具有到多个谐振传感器的单通道接口的电感式位置感测的制作方法
【技术领域】
[0001 ]此涉及例如测量或检测位置、接近度或物理状态或状况中的电感式感测。
【背景技术】
[0002]电感式谐振感测是基于包含谐振器的谐振传感器。谐振器经驱动以在稳定状态振荡下操作，从而投射磁通量能量用于感测导电目标。应用包含相对于导电目标的接近度或位置感测。
[0003]谐振传感器包含谐振器，例如LC储能电路，其通过谐振器频率及谐振器振荡振幅(谐振状态)表征。谐振器是针对标称谐振频率状态(不存在目标)而配置，其通过谐振频率及谐振振幅下的稳定状态振荡表征。对于标称谐振频率状态，谐振器是以足够大的激发驱动以克服固有的电路损耗，例如线圈电阻及有耗电介质，其可被特征化为谐振阻抗(谐振时的阻抗)。
[0004]对于电感式感测，从电感式感测线圈中投射的磁通量能量在谐振传感器的感测范围/区域内的导电目标中引发涡电流。涡电流损耗有效地改变谐振器阻抗，从而导致谐振状态变化，例如通过谐振器振荡振幅及频率中的变化而表现出来。此谐振状态中的变化转化为谐振频率状态相对于标称谐振频率状态的变化，其对应于谐振阻抗的变化。
【发明内容】
[0005]在所描述的实例中，一种电感式感测系统包含通过单通道接口介接到电感-数字转换器(IDC)的多个谐振传感器。IDC建立并有谐振传感器作为回路滤波器的IDC控制回路。所述IDC控制回路将谐振传感器驱动到系统谐振状态，其中每一谐振传感器被驱动到谐振频率状态。每一谐振传感器是针对区分其与其它谐振传感器的标称谐振频率状态而配置。IDC感测表示目标感测状况的系统谐振状态的变化，且通过驱动目标感测系统谐振状态作出响应。IDC将起因于目标感测状况的IDC回路(谐振)控制信号转换为传感器数据，所述传感器数据将所述对应的目标感测谐振频率状态表示为相对于目标感测谐振传感器的目标位置(接近度或范围)的指示。所述传感器数据可被提供到数据处理器以进行接近度/范围处理。
【附图说明】
[0006]图1A是具有适用于感测相应的导电目标的位置(接近度或范围)的多个谐振传感器的电感式位置感测系统的实例功能图。
[0007]图1B是包含LC谐振器及相关联的谐振阻抗RS的谐振传感器的实例实施例的示意图。
[0008]图2是对应于标称系统谐振频率状态的实例标称谐振频率波形(相位及频率)的图1A的多传感器配置的图表。
[0009]图3是具有到多个谐振传感器的单通道接口的IDC单元的实例实施例的图。
【具体实施方式】
[0010]简单地说，包含单通道接口的电感-数字转换(IDC)单元可在具有以串联回路拓扑配置、通过单通道接口介接到IDC单元的多个谐振传感器的电感式位置感测系统中操作。每一谐振传感器经调适以将目标位置感测为感测范围内的相应的导电目标相对于所述谐振传感器的位置。每一谐振传感器包含谐振器，其针对谐振频率状态(稳定状态的振荡振幅及谐振器频率)及感测范围而配置。每一谐振传感器经配置而在以下状态下操作:(a)标称谐振频率状态，其中所述谐振传感器的所述目标是在其感测范围之外，且其中所述谐振器经配置以使得所述标称谐振频率状态相对于任何其它谐振传感器的标称谐振频率状态是唯一的;及⑶)对应于目标感测状况中的目标感测谐振传感器的目标感测谐振频率状态，其中其相应的目标是在其感测范围内的目标位置处，且其中所述谐振器经配置以使得所述目标感测谐振频率状态不与相应的目标感测状况中的任何其它谐振传感器的任何目标感测谐振频率状态重叠。
[0011]具有到串联回路中的多个谐振传感器的单通道接口的IDC单元包含:(a)谐振控制电路，其经配置以控制响应于谐振控制信号的系统谐振状态，包含响应于目标感测谐振传感器处的目标感测状况的目标感测系统谐振状态;及(b)IDC回路控制电路，其经配置以产生所述谐振控制信号，包含对应于所述目标感测状况的所述目标感测系统谐振状态的目标感测谐振控制信号。所述谐振控制电路及所述IDC回路控制电路建立包含串联回路耦合的谐振传感器的每一相应的谐振器(作为回路滤波器)的IDC控制回路，且其可操作以驱动系统谐振状态，其中每一谐振传感器被驱动到谐振频率状态，包含其中每一谐振传感器被驱动到其标称谐振频率状态的标称系统谐振状态，且包含其中至少一个谐振传感器被驱动到与目标感测状况相关联的目标感测谐振频率状态的目标感测系统谐振状态。对于目标感测状况，所述谐振控制电路响应于所述目标感测谐振控制信号以将系统谐振状态驱动到所述目标感测系统谐振状态，其中所述目标感测谐振传感器在对应于所述目标感测状况的所述目标感测谐振频率状态下操作。所述IDC单元输出对应于所述目标感测谐振控制信号的传感器数据，使得所述输出传感器数据表示区别于另一谐振传感器的任何目标感测状况的所述相应的目标感测谐振传感器的所述目标感测状况，且因此表示所述相应的目标相对于此目标感测谐振传感器的目标位置。
[0012]图1A是包含多个谐振传感器20及电感-数字转换(IDC)单元30的电感式位置感测系统10的实例功能图。此实例示出了三个谐振传感器21、22、23。
[0013]IDC 30包含IDC单通道接口3UIDC 30及谐振传感器20是以串联回路(菊花链)拓扑配置。具体来说，IDC 30通过IDC单通道接口31经由串联回路40串联回路耦合到谐振传感器20。谐振传感器20(21、22、23)经调适以感测相应的导电目标70(71、72、73)的位置(接近度或范围)。
[0014]IDC 30建立并有谐振传感器20作为回路滤波器的IDC控制回路。IDC控制回路将谐振传感器20驱动到系统谐振状态，其中每一谐振传感器被驱动到谐振频率状态。每一谐振传感器是针对在串联回路40内对其进行区分的标称谐振频率状态而配置。IDC 30感测表示目标感测状况(谐振传感器的相应目标在其感测范围内的位置处)的系统谐振状态的变化，且通过将谐振传感器驱动到对应的目标感测系统谐振状态(包含将目标感测谐振传感器驱动到其目标感测谐振频率状态)来作出响应。IDC 30将对应于起因于目标感测状况的系统谐振状态变化的IDC回路(谐振)控制信号转换为传感器数据，所述传感器数据将对应的目标感测谐振频率状态表示为相对于目标感测谐振传感器的目标位置(接近度或范围)的指示。传感器数据可被提供到数据处理器50以进行接近度/范围处理。
[0015]由IDC30通过IDC信号通道接口31 (经由串联回路40)驱动为系统的谐振传感器20是基于系统谐振状态来区分。谐振传感器20是针对相应的唯一、不重叠标称谐振频率状态(标称谐振振荡频率及谐振振荡振幅)而配置(且由其区分)。以所述方式，系统谐振状态及目标感测系统谐振状态有效地区分目标感测谐振传感器及其由IDC 30通过IDC单通道接口31接收的目标响应(接近度或范围)。
[0016]还是参考图1B，每一实例谐振传感器20包含谐振器25，其经配置有电感器L及并联电容器C(储能电路)。LC谐振器可被配置为串联而非并联谐振器。电阻器Rs表示对应于谐振器内的电路寄生损耗及(对于目标状况)目标的涡电流损耗的谐振阻抗(谐振时的有效阻抗)。
[0017]谐振器25可针对谐振频率状态及感测范围而配置。谐振频率状态是稳定状态的谐振器振荡振幅及谐振器频率。
[0018]谐振器25可经配置用于在设计指定的标称谐振频率状态(不存在目标)下操作。因此，在标称谐振频率状态下操作中，谐振传感器20是以足够大功率通过串联回路40(从IDC30通过IDC单通道接口 31)驱动以通过平衡起因于电路寄生的标称谐振阻抗维持稳定状态谐振，其中不存在目标且因此没有涡电流损耗。谐振器25经配置以使得标称谐振频率状态相对于任何其它谐振传感器的标称谐振频率状态是唯一的。
[0019]谐振器25进一步经配置以使得目标感测谐振频率状态不与任何其它谐振传感器(谐振器)的任何目标感测谐振频率状态重叠，其中目标感测谐振频率状态对应于目标感测状况中的目标感测谐振传感器。当目标70在谐振传感器20的感测范围内的目标位置处时，出现目标感测状况。感测范围取决于谐振器配置、目标配置及用于IDC 30的设计指定分辨率。
[0020]在图1A中，谐振传感器20各自针对标称谐振频率状态配置，所述标称谐振频率状态相对于其它谐振传感器的标称谐振频率状态是唯一的(不重叠)。串联回路40中的谐振传感器20是基于唯一的相应标称谐振频率状态而区分。实例实施方案是利用基于具有不同的电容值C(具有固定的电感值L)的相应谐振器配置而区分的LC谐振器配置谐振传感器20:谐振传感器21 (L Coil+C);谐振传感器22(L Coil+2C);及谐振传感器23(L Coil+3C)。在其它实施例中，电感或电感与电容可用于区分谐振器频率。
[0021]图2提供图1A的多谐振传感器配置的实例标称谐振频率波形(相位及频率)。具体来说，谐振传感器21、22、23经配置以使得谐振频率随着谐振器电容(分别为电容C、2C、3C)的增加而降低。归因于相同的谐振电感器，谐振振幅也降低(进一步区分谐振频率状态)。电容值之间的关系是实现适用于所述应用的谐振频率分离的设计选项。
[0022]还是参考图1A，位置感测系统10(包含谐振传感器20及IDC30)通过系统谐振状态表征，所