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(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)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(shí)申請(qǐng)N0.61/682，818的權(quán)益，該申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^引用被全文并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開的實(shí)施例總體上涉及位置傳感器，并且更具體地涉及包括波導(dǎo)以及磁體的延長的或者延伸的行程位置傳感器。
【背景技術(shù)】
[0004]大多數(shù)的非接觸式位置傳感器是基于Hall或者磁致伸縮技術(shù)的。這種類型的位置傳感器能夠準(zhǔn)確感測(cè)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(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)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(zhǔn)確性都受到影響。這樣，更復(fù)雜的，并且通常是更昂貴的，測(cè)量系統(tǒng)被用于確定具有大于20_的行程的物體的位置。例如，為了測(cè)量氣缸內(nèi)活塞的位置(氣缸內(nèi)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(jié)構(gòu)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(dǎo)來測(cè)量位置。例如，圓形磁體位于磁致伸縮波導(dǎo)附近。圓形磁體的位置被用來識(shí)別待測(cè)量的位置。電線延伸了波導(dǎo)的長度。電流的脈沖被置于線之上，其建立了第二磁場(chǎng)。第二磁場(chǎng)與由圓形磁體建立的磁場(chǎng)相干涉，因此建立了位于圓形磁體的位置處的轉(zhuǎn)矩脈沖。轉(zhuǎn)矩脈沖傳送到傳感器頭所花費(fèi)的時(shí)間與圓形磁體的位置相關(guān)。這種系統(tǒng)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(zhuǎn)矩脈沖以聲速使波導(dǎo)向下移動(dòng)。盡管這是相對(duì)快的，如果磁體被放置在快速移動(dòng)的機(jī)器頭上時(shí)，可能產(chǎn)生測(cè)量不準(zhǔn)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(dǎo)。然而，這些其它類型的波導(dǎo)可以依賴于與局部環(huán)境的交互，以測(cè)量位置。例如，美國專利N0.5，249，463 (在此通過引用并入)，教導(dǎo)了被用于確定液位的波導(dǎo)。然而，如將理解的，這種位置傳感器的準(zhǔn)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(cè)量具有大于20mm的行程的物體，該物體可以以相對(duì)快的速度運(yùn)動(dòng)，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(nèi)容】

[0008]本公開的各種實(shí)施例提供使用傳感器和磁體來確定可移動(dòng)物體的位置的位置感測(cè)系統(tǒng)，其中可移動(dòng)物體的位置是相對(duì)于磁體或者傳感器來確定的。在某些示例中，系統(tǒng)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(dǎo)以及被定位于緊密鄰近該波導(dǎo)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(dǎo)以及信號(hào)接收器的信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器被配置以生成第一信號(hào)并且將第一信號(hào)傳遞到波導(dǎo)以及信號(hào)接收器，電耦合到波導(dǎo)的一個(gè)或者多個(gè)阻抗匹配器件并且該阻抗匹配器件被配置使得波導(dǎo)與信號(hào)發(fā)生器以及信號(hào)接收器阻抗匹配，相對(duì)于延伸的行程位置傳感器可移動(dòng)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(chǎng)，其中該磁性材料配置以引起波導(dǎo)中的阻抗不連續(xù)以使得第一信號(hào)在阻抗不匹配點(diǎn)處反射并且傳遞到信號(hào)接收器，以及通信地耦合到信號(hào)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(hào)接收器接收的第一信號(hào)以及反射信號(hào)來確定磁體相對(duì)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(dǎo)，該波導(dǎo)被配置以接收第一信號(hào)且磁性材料被定位于緊密鄰近該波導(dǎo)，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(dāng)磁性材料被局部磁場(chǎng)所飽和時(shí)引起波導(dǎo)中的阻抗不連續(xù)，該阻抗不連續(xù)被配置使得第一信號(hào)在阻抗不連續(xù)點(diǎn)處被反射。
[0010]本公開的某些示例提供確定可移動(dòng)物體的位置的方法，該方法包括由信號(hào)發(fā)生器生成第一信號(hào)，將第一信號(hào)傳遞到延伸的行程位置傳感器的波導(dǎo)，該延伸的行程位置傳感器包括波導(dǎo)以及被定位于緊密鄰近該波導(dǎo)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(dòng)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(chǎng)，其中該磁性材料配置以引起波導(dǎo)中的阻抗不連續(xù)使得第一信號(hào)從阻抗不匹配點(diǎn)處被反射，將反射的信號(hào)傳遞到信號(hào)接收器，且基于所接收的第一信號(hào)以及所接收的反射信號(hào)來確定可移動(dòng)物體的位置。
【附圖說明】
[0011]圖1是示出位置感測(cè)系統(tǒng)的框圖。
[0012]圖2是示出傳感器的附加實(shí)施例的框圖。
[0013]圖3是示出位置感測(cè)系統(tǒng)的附加實(shí)施例的框圖。
[0014]圖4是示出由位置感測(cè)系統(tǒng)生成的波形的示例。
[0015]圖5是示出位置感測(cè)系統(tǒng)的附加實(shí)施例的框圖。
[0016]圖6 — 7是示出位置感測(cè)系統(tǒng)的附加實(shí)施例的框圖。
[0017]圖8 — 9是示出傳感器的附加實(shí)施例的框圖。
[0018]圖10是示出傳感器的附加實(shí)施例的框圖，其所有都是根據(jù)本公開的至少某些實(shí)施例來布置的。
【具體實(shí)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(shí)施例被示出。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng)該被理解為限制于本文所述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例以使得本公開是全面并且完整的，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地傳達(dá)發(fā)明的范圍。在附圖中，相似的參考標(biāo)號(hào)在全文中指示相似的元件。
[0020]圖1是示出根據(jù)本公開的至少某些實(shí)施例布置的包括延伸的行程位置傳感器10的位置感測(cè)系統(tǒng)100的框圖。延伸的行程位置傳感器10 (在本文有時(shí)被稱作“傳感器”)包括波導(dǎo)12。總體來說，波導(dǎo)12可以是任何類型的波導(dǎo)(例如，微帶線波導(dǎo)，帶狀線波導(dǎo)，矩形波導(dǎo)，或者類似的)。波導(dǎo)12包括至少在波導(dǎo)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(gè)導(dǎo)電帶14。導(dǎo)電帶14可以是任何的導(dǎo)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(dǎo)12的磁性材料18。例如，波導(dǎo)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(dǎo)12和磁性材料18相對(duì)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(duì)低的磁飽和場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(xié)同工作。磁體22相對(duì)于波導(dǎo)12，導(dǎo)電帶14以及磁性材料18是可移動(dòng)的。總體來講，磁體22在波導(dǎo)12中建立了阻抗不連續(xù)。在磁體22相對(duì)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(xì)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(duì)于磁體22的位置。
[0023]感測(cè)系統(tǒng)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(dāng)波導(dǎo)12的阻抗沒有準(zhǔn)確地匹配波導(dǎo)的負(fù)載或者源的時(shí)候，或者如果在波導(dǎo)的阻抗中建立了不連續(xù)，那么將會(huì)導(dǎo)致源于不連續(xù)的點(diǎn)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(dǎo)12的位置傳感器10是阻抗匹配的。結(jié)果，當(dāng)磁體22不靠近位置傳感器10的時(shí)候，波導(dǎo)12將不反射信號(hào)。然而，當(dāng)磁體22被放置在靠近傳感器的時(shí)候，將會(huì)在波導(dǎo)12中建立阻抗不連續(xù)，該阻抗不連續(xù)將