CN109716072A

CN109716072A - 电感式传感器设备

Info

Publication number: CN109716072A
Application number: CN201780058566.1A
Authority: CN
Inventors: R.琼斯
Original assignee: Sargendi Co Ltd
Current assignee: Sargendi Co Ltd; Sagentia Ltd
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2037-09-07
Also published as: WO2018054697A1; CN109716072B; US20190301896A1; US10928223B2; EP3299770B1; EP3299770A1

Abstract

本发明涉及电感式传感器设备（23），其具有可以在测量方向（M）上相对于彼此移动的标尺单元（24）和传感器单元（25）。标尺单元包含标尺元件（26），该标尺元件被适配成产生在测量方向（M）上的场图案（P（x）），其借助于传感器单元（25）的接收电路（35）来检测。接收电路（35）包含至少在测量方向（M）上偏移的第一接收线圈组（36）和第二接收线圈组（37）。这样做时第一空间相位和第二空间相位接收信号分别由这些接收线圈组（36，37）提供。这些空间相位可以被用于绝对位置确定。

Description

电感式传感器设备

本发明涉及电感式传感器设备的技术领域。这样的电感式传感器设备可以被用于确定可在线性和/或圆形方向上相对于彼此移动的两个部件之间的相对位置。这样的电感式传感器设备可以被用于测量仪器，比如卡尺、千分尺、测试指示器、触摸探针以及其他测量仪器。

电感式传感器设备例如在US 5，886，519中公开。标尺单元被提供有多个标尺元件，该标尺元件被布置在测量方向上的至少一行中。一个共同行的标尺元件具有相同的标尺间距。对于每行标尺元件，提供包含发射线圈和至少一个接收线圈的传感器单元。发射线圈产生磁场，该磁场借助于标尺元件改变。取决于传感器单元与标尺单元之间的相对位置，因此产生了可借助于相应的接收线圈来检测的场图案。由每个接收线圈提供的接收信号可以被用来确定传感器单元与标尺之间的相对位置。建议被分配给不同行的标尺元件的接收线圈分别被提供有不同的波长。这样做时，获得了绝对位置传感器设备。

在US 6，335，618 B1中公开的电感式传感器设备提供了在跨过测量方向和垂直于测量方向的高度方向的平面中延伸的标尺元件。标尺元件在高度方向上具有不同的尺寸，这取决于它们在测量方向上的位置。这样做时，可以调制接收信号的幅值。这样的电感式传感器对高度方向上的位移更敏感。

US 7，705，585 B2示出了一种具有带孔标尺元件的电感式传感器设备。孔的尺寸可以在测量方向上变化，以便产生用于绝对位置测量的非周期性图案。由于标尺元件的尺寸的变化，传感器设备也对垂直于测量方向的高度方向上的位移敏感。此外，孔的变化面积量可能导致信号幅值减小并且可能使设备对噪声敏感。

在EP 2 581 711 A2中公开的绝对位置传感器设备提出了具有两行带有不同间距的标尺元件，以用于绝对位置确定。

US 9，217，628提出了一种具有一个单个行标尺元件的电感式传感器设备。传感器单元的至少一个接收线圈沿其在测量方向上的延伸具有变化的波长。接收绕组和发射绕组在整个测量路径上沿着标尺单元延伸。相对于传感器单元可移动的是包含两个谐振电路的目标单元，每个谐振电路具有电容器和形成了电感的层状绕组。该谐振电路具有不同的谐振频率。标尺单元的发射线圈借助于两个不同的AC频率供给能量。基于两个发射AC频率，取决于在接收线圈中接收到的两个信号，可以确定沿着标尺单元的目标单元位置。该设备使用不同的频率以获得允许绝对位置检测的两个接收信号。这样的设备复杂且昂贵。

鉴于已知的现有技术，本发明的目的是提供一种简单的电感式传感器设备，其允许具有高精确度的绝对位置测量并且需要很小的空间。

该目标借助于根据权利要求1的电感式传感器设备来实现。

电感式传感器设备包括：标尺单元，其具有标尺元件，该标尺元件被布置在测量方向上延伸的至少一行中。标尺元件被适配成产生在测量方向上的场图案。提供一种传感器单元，其包括接收电路。该接收电路具有至少第一接收线圈组和第二接收线圈组来检测场图案。该第一和第二接收线圈组在测量方向上是相对于彼此移位的。传感器单元和标尺单元可在测量方向上相对于彼此移动。每个接收线圈组包括至少两个接收线圈。

一行标尺元件是足够的。在一些实施例中，附加行的标尺元件可能是有利的。一个共同行的标尺元件全部在测量方向上具有相同的尺寸，并且优选地也在垂直于测量方向延伸的高度方向上具有相同的尺寸。

多行标尺元件中的至少一行在测量方向上的标尺元件之间具有变化的间距或间隔。该间距等于测量方向上的一个标尺元件的尺寸加上两个直接邻近的标尺元件之间中的间隔。由于在一行中，标尺元件在测量方向上的尺寸是恒定的，所以借助于两个直接邻近的标尺元件之间的间隔的变化来改变间距。优选地，取决于表征了在测量方向上标尺单元与传感器单元之间的位置的位置变量，该间隔借助于非线性函数来限定。

取决于测量方向上的相对位置，接收线圈组均产生相应的接收信号，该接收信号可以被用于绝对位置检测。可以确定限定了标尺元件之间的间隔的函数，以便提供其中有可能确定绝对位置的足够长的范围，并且以便使传感器设备对噪声不太敏感。

优选地，接收电路被适配成确定由第一接收线圈组提供的第一接收信号的第一空间相位和由第二接收线圈组提供的第二接收信号的第二空间相位。两个接收线圈组的空间相位在测量方向上的一个方位处具有不同的梯度。因此，相位检测允许绝对位置确定。可以通过使用查找表或者通过基于相应的第一和第二相位进行计算来做出位置确定。

在优选实施例中，第一接收线圈组和第二接收线圈组在测量方向上是以线圈距离移位的，并且沿测量方向上的共同的纵轴延伸。线圈距离优选地足够大，使得第一和第二接收线圈组并不重叠，而是在之间中存在间隙。

在一些优选实施例中，第一接收线圈组和第二接收线圈组在测量方向上具有相同的长度。更优选地，两个接收线圈组可以是相同的。这意味着如果接收线圈组中的一个在测量方向上被移位，直到它覆盖相应的另一个接收线圈组为止，则两个接收线圈组重合。第一和第二接收线圈组在高度方向上的尺寸可以例如基本上对应于标尺元件的高度。

标尺单元可以包括附加行的标尺元件，该标尺元件优选地全部在测量方向上并且可选地也在高度方向上具有相同的尺寸。在一个实施例中，该附加的或第二行的标尺元件可以具有恒定的间隔，并且因此具有沿着测量方向并不变化的恒定的间距。在另一实施例中，该附加的或第二行可以具有变化的间隔，其中第二行的间隔的变化不同于第一行的标尺元件的间隔的变化。更确切地说，第一行的标尺元件可以具有由非线性第一函数限定的第一间隔，并且第二行的标尺元件可以具有由优选地线性第二函数限定的第二间隔。这样的附加行允许用于位置确定的粗糙和至少一个更精细的分辨率，并且因此可以在不降低精确度的情况下实现测量方向上的扩展的测量范围。

如果提供多于一行的标尺元件，则传感器单元可以有利地包含第三接收线圈组，该第三接收线圈组具有被分配给附加行的标尺元件的至少一个接收线圈。第三接收线圈组优选地在高度方向上与第一和/或第二接收线圈组邻近地布置。在一个优选实施例中，在测量方向上，第三接收线圈组具有的长度大于第一和/或第二接收线圈组的长度。第三接收线圈组的长度例如是第一和/或第二接收线圈组的1.5倍至2.5倍。

每个标尺元件在测量方向上具有两个相反侧，其中一侧形成环前部而另一侧形成环后部。环前部和环后部可以具有相同的形状。换言之，如果环前部将在测量方向上移位到环后部上，则环前部和环后部将完全重合。在一个优选实施例中，标尺元件可以围绕基本上是矩形的区域。

优选地，标尺元件包含在测量方向上彼此邻近布置的标尺环或者由其形成。每个标尺元件可以由一个单个标尺环形成。每个标尺环可以完全围绕环区域并且形成闭环。

优选地，标尺元件是无源场影响元件。在这样的实施例中，存在包括被适配成产生磁场的至少一个发射线圈的发射电路。标尺元件改变磁场以便产生在测量方向上的场图案。

还优选的是，发射电路是传感器单元的部分。在一些实施例中，可以将单独的发射线圈分配给接收线圈组中的每一个。优选地，发射线圈围绕所分配的接收线圈组。也可能的是，为每个单独行的标尺元件提供一个发射线圈，使得一个单个发射线圈被分配给第一和第二接收线圈组。

全部的线圈和/或环可以是层状的。优选地，接收线圈和可选的还有至少一个发射线圈被提供在电路板上。电路板可以具有不同的层。接收线圈中的每一个可以由被布置在电路板的不同层上的第一导体和/或第二导体形成。

还有利的是，全部接收线圈组沿平行于测量方向的相应轴线延伸，并且每个接收线圈具有相对于该轴线的镜像对称的轮廓。

在从属权利要求、说明书和附图中公开了本发明的优选实施例。参照附图更详细地解释了本发明的以下优选实施例。在附图中：

图1示出了可以被配备有电感式传感器设备的测量仪器的示意性顶视图，

图2示出了包含标尺元件的标尺单元的一个实施例的示意性顶视图，

图3是包含发射电路和接收电路的传感器单元的实施例的示意图，

图4是示意性地图示了电感式传感器设备的功能原理的示图，

图5和图6a是被布置在电路板上的示例性接收线圈组的示意性透视图，

图6b是具有交错的接收线圈的接收线圈组的实施例的示意图，

图7示出了第一和第二接收线圈组和一行标尺元件的示意图，

图8示出了由于借助于标尺元件来改变磁场所产生的示意性场图案，

图9示出了取决于描述了在测量方向上的位置的位置变量x，由第一接收线圈组和第二接收线圈组所接收到的接收信号的第一空间相位和第二空间相位，

图10示出了取决于第一相位，第一空间相位与第二空间相位之间的相位差，

图11示出了另一实施例，其具有被分配给附加行的标尺元件的附加的第三接收线圈组，其中该附加的行在标尺元件之间具有恒定的间隔，

图12示出了另一实施例，其具有被分配给附加行的标尺元件的第三接收线圈组，该附加行的标尺元件具有变化的间隔，该间隔不同于另一行的标尺元件的间隔的变化，以及

图13示出了基于通过如在图11和12中示出的第一、第二和第三接收线圈组所获得的三个接收信号的空间相位的相位图案。

图1示出了以卡尺形式的示例性测量仪器20的示意图。卡尺被实现为数字卡尺，以用于测量物体的内钳口21和/或外钳口22之间的距离。借助于电感式传感器设备23来测量距离。电感式传感器设备23包括：可在测量方向M上相对于彼此移动的标尺单元24和传感器单元25。标尺单元24包含多个标尺元件26，该标尺元件26被布置在测量方向M上延伸的至少一行27中。标尺元件26被适配成产生在测量方向M上的场图案P（x）（比较图8），其中x是位置变量，其描述了在测量方向M上传感器单元25与标尺单元24之间的相对位置，并且在本示例中为传感器单元25沿着标尺单元24的位置。

在优选实施例中，标尺元件26包含导电材料。标尺元件26不相互连接，而是单独的非连接元件。如绘图中示意性图示的，每个标尺元件26由标尺环28形成，并且特别地由单个标尺环28形成。标尺元件26或标尺环28在本示例中分别是无源场影响元件，并且通过改变或修改磁场B来产生场图案P（x）。

根据优选实施例，电感式传感器设备23并且优选地传感器单元25包含发射电路32，该发射电路32具有至少一个发射线圈33和连接到至少一个发射线圈33的AC电压源34。由于交流电，发射线圈33产生磁场B，该磁场B具有在发射线圈33的导体或环周围的圆形场线。优选地，每个发射线圈33由一个单个环形成。

传感器单元25还包含：接收电路35，其具有至少第一接收线圈组36和第二接收线圈组37。接收线圈组36、37中的每一个包含至少两个接收线圈45（例如，比较图6b），每个接收线圈45在相应的端子38之间提供接收信号。接收信号对应于在相应的接收线圈45中感应的电压。感应电压被提供给接收电路35的评估单元39。评估单元39被适配成基于接收信号来确定在传感器单元25与标尺单元24之间的相对位置，并且在本实施例中，是基于来自两组线圈中的每一个的两个感应电压。根据一个接收线圈组36、37中的电压，可以确定第一空间相位。根据第二接收线圈组中的电压，可以确定第二空间相位。可以组合两个空间相位以用于位置确定。

要注意的是，在绘图中（除了图6b之外），仅为了简化说明，仅一个接收线圈表示相应的接收线圈组36和37。

第一接收线圈组36和第二接收线圈组37优选地沿着在测量方向M上延伸的共同的第一纵轴L1延伸（图7）。每个接收线圈组36、37的每个接收线圈具有相对于第一纵轴L1的镜像对称的形状或轮廓。优选地，第一和第二接收线圈组36、37是相同的。第一接收线圈组36可以在测量方向上移动到第二接收线圈组37上，以使得两个接收线圈组重合。

如图5和图6a中示意性图示的，接收线圈组36、37以及可选地至少一个发射线圈33可以被布置在共同的电路板40上。在这些实施例中，单独的发射线圈33被分配给第一接收线圈组36和第二接收线圈组37。相应的发射线圈33可以分别围绕相关联的接收线圈组36、37。在本实施例中，发射线圈33被布置在电路板40的一个共同的层40a上。未示出对AC电压源34的连接。

接收线圈组36、37的每个接收线圈45可以由在电路板43的不同层40a和40b中提供的第一导体41和第二导体42形成。在图5中，导体41、42中的每一个具有相对于第一纵轴L1的交替的伸展。导体在交叉位置43处彼此交叉而不在这些交叉位置43处电连接，因此形成线圈环44（还比较图7、11和12）。由于层40a和40b的距离z，导体41、42在垂直于电路板40在其中延伸的平面的方向（其垂直于高度方向H并且垂直于测量方向M）上偏移。

每个接收线圈45具有多个线圈环44，它们在测量方向M上彼此直接邻近地布置。

在根据图5的实施例中，导体41和42在一个层中的相应的接收线圈的端部之间具有连续的伸展。导体41、42在相应的接收线圈与端子38相反的一个端部上是短路的。

在不同的实施例中（图6a和6b），第一导体41和第二导体42分别被分离成单个导体部分41a和42a。在测量方向M上彼此直接邻近的两个第一导体部分41a通过第二导体42的一个第二导体部分42a电连接，以及反之亦然。与图5的实施例相比，这需要更高数量的通孔。但是该实施例允许在每个接收线圈组36、37中提供交错的接收线圈45，而不需要如图6b中示出的附加的层。如图示的，一个共同组的两个接收线圈45在测量方向M上沿第一纵轴L1移位了优选地四分之一个波长w。每组还可以包含多于一个接收线圈45。

在图5和6中示出的两个例子中，线圈环44的基本形状是相似的。在第一纵轴L1的一侧处，每个线圈环44具有由至少一个导体41、42的相应（一个或多个）部分的伸展所产生的正弦曲线轮廓。在第一纵轴L1的另一侧处，线圈环44的轮廓是镜像对称的。换言之，每个线圈环44由在第一纵轴L1的相应侧上的至少一个导体41、42的正弦曲线伸展的正半波和镜像对称的负半波形成。

在测量方向M上彼此直接邻近的交叉位置43之间的距离对应于半波长。每个接收线圈45的波长w是恒定的。接收线圈45的第一接收线圈组36和第二接收线圈组37可以具有相同的波长w（比较图7）。

在本实施例中，第一和第二接收线圈组36、37的长度相等。第一接收线圈组36和第二接收线圈组37沿第一纵轴L1彼此偏移了线圈距离d。该线圈距离d在测量方向M上比第一接收线圈组36和第二接收线圈组37的长度更长。因此，在第一接收线圈组36的一个端部与第二接收线圈组37的相应的邻近端部之间的第一纵轴L1处存在间隙。两个接收线圈组36、37并不重叠。

在图示的实施例中，标尺单元24在测量方向M上比具有接收线圈组36、37并且具有至少一个发射线圈33的传感器单元25更长。在其他实施例中，还将有可能的是，发射线圈33被提供在测量方向M上具有较长延伸的构件处，并且具有多个场影响标尺元件26的较短构件沿发射线圈33移动。关键特征在于产生了场图案P（x）并且接收线圈组36、37检测相应的场图案P（x）以用于位置确定。

图4中示出了电感式传感器的基本原理。至少一个发射线圈33产生磁场B。通过相应接收线圈组36、37的线圈环44的磁通量取决于在测量方向M上传感器单元25与标尺单元24之间的相对位置。每个接收线圈45的感应电压提供空间或位置相位。两个空间相位被用于在接收电路35中进行绝对位置确定。

根据第一实施例，仅提供一个单个行27的标尺元件26或标尺环28。标尺元件26优选地是矩形的。它们在测量方向M上具有环前部和在彼此对应的相反侧处的环后部。这意味着环前部可以在测量方向M上往回移位到环上，以使得环前部和环后部完全重合。在本实施例中，环前部和环后部在高度方向H上线性延伸。

取决于位置x，以变化的间距来布置一个共同行27的标尺元件26。共同行27的全部标尺元件26在测量方向M上具有相同的尺寸b。因此，变化的间距由变化的间隔s（x）产生，该变化的间隔取决于位置变量x（图2）。该间隔借助于非线性相位函数Φ来限定，该非线性相位函数Φ限定了第一接收线圈组36的包裹的第一相位φ₁和第二接收线圈组37的包裹的第二相位φ₂与位置变量x之间的关系：

(1)

(2)。

第一接收线圈组36的接收线圈45的耦合C₁、C₂如下：

(3)

(4)。

相位函数Φ(x)可以被定义如下：

(5)

并且Φ（x）是去包裹的（x）。

一般而言，有可能以级数的形式来指示相位函数Φ：

(6)。

在本示例中，相位函数Φ可以被定义如下：

(7)。

第一和第二接收线圈组36、37因此测量包裹的第一相位φ₁（x）和包裹的第二相位φ₂（x），如在图9中示出的。可以通过下式来确定包裹相位：

(8)

(9)。

如可以在图9中看到的，第二相位φ₂（x）比第一相位φ₁（x）更快速地倾斜。根据这两个相位，可以明确地确定位置x。本发明的优点在于，从一个单个径迹或行27测量两个相位，以使得可以特别是在高度方向H上减小电感式传感器设备23所需的空间。

图10示出了在其上可以通过图示点（φ₁（x），φ₂（x））的轨迹来明确地确定位置x的范围，这借助于在位置x中的增量，例如增量为0.02。在图10的图示中的点在左手边缘处从右手边缘继续以及在底部边缘处从顶部边缘继续。因此，轨迹点的行连续缠绕在环面周围。在它从不与自身交叉的范围内，每个轨迹点可以与一个特定位置值x明确地相关联。

在图10中，示意性地示出的是，由于噪声或其他干扰，测量点（在图10中的右图片中的叉形记号）可以从可能的轨迹点偏移。然后可以通过使用数学函数（比如最小二乘法）来估计位置，以便找到最接近通过图10中的叉形记号所示出的测量点的轨迹点。

评估单元39中用以确定位置x的确定可以借助于查找表或者通过基于相位函数Φ（x）进行计算来进行。在上面的示例中，包裹相位差Δφ如下：

(10)。

这是x的线性函数，其允许简单地确定x。对于远程传感器，表达式2k₂dx将远小于k₁。因此，位置x只能根据相位差在具有较低精度的情况下来确定。对于位置确定的更高精确度，第一相位φ₁或第二相位φ₂之一的依赖关系可以被直接用来计算位置值x。这样做时，可以建立借助于相位差的粗糙位置确定和通过仅使用相位中的一个的更精确的位置确定。

与上文描述的实施例不同，还有可能使用如图11和12中示出的第一行27a和第二行27b的标尺元件26。第一行27a对应于上面描述的第一接收线圈组36和第二接收线圈组37被分配到的单个行27。附加的第二行27b可以具有在第二行27b中的标尺元件的恒定的间距或间隔s，如图11中示出的。替换地，第二行27b中的间隔可以取决于位置x而变化，如图12中示意性图示的。传感器单元25的第三接收线圈组50被分配给标尺元件26的第二行27b。在本实施例中，第三接收线圈组50的长度比第一和第二接收线圈组36、37的长度更长。优选地，第三接收线圈组50的接收线圈45的波长w与第一和第二接收线圈组36、37的接收线圈45的波长w相同。第三接收线圈组50可以被提供在电路板40上。可以以类似的方式将附加的第三发射线圈33分配给第三接收线圈组50，如上面关于其他接收线圈36、37所描述的那样。第三接收线圈组50沿第二纵轴L2在测量方向M上延伸，并且相对于该第二纵轴L2是镜像对称的。第二纵轴L2平行于第一纵轴L1延伸。

在图11的示例中，第二行27b是没有相位调制的径迹（相位函数Φ_b）。与方程（8）和（9）类似，三个接收线圈组测量以下包裹相位：

(11)

(12)

(13)

其中第一接收线圈组36在一个（负）方向上移位了线圈距离d，并且第二接收线圈组37在相应的另一个（正）方向上相对于第三接收线圈组50移位了线圈距离d。相位函数Φ_a和Φ_b可以被定义如下：

(14)

(15)。

通过使用在第一行27a处的第一相位与第二相位之间的差，可以获得位置x的粗糙确定，其是简单的线性函数：

(16)。

通过将来自第一行27a的第一或第二相位中的一个与来自第二行27b的第三相位进行比较，可以获得用于估计位置x的更精确的分辨率，例如：

(17)。

在第三计算或估计步骤中，三个相位中的任何相位可以被用于最精确的分辨率以用于位置确定，优选地，第三相位φ₃（x）在标尺元件26之间具有恒定的间隔。

转到图12，行27a和27b两者都包含了在测量方向M上变化的间隔（s（x））。类似于方程（6），针对第一行27a的第一相位函数Φ_a和针对第二行27_b的第二相位函数Φ_b可以被定义如下：

(18)

(19)。

在一个优选实施例中，n = 2，以及。如关于图11所描述的，根据第一相位比较函数θ₁（x），可以通过使用第一相位与第二相位之间的相位差来实现位置x的粗糙确定：

(20)。

通过根据第二相位比较函数θ₂（x）来比较全部相位，可以获得用于位置确定的中等分辨率：

(21)。

精细分辨率可以在第三步骤中通过使用各个相之一（例如，第三相位φ₃（x））以确定位置值x来获得。

一般而言，可以选择全部上文提到的相位函数中的k_i的参数值，以便降低针对噪声的灵敏度。对于由一个精细间距1/k_a1分开的位置x的两个值，值θ₂（x）中的差应该是有关θ₂（x）的均方根噪声（RMS噪声）的某个倍数。类似地，对于由一个中间间距1/k_a1-k_b1）分开的位置x的两个值，值θ₁（x）中的差应该是有关θ₁（x）的均方根噪声（RMS噪声）的某个倍数。

图13示出了使用三个相位和相应的相位比较函数θ₁（x）和θ₂（x）的位置x的轨迹点的示例。

利用根据本发明的电感式传感器设备23，需要较小的空间，因为一行27a的标尺元件26是足够的。可以使用降低功耗的低采样率，这对于借助于电池或蓄电池等等来供给能量的测量仪器是重要的。仅相位测量是必要的，可以通过在评估单元39中使用简单的电子电路来实现该相位测量。耦合C₁和C₂可以与正弦曲线信号混合或者也可以与方波混合，并且过零定时可以被用来确定相位。当使用方波时，可以提供低通或带通滤波来去除方波中的谐波。可以通过使用比较器来获得过零检测。

在一些应用中，在移动的结束处具有更精确的位置确定可能是有利的，例如，当检测到机器部件移动到特定的端部位置中时，比如气缸冲程移动到延伸或缩回的端部位置中。标尺单元可以被定位成使得标尺元件之间具有较低间隔或间距的端部被分配给待测量的机器部件的特定端部位置。

本发明涉及电感式传感器设备23，其具有可以在测量方向M上相对于彼此移动的标尺单元24和传感器单元25。标尺单元包含被适配成产生在测量方向M上的场图案P（x）的标尺元件26，该场图案借助于传感器单元25的接收电路35来检测。接收电路35至少包含在测量方向M上被偏移的第一接收线圈组36和第二接收线圈组37。这样做时，分别由这些接收线圈组36、37来提供第一空间相位和第二空间相位。这些空间相位可以被用于绝对位置确定。

参考符号：

20 测量仪器

21 内钳口

22 外钳口

23 电感式传感器设备

24 标尺单元

25 传感器单元

26 标尺元件

27 标尺元件的行

27a 第一行的标尺元件

27b 第二行的标尺元件

28 标尺环

32 发射电路

33 发射线圈

34 电压源

35 接收电路

36 第一接收线圈组

37 第二接收线圈组

38 端子

39 评估单元

40 电路板

40a 电路板的层

40b 电路板的层

41 第一导体

41a 第一导体区段

42 第二导体

42a 第二导体区段

43 交叉方位

44 线圈环

45 接收线圈

50 第三接收线圈组

φ₁ 第一相位

φ₂ 第二相位

φ₃ 第三相位

Φ 相位函数

Φ_a 针对第一行的标尺元件的相位函数

Φ_b 针对第二行的标尺元件的相位函数

θ₁ 第一相位比较函数

θ₂ 第二相位比较函数

b 标尺元件在测量方向上的尺寸

d 线圈距离

H 高度方向

L1 第一纵轴

L2 第二纵轴

M 测量方向

P（x）场图案

S（x）间隔

w 接收线圈的波长

x 测量方向上的位置变量

z 层的距离

Claims

1.一种电感式传感器设备（23），其包括：

标尺单元（24），其具有标尺元件（26），所述标尺元件（26）被布置在测量方向（M）上延伸的至少一行（27，27a）中，并且被适配成产生在测量方向（M）上的场图案（P（x）），其中在一个共同行（27，27a）中以两个直接邻近的标尺元件（26）之间的间隔（s（x））来布置所述标尺元件（26），所述间隔沿着所述测量方向（M）变化，

传感器单元（25），其包括具有至少第一接收线圈组（36）和第二接收线圈组（37）的接收电路（35），所述第一接收线圈组（36）和第二接收线圈组（37）在测量方向（M）上是相对于彼此移位的，其中所述传感器单元（25）和所述标尺单元（24）可在测量方向（M）上相对于彼此移动。

2.根据权利要求1所述的电感式传感器设备，其中一个共同行（27，27a）的标尺元件（26）之间的间隔（s（x））取决于在测量方向（M）上的位置（x）借助于非线性函数来限定。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

所述接收电路（35）被适配成确定所述第一接收线圈组（36）和所述第二接收线圈组（37）的空间相位（φ₁，φ₂）。

4.根据权利要求3所述的电感式传感器设备，其中所述接收电路（35）被适配成基于所述第一和第二接收线圈组（36，37）的空间相位（φ₁，φ₂）来确定所述传感器单元（25）与所述标尺单元（24）之间的相对位置（x）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

所述第一接收线圈组（36）和所述第二接收线圈组（37）在测量方向（M）上以线圈距离（d）偏移，并且在测量方向（M）上沿共同的纵轴（L1）延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中在所述第一接收线圈组（36）与所述第二接收线圈组（37）之间，在测量方向（M）上存在间隙。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中所述第一接收线圈组（36）和所述第二接收线圈组（37）在测量方向（M）上具有相同的长度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中所述标尺单元（24）包括：附加行（27b）的标尺元件（26）。

9.根据权利要求8所述的电感式传感器设备，其中所述附加行（27b）的标尺元件（26）具有恒定的间隔。

10.根据权利要求8所述的电感式传感器设备，其中第一行（27a）标尺元件（26）具有由非线性第一函数限定的第一间隔，并且第二行（27b）标尺元件（26）具有由第二函数限定的第二间隔。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中所述传感器单元（25）包括：在高度方向（H）上邻近所述第一和/或第二接收线圈组（36，37）布置的第三接收线圈组（50），该高度方向（H）垂直于所述测量方向（M）延伸。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中每个标尺元件（26）具有在测量方向（M）的一侧处的环前部，和在测量方向（M）上的相反侧处的具有相同形状的环后部。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中所述标尺元件（26）包含标尺环（28）或由标尺环（28）形成，所述标尺环（28）在测量方向（M）上彼此邻近地布置。

14.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中每个接收线圈组（36，37，50）包含至少两个接收线圈（45）。

15.根据前述权利要求中任一项所述的电感式传感器设备，

其中存在包括被适配成产生磁场（B）的至少一个发射线圈（33）的发射电路（32），并且其中所述标尺元件（26）是被提供以影响所述至少一个发射线圈（33）的磁场（B）以产生场图案（P（x））的无源场影响元件。