖信號在輸出開始信號之后被輸出。
41.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述信號處理電路包括信號校正電路，其具有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于把檢測部分輸出的電壓的峰值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及校正電路，用于對所述數(shù)字信號進行數(shù)字微調(diào)，并且從所述信號處理電路輸出的位移信號可以包括輸出開始信號，以及相應(yīng)于位置數(shù)據(jù)的某個數(shù)量的脈沖信號，所述脈沖信號在輸出開始信號之后被輸出。
42.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈包括兩個檢測線圈部件，并且所述兩個檢測線圈部件共同使用和一個結(jié)構(gòu)部件相連的鐵心。
43.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述檢測線圈包括兩個檢測線圈部件，并且所述恒流電路可以向所述兩個檢測線圈部件輸出具有給定頻率和固定幅值的恒定電流。
44.如權(quán)利要求43所述的位置傳感器，其中所述各個電路構(gòu)成一個有源電路，并且所述有源電路可以包括單片集成電路。
全文摘要
直流電流和交流電流被同時從恒流電路提供給檢測線圈。直流電流對交流電流的比、檢測部分的阻抗的交流分量對直流分量的比、直流電流對交流電流的比的溫度特性、以及檢測線圈的阻抗的交流分量對直流分量的比的溫度特性中的至少一個用這種方式被設(shè)置，使得在所述鐵心相對于所述線圈的整個位移區(qū)內(nèi)，從所述檢測部分輸出的電壓的峰值的溫度系數(shù)的波動范圍，小于在所述給定的頻率下在相對于所述檢測線圈所述鐵心的整個位移區(qū)內(nèi)，在所述檢測部分中的阻抗的交流分量的溫度系數(shù)的波動范圍。
文檔編號G01D5/22GK1464972SQ02802430
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者丹羽正久 申請人:松下電工株式會社