專利名稱：包括提供幅度不同的信號(hào)的傳感區(qū)域的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及偽正弦信號(hào)傳感器以及裝備有這種傳感器的軸承。
技術(shù)背景本發(fā)明特別適用于確定諸如軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)件相對(duì)于所述軸承的固 定件的位置或轉(zhuǎn)速之類的角數(shù)據(jù)的領(lǐng)域。從文件FR-A1-2 792 403中已知，為此使用了能發(fā)送偽正弦信號(hào) 的編碼器和包括多個(gè)成直線地同等分布的傳感元的傳感器，這些傳感元各能提供一個(gè)表示編碼器所發(fā)送的信號(hào)的信號(hào)S"這個(gè)文件還預(yù)期 將這些信號(hào)Si組合以形成兩個(gè)幅度相同的正交信號(hào)來表示轉(zhuǎn)動(dòng)件相對(duì) 于固定件的角位置。本發(fā)明還適用于測(cè)量變形，例如在文件FR-A1-2 869 980中所揭 示的那樣，通過組合各傳感區(qū)域所提供的信號(hào)形成幅度相同的正交偽 正弦信號(hào)。在這兩種應(yīng)用中，現(xiàn)有技術(shù)預(yù)期給來自傳感區(qū)域的信號(hào)施加可變 的增益，以便能提供幅度相同的信號(hào)。此外，這些實(shí)施例還使得可以 改善所提供的信號(hào)的質(zhì)量，特別是通過執(zhí)行空間濾波以及通過減小傳 感器對(duì)定位誤差或?qū)幋a器性能缺陷的敏感度。這種通過電子放大器執(zhí)行的放大特別是例如具有以下缺點(diǎn) 參噪聲也得到放大，因此信噪比沒有改善； *放大器特定的噪聲將添加到信號(hào)上；以及 參可達(dá)到的增益范圍受放大器電源電壓的限制。 此外，在對(duì)必須與不放大的信號(hào)組合的信號(hào)執(zhí)行放大時(shí)，對(duì)于這 兩個(gè)信號(hào)來說信噪比將是不同的，這會(huì)限制所關(guān)聯(lián)的設(shè)備的性能水平
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提出一種傳感器，特別是通過將這種傳感器 的傳感區(qū)域配置成能不需要對(duì)所提供的信號(hào)進(jìn)行電子放大，來減輕這 些缺點(diǎn)。為此，按照第一方面，本發(fā)明提出了一種偽正弦信號(hào)傳感器，所 述傳感器包括多個(gè)傳感區(qū)域，每個(gè)傳感區(qū)域能提供一個(gè)表示要檢測(cè)的信號(hào)的信號(hào)Si，這些傳感區(qū)域配置成對(duì)于同一個(gè)檢測(cè)信號(hào)至少有一個(gè)傳感區(qū)域提供幅度與另 一個(gè)傳感區(qū)域所提供的信號(hào)的幅度不同的信號(hào)Si。按照第二方面，本發(fā)明提出了一種裝備有這樣的傳感器的軸承， 所述軸承包括一個(gè)固定件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件，其中，提供偽正弦位置信號(hào) 的編碼器與轉(zhuǎn)動(dòng)件相互連接，而傳感器與固定件相互連接，使得這些 傳感區(qū)域配置在編碼器所發(fā)送的信號(hào)的讀取距離內(nèi)。按照第三方面，本發(fā)明提出了一種裝備有這樣的傳感器的耐摩軸 承，所述軸承包括一個(gè)固定件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件，在它們之間配置有滾動(dòng) 體，以便使它們能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起偽正弦變形信號(hào)，其中這些傳感 區(qū)域與一個(gè)構(gòu)件相互連接以檢測(cè)所述偽正弦信號(hào)。


從下面結(jié)合附圖所作的說明中可以更清楚地看到本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中圖la-lc分別示出了第一實(shí)施例在配置傳感器的傳感元以形成提 供幅度特定的信號(hào)的傳感區(qū)域方面的三個(gè)可選方案；圖2a-2b示出了設(shè)計(jì)成能提供兩個(gè)幅度相同的正交信號(hào)的傳感器 的第二實(shí)施例的兩個(gè)可選方案。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及偽正弦信號(hào)傳感器，所謂偽正弦信號(hào)為任何本來是正 弦的、至少部分能用正弦曲線正確近似的信號(hào)。 為此，傳感器包括多個(gè)傳感區(qū)域l，每個(gè)傳感區(qū)域能提供一個(gè)表示被檢測(cè)的信號(hào)的信號(hào)Si。按照兩種具體應(yīng)用，偽正弦信號(hào)是轉(zhuǎn)動(dòng)件相對(duì)于固定件的角位置 信號(hào)，或者是構(gòu)件的周期性變形信號(hào)。在第一種應(yīng)用中，特別是在文件FR-A1-2 792 403中所預(yù)期的， 該信號(hào)可以用一個(gè)多極磁編碼器發(fā)送。事實(shí)上，通過將這種編碼器與 轉(zhuǎn)動(dòng)件相互連接，所發(fā)送的信號(hào)是偽正弦性質(zhì)的，隨著所述編碼器相 對(duì)于傳感器的角位置而改變。為了檢測(cè)該磁偽正弦信號(hào)，傳感區(qū)域1 可以包括特別是霍爾效應(yīng)傳感器或磁阻器。在第二種應(yīng)用中，特別是在文件FR-Al-2 869 980中所預(yù)期的， 該信號(hào)由構(gòu)件的周期性變形引起，傳感區(qū)域1是配置在所述構(gòu)件上的 應(yīng)變儀。具體地說，應(yīng)變儀可以是電阻性的、聲表面波型的或磁型的。然而，本發(fā)明并不局限于這兩種具體應(yīng)用，可以應(yīng)用于其他類型 的偽正弦信號(hào)，例如無論是機(jī)械、光、熱還是聲性質(zhì)的偽正弦信號(hào)， 為了能感測(cè)所使用的信號(hào)，傳感區(qū)域l的性質(zhì)被相應(yīng)地選擇。按照本發(fā)明，傳感區(qū)域1設(shè)計(jì)成對(duì)于同一個(gè)檢測(cè)信號(hào)至少有一個(gè) 傳感區(qū)域1提供幅度與另一個(gè)傳感區(qū)域1所提供的信號(hào)的幅度不同的 信號(hào)Si。因此，通過經(jīng)由傳感區(qū)域l的具體布局調(diào)整信號(hào)Si的相應(yīng)幅 度，可根據(jù)信號(hào)的預(yù)期使用情況不需要隨后放大這些信號(hào)。按照?qǐng)Dla-lc中所示的實(shí)施例，傳感區(qū)域l是成直線地同等分布 的。傳感區(qū)域l包括多個(gè)傳感元2，傳感元2的個(gè)數(shù)可以調(diào)整，以便 提供具有特定幅度的信號(hào)Si.為此，傳感區(qū)域1的信號(hào)Si通過計(jì)算來自 一個(gè)區(qū)域的各個(gè)傳感元 2的信號(hào)之和得出，這由傳感器內(nèi)為此配置的求和裝置實(shí)現(xiàn)。圖la-lc中，示出了四個(gè)傳感區(qū)域l，兩個(gè)外側(cè)傳感區(qū)域la各提 供幅度為內(nèi)側(cè)傳感區(qū)域lb所提供的信號(hào)S2、 Ss的幅度的1.25倍的信 號(hào)^和S4。為了達(dá)到這個(gè)目的，外側(cè)的區(qū)域la包括五個(gè)傳感元2， 而內(nèi)側(cè)的區(qū)域lb包括四個(gè)傳感元2，對(duì)于所有的區(qū)域l來說，這些傳 感元是完全相同的。
此外，傳感區(qū)域1示為定位在區(qū)域1的重心處的尺寸較大的單元3，這些單元成直線對(duì)準(zhǔn)，根據(jù)要檢測(cè)的偽正弦信號(hào)以特定的距離d 同等地分布開。因此，單元3相當(dāng)于等效虛擬測(cè)量點(diǎn)，具有所希望的 增益。通過提供包括對(duì)信號(hào)Si進(jìn)行線性組合的裝置的傳感器，就能以已 知方式形成兩個(gè)幅度相同的正交偽正弦信號(hào)，而不需要利用放大。因 此，能用所述信號(hào)，特別是以內(nèi)插器來確定角位置，或者確定偽正弦 信號(hào)的幅度?；蛘撸部梢詫⑿盘?hào)Si組合以形成一個(gè)偽正弦信號(hào)，這相當(dāng)于對(duì) 編碼器所發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行空間濾波。按照?qǐng)Dla的第一可選方案，傳感元2以成直線地同等分布的方 式與傳感區(qū)域l直線對(duì)準(zhǔn)的方向垂直地排列。當(dāng)然，區(qū)域l上的這組 傳感元2的長度設(shè)計(jì)成使得每個(gè)傳感元2檢測(cè)幅度基本上相同的信號(hào)。按照?qǐng)Dlb的第二可選方案，傳感元2以成直線地同等分布的方 式沿傳感區(qū)域1直線對(duì)準(zhǔn)的方向排列。按照?qǐng)Dlc的第三可選方案，傳感區(qū)域1具有基本上是正方形的 幾何形狀，四個(gè)元2排列在拐角附近，而外側(cè)區(qū)域la的第五傳感元2 排列在所述正方形的中心。可以預(yù)期傳感元2在區(qū)域1上的其他分布，特別是與所希望的增 益和偽正弦信號(hào)的特性有關(guān)。特別是，如果信號(hào)沿垂直或水平軸幅度 一致，優(yōu)選的是分別按照第一和第二可選方案排列。如果信號(hào)在兩個(gè) 方向上幅度都一致，這三個(gè)可選方案可能都是合適的。在區(qū)域1上使用較多的傳感元2的優(yōu)點(diǎn);l使測(cè)量噪聲降低到 (N)""倍，其中N是傳感元2的個(gè)數(shù)。此外，本發(fā)明還使得可以改善 信噪比和可用增益的范圍。按照另一個(gè)未示出的實(shí)施例，至少一個(gè)傳感區(qū)域l包括至少一個(gè) 設(shè)計(jì)成提供具有特定幅度的信號(hào)Si的傳感元2。特別是，傳感區(qū)域l 的信號(hào)Si的幅度可以通過改變?cè)搨鞲性?的參數(shù)來調(diào)整。在一些具體 實(shí)例中，所使用的這個(gè)參數(shù)從包括傳感元2的幾何形狀、它的偏置、
構(gòu)成它的材料或這些參數(shù)的組合的組中選擇。例如，對(duì)于霍爾效應(yīng)傳感器來說，輸出信號(hào)的幅度可以通過下列措施增大"吏用霍爾常數(shù)較大的其他材料； 參增大傳感器的偏置電流；以及 參減小它的寬度。在厚膜應(yīng)變儀(壓敏電阻器)的情況下，電壓響應(yīng)可以通過下列 措施增大拳增大應(yīng)變儀的偏置電流； 參修改它的幾何尺寸；"吏用不同的楊氏模量?jī)x底座；以及 *使用具有較高電阻率的材料。 對(duì)于其他傳感元2的技術(shù)，可以預(yù)期類似改變的參數(shù)，例如"斤用的材料的性質(zhì)或其物理特性(摻雜、原子結(jié)構(gòu)、.,.)； *磁阻技術(shù)的層數(shù)； 參傳感元2的幾何結(jié)構(gòu)或形狀；以及 *傳感元2的偏置電流或電壓。 當(dāng)然，傳感元2的數(shù)目及其特性可以組合起來，以便得到對(duì)于各 個(gè)輸出信號(hào)的所希望的增益。圖2a-2b示出了包括四個(gè)由子區(qū)域4組成的傳感區(qū)域l的傳感器 的實(shí)施例，所述子區(qū)域排列成使各區(qū)域l的重心成直線地同等以距離 d分布開。為了能以特定方式組合來自子區(qū)域4的信號(hào)，預(yù)期區(qū)域l 的各自布局，以便能形成幅度相同的信號(hào)U和W。具體地說，所示的 配置使得可以在內(nèi)側(cè)虛擬測(cè)量點(diǎn)得到為2的增益。按照?qǐng)D2a所示的第一可選方案，傳感器包括四個(gè)相同的傳感子 區(qū)域，它們成直線地同等以距離d分布開。四個(gè)子區(qū)域4a提供幅度相 同的信號(hào)Sp S2b、 S、b和S'2。每個(gè)外側(cè)區(qū)域包括一個(gè)子區(qū)域4a,對(duì)于每個(gè)內(nèi)側(cè)區(qū)域，各自配置 了上下兩個(gè)附加的子區(qū)域4b，附加的子區(qū)域4b與中央子區(qū)域4a之間的距離相同，而這兩個(gè)內(nèi)側(cè)區(qū)域是相同的。這些附加的子區(qū)域4b分別 提供幅度相同的信號(hào)Sh、 S2c、 S'la、 S'lc。附加的子區(qū)域4b各設(shè)計(jì)成提供幅度比中央子區(qū)域4a的幅度小兩 倍的信號(hào)。因此，假設(shè)編碼器的偽正弦信號(hào)的幅度沿與直線對(duì)準(zhǔn)的方向垂直 的軸改變#>少或者完全沒有改變，就可以形成信號(hào)U = (S,S2b) - (S，lb-S，2)W = ( S2a + S2b + S2c) - ( S'la + S'lb + S，lc)而且，在虛擬測(cè)量點(diǎn)之間的距離d等于被測(cè)量的正弦信號(hào)的空間 周期的四分之一的情況下，信號(hào)U和W具有相同的幅度，而這是僅 通過構(gòu)建而不放大來自這些傳感區(qū)域的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。按照?qǐng)D2b的第二可選方案，傳感器包括六個(gè)相同的傳感子區(qū)域個(gè)子區(qū)域。因此，兩個(gè)外側(cè)區(qū)域各包括一個(gè)子區(qū)域，而兩個(gè)內(nèi)側(cè)區(qū)域 各包括兩個(gè)子區(qū)域。因此可以形成以下信號(hào)或 或 或 和U = ( St - S2a) — ( S，la - S，2);U = ( Si — S2a) 一 ( S，lb — S，2);U = ( St - S2b ) — ( S，la - S，2);U = ( Si - S2b ) - ( S，lb - S'2);W= (S2a + S2b) - (S'la + S'lb)
因此，在虛擬測(cè)量點(diǎn)之間的距離d等于被測(cè)量的正弦信號(hào)的空間 周期的四分之一的情況下，信號(hào)U和W具有相同的幅度，而這是僅 通過構(gòu)建而不放大來自這些傳感區(qū)域的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明還涉及兩種特定的將傳感器集成到包括固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件 的軸承中的技術(shù)。按照第一實(shí)施例，提供偽正弦位置信號(hào)的編碼器與轉(zhuǎn)動(dòng)件相互連 接，而傳感器與固定件相互連接，使得傳感區(qū)域l配置在編碼器所發(fā) 送的信號(hào)的讀取距離內(nèi)。按照第二實(shí)施例， 一些滾動(dòng)體配置在轉(zhuǎn)動(dòng)件與固定件之間，以便 使它們能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起偽正弦變形信號(hào)。傳感區(qū)域l與一個(gè)構(gòu)件 相互連接以檢測(cè)該偽正弦信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種偽正弦信號(hào)傳感器，所述傳感器包括多個(gè)傳感區(qū)域(1)，每個(gè)傳感區(qū)域能提供一個(gè)表示要檢測(cè)的信號(hào)的信號(hào)Si，所述傳感器的特征在于，這些傳感區(qū)域(1)配置成對(duì)于同一個(gè)檢測(cè)信號(hào)至少一個(gè)傳感區(qū)域(1)提供幅度與另一個(gè)傳感區(qū)域(1)所提供的信號(hào)的幅度不同的信號(hào)Si。
2. 權(quán)利要求l的傳感器，其特征在于這些傳感區(qū)域(1)是成直 線地同等分布的。
3. 如在權(quán)利要求1或2中所述的傳感器，其特征在于所述傳感 器還包括對(duì)于信號(hào)Si的線性組合裝置，所述裝置設(shè)計(jì)成形成至少一個(gè) 偽正弦信號(hào)。
4. 如在權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)中所述的傳感器，其特征在于 至少一個(gè)傳感區(qū)域(1)包括多個(gè)傳感元(2)，傳感元(2)的數(shù)目被 調(diào)整以便提供一個(gè)具有特定幅度的信號(hào)Si，所述傳感器還包括用于計(jì) 算來自一個(gè)區(qū)域(l)的各個(gè)傳感元的信號(hào)之和的裝置，以便形成所述 區(qū)域的信號(hào)Si。
5. 如在權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)中所述的傳感器，其特征在于 至少一個(gè)傳感區(qū)域(1)包括被設(shè)計(jì)成提供一個(gè)具有特定幅度的信號(hào) Si的至少一個(gè)傳感元(2)。
6. 權(quán)利要求5的傳感器，其特征在于傳感元(2)的使得能獲得 該特定幅度的參數(shù)從包括傳感元(2)的幾何形狀、它的偏置、構(gòu)成它 的材料、這些參數(shù)的組合的組中選擇。
7. 如在權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)中所述的傳感器，其特征在于 傳感區(qū)域(1)由傳感子區(qū)域(4)組成，所述傳感器包括對(duì)于來自子 區(qū)域(4)的信號(hào)的線性組合裝置，以便形成至少一個(gè)偽正弦信號(hào)。
8. —種裝備有如在權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)中所述的傳感器的 軸承，所述軸承包括一個(gè)固定件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件，其中，提供偽正弦位 置信號(hào)的編碼器與轉(zhuǎn)動(dòng)件相互連接，所述傳感器與固定件相互連接， 使得傳感區(qū)域(1)配置在編碼器所發(fā)送的信號(hào)的讀取距離內(nèi)。
9. 一種裝備有如在權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)中所述的傳感器的 耐摩軸承，所述軸承包括一個(gè)固定件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件，在固定件與轉(zhuǎn)動(dòng) 件之間配置滾動(dòng)體，以便使固定件和轉(zhuǎn)動(dòng)件能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起偽正弦 變形信號(hào)，其中傳感區(qū)域(1)與一個(gè)構(gòu)件相互連接以檢測(cè)所述偽正弦 信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括提供幅度不同的信號(hào)的傳感區(qū)域的傳感器。一種偽正弦信號(hào)傳感器包括多個(gè)傳感區(qū)域(1)，每個(gè)傳感區(qū)域(1)能提供一個(gè)表示要檢測(cè)的信號(hào)的信號(hào)S_i，這些傳感區(qū)域(1)配置成使得對(duì)于相同的檢測(cè)信號(hào)至少有一個(gè)傳感區(qū)域(1)提供幅度與另一個(gè)傳感區(qū)域(1)所提供的信號(hào)的幅度不同的信號(hào)S_i。本發(fā)明還涉及裝備有這種傳感器的軸承。
文檔編號(hào)F16C41/00GK101113911SQ20071013812
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者克里斯托弗·杜萊特, 帕斯卡爾·德比奧勒 申請(qǐng)人:Snr軸承公司