具有到多個諧振傳感器的單通道接口的電感式位置感測的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001 ]此涉及例如測量或檢測位置、接近度或物理狀態(tài)或狀況中的電感式感測。
【背景技術(shù)】
[0002]電感式諧振感測是基于包含諧振器的諧振傳感器。諧振器經(jīng)驅(qū)動以在穩(wěn)定狀態(tài)振蕩下操作，從而投射磁通量能量用于感測導電目標。應用包含相對于導電目標的接近度或位置感測。
[0003]諧振傳感器包含諧振器，例如LC儲能電路，其通過諧振器頻率及諧振器振蕩振幅(諧振狀態(tài))表征。諧振器是針對標稱諧振頻率狀態(tài)(不存在目標)而配置，其通過諧振頻率及諧振振幅下的穩(wěn)定狀態(tài)振蕩表征。對于標稱諧振頻率狀態(tài)，諧振器是以足夠大的激發(fā)驅(qū)動以克服固有的電路損耗，例如線圈電阻及有耗電介質(zhì)，其可被特征化為諧振阻抗(諧振時的阻抗)。
[0004]對于電感式感測，從電感式感測線圈中投射的磁通量能量在諧振傳感器的感測范圍/區(qū)域內(nèi)的導電目標中引發(fā)渦電流。渦電流損耗有效地改變諧振器阻抗，從而導致諧振狀態(tài)變化，例如通過諧振器振蕩振幅及頻率中的變化而表現(xiàn)出來。此諧振狀態(tài)中的變化轉(zhuǎn)化為諧振頻率狀態(tài)相對于標稱諧振頻率狀態(tài)的變化，其對應于諧振阻抗的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在所描述的實例中，一種電感式感測系統(tǒng)包含通過單通道接口介接到電感-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(IDC)的多個諧振傳感器。IDC建立并有諧振傳感器作為回路濾波器的IDC控制回路。所述IDC控制回路將諧振傳感器驅(qū)動到系統(tǒng)諧振狀態(tài)，其中每一諧振傳感器被驅(qū)動到諧振頻率狀態(tài)。每一諧振傳感器是針對區(qū)分其與其它諧振傳感器的標稱諧振頻率狀態(tài)而配置。IDC感測表示目標感測狀況的系統(tǒng)諧振狀態(tài)的變化，且通過驅(qū)動目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài)作出響應。IDC將起因于目標感測狀況的IDC回路(諧振)控制信號轉(zhuǎn)換為傳感器數(shù)據(jù)，所述傳感器數(shù)據(jù)將所述對應的目標感測諧振頻率狀態(tài)表示為相對于目標感測諧振傳感器的目標位置(接近度或范圍)的指示。所述傳感器數(shù)據(jù)可被提供到數(shù)據(jù)處理器以進行接近度/范圍處理。
【附圖說明】
[0006]圖1A是具有適用于感測相應的導電目標的位置(接近度或范圍)的多個諧振傳感器的電感式位置感測系統(tǒng)的實例功能圖。
[0007]圖1B是包含LC諧振器及相關(guān)聯(lián)的諧振阻抗RS的諧振傳感器的實例實施例的示意圖。
[0008]圖2是對應于標稱系統(tǒng)諧振頻率狀態(tài)的實例標稱諧振頻率波形(相位及頻率)的圖1A的多傳感器配置的圖表。
[0009]圖3是具有到多個諧振傳感器的單通道接口的IDC單元的實例實施例的圖。
【具體實施方式】
[0010]簡單地說，包含單通道接口的電感-數(shù)字轉(zhuǎn)換(IDC)單元可在具有以串聯(lián)回路拓撲配置、通過單通道接口介接到IDC單元的多個諧振傳感器的電感式位置感測系統(tǒng)中操作。每一諧振傳感器經(jīng)調(diào)適以將目標位置感測為感測范圍內(nèi)的相應的導電目標相對于所述諧振傳感器的位置。每一諧振傳感器包含諧振器，其針對諧振頻率狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài)的振蕩振幅及諧振器頻率)及感測范圍而配置。每一諧振傳感器經(jīng)配置而在以下狀態(tài)下操作:(a)標稱諧振頻率狀態(tài)，其中所述諧振傳感器的所述目標是在其感測范圍之外，且其中所述諧振器經(jīng)配置以使得所述標稱諧振頻率狀態(tài)相對于任何其它諧振傳感器的標稱諧振頻率狀態(tài)是唯一的;及⑶)對應于目標感測狀況中的目標感測諧振傳感器的目標感測諧振頻率狀態(tài)，其中其相應的目標是在其感測范圍內(nèi)的目標位置處，且其中所述諧振器經(jīng)配置以使得所述目標感測諧振頻率狀態(tài)不與相應的目標感測狀況中的任何其它諧振傳感器的任何目標感測諧振頻率狀態(tài)重疊。
[0011]具有到串聯(lián)回路中的多個諧振傳感器的單通道接口的IDC單元包含:(a)諧振控制電路，其經(jīng)配置以控制響應于諧振控制信號的系統(tǒng)諧振狀態(tài)，包含響應于目標感測諧振傳感器處的目標感測狀況的目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài);及(b)IDC回路控制電路，其經(jīng)配置以產(chǎn)生所述諧振控制信號，包含對應于所述目標感測狀況的所述目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài)的目標感測諧振控制信號。所述諧振控制電路及所述IDC回路控制電路建立包含串聯(lián)回路耦合的諧振傳感器的每一相應的諧振器(作為回路濾波器)的IDC控制回路，且其可操作以驅(qū)動系統(tǒng)諧振狀態(tài)，其中每一諧振傳感器被驅(qū)動到諧振頻率狀態(tài)，包含其中每一諧振傳感器被驅(qū)動到其標稱諧振頻率狀態(tài)的標稱系統(tǒng)諧振狀態(tài)，且包含其中至少一個諧振傳感器被驅(qū)動到與目標感測狀況相關(guān)聯(lián)的目標感測諧振頻率狀態(tài)的目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài)。對于目標感測狀況，所述諧振控制電路響應于所述目標感測諧振控制信號以將系統(tǒng)諧振狀態(tài)驅(qū)動到所述目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài)，其中所述目標感測諧振傳感器在對應于所述目標感測狀況的所述目標感測諧振頻率狀態(tài)下操作。所述IDC單元輸出對應于所述目標感測諧振控制信號的傳感器數(shù)據(jù)，使得所述輸出傳感器數(shù)據(jù)表示區(qū)別于另一諧振傳感器的任何目標感測狀況的所述相應的目標感測諧振傳感器的所述目標感測狀況，且因此表示所述相應的目標相對于此目標感測諧振傳感器的目標位置。
[0012]圖1A是包含多個諧振傳感器20及電感-數(shù)字轉(zhuǎn)換(IDC)單元30的電感式位置感測系統(tǒng)10的實例功能圖。此實例示出了三個諧振傳感器21、22、23。
[0013]IDC 30包含IDC單通道接口3UIDC 30及諧振傳感器20是以串聯(lián)回路(菊花鏈)拓撲配置。具體來說，IDC 30通過IDC單通道接口31經(jīng)由串聯(lián)回路40串聯(lián)回路耦合到諧振傳感器20。諧振傳感器20(21、22、23)經(jīng)調(diào)適以感測相應的導電目標70(71、72、73)的位置(接近度或范圍)。
[0014]IDC 30建立并有諧振傳感器20作為回路濾波器的IDC控制回路。IDC控制回路將諧振傳感器20驅(qū)動到系統(tǒng)諧振狀態(tài)，其中每一諧振傳感器被驅(qū)動到諧振頻率狀態(tài)。每一諧振傳感器是針對在串聯(lián)回路40內(nèi)對其進行區(qū)分的標稱諧振頻率狀態(tài)而配置。IDC 30感測表示目標感測狀況(諧振傳感器的相應目標在其感測范圍內(nèi)的位置處)的系統(tǒng)諧振狀態(tài)的變化，且通過將諧振傳感器驅(qū)動到對應的目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài)(包含將目標感測諧振傳感器驅(qū)動到其目標感測諧振頻率狀態(tài))來作出響應。IDC 30將對應于起因于目標感測狀況的系統(tǒng)諧振狀態(tài)變化的IDC回路(諧振)控制信號轉(zhuǎn)換為傳感器數(shù)據(jù)，所述傳感器數(shù)據(jù)將對應的目標感測諧振頻率狀態(tài)表示為相對于目標感測諧振傳感器的目標位置(接近度或范圍)的指示。傳感器數(shù)據(jù)可被提供到數(shù)據(jù)處理器50以進行接近度/范圍處理。
[0015]由IDC30通過IDC信號通道接口31 (經(jīng)由串聯(lián)回路40)驅(qū)動為系統(tǒng)的諧振傳感器20是基于系統(tǒng)諧振狀態(tài)來區(qū)分。諧振傳感器20是針對相應的唯一、不重疊標稱諧振頻率狀態(tài)(標稱諧振振蕩頻率及諧振振蕩振幅)而配置(且由其區(qū)分)。以所述方式，系統(tǒng)諧振狀態(tài)及目標感測系統(tǒng)諧振狀態(tài)有效地區(qū)分目標感測諧振傳感器及其由IDC 30通過IDC單通道接口31接收的目標響應(接近度或范圍)。
[0016]還是參考圖1B，每一實例諧振傳感器20包含諧振器25，其經(jīng)配置有電感器L及并聯(lián)電容器C(儲能電路)。LC諧振器可被配置為串聯(lián)而非并聯(lián)諧振器。電阻器Rs表示對應于諧振器內(nèi)的電路寄生損耗及(對于目標狀況)目標的渦電流損耗的諧振阻抗(諧振時的有效阻抗)。
[0017]諧振器25可針對諧振頻率狀態(tài)及感測范圍而配置。諧振頻率狀態(tài)是穩(wěn)定狀態(tài)的諧振器振蕩振幅及諧振器頻率。
[0018]諧振器25可經(jīng)配置用于在設計指定的標稱諧振頻率狀態(tài)(不存在目標)下操作。因此，在標稱諧振頻率狀態(tài)下操作中，諧振傳感器20是以足夠大功率通過串聯(lián)回路40(從IDC30通過IDC單通道接口 31)驅(qū)動以通過平衡起因于電路寄生的標稱諧振阻抗維持穩(wěn)定狀態(tài)諧振，其中不存在目標且因此沒有渦電流損耗。諧振器25經(jīng)配置以使得標稱諧振頻率狀態(tài)相對于任何其它諧振傳感器的標稱諧振頻率狀態(tài)是唯一的。
[0019]諧振器25進一步經(jīng)配置以使得目標感測諧振頻率狀態(tài)不與任何其它諧振傳感器(諧振器)的任何目標感測諧振頻率狀態(tài)重疊，其中目標感測諧振頻率狀態(tài)對應于目標感測狀況中的目標感測諧振傳感器。當目標70在諧振傳感器20的感測范圍內(nèi)的目標位置處時，出現(xiàn)目標感測狀況。感測范圍取決于諧振器配置、目標配置及用于IDC 30的設計指定分辨率。
[0020]在圖1A中，諧振傳感器20各自針對標稱諧振頻率狀態(tài)配置，所述標稱諧振頻率狀態(tài)相對于其它諧振傳感器的標稱諧振頻率狀態(tài)是唯一的(不重疊)。串聯(lián)回路40中的諧振傳感器20是基于唯一的相應標稱諧振頻率狀態(tài)而區(qū)分。實例實施方案是利用基于具有不同的電容值C(具有固定的電感值L)的相應諧振器配置而區(qū)分的LC諧振器配置諧振傳感器20:諧振傳感器21 (L Coil+C);諧振傳感器22(L Coil+2C);及諧振傳感器23(L Coil+3C)。在其它實施例中，電感或電感與電容可用于區(qū)分諧振器頻率。
[0021]圖2提供圖1A的多諧振傳感器配置的實例標稱諧振頻率波形(相位及頻率)。具體來說，諧振傳感器21、22、23經(jīng)配置以使得諧振頻率隨著諧振器電容(分別為電容C、2C、3C)的增加而降低。歸因于相同的諧振電感器，諧振振幅也降低(進一步區(qū)分諧振頻率狀態(tài))。電容值之間的關(guān)系是實現(xiàn)適用于所述應用的諧振頻率分離的設計選項。
[0022]還是參考圖1A，位置感測系統(tǒng)10(包含諧振傳感器20及IDC30)通過系統(tǒng)諧振狀態(tài)表征，所