本申請涉及并要求于2014年4月28日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/985,372的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該專利申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。

背景

技術(shù)領(lǐng)域

感應(yīng)式位移傳感器和使用這些傳感器的方法可以用于各種環(huán)境。例如，用于精確地測量線性運動或角運動的系統(tǒng)可以使用感應(yīng)式位移傳感器來測量位置的改變。

背景技術(shù)：

在某些常規(guī)感應(yīng)式傳感器中，提供了初級線圈和兩個次級線圈。在這些傳感器中，這兩個次級線圈被設(shè)計為使得接收信號的大小相對于彼此隨機械運動相反地變化。此類傳感器的早期版本被稱為線性可變差動變壓器(LVDT)。

LVDT是將相對于機械參考(或零)的線性位移或角運動轉(zhuǎn)換成包含相位信息(針對方向)和振幅信息(針對距離)的成比例的電信號的感應(yīng)式換能器。圖1展示了典型的LVDT配置。

如圖1所示，LVDT由在非鐵磁性孔襯里或軸管的整個長度上或者在圓柱形非導電材料(如采用線圈形式或線筒的塑料或陶瓷材料)的整個長度上繞線的初級線圈組成。兩個次級線圈(次級a，次級b)圍繞初級線圈而纏繞。這兩個次級線圈通常以相反順序連接或者采用差動連接。這些次級線圈相對于彼此是對稱的，從而使得他們有效地形成正弦-余弦關(guān)系。

較新的感應(yīng)式傳感器代替在具有印刷在PCB上的線圈的LVDT中找到的變壓器。這種替代引起類似的磁耦合效應(yīng)，其中，顯著減小了傳感器的大小和成本。與LVDT一樣，使用正弦波載波來驅(qū)動初級線圈。耦合器(典型地配置有形成短路線圈的PCB跡線的另一個PCB)用于將由初級線圈所創(chuàng)建的場耦合到次級線圈，從而使得所接收的信號的振幅隨耦合器的機械運動而變化。

在次級線圈上所接收的信號向引起自動增益控制(AGC)的系統(tǒng)提供反饋。此反饋依賴于這兩個接收信號之間的正弦/余弦關(guān)系，該關(guān)系支持以下等式：A²+B²＝K，其中K為常量。所計算出的K與K的理想值之差被用作系統(tǒng)的反饋信號?？梢岳迷摲答亖砀淖凃?qū)動至初級線圈的正弦波的大小和/或改變在系統(tǒng)的信號調(diào)節(jié)路徑中的放大器的增益。由于該反饋均等地應(yīng)用于兩個信號，所以這兩個信號的比率關(guān)系保持完整，并且每個輸出繼續(xù)成比例地反映輸入。

在次級線圈上接收的信號還被利用來測量機械運動。在常規(guī)的雙線圈感應(yīng)式傳感器的情況下，次級線圈具有需要信號處理以便產(chǎn)生正切或余切結(jié)果的正弦/余弦關(guān)系。然后，必須通過查找表或其他方式進一步處理此正切/余切結(jié)果，以創(chuàng)建指示耦合器的運動的線性輸出或其他輸出。這樣的信號處理需要包括處理器、存儲器和信號處理算法的系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，一種裝置可以包括初級電感器、場耦合至所述初級電感器的第一次級電感器、以及由耦合器場耦合至所述初級電感器的第二次級電感器，所述耦合器的運動將被檢測。所述第一次級電感器和所述第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協(xié)調(diào)的電感器。該協(xié)調(diào)的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號，其中，該參考信號跨該耦合器的運動范圍具有恒定振幅。

在本發(fā)明的某些實施例中，一種方法可以包括為初級電感器供能。所述方法還可以包括：提供來自多個次級電感器中的至少一個次級電感器的參考信號，其中，所述多個次級電感器由耦合器場耦合至所述初級電感器，并且其中，來自所述多個次級電感器的一對次級電感器被配置為協(xié)調(diào)的電感器。所述方法可以進一步包括：提供來自所述多個次級電感器中的至少一個另一個次級電感器的測量信號，其中，所述測量信號被配置成用于反映所述耦合器的運動。所述參考信號可以跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。此外，所述方法可以另外包括：基于所述測量信號的變化來確定所述耦合器的運動。

根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，一種系統(tǒng)可以包括：傳感器，所述傳感器包括初級電感器、場耦合至所述初級電感器的第一次級電感器、以及由耦合器場耦合至所述初級電感器的第二次級電感器。所述第一次級電感器和所述第二次級電感器可以被配置為用于檢測耦合器的運動的協(xié)調(diào)的電感器。所述協(xié)調(diào)的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號。所述參考信號可以跨所述耦合器的運動范圍具有恒定振幅。所述系統(tǒng)還可以包括輸出，所述輸出被配置成用于提供對由所述傳感器檢測到的所述運動的表示。

附圖說明

為正確地理解本發(fā)明，應(yīng)當參照附圖，其中：

圖1展示了典型的LVDT配置。

圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的感應(yīng)線圈配置。

圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的復雜感應(yīng)線圈配置。

圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的感應(yīng)線圈。

圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的復雜感應(yīng)線圈。

圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的來自復雜感應(yīng)線圈的信號。

圖7展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的傳感器系統(tǒng)。

圖8展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的多個相位與特定段的標識的關(guān)系。

圖9展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的裝置。

圖10展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的方法。

圖11展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的感應(yīng)線圈配置。

圖12展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的與不同電感器位置的固定耦合面積。

圖13A和13B展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的由于線圈的前側(cè)和后側(cè)部分的位置反轉(zhuǎn)引起的輸出電流的影響。

具體實施方式

本發(fā)明的某些實施例適用于可以利用來測量機械運動(如線性運動或角運動/旋轉(zhuǎn)運動)的傳感器。具體地，本發(fā)明的某些實施例適用于可以利用初級線圈來發(fā)射源信號并且可以利用兩個或更多個次級線圈來經(jīng)由耦合器接收發(fā)射的源信號的感應(yīng)式傳感器。該傳感器可以被實現(xiàn)為印刷電路板(PCB)上的跡線。因此，線圈可以是電感器而不是老式傳感器中的傳統(tǒng)的卷線，并且因此，此處使用的詞語“線圈”與詞語“電感器”是可互換的。

更具體地，本發(fā)明的某些實施例可以提供傳感器設(shè)計和傳感器系統(tǒng)，在這些設(shè)計和系統(tǒng)中，次級線圈可以被設(shè)計為使得可以存在參考信號和測量信號而不是前述傳感器中的正弦/余弦關(guān)系。不考慮耦合器的位置，固定信號可以由次級線圈中的一個或另一個次級線圈產(chǎn)生。固定信號可以被用作系統(tǒng)的參考信號并且可以提供AGC反饋。

圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的感應(yīng)線圈配置。在圖2中，如由實線封閉面積指示的，線圈A具有在耦合器的運動范圍內(nèi)的固定面積，并且如由虛線封閉面積指示的，線圈B具有線圈A的面積的50％的面積，線圈B的面積被安排為在耦合器的運動范圍內(nèi)線性地改變。因此，由于耦合器水平地移動跨過這兩個線圈，所以來自線圈A的信號可以保持為不變值，而當耦合器向左移動時來自線圈B的信號可以增加，并且當耦合器向右移動時來自線圈B的信號可以降低。由于線圈B面積的改變線性地變化，所以來自線圈B的輸出信號可以是線性的。如果這樣的線性輸出是期望的，那么線圈設(shè)計的這方面引起不需要復雜處理的輸出以便實現(xiàn)系統(tǒng)的線性輸出。

在家庭或辦公環(huán)境中使用的系統(tǒng)中，可能存在將傳感器暴露于干擾信號的環(huán)境條件。這樣的干擾可能來自附近的手機、位于傳感器附近的導電材料、位于傳感器附近的磁性材料等。

如果這兩個次級線圈的面積不是完全相同，則干擾信號可以對來自線圈的輸出信號具有不平衡的影響。這可能會引起傳感器系統(tǒng)中的測量錯誤。在圖2的感應(yīng)線圈配置中，線圈A的整個面積是線圈B的整個面積的兩倍，因此，相比于線圈B，干擾信號會對線圈A具有兩倍的耦合效應(yīng)。由于系統(tǒng)可能無法檢測干擾信號的存在，所以此效應(yīng)可能會引起系統(tǒng)測量錯誤。

為了減輕這樣的效應(yīng)，可以給線圈B增加附加面積，從而使得線圈B的整個面積等于線圈A的面積。在圖2中展示的感應(yīng)線圈配置中，增加的面積可以位于耦合器運動范圍以外(未示出)；否則增加的面積可能會影響測量。在這種情況下，線圈B的增加面積可以增加傳感器的物理大小。本發(fā)明的某些實施例的一方面可以是：如圖2所示的，可以非常簡單地繪制線圈，或者如圖3所示的，可以采用更加復雜的方式更多的繪制線圈。

圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的復雜感應(yīng)線圈配置。圖3展示了可以采用圖5中的分解視圖看出的線圈系統(tǒng)。在此展示中，不考慮耦合器的位置，線圈A可以不被設(shè)計為具有可能引起固定信號輸出的統(tǒng)一面積。相反，可以在這樣的區(qū)域中設(shè)計線圈A和線圈B：對于給定的區(qū)域，可以存在具有固定面積的一個線圈，并且其他線圈可以在該區(qū)域上具有變化的面積，例如，線性地變化。

例如，給定線圈可以具有多個部分，在該部分中，線圈具有周期性形狀，如鋸齒狀。耦合器可以具有等于該周期性形狀的周期的面積的寬度。換言之，在這樣的周期性形狀中，跡線的形狀可以周期性地重復。同一個線圈可以具有其他部分，在這些部分中，形狀不是周期性的。

額外區(qū)域面積的寬度可以與耦合器的寬度以及線圈的重復形狀的一個周期的長度相同。因此，如圖3中可以看出，在區(qū)域1中，在額外區(qū)域面積中找到的線圈A的形狀周期性地再重復兩次。因此，如圖5中可以清楚地看出，由于耦合器的寬度等于周期性重復的形狀的寬度，因此只要耦合器的右邊緣保持在區(qū)域1中，那么耦合器到線圈A的耦合面積保持不變。類似地，區(qū)域3中線圈A的形狀是區(qū)域2的最后一個部分中的線圈A的形狀的三個周期性重復。因此，在區(qū)域3中耦合器的耦合面積保持不變。

相比之下，如圖3的示例中展示的，在區(qū)域2中，線圈A的形狀不是周期性的。因此，耦合面積變化。在此示例中，耦合面積線性地變化。在相同的方式下，在區(qū)域4中，線圈A的形狀不是周期性的。因此，區(qū)域4中的耦合面積線性地改變。

類似地，在區(qū)域1和區(qū)域3中，線圈B的形狀是非周期性的，而在區(qū)域2和區(qū)域4中，線圈B的形狀是周期性的，重復緊接在前的部分的形狀。

因此，在區(qū)域1和區(qū)域3中，從耦合器的右邊緣進入?yún)^(qū)域1時到耦合器的右邊緣進入?yún)^(qū)域2時，線圈A的耦合面積可以是恒定的，而線圈B的耦合面積可以線性地變化。因此，在區(qū)域1和區(qū)域3中，線圈A可以是參考線圈。在區(qū)域2和區(qū)域4中，線圈B的耦合面積可以是恒定的，而線圈A的耦合面積可以線性地變化。區(qū)域1可以包括在一端的部分和在另一端的另一部分。如圖6中可以看出，由于區(qū)域1的第二部分和區(qū)域1使用具有相同參考值的相同線圈參考，所以區(qū)域1的第二部分與區(qū)域1組合在一起，從而使得他們互補。可替代地，區(qū)域1的一部分可以被稱作區(qū)域5。因此，從區(qū)域到區(qū)域，固定面積可以在這兩個線圈之間交替。

此外，每個線圈可以具有多個段。對于每個段來說，線圈都可以被切換到印刷電路板(PCB)的相反面。這可以將由耦合至線圈的該段的場生成的電壓反轉(zhuǎn)，因為耦合方向被有效地改變，例如從順時針方向到逆時針方向，或反之亦然。例如，在段1A和段3A中，線圈A可以在PCB的頂側(cè)，而在段2A和段4A中，線圈A可以在PCB的后側(cè)。同樣地，在段1B和段3B中，線圈B可以在PCB的后側(cè)，而在段2B和段4B中，線圈B可以在PCB的前側(cè)。在PCB的一個或多個端，可以將線圈連接至處理電路。

線圈可以被設(shè)計為使得每個線圈的總面積可以等于另一個線圈的總面積，這可以引起這樣的線圈設(shè)計：在其中，這兩個線圈的整個面積可以包含在耦合器的機械運動范圍內(nèi)。在圖3示出的示例性實施例中，可能存在兩個用于使總面積相等的額外區(qū)域面積。此外，在無耦合器時，可以配置線圈中的每個線圈，從而使得跨線圈生成的網(wǎng)電壓為零，例如，通過使用初級線圈生成均勻場。在本發(fā)明的此實施例中，初級線圈可以給出PCB的線圈部分的輪廓，在本質(zhì)上界定了線圈A和線圈B。

換言之，線圈設(shè)計可以在這兩個次級線圈之間交替固定信號。這可以使每個線圈具有相同的總磁場面積，這可以引起傳感器可能暴露于的任何干擾場和/或信號的共模抑制。實際測量信號可以由在段上不呈現(xiàn)固定面積的線圈提供。所產(chǎn)生的測量可以是線性的，并且因此可以不需要除了過濾和/或線性化之外的處理。

圖4展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的感應(yīng)線圈，其中，線圈A被圖示為實線，并且線圈B被圖示為虛線。對于運動范圍的左半部分來說，線圈B提供固定信號并且充當參考，而線圈A充當測量信號。對于傳感器的右半部分來說，線圈A提供固定信號并且充當參考，而線圈B充當測量信號。由于或者線圈A或者線圈B可以提供固定信號，所以傳感器系統(tǒng)可以包括對線圈A信號與線圈B信號進行比較以確定哪個信號應(yīng)當提供AGC反饋的電路。圖5示出了更復雜的線圈設(shè)計，圖5還示出了針對各個傳感器段的相關(guān)聯(lián)的計算。

圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的復雜感應(yīng)線圈。為了清楚起見，線圈A連同附圖的上部的x軸一起示出，并且線圈B連同與線圈A的x軸相同的在附圖的下部的x軸一起示出。當線圈A在PCB的第一側(cè)上時，其被示出為單個實線，當線圈A在PCB的第二側(cè)上時，其被示出為雙實線。當線圈B在PCB的第一側(cè)上時，其被示出為單個虛線，當線圈B在PCB的第二側(cè)上時，其被示出為雙虛線。

在段1A中，線圈A的耦合面積在PCB的第一側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第二側(cè)上返回。在段2A中，線圈A的耦合面積在PCB的第二側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第一側(cè)上返回。在段3A中，線圈A的耦合面積在PCB的第一側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第二側(cè)上返回。在段4A中，線圈A的耦合面積在PCB的第二側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第一側(cè)上返回。

在段1B中，線圈B的耦合面積在PCB的第二側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第一側(cè)上返回。在段2B中，線圈B的耦合面積在PCB的第一側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第二側(cè)上返回。在段3B中，線圈B的耦合面積在PCB的第二側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第一側(cè)上返回。在段4B中，線圈B的耦合面積在PCB的第一側(cè)上出現(xiàn)，在PCB的第二側(cè)上返回。

如圖5所示，可以在測量范圍之外(例如，標為0+和0-的部分)提供線圈的小部分來使協(xié)調(diào)線圈之間的面積保持平衡。表1示出了對應(yīng)于線圈的部分0-12的細節(jié)，如下：

表1

在表1中，A表示線圈的根據(jù)耦合器位置x的耦合面積。類似地，l表示耦合面積對耦合器位置x的改變速率。在此表中以及在圖5中，a表示耦合器寬度或第一維度，并且a/2k表示耦合器長度或第二維度。表中的下標表明相應(yīng)的線圈(線圈A為A，而線圈B為B)和部分(如左列示出的，從0至12)。在表中，A+表明來自線圈A的信號與初級線圈的相位相同，B+表明來自線圈B的信號與初級線圈的相位相同，A-表明來自線圈A的信號與初級線圈的相位相反，并且B-表明來自線圈B的信號與初級線圈的相位相反。

圖5提供了圖3中展示的電路的分解視圖，盡管不具有伴隨電路或初級線圈。因此，圖5還具有與圖3示出的類似的段和區(qū)域。圖5還展示了耦合器。圖6示出了由這組線圈生成的輸出信號。

如以上參考圖3所陳述的，圖5中的線圈的形狀可以被配置成用于通過相同形狀的周期性的重復來提供恒定的耦合面積，形狀的周期對應(yīng)于耦合器的寬度。在圖5的展示中耦合器的寬度為a/2k，大約等于部分0至12中的每個部分的寬度。因此，即使當耦合器在區(qū)域1中流暢地移動時，盡管線圈A的耦合面積的形狀改變，但是線圈A的總耦合面積可以保持不變。在耦合器的寬度和線圈A的形狀的周期為z個單位的情況下，以下討論的圖12進一步展示了此原理。

圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的來自圖5的復雜感應(yīng)線圈的信號。在區(qū)域1中，示出為虛線的線圈A信號為固定信號，并且示出為實線的線圈B信號隨耦合器的位置變化。在區(qū)域2中，線圈B信號變?yōu)楣潭ㄐ盘枺⑶揖€圈A信號變?yōu)闇y量信號。在區(qū)域3中，由線圈A提供固定信號，但是該信號相比于區(qū)域1中的固定信號是相反的。在區(qū)域4中，來自線圈B的信號是固定信號，并且相比于區(qū)域2中的固定信號也是相反的。該系統(tǒng)可以使用每個區(qū)域中的固定信號的絕對值，以便確定AGC反饋信號的源，并且可以使用固定信號的符號來確定耦合器目前位于哪個區(qū)域。

傳感器可以充當測量系統(tǒng)的元件，該測量系統(tǒng)還可以包括信號調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。圖7展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的傳感器系統(tǒng)。

如圖7所示以及如以上討論的，傳感器系統(tǒng)可以包括初級線圈710和兩個次級線圈：次級線圈A 712和次級線圈B 714。激勵器716可以驅(qū)動正弦波至傳感器的初級線圈710。正弦波可以由耦合器718耦合到次級線圈A 712和次級線圈B 714上，可以允許該耦合器移動，并且可以檢測其位置。可以通過傳感器內(nèi)的耦合器718的位置來確定每個次級線圈712和714上的耦合信號的大小。換言之，耦合器718的位置可以控制耦合信號的大小。

每個次級線圈信號可以應(yīng)用于各自的具有絕對值電路的峰值檢測器(A_峰值_檢測720和B_峰值_檢測722)。組合的峰值檢測和絕對值電路720和722可以輸出相關(guān)聯(lián)的輸入信號的絕對值。傳感器可以被設(shè)計為使得來自至少一個次級線圈712和714的信號(即在區(qū)域上具有固定值的信號)在最大水平上。因此，每個峰值檢測器的輸出可以應(yīng)用于比較器724的輸入，以便確定哪個信號最大。在比較器724之前使用絕對值電路可以防止比較器724將相位相反的信號處理為更低的負值。當比較這兩個信號時，可以很容易區(qū)別最大信號。如果參考是某個中間水平，那么附加電路可以用于確定哪個信號最接近參考以及當其他信號變化時哪個信號保持為參考。然后，可以由Mux1 726和Mux2 728利用比較器724的輸出來確定補償器730和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)732的信號源。

峰值檢測器720和峰值檢測器722的輸出還可以被連接為多路復用器Mux1 726的輸入以便向ADC 732輸出，并且還可以被連接為多路復用器Mux2 728的輸入以便向通過比較器724的輸出所選擇的補償器730輸出。

當來自A_峰值_檢測720的信號大于來自B_峰值_檢測722的信號時，比較器724可以輸出‘1’，指示信號A_峰值_檢測720可能是系統(tǒng)的參考。在這種情況下，Mux1 726可以選擇來自B_峰值_檢測722的信號作為ADC732的源。B_峰值_檢測722信號可以被數(shù)字化并且轉(zhuǎn)換為輸出字的更低數(shù)據(jù)位。并行地，Mux2 728可以選擇來自A_峰值_檢測720的信號作為補償器730的源。補償器730可以將A_峰值_檢測720信號與固定參考(Ref)734信號進行比較。如果A_峰值_檢測720信號大于Ref 734信號，那么補償器730可以向激勵器716輸出信號，從而使得激勵器716正弦波輸出振幅減小。如果A_峰值_檢測720信號小于Ref 734信號，那么補償器730可以向激勵器716輸出信號，從而使得激勵器716正弦波輸出振幅增加。

當來自B_峰值_檢測722的信號大于來自A_峰值_檢測720的信號時，比較器724可以輸出‘0’，表明B_峰值_檢測722信號可能是系統(tǒng)的參考。在這種情況下，Mux1 726可以從A_峰值_檢測720處選擇信號作為ADC 732的源。A_峰值_檢測720信號可以被數(shù)字化并且轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)據(jù)的更低數(shù)據(jù)位。并行地，Mux2 728可以選擇來自B_峰值_檢測722的信號作為補償器730的源。補償器730可以將B_峰值_檢測722信號與Ref 734信號進行比較。如果B_峰值_檢測722信號大于Ref 734信號，那么補償器730可以向激勵器716輸出信號，從而使得激勵器716正弦波輸出振幅減小。如果B_峰值_檢測722信號小于Ref 734信號，那么補償器730可以向激勵器716輸出信號，從而使得激勵器716正弦波輸出振幅增加。

如通過圖6中的示例示出的，在行程的拐角處(如在區(qū)域3和區(qū)域4之間的接界處)，這兩個信號都可以是相同的。在這種情況下，如圖7所示，比較器724可以具有維持輸出直到一個信號(該信號將為參考信號)下降至低于另一個信號預(yù)定的數(shù)量的一些滯后。此時，比較器724輸出可以改變。

再次參考圖7，每個次級線圈信號還可以應(yīng)用于相位檢測器736的輸入以及來自激勵器716的正弦波信號。相位檢測器736可以利用這些信號以便確定每個次級線圈信號的相位。相位檢測器736的輸出可以是2位數(shù)據(jù)半個半字節(jié)，這2位數(shù)據(jù)可以充當輸出數(shù)據(jù)738的這兩個最高有效位(MSB)。

換言之，如以上關(guān)于圖6的描述，相位檢測器可以用于確定在多段實現(xiàn)方式中考慮傳感器的哪個段，而輸出數(shù)據(jù)738的最低有效位可以是在特定段的運動范圍內(nèi)的特定值。

更具體地，可以安排每個次級線圈712和714，從而使得可以將每個次級線圈的面積分為多個段，例如，兩個或更多個段。在第一段中，磁場可以引起電流在一個方向上流動，并且在第二段中，相同的磁場可以引起電流在相反的方向上流動。這種配置可以允許每個線圈具有對可能接近傳感器的任何不想要的相鄰磁場的共模抑制。在傳感器系統(tǒng)中，機械運動可以引起耦合器718跨傳感器PCB移動，可以將次級線圈712和714印刷在該傳感器PCB上。由于耦合器718跨給定次級線圈712或714的第一段移動，所以可以影響來自上述次級線圈的信號。

由于耦合器718從次級線圈712或714的第一段移動至次級線圈712或714的第二段，所以信號的極性可以反轉(zhuǎn)。由于初級線圈710上的信號可以是正弦波，所以那種極性改變可以有效地為由次級線圈712或714輸出的所產(chǎn)生的正弦(或余弦)波的180度相移。換言之，次級線圈712或714上的信號相對于彼此可以是90度反相，因此他們可以具有正弦/余弦關(guān)系。在典型的感應(yīng)式傳感器系統(tǒng)中，這種關(guān)系可以被用作激勵器716的反饋。由于sin²+cos²＝1，所以該系統(tǒng)可以執(zhí)行此公式并且將結(jié)果與常量進行比較。如果該結(jié)果高于或低于常量，該系統(tǒng)可以分別調(diào)節(jié)激勵器716輸出更低或更高。根據(jù)測量，正弦和余弦可以是載波。該系統(tǒng)可以解調(diào)信號來移除載波，從而使得振幅保持不變。這兩個振幅可以具有能夠被利用來計算測量值的比率關(guān)系。如以上描述的，這樣的典型感應(yīng)式傳感器系統(tǒng)是非常復雜且昂貴的。

由極性改變產(chǎn)生的相移可以相對于由激勵器716生成的正弦波的相位。在本發(fā)明的某些實施例中，相位檢測器736可以接收來自激勵器716的正弦波信號并且還可以接收來自每個次級線圈712和714的正弦或余弦信號。相位檢測器736可以將每個次級線圈信號與激勵器716信號進行比較來確定次級線圈信號的相位。由于該相位可以為兩個狀態(tài)中的一個狀態(tài)，如相對于激勵器716的0度或180度，所以相位檢測器736的輸出可以是每個次級線圈712和714的一個數(shù)字位，或者是傳感器系統(tǒng)的組合的兩個數(shù)字位。通過利用這種相位檢測器方法，可以將兩位分辨率增加到數(shù)字化處理中而不需要增加ADC的復雜度。

使用以上方法，可以使用兩個次級線圈跨該傳感器創(chuàng)建四個面積，每個次級線圈具有兩個相位。還允許具有多個次級線圈和多個相位的其他方法。

圖8展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的多個相位與特定段的標識的關(guān)系?？梢栽诙鄠€段中繪制線圈A和線圈B中的每一個線圈，如實線和虛線所展示的，其中，線圈A在PCB的前側(cè)上被示出為單線并且在PCB的后側(cè)上被示出為雙線，并且其中，線圈B在PCB的前側(cè)上被示出為單虛線并且在PCB的后側(cè)上被示出為雙虛線。當線圈的前側(cè)部分耦合時，輸出電流在第一方向上流動，即與激勵電流(未示出)同相，并且當后側(cè)部分耦合時，輸出電流在相反方向上流動，即相對于激勵電流抵消的相位。

這種在相位/電流方向上的反轉(zhuǎn)可以通過當從PCB的前側(cè)轉(zhuǎn)換至PCB的后側(cè)且反之亦然時線圈有效地扭曲來完成。為了易于理解，示出了通過扭曲的電流路徑的一個示例。如圖5所展示的，這種扭曲還可以在每一對段之間的邊界處實現(xiàn)。例如，在段1A與段2A之間的過渡處，圍繞耦合磁場的回路的有效方向被反轉(zhuǎn)。在圖13A和圖13B中進一步展示了此原理。

圖8展示的原理可以提供相位信息。線圈A和線圈B的段可以相對于彼此抵消并且可以交替，從而使得可以跨傳感器創(chuàng)建四個面積。相等面積的使用可以是一種實現(xiàn)方式，但是不相等的面積也可以是可能的。

將這些面積指定為相位01、相位00、相位10以及相位11。此慣例可以指這樣的事實：在面積相位01中，線圈A的相位被抵消(0)，而線圈B的相位與激勵線圈一致(1)。如以下討論的，類似的慣例應(yīng)用于其他面積的其他名稱。

在圖8的此展示中，標識為相位01的面積中的線圈A的面積和線圈B的面積都不是固定的。因此，無論選擇哪個線圈作為參考，此時參考值應(yīng)當改變?yōu)轳詈掀?未示出)運動。因此，圖8沒有表示具有固定參考的線圈。相反，圖8展示了基于反轉(zhuǎn)線圈的極性而生成四個不同區(qū)域的雙線圈的實現(xiàn)方式，由此解釋和說明了相移原理。

可以通過組合的相位信息唯一地標識這些面積中的每個面積。在第一面積中，線圈A可以是相位0并且線圈B可以是相位1(01)；在第二面積中，線圈A可以是相位0并且線圈B可以是相位0(00)；在第三面積中，線圈A可以是相位1并且線圈B可以是相位0(10)；并且在最后面積中，線圈A可以是相位1并且線圈B可以是相位1(11)。因此，通過此相位信息，可以提供兩位分辨率。當沒有此相位信息時，可能需要具有兩附加位分辨率的ADC，以便跨傳感器的長度獲得相同的分辨率。

例如，在本發(fā)明的某些實施例中，可以使用8位ADC。對需要360度測量的系統(tǒng)來說，ADC可以被配置成用于將機械運動分辨為在跨運動的整個360度范圍的1.4度內(nèi)。然而，由于本發(fā)明的某些實施例利用相位信息，所以可能僅需要上述8位ADC來覆蓋僅90度的相等的測量，因為相位信息可以提供象限位置。因此，可以跨90度范圍來應(yīng)用8位，產(chǎn)生跨運動的整個范圍的0.35度的分辨率。

本發(fā)明的某些實施例可以具有各種益處或優(yōu)點。例如，根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的系統(tǒng)可以使用單個ADC以便測量位置信息。這可以降低系統(tǒng)成本、提高性能，同樣地，多個ADC之間將不存在串擾，并且降低系統(tǒng)功率。

此外，本發(fā)明的某些實施例可以應(yīng)用于感應(yīng)式傳感器設(shè)計和傳感器系統(tǒng)，在該感應(yīng)式傳感器設(shè)計和傳感器系統(tǒng)中，傳感器的設(shè)計和系統(tǒng)可以消除LVDT和感應(yīng)式傳感器的傳統(tǒng)的正弦/余弦關(guān)系，由此顯著地減少需要用來產(chǎn)生線性測量輸出的信號處理。

此外，本發(fā)明的某些實施例可以簡化感應(yīng)式傳感器PCB的設(shè)計。并且，本發(fā)明的某些實施例可以簡化創(chuàng)建AGC功能的反饋電路。此外，本發(fā)明的某些實施例可以簡化測量信號的處理。傳感器可以提供線性輸出，并且因此可以不需要正切/余切處理。這可以消除對處理器的需要以及/或者減少需要的片上存儲器的數(shù)量。

圖9展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的裝置。如圖9所示，裝置可以包括初級電感器910、場耦合至該初級電感器910的第一次級電感器920以及場耦合至該初級電感器910的第二次級電感器930。

該第一次級電感器920和該第二次級電感器930可以被配置為用于檢測耦合器940的運動的協(xié)調(diào)的電感器。該耦合器940可以被配置成用于場耦合該初級電感器910與該第一次級電感器920和該第二次級電感器930。

通過協(xié)調(diào)的電感器，應(yīng)當理解的是，這些電感器可以被配置成用于協(xié)作以提供耦合器940的運動和/或位置。因此，如展示的，電感器可以被安排例如在圖2至圖5或圖8中，或者任何類似的協(xié)調(diào)的或合作的安排。

該協(xié)調(diào)的電感器可以被配置成用于提供參考信號和測量信號。該參考信號可以被配置成跨該耦合器940的運動范圍具有恒定振幅?？赡懿⒉恍枰^對精確的恒定。例如，振幅可以大約是恒定的，如具有的變化小于裝置可測的最小數(shù)量的變化?？商娲?，振幅可以是可變的，但是大于預(yù)定的閾值。此外，參考信號的振幅可以與來自激勵器905的激勵信號的變化保持一致的改變，或者歸因于裝置的環(huán)境中的噪聲而改變。

參考信號可以例如被配置為最大信號。測量信號可以被配置成相對于耦合器940的運動而線性地變化。可替代地，測量信號可以被配置成具有相對于耦合器940的運動的非線性變化。

該裝置還可以包括被配置成用于比較來自第一次級電感器920的第一信號與來自第二次級電感器930的第二信號的比較器950。更具體地，比較器950可以被配置成用于確定哪個次級電感器信號表示該參考信號以及哪個次級電感器信號表示該測量信號?？梢詫⒋诵畔⒚鞔_地或暗示地提供給控制器960?？刂破?60可以是微處理器或者其可以是電路安排，如圖7示出的包括多路復用器等的電路的部分。

控制器960可以被配置成用于測量該測量信號的振幅值并用于向激勵器905反饋關(guān)于參考信號的信息。

在本發(fā)明的某些實施例中，可以以耦合器940的運動范圍將第一次級電感器920和第二次級電感器930分成多段。該運動范圍可以包括多個段。除其他項外，段的數(shù)量可以取決于被使用的電感器的數(shù)量。

該裝置還可以包括被配置成用于從該多個段中識別出當前段的相位檢測器970，其中，當前段對應(yīng)于耦合器940的位置。這可以通過檢測從第一次級電感器920和第二次級電感器930輸出的這兩個信號中的一個或兩個信號的相位改變來完成。相位檢測器970可以不需要知道這兩個信號中哪一個是參考信號以及哪一個是測量信號。相位檢測器970被示出為與控制器960分離，但是可以被結(jié)合到控制器960內(nèi)。相位檢測器970可以向控制器960提供關(guān)于所檢測的段的信息。控制器960可以輸出關(guān)于耦合器940的位置和/或移動的信息。

第一次級電感器920和第二次級電感器930可以采用不同的方式來制造，如通過被印刷在電路板上。還允許其他的制造技術(shù)。協(xié)調(diào)的電感器被配置成用于在提供參考信號與提供測量信號之間交替。換言之，協(xié)調(diào)的電感器實際上可以依次提供測量信號或參考信號。

通過假設(shè)耦合器的基本上線性運動，已經(jīng)展示了上述電感器布局。如果耦合器被安排用于跨角度范圍偏轉(zhuǎn)，例如或者在另一個示例中繞軸線旋轉(zhuǎn)，那么可能能夠通過根據(jù)耦合器的預(yù)期的移動路徑適當?shù)厥闺姼衅鞒尚蝸碇匦掳才烹姼衅黝愃频禺a(chǎn)生參考信號和測量信號。因此，本發(fā)明的某些實施例可以獨立于傳感器的幾何形狀和/或機械運動。

圖10展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的方法。如圖10所示，方法可以包括：在1010處，為初級電感器供能。這可以使用激勵器來完成。該方法還可以包括：在1020處，提供來自多個次級電感器中的至少一個次級電感器的參考信號。該多個次級電感器可以被場耦合到初級電感器。來自該多個次級電感器中的一對次級電感器可以被配置為協(xié)調(diào)的電感器。該方法可以進一步包括：在1030處，提供來自該多個次級電感器中的至少一個另一個次級電感器的測量信號。測量信號可以被配置成用于反映耦合器的運動。參考信號可以被配置成用于跨耦合器的運動范圍具有恒定振幅。該方法可以進一步包括：在1040處，基于測量信號的變化確定耦合器的運動。該方法可以進一步包括：在1050處，輸出所確定的運動的指示。

如以上指出的，參考信號可以被提供作為最大信號。類似地，測量信號可以被提供為相對于耦合器的運動線性地變化或者測量信號可以被提供為相對于耦合器的運動非線性地變化。

該方法可以進一步包括：在1042處，使用比較器來比較來自第一次級電感器的第一信號與來自第二次級電感器的第二信號。該方法可以進一步包括：在1050處，從比較器處輸出指示哪個次級電感器信號表示參考信號以及哪個次級電感器信號表示測量信號的信號。

如以上指出的，可以相對于運動范圍將第一次級電感器和第二次級電感器分成多段。運動的范圍可以包括多個段(如四個段)。該方法可以進一步包括，在1046處，使用相位檢測器從對應(yīng)于耦合器的位置的該多個段中識別出當前段。

圖11展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的感應(yīng)線圈配置。在圖2中，線圈A具有耦合器的運動范圍上的固定面積并且線圈B具有小于線圈A的面積的50％的面積，該面積被安排用于在耦合器的運動范圍上非線性地改變。因此，由于耦合器水平地移動跨過這兩個線圈，所以來自線圈A的信號可以保持為不變值，而當耦合器向左移動時來自線圈B的信號可以增加，并且當耦合器向右移動時來自線圈B的信號可以降低。由于線圈B面積的改變非線性地變化，所以來自線圈B的輸出信號可以是非線性的。僅示出了一個非線性形狀，但是，同時還允許其他的非線性形狀。

圖12展示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的與不同電感器位置的固定耦合面積。如圖12所示，線圈A可以形成周期性形狀，如鋸齒波形。相比之下，線圈B可以具有類似于圖2所示的楔形。線圈A的重復形狀的周期可以是z個單位。在這種情況下，如果耦合器是z個單位寬，則當耦合器繼續(xù)從被示出為耦合器A的位置向耦合器B或向耦合器C移動時，耦合面積將保持固定。盡管耦合面積的形狀可能改變，但是由于線圈A的形狀的周期性本質(zhì)，面積本身可以保持恒定。同時，線圈B的耦合面積可以從耦合器A到耦合器B或到耦合器C減小，因為線圈B的形狀沒有類似的周期性。精確地，在此示例中，在耦合器A、耦合器B或耦合器C中的每一個耦合器的情況下，耦合面積為A，其中，A＝z(v+0.5w)，參照圖12所示的維度。

圖13A和13B展示了由于線圈的前側(cè)和后側(cè)部分的位置反轉(zhuǎn)引起的輸出電流的影響。如圖13A所示，線圈可以被安排成8字形狀，線圈的后側(cè)部分在PCB的一側(cè)上且線圈的前側(cè)部分在PCB的另一側(cè)上。從后向前的過渡發(fā)生在線圈的左側(cè)。由耦合器耦合至線圈的磁場可以在頁面以外的方向上擴展。因此，逆時針電流可以在回路的耦合部分感應(yīng)到。由于線圈跡線的路徑，在回路的耦合部分的此電流可以采用順時針方向驅(qū)動在另一個回路部分的電流。因此，電流可以在線圈的后側(cè)部分以外。

如圖13B所示，如果相同的線圈耦合到正確部分，則感應(yīng)電流可能再次為逆時針方向并且可能驅(qū)動另一個回路部分的順時針電流。然而，在這種情況下，由于線圈的這兩個部分的不同幾何結(jié)構(gòu)，電流可能在線圈的前側(cè)部分以外。因此，根據(jù)二次線圈的幾何結(jié)構(gòu)以及耦合器的位置，相同的磁場可以感應(yīng)相反的輸出電流。在正弦激勵電流的情況下，圖13A和圖13B之一的輸出電流可以與激勵電流同相，并且另一輸出電流可以與激勵電流異相90度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解的是，可以利用具有不同順序的步驟和/或利用其配置與所公開的配置不同的硬件元件來實踐前面所討論的本發(fā)明。因此，雖然基于這些優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到仍然落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的特定修改、變型和替換構(gòu)造。因此，為了確定本發(fā)明的界限和范圍，應(yīng)參考所附的權(quán)利要求書。