延伸的行程位置傳感器的制造方法
【專利說明】延伸的行程位置傳感器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年8月14日提交的，題目為“延伸的行程位置傳感器”的美國臨時申請N0.61/682，818的權益，該申請在此通過引用被全文并入。
技術領域
[0003]本公開的實施例總體上涉及位置傳感器，并且更具體地涉及包括波導以及磁體的延長的或者延伸的行程位置傳感器。
【背景技術】
[0004]大多數的非接觸式位置傳感器是基于Hall或者磁致伸縮技術的。這種類型的位置傳感器能夠準確感測的有效最長行程長度被限制在大約20mm ;在大于20mm的情況下，能夠線性地感測磁場強度的能力限制了位置傳感器的性能。特別是，位置傳感器的靈敏度和準確性都受到影響。這樣，更復雜的，并且通常是更昂貴的，測量系統被用于確定具有大于20_的行程的物體的位置。例如，為了測量氣缸內活塞的位置(氣缸內的活塞通常具有大于20_的行程)，可以使用磁性傳感器。然而，磁性傳感器的結構需要磁體的長度大約與行程的長度相同。這樣，需要增大活塞的尺寸以包括這樣的傳感器。
[0005]有些非接觸式位置傳感器使用磁致伸縮磁體-波導來測量位置。例如，圓形磁體位于磁致伸縮波導附近。圓形磁體的位置被用來識別待測量的位置。電線延伸了波導的長度。電流的脈沖被置于線之上，其建立了第二磁場。第二磁場與由圓形磁體建立的磁場相干涉，因此建立了位于圓形磁體的位置處的轉矩脈沖。轉矩脈沖傳送到傳感器頭所花費的時間與圓形磁體的位置相關。這種系統的示例在美國專利N0.5，717, 330中有所描述，該文件在此通過引用并入。如將被理解的，轉矩脈沖以聲速使波導向下移動。盡管這是相對快的，如果磁體被放置在快速移動的機器頭上時，可能產生測量不準確。
[0006]此外，有些非接觸式的位置傳感器使用其它類型的波導。然而，這些其它類型的波導可以依賴于與局部環(huán)境的交互，以測量位置。例如，美國專利N0.5，249，463 (在此通過引用并入)，教導了被用于確定液位的波導。然而，如將理解的，這種位置傳感器的準確度將由于暴露于環(huán)境而受到影響(例如，其他液體，油等)。
[0007]因此，需要一種非接觸式的位置傳感器，其被配置以測量具有大于20mm的行程的物體，該物體可以以相對快的速度運動，并且可以操作在惡劣的環(huán)境中(例如，暴露于液體，油，等)。

【發(fā)明內容】

[0008]本公開的各種實施例提供使用傳感器和磁體來確定可移動物體的位置的位置感測系統，其中可移動物體的位置是相對于磁體或者傳感器來確定的。在某些示例中，系統包括延伸的行程位置傳感器，該延伸的行程位置傳感器包括具有給定的特征阻抗的波導以及被定位于緊密鄰近該波導的磁性材料，磁性材料包括軟磁性材料以及半軟磁性材料，可通信地耦合到波導以及信號接收器的信號發(fā)生器，信號發(fā)生器被配置以生成第一信號并且將第一信號傳遞到波導以及信號接收器，電耦合到波導的一個或者多個阻抗匹配器件并且該阻抗匹配器件被配置使得波導與信號發(fā)生器以及信號接收器阻抗匹配，相對于延伸的行程位置傳感器可移動的磁體，該磁體被配置以生成足夠使得磁性材料局部飽和的磁場，其中該磁性材料配置以引起波導中的阻抗不連續(xù)以使得第一信號在阻抗不匹配點處反射并且傳遞到信號接收器，以及通信地耦合到信號接收器的位置傳感器電路，該位置傳感器電路被配置以部分地基于由信號接收器接收的第一信號以及反射信號來確定磁體相對于延伸的行程位置傳感器的位置。
[0009]本公開的某些示例提供延伸的行程位置傳感器，該延伸的行程位置傳感器包括具有給定的特征阻抗的波導，該波導被配置以接收第一信號且磁性材料被定位于緊密鄰近該波導，該磁性材料包括軟磁性材料或者半軟磁性材料，其中該磁性材料被配置以當磁性材料被局部磁場所飽和時引起波導中的阻抗不連續(xù)，該阻抗不連續(xù)被配置使得第一信號在阻抗不連續(xù)點處被反射。
[0010]本公開的某些示例提供確定可移動物體的位置的方法，該方法包括由信號發(fā)生器生成第一信號，將第一信號傳遞到延伸的行程位置傳感器的波導，該延伸的行程位置傳感器包括波導以及被定位于緊密鄰近該波導的磁性材料，該磁性材料包括軟磁性材料或者半軟磁性材料，將磁體移動到緊密鄰近該延伸的行程位置傳感器，該磁體被配置以生成足夠使得該磁性材料局部飽和的磁場，其中該磁性材料配置以引起波導中的阻抗不連續(xù)使得第一信號從阻抗不匹配點處被反射，將反射的信號傳遞到信號接收器，且基于所接收的第一信號以及所接收的反射信號來確定可移動物體的位置。
【附圖說明】
[0011]圖1是示出位置感測系統的框圖。
[0012]圖2是示出傳感器的附加實施例的框圖。
[0013]圖3是示出位置感測系統的附加實施例的框圖。
[0014]圖4是示出由位置感測系統生成的波形的示例。
[0015]圖5是示出位置感測系統的附加實施例的框圖。
[0016]圖6 — 7是示出位置感測系統的附加實施例的框圖。
[0017]圖8 — 9是示出傳感器的附加實施例的框圖。
[0018]圖10是示出傳感器的附加實施例的框圖，其所有都是根據本公開的至少某些實施例來布置的。
【具體實施方式】
[0019]在下文中，將參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，其中發(fā)明的優(yōu)選實施例被示出。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現并且不應該被理解為限制于本文所述的實施例。而是，提供這些實施例以使得本公開是全面并且完整的，并且向本領域技術人員完全地傳達發(fā)明的范圍。在附圖中，相似的參考標號在全文中指示相似的元件。
[0020]圖1是示出根據本公開的至少某些實施例布置的包括延伸的行程位置傳感器10的位置感測系統100的框圖。延伸的行程位置傳感器10 (在本文有時被稱作“傳感器”)包括波導12?？傮w來說，波導12可以是任何類型的波導(例如，微帶線波導，帶狀線波導，矩形波導，或者類似的)。波導12包括至少在波導12的上表面形成(例如，印刷的，附接的，或者類似的)的至少一個導電帶14。導電帶14可以是任何的導電材料(銅，銀，或者類似的)。
[0021]位置傳感器10還包括被定位于緊密鄰近波導12的磁性材料18。例如，波導12和磁性材料18之間的空氣隙或者間距可以是Omm到15mm之間。在某些示例中，波導12和磁性材料18相對于彼此是固定的。磁性材料18可以是軟磁性材料或者半軟磁性材料(例如，具有低或者相對低的磁飽和場的材料)的薄板。在某些示例中，磁性材料18可以是具有3Nm至10Nm的磁飽和場Hs的軟磁性材料。在某些示例中，磁性材料18可以是具有10Nm至3000Nm的磁飽和場Hs的半軟磁性材料。在某些示例中，磁性材料18的厚度是1mm。在某些示例中，磁性材料18的厚度在大約0.1mm至1mm之間。
[0022]位置傳感器10與磁體22 (例如，永磁體，電磁體，或者類似的)協同工作。磁體22相對于波導12，導電帶14以及磁性材料18是可移動的?？傮w來講，磁體22在波導12中建立了阻抗不連續(xù)。在磁體22相對于位置傳感器10的位置處建立了阻抗不連續(xù)。如在以下更加詳細描述的，可以基于這些阻抗不連續(xù)來確定位置傳感器10相對于磁體22的位置。
[0023]感測系統100還包括以框30, 32以及34示出的不同元件,這些元件圖解地表示已知類型的阻抗匹配器件。要理解的是，當波導12的阻抗沒有準確地匹配波導的負載或者源的時候，或者如果在波導的阻抗中建立了不連續(xù)，那么將會導致源于不連續(xù)的點的反射波。因此，阻抗匹配器件30，32，以及34被配置以使得包括波導12的位置傳感器10是阻抗匹配的。結果，當磁體22不靠近位置傳感器10的時候，波導12將不反射信號。然而，當磁體22被放置在靠近傳感器的時候，將會在波導12中建立阻抗不連續(xù)，該阻抗不連續(xù)將