本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權利要求1的類型的、用于無接觸地檢測轉(zhuǎn)動角度的傳感器組件。

背景技術：

旋轉(zhuǎn)構件的轉(zhuǎn)動角度的測量通常通過使用磁傳感器實現(xiàn)。在此，待測量的旋轉(zhuǎn)構件配有永磁體。例如可集成在集成電路中的對應的磁場傳感器測量在兩個或三個空間方向上的場強并且推導出角方向。

此外，由現(xiàn)有技術已知不同的感應式轉(zhuǎn)動角度傳感器。在多數(shù)情況下，在激勵線圈和一個或多個傳感器線圈之間的耦合受到耦合元件(目標物)的轉(zhuǎn)角位置的影響。耦合系數(shù)的評估需要昂貴的電子設備。

文獻DE 197 38 836 A1例如公開了一種感應式角度傳感器，其具有定子元件、轉(zhuǎn)子元件和評估電路。定子元件具有被加載周期性的交流電壓的激勵線圈以及多個接收線圈。轉(zhuǎn)子元件根據(jù)其相對于定子元件的角度位置預定在激勵線圈和接收線圈之間的感應式耦合的強度。評估電路由在接收線圈中感應的電壓信號確定轉(zhuǎn)子元件相對于定子元件的角度位置。

技術實現(xiàn)要素：

與此相對，根據(jù)本發(fā)明的、具有獨立權利要求1的特征的用于無接觸地檢測轉(zhuǎn)動角度的傳感器組件具有的優(yōu)點是，通過將線圈電感轉(zhuǎn)變成測量信號、優(yōu)選地轉(zhuǎn)變成模擬電壓來執(zhí)行針對線圈電感或金屬上蓋對至少一個探測線圈的影響的評估或借助測量技術的確定。實施的測量原理將磁能轉(zhuǎn)變成電能。這使得能夠有利地以很少的硬件成本實現(xiàn)借助測量技術確定探測線圈的電感。

根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的實施方式使得能夠在使用成本便宜的標準構件(例如晶體管、二極管和電容器)的情況下結合具有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的微型控制器實施根據(jù)本發(fā)明的測量原理。因為這種微型控制器已經(jīng)大量地存在于在車輛中，所以可簡單且成本便宜地實施這種感應測量。此外，測量電路可隨時容易地集成到為了其他功能已經(jīng)包含微型控制器的方案中。由于很少的構件數(shù)量，專門的ASIC開發(fā)是可能的，然而不是必要的。因此，測量原理的使用可極其靈活。

本發(fā)明的實施方式提供了一種用于無接觸地檢測旋轉(zhuǎn)構件的轉(zhuǎn)動角度的傳感器組件，旋轉(zhuǎn)構件與盤狀的目標物耦聯(lián)，目標物具有至少一個金屬面并且與具有至少一個平面式的探測線圈的線圈組件結合產(chǎn)生用于確定旋轉(zhuǎn)構件的當前的轉(zhuǎn)動角度的至少一種信息。根據(jù)本發(fā)明，至少一個測量電路將對應的平面式的探測線圈的電感轉(zhuǎn)變成測量信號(該電感根據(jù)與旋轉(zhuǎn)目標物的至少一個金屬面的重疊程度由于渦流效應而改變)，評估和控制單元借助測量技術檢測測量信號并且為了算出轉(zhuǎn)動角度進行評估。

在此，評估和控制單元可理解成電路或電氣設備，例如控制器，其處理或評估檢測到的傳感器信號。評估和控制單元可具有至少一個接口，接口可通過硬件和/或軟件構造而成。在通過硬件來構造的方案中，接口例如可為所謂的系統(tǒng)-ASIC的一部分，其含有評估和控制單元的各種功能。然而，同樣可行的是，接口為單獨的集成電路或至少部分地由分立的結構元件構成。在通過軟件來構造的方案中，接口可為軟件模塊，其例如與其他軟件模塊并存于微型控制器中。同樣有利的是具有程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，程序代碼存儲在機器可讀的載體上，例如半導體存儲器、硬盤存儲器或光存儲器并且當評估和控制單元實施程序時用于執(zhí)行評估。

通過在從屬權利要求中提及的措施和改進方案可有利地改進在獨立權利要求1中給出的用于無接觸地檢測轉(zhuǎn)動角度的傳感器組件。

特別有利的是，至少一個測量電路可包括電容器，該電容器與待評估的探測線圈電氣地并聯(lián)并且可在測量過程期間接收通過探測線圈的電感存儲的能量。探測線圈的電感的磁能可優(yōu)選地借助于定向的電流脈沖通過二極管傳輸給電容器，電容器可將傳輸?shù)哪芰孔鳛殡娔艽鎯ΑＴ谠u估過程期間，電容器可將存儲的電能作為測量信號發(fā)送給評估和控制單元。優(yōu)選地，測量信號是電壓信號或電流信號。

在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的有利的設計方案中，至少一個測量電路可具有多個電子開關，評估和控制單元可通過對應的操控信號切換該電子開關。電子開關例如可實施為晶體管，優(yōu)選地實施為場效應晶體管。通過操控對應的電子開關，評估和控制單元可使待評估的探測線圈在激勵階段期間接通工作電壓和參考電勢。在測量過程開始時，評估和控制單元例如可通過對應的電子開關的轉(zhuǎn)接使待評估的探測線圈與參考電勢分離。在評估過程開始時，評估和控制單元例如可通過對應的電子開關的轉(zhuǎn)接使至少一個探測線圈與工作電壓分離，并且使電容器的聯(lián)接點與參考電勢連接。評估和控制單元可在電容器和對應的探測線圈的共同的聯(lián)接點處抓取測量信號以進行評估。

在根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的另一有利的設計方案中，評估和控制單元可包括具有A/D轉(zhuǎn)換器的微型控制器，其可評估測量信號。

附圖說明

在附圖中示出了本發(fā)明的實施例，并且在下文的說明中對其進行進一步闡述。在附圖中，相同的附圖標記表示實施相同或相似功能的零件或元件。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于無接觸地檢測轉(zhuǎn)動角度的傳感器組件的一實施例的示意性的俯視圖。

圖2示出了用于圖1的根據(jù)本發(fā)明的傳感器組件的測量電路的一實施例的示意性的電路圖。

具體實施方式

如由圖1和圖2可見的那樣，根據(jù)本發(fā)明的用于無接觸地檢測旋轉(zhuǎn)構件的轉(zhuǎn)動角度的傳感器組件1的示出的實施例包括：與旋轉(zhuǎn)構件耦聯(lián)的目標物20，該目標物具有環(huán)形盤狀的基體22，該基體具有至少一個金屬面24；和線圈組件40，其具有至少一個平面式的探測線圈42、44、46，探測線圈布置在圓形的電路板30上。顯然，電路板30不必是圓形的，電路板30還可具有其他合適的形狀。目標物20結合線圈組件40產(chǎn)生用于確定旋轉(zhuǎn)構件的當前的轉(zhuǎn)動角度的至少一種信息。根據(jù)本發(fā)明，至少一個測量電路3將對應的平面式的探測線圈42、44、46的電感L轉(zhuǎn)變成測量信號U_M，該電感根據(jù)與旋轉(zhuǎn)目標物20的至少一個金屬面24的重疊程度由于渦流效應而改變，評估和控制單元10借助測量技術檢測該測量信號并且為了算出轉(zhuǎn)動角度進行評估。

在示出的實施例中，線圈組件40包括三個平面式的探測線圈42、44、46，探測線圈均勻分布地布置在圓的周向上，并且旋轉(zhuǎn)目標物20包括兩個金屬面24，金屬面由于渦流效應根據(jù)重疊程度影響平面式的探測線圈42、44、46的電感L。在此，測量電路3產(chǎn)生測量信號U_M，測量信號代表相應的探測線圈42、44、46的電感變化。在示出的實施例中，傳感器組件1包括三個測量電路3，測量電路分別分配給探測線圈42、44、46中的一個。

如由圖1進一步可見的那樣，在示出的實施例中，線圈組件40布置在圓形的電路板30上并且與評估和控制單元10電氣連接。目標物20的在附圖中透明地示出的環(huán)形盤狀的基體22以預定的保持不變的軸向間距布置在電路板30上方或下方。探測線圈42、44、46與有傳導能力的金屬面24的重疊在探測線圈42、44、46通過交流電流激勵階段期間引起感應電壓的產(chǎn)生，其通過金屬短路。電流產(chǎn)生反作用于其起因的磁場。最終，探測線圈42、44、46的電感L由此顯得更小。電感L的測量能夠確定重疊程度并且因此確定轉(zhuǎn)動角度。在示出的實施例中，未進一步示出的旋轉(zhuǎn)構件可為軸，該軸以足夠的側向間隙被引導通過電路板30中的圓形開口并且不可相對轉(zhuǎn)動地與目標物20的基體22連接。

如由圖2進一步可見的那樣，至少一個測量電路3包括電容器C，該電容器與待評估的探測線圈42、44、46電氣地并聯(lián)并且在測量過程期間接收由探測線圈42、44、46的電感L存儲的能量。在示出的實施例中，探測線圈42、44、46的電感L的磁能可借助于定向的電流脈沖通過二極管D傳輸給電容器C，電容器將傳輸?shù)哪芰孔鳛殡娔艽鎯?。在評估過程期間，電容器C將存儲的電能作為測量信號U_M發(fā)送給評估和控制單元10。此外，至少一個測量電路3具有多個電子開關Sl、S2、S3，評估和控制單元10通過對應的操控信號A1、A2、A3對電子開關進行切換。在示出的實施例中，電子開關Sl、S2、S3實施為晶體管，優(yōu)選地實施為場效應晶體管。

如由圖2進一步可見的那樣，探測線圈42、44、46可分別通過可由評估和控制單元10通過第一操控信號A1切換的第一電子開關Sl接通工作電壓U_B，并且通過可由評估和控制單元10通過第二操控信號A2切換的第二電子開關S2與參考電勢、在此為接地線連接。在激勵階段期間，評估和控制單元10通過對第一電子開關Sl進行切換為待評估的探測線圈42、44、46接通工作電壓U_B，并且通過對第二電子開關S2進行切換使待評估的探測線圈與參考電勢連接。在測量過程開始時，評估和控制單元10通過第二開關S2的轉(zhuǎn)接使待評估的探測線圈42、44、46與參考電勢分離。在第二開關S2的轉(zhuǎn)接過程之后，對應的探測線圈42、44、46的能量通過二極管D傳輸給電容器C。在電容器C處的電壓U_M可大致通過等式(1)和(2)算出。

在評估過程開始時，評估和控制單元10通過第一開關Sl的轉(zhuǎn)接使至少一個探測線圈42、44、46與工作電壓U_B分離，第二開關S2已經(jīng)斷開。通過切換第三開關S3，評估和控制單元10使電容器C的聯(lián)接點與參考電勢連接。因此，評估和控制單元10可在電容器C和對應的探測線圈42、44、46的共同的聯(lián)接點處抓取測量信號U_M。因此，測量信號U_M可測得為在探測線圈42、44、46和電容器C之間的連接點處相對于參考電勢的模擬的電壓信號。為了評估測量信號U_M，評估和控制單元10包括具有A/D轉(zhuǎn)換器的微型控制器，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬的測量信號U_M轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

所說明的測量原理的優(yōu)點在于，通過使用便宜的標準構件，例如晶體管Sl、S2、S3、二極管D和電容器C，借助于具有A/D轉(zhuǎn)換器的微型控制器已經(jīng)可執(zhí)行電感L的測量并且因此可隨時輕易地集成到為了其他功能已經(jīng)包含微型控制器的方案中。由于很少的構件數(shù)量，專門的ASIC開發(fā)是可能的，然而不是必要的。因此，測量原理的使用極其靈活。

在電感L在70°的轉(zhuǎn)動角度內(nèi)并且通過具有100pF的存儲電容器C從例如1.25μΗ改變至1.0μΗ時，在對應的探測線圈42、44、46中的56mA的電流I引起電容器C的約4.38V或5.0V的電壓U_M(-60％的轉(zhuǎn)換效率)。電流I的限制可通過串聯(lián)電阻R實現(xiàn)，其例如具有約50Ω的值。充電過程持續(xù)約1μs。因此，測量時間可能非常短。為了分辨出0.1°的角度，須探測出約1mV的電壓差。如果A/D轉(zhuǎn)換器的測量范圍不限于所要求的約4.0至5.0V的范圍，可使用13比特的分辨率。

有利地，測量在電容器處的直流電壓相對來說可低噪地實現(xiàn)?？蓪⒃肼暦冉档降陀?mV。然而，測量信號直接取決于電容器C的電容量，其受到溫度變化過程(<30ppm/K)的影響。電容器C的老化和電容量的與電壓的關系可通過使用NP0電介質(zhì)在很大程度上最小化。在測量期間，優(yōu)選實施為肖特基二極管的二極管D與電容器C并聯(lián)。二極管D的對應的漏電流明顯與溫度相關，并且例如在-25℃的情況下可為10^-4μΑ并且在125℃的情況下可為100μΑ。在測量電壓為5V的情況下，這相應于最小50kΩ的放電阻抗。因此，對應的RC元件的時間常數(shù)最小為5μs。優(yōu)選地，A/D轉(zhuǎn)換器具有>200kS的采樣率。通過兩次或多次采樣可確定指數(shù)電壓降并且推出初始測量電壓。此外，通過二極管漏電流和溫度的已知關系可確定溫度。該信息可有利地用于進一步的溫度校正。

對應的探測線圈42、44、46的磁能轉(zhuǎn)變成電容器C的電能通過定向的電流脈沖來實現(xiàn)，其中，二極管D防止回流。因交變信號出現(xiàn)EMV干擾。交變信號可通過二極管D進行整流。或者可以實現(xiàn)對交變場的旁通，而沒有抵消二極管效應。原則上，系統(tǒng)可識別出干擾。因為在解除線圈激勵時進行電容器電壓的測量，所以感應產(chǎn)生的干擾信號的電壓可有利地不同于測量信號U_M。