專利名稱：磁性位移傳感器的制作方法
背景技術：
本發明涉及一種具有一其磁阻隨位移改變的磁路的磁性位移傳感器。更準確地說，本發明涉及一閥門位置傳感器，它采用了一磁路，該磁路有一磁源和一磁通量傳感器，該傳感器相對于一閥門和一標板固定安裝在一閥門操作件上，該閥門操作件形成一具有一隨閥門操作件的位移改變的磁阻的通量傳導通路。
磁性位移傳感器提供指示位移的電信號。通常，設置這樣的傳感器以提供一磁場或隨位移改變的磁通量和一探測磁場或磁通量的變化的傳感器。盡管可以有任意形式的位移，但通常的位移是旋轉的或線性的位移。由于一磁性位移傳感器探測第一構件相對于第二構件的位移，該傳感器的第一部分必需連接于該第一構件，而第二部分必需連接于該第二構件。
Riggs等的專利號為5,359,288的美國專利揭示了一用于一汽車懸掛系統上的線性位置傳感器。該傳感器包括一可伸縮移動部分和一固定部分。該移動部分包括諸永久磁鐵，這些磁鐵設置得使它們產生的磁場強度沿可移動部分的長度方向改變。該固定部分包括一探測由可移動部分上的諸磁鐵產生的磁場的磁性傳感器(例如一霍爾效應傳感器)。因此，隨著可移動部分相對于固定部分移動時，由該傳感器探測到的磁場就改變，該傳感器就產生一個表示該位移的信號。
Baba等的專利號為3,777,273的美國專利揭示了一使用兩個磁路回路的旋轉位移傳感器。該傳感器的一固定部分包括兩個磁通傳感器，每個磁路回路里有一個。該傳感器的可移動部分包括一根據移動部分的旋轉位置改變兩磁路回路的磁阻的非對稱部分。移動部分相對于固定部分的旋轉位移是根據通過每個通量傳感器的通量的比例測得的。
盡管Baba等和Riggs等各揭示了能精確測量位移的磁性位移傳感器，但是，象已有技術中的大多數磁性位移傳感器一樣，該傳感器的諸重要部分分別設在固定和移動部分上。所以，該傳感器的更換常使固定和移動部分均需要更換。此外，許多磁性傳感器(例如Baba等的)要求將待測的位移機械聯接于傳感器。
多種位移傳感器用于分配控制系統，這種系統使用了由遙控系統操縱的勵磁裝置，如閥門。常使用微處理器來監控和調節閥門位置。例如，一種閥門是由一壓力響應隔膜操作的。一如一軸的閥門操作件連接在該隔膜與該閥門之間，并直線移動以開/閉該閥門。一傳感器，如一電位計，聯接于該軸，并將一表示該軸的線性位移的信號提供給該微處理器。
另一種閥門是由一旋轉啟動器操作的。一如一軸的閥門操作件連接在旋轉啟動器與閥門之間。操作件或軸隨旋轉啟動器一起轉動以開/閉該閥門。一傳感器聯接于該軸，并將一表示該軸的旋轉位移的信號提供給微處理器。
磁性位移傳感器還用來感測線性和旋轉閥門操作件或軸的位移。這些傳感器通常使用一通量傳感器，該傳感器安裝于一固定構件并位于安裝于操作件或軸的一磁源的通路回路中。在用于一旋轉軸的一位移傳感器的一實例中，攜帶磁源的軸包圍于一偏心安裝的通量傳感器，使通過該通量傳感器的該磁路的操縱隨轉動位移而改變。在用于一線性移動的軸的一位移傳感器的一實例中，磁源的與通量傳感器面對的面積隨線性位移而改變。
上述勵磁裝置的一個共同問題在于，位移傳感器當超時工作后要變壞，因此需要更換。但是，對裝于可移動構件上的位移傳感器諸部分的更換是不容易的。
發明概要本發明涉及一個形成一通過固定部分和活動部分的磁路的磁性位移傳感器。該位移傳感器的固定部分包括一磁源和一磁通量傳感器。磁源提供一磁場，是磁通量的來源，磁通量傳感器位于一具有一固定磁阻的有損磁通路(lossy fluxpath)中。該傳感器的活動部分包括一標板，該標板總成了一個通過在標板與磁源之間的一個間隙的磁通傳導通路(flux conduction path)，該磁通傳導通路具有一隨位移變化的磁阻。該可變磁阻通路平行于固定磁阻通路，使當可變磁阻通路的磁阻變化時，通過磁通量傳感器(flux sensor)的固定磁阻通路中的磁通量也變化。
磁性位移傳感器可結合旋轉的和滑動的操作件使用。尤其是，標板連接于移動的閥軸，軸位移是由感測從固定磁源來的有損磁通(lossy flux)的固定的磁通量傳感器測量的。
本發明的一個方面涉及一磁通量發生器和用于一個感測第一與第二構件之間的相對位移的磁性位移傳感器的檢側裝置，其中，該位移傳感器有一個安裝于第二構件以形成一垂直于位移方向的磁通路的標板，并有一隨第一和第二構件之間的位移變化的磁阻。該磁通量發生器和檢側裝置包括一要安裝于第一構件上的箱體。磁鐵裝置安裝于該箱體以產生一磁通量。該磁鐵裝置有第一和第二磁極片，當箱體安裝于第一構件時該兩磁極片沿著磁通路與標板面對。一磁通量傳感器安裝于箱體上并位于第一和第二磁極片之間。
本發明的另一方面涉及一個感測第一與第二構件之間的相對位移的位移傳感器。該傳感器包括一要安裝于第一構件上的箱體。具有第一和第二磁極片的磁鐵裝置安裝于箱體上。一磁通量傳感器安裝于箱體上并位于第一與地二磁極片之間。要安裝于第二構件上的一標板組成一個在第一和第二磁極片之間的磁通路，該磁通路具有一隨第一和第二構件間的位移而變化的磁阻。
本發明的另一方面涉及一個具有待安裝于第一構件上的磁鐵裝置的位移傳感器，該磁鐵裝置有第一和第二磁極片。一磁路提供一在第一和第二磁極片之間的第一或主磁通路，該兩磁極片包含一待安裝于第二構件上的標板。該磁路還提供一在包含一磁通量傳感器的第一和第二磁極片之間的、具有固定磁阻的第二磁通路。該第二磁通路有一隨第一與第二構件間的位移變化的磁阻。
在一實施例中，標板有一表面，該表面的高度隨位移而變化，由此改變了在標板與磁鐵裝置間的間隙長度。在另一實施例中，標板有一表面，該表面的側邊與位移方向成一銳角，從而改變了在標板與磁鐵裝置間的間隙長度。而在又一實施例中，標板設計得使該標板的面對于磁鐵裝置的表面積隨位移而變化。
本發明的磁性位移傳感器還可被差分使用以補償在高度部分與活動部分間的間隙所出現的不希望的變化。在該差分實施例中，固定和活動部分形成兩個磁路，每個磁路有一標板通路(target path)和一有損通路。一磁路的標板通路的磁阻沿一給定方向隨位移而增大，而另一磁路的標板通路的磁阻則減小。通過根據兩磁路的磁阻計算位移量，能消除間隙空間不希望變化的作用。
在另一實施例中，標板包括一偏心凸輪或諸偏心凸輪，它或它們設置得可在一徑向定向的給定部分與該標板的凸輪表面之間提供一高度變化的間隙。
附圖簡要說明
圖1是本發明的位移傳感器的立體圖；圖2是本發明的位移傳感器的固定部分的立體圖；圖3是圖2所示的固定部分的正視圖；圖4是圖2所示的固定部分的側視圖；圖5是圖2所示的固定部分的仰視圖；圖6和7是表示圖1所示的位移傳感器的磁路的示意圖；圖8是圖6和7所示的磁路的等價回路的示意圖；圖9，如圖1所示的，是按照本發明的一修改的磁性位移傳感器的立體圖；圖10是表示圖9所示的位移傳感器的磁路的示意圖；圖11，如圖10所示的，是表示按照本發明的一修改的位移傳感器的磁路的示意圖；圖12是表示使用了多個圖9所示的磁性位移傳感器的、按照本發明的一修改的差分磁性位移傳感器的示意圖；圖13是圖12所示的差分磁性位移傳感器的標板的示意圖，用來說明該差分位移傳感器的操作；圖14，如圖12，是表示使用了多個圖1所示的磁性位移傳感器的、按照本發明的一修改的差分磁性位移傳感器的示意圖；圖15是按照本發明的另一修改的差分磁性位移傳感器的固定部分的示意圖；圖16是按照本發明的另一修改的差分磁性位移傳感器的一標板的俯視圖；圖17和18分別是按照本發明的另一修改的磁性位移傳感器的正視圖和側視圖；圖19是表示使用了多個圖17和18所示的磁性位移傳感器的、按照本發明的另一修改的差分磁性位移傳感器的側視圖。
最佳實施例的詳細描述圖1是按照本發明的最佳實施例的一磁性位移傳感器的立體圖。該磁性位移傳感器包括一固定部分10(詳細圖示在圖2-5)和一標板20。固定部分10安裝于一固定構件，如一閥箱上。該閥箱合適地包括通過安裝孔14緊固于部分10的一安裝臂12。標板20安裝于閥門的軸或桿22。圖1所示的該實施例設置得使軸22可沿軸線26沿箭頭24的方向作直線或往復移動。軸22是安裝在一閥門啟動器如一壓力響應的隔膜(未圖示)與以一種在已有技術里為人熟知的方式受控的閥門(未圖示)之間的一線性閥門操作件(linear valve operator)。軸22設置得可沿箭頭24的方向往復移動以開/關該閥門。
尤其如圖2-5所示，固定部分10包括在閥箱的兩側支撐永久磁鐵32和34的一箱體30。磁鐵32和34設置得使其中一磁鐵(如磁鐵32)的北極指向箱體30的頂部，而其南極(極端部33)指向箱體30的底部。另一磁鐵(如磁鐵34)的定向恰與磁鐵32的相反，即其北極(極端部35)位于箱體30的底部，而其南極則位于箱體30的頂部。磁鐵32和34最好是鋁鎳鈷合金V形磁鐵(Alnico V magnet)。最好是一永久磁鐵，因為它能容易地合并到傳感器內，并不需要一單獨的動力源。一磁場傳感器36，如一Allegro 3507 LU霍爾效應傳感器在磁鐵32的極端部33與磁鐵34的極端部35之間安裝在箱體30的底表面48上的一狹縫38中。傳感器36的諸導體聯接于導體墊片40上的諸單獨的接線端以連接于控制設備，如一微處理器。磁極片42安裝在箱體30的頂部并貼緊于磁鐵32的北極和磁鐵34的南極。磁極片42最好是由金屬片或鐵片制成以在磁鐵32的北極與磁鐵34的南極之間提供一低磁阻通路。磁極片42用一種合適的緊固技術(如粘接)緊固于箱體30和磁鐵32和34。磁鐵32和34和磁極片42組成一形成為一恒通量源的磁源，這是可以理解的。
在本發明的一種形式中，箱體30由一種適合的非磁性材料，如硬塑料組成。非磁性緊固件，如螺釘44和46將磁鐵32和34安裝到箱體上。用一種合適的粘結劑或緊固機構將傳感器36安裝在狹縫38中。
如圖1所示，標板20包括一相對于軸線26傾斜的表面50。標板20安裝于非鐵磁性基座或托架21上，該托架又安裝于軸或桿22并與部分10間隔開，使標板20有一均勻的厚度。標板20有一面對于部分10的底表面48的表面50，以在標板20與磁鐵32的極端部33之間形成一間隙52，并在標板20與磁鐵34的極端部35之間形成一間隙54。當軸22沿其軸線往復移動時，鑒于軸22的線性位置，間隙52和54的高度是變化的。標板20由一種適合的低磁阻材料，如金屬板或鐵板組成。標板20在極端部33和35之間沿與位移相垂直的方向設置一磁通路。由于空氣的磁阻明顯高于標板20材料的磁阻，經過標板20的磁通路的磁阻的變化主要是因當軸20的線性位置的變化而造成間隙52和54的高度的變化所引起的。可能還希望標板20的表面有少量彎曲度(見圖14)以補償隨間隙高度的變化引起的磁阻變化的非線性度。
圖6-8示出了圖1所示的磁性位移傳感器的磁路。如圖6和7所示，磁鐵32、磁極片42和磁鐵34提供了一沿循兩個主要磁通路的磁場。一個通路經過間隙54、標板20和間隙52。呈現為漏磁通和邊緣通量的有損通量的一第二通路56延伸通過在磁鐵32的磁極片33與磁鐵34的磁極片35之間的傳感器36。有損磁通路56的磁阻是由箱體30和傳感器36的結構決定的，因此是已知的。另一方面，通過間隙52和54的通路的磁阻至少部分取決于這些間隙的高度。
標板20與間隙52和54一起相對于有損的磁通路56形成一分路。間隙52和54的高度的變化所引起通過標板20的通路的磁阻的任何變化將改變該分路。由于兩磁鐵提供了一恒通量源，通過標板20的通路的磁阻的任何變化將改變通過那個通路的通量，從而改變通路56中的有損通量的大小。因此，通過傳感器36的通量取決于間隙52和54的高度，從而也取決于軸22相對于固定構件10的線性位置。圖8示出了一個等價磁路，圖示出由磁阻R52和R54組成的回路和與固定的磁阻R58和傳感器36并聯的標板20。如圖8所示，微處理器49如通過墊片40上的諸接線端(圖1-5)連接于傳感器36。微處理器49與閥門啟動器相連，從而以一種在已有技術里為人熟知的方式控制閥門位置。
盡管磁性位移傳感器的固定部分10如圖1所示的設置得使磁鐵32和34垂直于軸線26，進而使磁通路56和通過標板20的磁通路垂直于軸線26，在有些情況下，可較方便地將該固定部分10設置得使兩磁鐵、磁通路56和通過標板20的磁通路與軸線26對齊，或甚至與軸線26成其他的角度。這樣的一種變化可簡單地將固定部分10從圖1所示的位置以通常的角度如90°予以定向。另外，盡管圖1示出表面48平行于軸22的軸線26，實際上，可更方便地使表面48與標板20的面對的表面50相互平行。對此，例如通過將安裝臂12的軸線平行于斜面50就可辦到。由于磁性標板20的磁導率是空氣的幾千倍，通過標板20的磁阻的主要的變化是由間隙52和54的高度的改變而引起的。
圖9和10示出了按照本發明的一個變型而設計的磁性位移傳感器。如圖1所示的實施例，圖9和10所示的實施例設置得可使軸22沿軸線26朝著箭頭24的方向直線或往復移動。該磁性位移傳感器包括一固定部分10(它與圖2-5所示的固定部分相同)和一低磁阻標板70。固定部分10利用通過構件10上的安裝孔14緊固的安裝臂12安裝于一固定構件，如一閥箱上。標板70安裝于低磁導率材料制成的一底座或托架77上，該底座或托架又安裝于閥門的軸或桿22上。托架77可補償一旦有的軸或桿22的彎曲度，使低磁阻標板70的厚度均勻。標板70有一平行于軸22的軸線26的表面72。不像圖1中的標板20，標板70設計成錐形，使其兩側邊從一頂點74出發沿軸22朝處于不同軸向位置的基底76的方向移動，并成一銳角地延伸。固定部分10的表面48面對于標板70的表面72以在標板70的兩側邊與磁鐵32和34之間形成間隙78和80。當軸22移動時在表面72與表面48之間的間距要保持基本恒定，而標板70的寬度W則是變化的。因此，在標板70與磁鐵32之間的空氣隙的長度和在標板70與磁鐵34之間的空氣隙的長度是變化的。所以，當朝紙面內和從紙面里向外移動時，經過標板70的回路的磁阻是變化的，磁性傳感器36則產生一個表征位移的信號。
圖9和10所示的經過標板70的磁通路的磁阻是以磁鐵32和34的磁極片端部33和35經過標板70之間的間距d為依據的。該間距d等于間隙78和80與標板70的垂直于移動方向在與固定部分10面對的區域的寬度W之和。由于非磁性標板70的磁導率是空氣的幾千倍，磁阻的主要變化是因間隙78和80的長度的變化而引起的。小部分的磁阻變化則是因標板70的寬度W的變化而引起的。
圖11與圖10類似，表示了本發明的標板的另一變型設計。標板71的外型，除了在當標板71相對于固定部分10沿軸向移動時的任何軸向位移情況下標板71的目標表面(target surface)73與磁鐵32和34的端部33和35彼此面對，其兩側邊以一與圖9所示的類似的方式沿著移動方向成一銳角地傾斜延伸。因此，在表面73與磁極片端部33和35之間的間隙75是恒定的，但標板材料的寬度W隨位移而變化。如圖11所示，在標板71與磁鐵32和34之間的多數的磁通線將集中在與表面73面對的磁極片端部33和35區域內，只有小部分漏磁通從磁極片端部的極端向標板的兩側邊延伸。其結果，經過標板71在磁極片端部33與35之間的間距d等于間隙75(它保持常數)與標板71的垂直于移動方向在與固定部分10面對的區域的寬度W之和。
使用圖9和10的標板70或圖11的標板71的一磁路的磁阻隨位移的變化，由于標板材料的磁阻的非線性，會比使用圖1的標板20的一磁路的磁阻的變化更具一些非線性。但是，可通過根據試驗觀察和/或利用在微處理器49里的一試驗得出的位移的查閱表，以一非線性方式改變限定標板70或71的寬度的兩側邊的傾斜度，來補償磁阻的任何非線性的作用。也可通過在標板70的面對于磁鐵32和34的側邊上再加上倒棱邊82和84來補償標板70的非線性作用。
如上所述，本發明的位移傳感器在固定部分10與標板20、70之間有一間隙。必須準確控制這一間隙以使傳感器能精確測量位移。但是，機械零件的磨損將給位移傳感器帶來間隙，從而影響了傳感器的精確度。此外，振動和其他環境因素將使難以準確控制固定部分13與活動部分15之間的間隙。
為了克服與間隙控制有關的困難，可差動設置兩個位移傳感器以修正間隙誤差。圖12和13表示了一個差動傳感器，該差動傳感器包括一對如圖9所示的位移傳感器，具有相應的由聯動裝置(linkage)81(圖13)連接并與相應的標板70a和70b面對的固定部分10a和10b。標板70a和70b設置得使它們的兩對側邊沿著與其連接的移動構件的軸線朝相反方向呈一夾角地傾斜延伸。如此，標板70a的頂點沿軸向鄰近于標板70b的基底，而標板70a的基底則沿軸向鄰近于標板70b的頂點。
圖13表示了在一DMIN與DMAX之間的范圍內兩標板沿線82的直線位移。標板70a設置得從DMIN到DMAX磁阻是增大的，而從DMAX到DMIN磁阻是減小的。當標板70a從DMIN移到DMAX時，由固定部分10和標板70a組成的磁路的磁阻由RMIN變到RMAX。在中間位移DI處，磁阻為RMEASa。同樣，當70b在DMIN與DMAX之間移動時，由固定部分92和標板90組成的磁路的磁阻從RMAX變到RMIN。在中間位移D1處，磁阻為RMEASb。
如在固定部分與標板之間的間隙中引入了如由于被磨損或未對準引起的一個誤差，一個傳感器將過高估計實際的位移，而另一個傳感器則低估實際位移。更進一步，每個傳感器有相同的誤差。其結果，測得的位移的平均值將等于實際位移。因此，由于制造誤差、磨損和材料或環境因素引起的未對準均勻地影響諸固定部分和標板。
為了利用圖12和13的位移傳感器測量位移，從每個固定部分10a和10b中的磁路傳感器36來的輸出信號分別提供了輸出信號Va和Vb。兩個磁路傳感器的一個共同的差分輸出(differential output)是建立在下述關系式上的，即Vdiff.=Va-VbVa+Vb]]>但是也可使用其他已知的關系。因此，通過從固定部分10a和10b的傳感器36分別測量輸出信號，就消除了共同的形式誤差(mode error)。因此，差分信號是閥門操作件的位移的一種精確的表示。
圖14表示了一個差動傳感器，該差動傳感器包括一對如圖1所示的位移傳感器，具有與相應的標板20a和20b面對的相應的固定部分10a和10b。標板20a和20b被設置得使它們沿著與它們連接的活動構件的軸向方向朝相反的方向傾斜。如此，標板20a的表面50a朝著軸線26傾斜而標板20b的表面50b則背離軸線26傾斜。圖14所示的差分傳感器類似于圖12和13的操作。
如上所述，在如圖12-14所示的諸差分傳感器的諸實施例使用了兩個位移傳感器，而圖15表示的一個差分位移傳感器90則采用了三個磁鐵92、94和96，磁極片98和磁場傳感器100和102。除了其中的磁鐵94與差分對的兩磁路是共同的，它的操作方式與上面所述的相同。因此，磁鐵94是與磁鐵92和96相反地定向的。
也能為該差分傳感器采用單個標板。圖16是圖15的差分傳感器90的一俯視圖，相鄰設置了一個平行四邊形標板104。邊106和108每個邊與移動方向110成一銳角，當沿箭頭110所示的方向作直線移動時，一個磁路的磁阻增大而另一個磁路的磁阻減小了，從而如上所述提供了一差分的位移測量值。標板104可與所示的差分傳感器90結合使用，或與兩個如圖12-14所示的分開的傳感器結合使用。
圖17和18表示了一個與一旋轉啟動器結合使用的磁性位移傳感器。此時，所設置的一個旋轉啟動器120沿著箭頭124的方向繞著軸線122轉動(圖17)。標板126是一個偏心安裝于啟動器120的軸的圓柱凸輪。凸輪126由一種高磁導率材料(例如鐵)制成。凸輪126的表面128與固定部分10的表面48在整個間隙130內相對。固定部分10已在上面結合圖1-5予以說明了。
在圖17和18所示的傳感器的操作中，當啟動器軸120繞軸122轉動時，凸輪126就轉動，使表面128接近于或遠離于固定部分10的表面48。經過凸輪126的磁通路平行于軸線122并垂直于軸的旋轉平面。因此，根據軸120的不同的徑向位置，表面128與固定部分10的諸磁鐵之間的間隙130的長度就改變。間隙130的長度的變化改變了經過凸輪126的磁路的磁阻，從而如上所述改變了沿著在諸磁鐵之間和經過磁通量傳感器的有損磁通路的磁通量。
圖19表示了一個采用一對圖17和18所示的旋轉傳感器的磁性位移傳感器。在圖19所示的傳感器的情況下，如圖17和18所示，兩凸輪126a和126b偏心安裝于軸120，所不同的只是凸輪126a和126b偏置180°被偏心安裝使該兩凸輪之一個的表面移近于其相應的固定部分10a或10b，而另一個凸輪的表面遠離于其相應的固定部分10a或10b。如此，當凸輪126a的表面移近于固定部分10a時，而凸輪126b的表面則遠離于固定部分10b，反之亦然。固定部分10a和10b的磁通量傳感器提供信號以圖12-16所示的方式消除了共同的形式誤差。
為熟悉該領域的普通技術人員能理解的是，可通過圍著軸的軸線將圖9所示的標板70或圖16所示的標板104“包繞(wrapping)”起來以作徑向位置感測，而將用于旋轉位移傳感器的標板設計成軸向截面寬度可改變。那些熟悉該領域的普通技術人員也能認識到用其他類型的標板也可實現相同的功能。例如，一個由一種具有隨位移而改變的磁導率的材料制成的標板可適用于和本發明的位移傳感器結合使用。在任何情況下，標板不需要用特別的材料，如在前面諸傳感器中使用的Carpenter 49或HyMu 80材料。這樣，標板以及磁極片42均可代之以采用低級的導磁材料。
另外，本發明可通過使用鑄鋁鎳鈷磁鋼(cast Alnico)V磁鐵而實現，而不必使用較昂貴的稀土磁鐵或其他高成本的磁源。所以，可較便宜而高效率地實現本發明的傳感器。
本發明還提供一種具有可互換零件的磁性位移傳感器。尤其是，固定構件10可用于旋轉的和線性位移傳感器，這樣，通過在幾類或幾級傳感器中使用固定部分10的相同的模型，使涉及幾種模型和傳感器的幾種級別的制造和發明構思變得最簡單化。
為那些熟悉該領域的普通技術人員能意識到的是，盡管所圖示的不必20和70是安裝于高磁阻基座或托架上使在位移范圍內標板的厚度是基本上恒定的，然而，當在標板的正確的斜度情況下(在標板70的情況下平行于位移方向，或在標板20的情況下與位移方向成一銳角)閥桿自己提供一平表面時也能取消該托架。或者，托架可簡單地作為標板的整體性的一部分，此時，標板沿著位移方向其厚度是變化的，增加了傳感器的非線性，并需要通過根據試驗觀察和/或通過根據在此所述的試驗數據使用在微處理器里的諸查閱表來調節標板的形狀補償非線性。同樣，通過試驗調節相對于啟動器的旋轉軸線的凸輪偏離和在圖19所示的差分傳感器的情況下的諸凸輪的相對徑向位置，能提出如圖17-19所示的旋轉傳感器的線性度問題。
本發明提供一種不接觸磁性位移傳感器，這種傳感器減少了要求與被測量位移的物體相連的零件的數量。在許多用途中，標板能與其位移被測量的物體組成在一起。例如，能將一金屬活塞與一楔形部分或一偏心凸輪形成在一起，而楔形部分或偏心凸輪能與上述的傳感器的固定部分結合而形成磁路。
由于移動物體需要最少數量的零件，所以更換或維修傳感器只需要更換該固定部分。這一特點是特別有利的，因為許多已有的傳感器在傳感器的活動部分上采用了諸永久磁鐵和一在傳感器的固定部分上的磁場傳感器。由于永久磁鐵的磁場強度超時后會減弱，磁場傳感器會失靈，修理已有的傳感器常需更換活動部分和固定部分。通過將永久磁鐵和磁場傳感器結合為單個部分，就會減少維修和更換開支。
盡管結合諸實施例對本發明進行了描述，熟悉本領域的普通技術人員會認識到只要不離開本發明的精神和范圍，可從形狀到細節對本發明作變化設計。
權利要求
1.一種用于感測第一與第二構件間的相對位移的位移傳感器，它包括磁鐵裝置，它安裝于第一構件，該磁鐵裝置具有第一和第二磁極片端部；以及一磁路，它有一在第一與第二磁極片端部之間的第一磁通路，它包含一安裝于第一構件上且位于第一與第二磁極片端部之間的磁通量傳感器，該第一磁通路有一固定的磁阻；以及一在第一與第二磁極片端部之間的第二磁通路，它包含一安裝于第二構件上的標板，該第二磁通路有一隨第一與第二構件間的位移變化的磁阻。
2.如權利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，第一構件是一閥門的一箱體，第二構件是一閥門操作件，該位移傳感器感測閥門操作件相對于箱體的位移。
3.如權利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，標板包括一標板表面，該表面相對于磁鐵裝置設置得使在標板表面與相應的第一和第二磁極片端部之間形成第一和第二間隙，標板有一在第一與第二間隙之間的寬度，該寬度隨第一與第二構件之間的位移變化。
4.如權利要求3所述的位移傳感器，其特征在于，第一和第二間隙的每一個有一在第一與第二構件之間有相對位移時基本上恒定的長度。
5.如權利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，標板包括一標板表面，該表面相對于磁鐵裝置設置得使在標板表面與至少一個磁極片端部之間形成一間隙，該間隙具有一隨第一與第二構件之間的位移變化的長度。
6.如權利要求5所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面設置得使它與一第一與第二構件間的位移的方向之間夾一銳角。
7.如權利要求5所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面基本上平行于一位移方向，并包括至少一個與位移方向夾一銳角的側邊，間隙形成在該側邊與至少一磁極片端部之間。
8.如權利要求5所述的位移傳感器，其特征在于，相對位移是旋轉的位移，標板表面是圓筒形表面。
9.如權利要求8所述的位移傳感器，其特征在于，第二構件繞一軸線轉動，標板表面偏心于該軸線。
10.如權利要求5所述的位移傳感器，其特征在于，相對位移是直線位移，標板表面是一平面。
11.如權利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，標板由一種具高磁導率的材料制成。
12.如權利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，它包括處理器裝置，該裝置連接于磁通量傳感器，用于根據由該磁通量傳感器感測到的磁通量提供一表示位移的信號。
13.如權利要求1所述的位移傳感器，其特征在于，它包括一安裝于第一構件上的箱體；安裝于該箱體上的第一磁鐵裝置；安裝于該箱體并位于第一磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間的第一磁通量傳感器；一安裝于該箱體上、且位于第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間的一第三磁通路中的一第二磁通量傳感器；以及標板，該標板有至少一標板表面，該表面相對于第一和第二磁鐵裝置設置得使形成至少一在一位于標板表面與第一磁鐵裝置之間的第二磁通路中的第一間隙和一在一位于標板表面與第二磁鐵裝置之間的第四磁通路中的第二間隙，該第一和第二間隙具有各自的隨第一與第二構件間的位移相反地變化的長度。
14.如權利要求13所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面包括設置得與在第一與第二構件之間的位移方向夾一銳角的第一和第二側邊，第二磁通路形成于第一側邊與第一磁鐵裝置之間，第四磁通路形成于第二側邊與第二磁鐵裝置之間。
15.如權利要求13所述的位移傳感器，其特征在于，第一磁鐵裝置包括一第一和一第二永久磁鐵，第二磁鐵裝置包括該第二和一第三永久磁鐵，第一、第二和第三磁鐵形成通過在第一永久磁鐵與標板表面之間的第一間隙的第二磁通路，第四磁通路通過在第三永久磁鐵與標板表面之間的第二間隙。
16.如權利要求13所述的位移傳感器，其特征在于，它包括處理器裝置，該裝置連接于第一和第二磁通量傳感器，用于根據由第一和第二磁通量傳感器感測到的磁通量提供一表示位移的信號。
17.如權利要求16所述的位移傳感器，其特征在于，處理器裝置按照下面的關系式計算位移，即V1-V2V1-V2]]>式中V1是由第一磁通量傳感器感測到的磁通量的信號，V2是由第二磁通量傳感器感測到的磁通量的信號。
18.一種用于感測第一與第二構件間的相對位移的位移傳感器，它包括一安裝于第一構件上的箱體；安裝于箱體上的磁鐵裝置，該磁鐵裝置具有第一和第二磁極片端部；一安裝于箱體上且位于第一與第二磁極片端部之間的磁通量傳感器；以及一標板，它安裝于第二構件上以在第一與第二磁極片端部之間形成一磁通路，該磁通路具有一隨第一與第二構件之間的位移變化的磁阻。
19.如權利要求18所述的位移傳感器，其特征在于，第一構件是一閥門的一箱體，第二構件是一閥門操作件，該位移傳感器感測閥門操作件相對于閥門箱體的位移。
20.如權利要求18所述的位移傳感器，其特征在于，標板包括一標板表面，該表面相對于磁鐵裝置設置得使在標板表面與相應的第一和第二磁極片端部之間形成第一和第二間隙，標板有一在第一與第二間隙之間的寬度，該寬度隨第一與第二構件之間的位移變化。
21.如權利要求20所述的位移傳感器，其特征在于，第一和第二間隙的每一個有一在第一與第二構件之間有相對位移時基本上恒定的長度。
22.如權利要求18所述的位移傳感器，其特征在于，標板包括一標板表面，該表面相對于磁鐵裝置設置得使在標板表面與至少一個磁極片端部之間形成一間隙，該間隙具有一隨第一與第二構件之間的位移變化的長度。
23.如權利要求22所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面設置得使它與一第一與第二構件間的位移的方向之間夾一銳角。
24.如權利要求22所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面基本上平行于一位移方向，并包括至少一個與位移方向夾一銳角的側邊，磁通路包括一在該側邊與至少一磁極片端部之間的間隙。
25.如權利要求22所述的位移傳感器，其特征在于，相對位移是旋轉的位移，標板表面是圓筒形表面。
26.如權利要求25所述的位移傳感器，其特征在于，第二構件繞一軸線轉動，標板表面偏心于該軸線。
27.如權利要求22所述的位移傳感器，其特征在于，相對位移是直線位移，標板表面是一平面。
28.如權利要求18所述的位移傳感器，其特征在于，標板由一種具高磁導率的材料制成。
29.如權利要求18所述的位移傳感器，其特征在于，它包括處理器裝置，該裝置連接于磁通量傳感器，用于根據由該磁通量傳感器感測到的磁通量提供一表示位移的信號。
30.如權利要求18所述的位移傳感器，其特征在于，它包括安裝于箱體上的第二磁鐵裝置，該第二磁鐵裝置具有第一和第二磁極片端部；一安裝于箱體上且位于第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間的第二磁通量傳感器；以及標板，該標板有至少一標板表面，該表面相對于第一和第二磁鐵裝置設置得使形成至少一在標板表面與第一磁鐵裝置之間的第一間隙和一在標板表面與第二磁鐵裝置之間的第二間隙，該第一和第二間隙具有各自的隨第一與第二構件間的位移相反地變化的長度。
31.如權利要求30所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面包括設置得與在第一與第二構件之間的位移方向夾一銳角的第一和第二側邊，第一間隙形成在第一側邊與第一磁鐵裝置之間，第二間隙形成在第二側邊與第二磁鐵裝置之間。
32.如權利要求30所述的位移傳感器，其特征在于，第一磁鐵裝置包括一第一和一第二永久磁鐵；第二磁鐵裝置包括該第二和一第三永久磁鐵；第一、第二和第三永久磁鐵形成一通過在第一磁鐵與標板表面之間的第一間隙的第一磁通路和一通過在第三磁鐵與標板表面之間的第二間隙的第二磁通路。
33.如權利要求30所述的位移傳感器，其特征在于，它包括處理器裝置，該裝置連接于第一和第二磁通量傳感器，用于根據由第一和第二磁通量傳感器感測到的磁通量提供一表示位移的信號。
34.如權利要求30所述的差分位移傳感器，其特征在于，處理裝置按照下面的關系式計算位移，即V1-V2V1-V2]]>式中V1是由第一磁通量傳感器感測到的磁通量的信號，V2是由第二磁通量傳感器感測到的磁通量的信號。
35.一種用于感測第一與第二構件間的相對位移的差分位移傳感器，它包括安裝于第一構件上的第一和第二磁鐵裝置，該第一和第二磁鐵裝置的每一個具有第一和第二磁極片端部；一安裝于第二構件上的標板；一第一磁路，它具有一第一磁通路，它位于第一磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間，并包含一安裝在第一磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間的第一磁通量傳感器，第一磁通路具有一固定的磁阻；以及一第二磁通路，它位于第一磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間，并包含至少標板的一部分，第二磁通路具有一隨第一與第二構件之間的位移變化的磁阻；以及一第二磁路，它具有一第三磁通路，它位于第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間，并包含一安裝在第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間的第二磁通量傳感器，第三磁通路具有一固定的磁阻；以及一第四磁通路，它位于第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間，并包含至少標板的一部分，第四磁通路具有一隨第一與第二構件之間的位移變化的磁阻，第四磁通路中的磁阻隨第二磁通路中的磁阻的減小而增大。
36.如權利要求35所述的差分位移傳感器，其特征在于，第一和第二磁通量傳感器根據由第一和第二磁通量傳感器測得的磁通量提供一表示位移的信號。
37.如權利要求35所述的差分位移傳感器，其特征在于，處理裝置按照下面的關系式計算位移，即V1-V2V1-V2]]>式中V1是由第一磁通量傳感器感測到的磁通量的信號，V2是由第二磁通量傳感器感測到的磁通量的信號。
38.如權利要求35所述的差分位移傳感器，其特征在于，標板有一標板表面，該表面相對于第一磁鐵裝置設置得使在標板表面與第一磁鐵裝置之間形成一第一間隙而在標板表面與第二磁鐵裝置之間形成一第二間隙，標板表面包括其與第一與第二構件之間的位移的方向夾一銳角的第一和第二側邊，第一間隙包括一在第一磁鐵裝置與第一側邊之間的長度，第二間隙包括一在第二磁鐵裝置與第二側邊之間的長度。
39.一種用于感測第一與第二構件間的相對位移的差分位移傳感器，它包括一安裝于第一構件的箱體；安裝于該箱體的第一和第二磁鐵裝置，它們的每一個具有第一和第二磁極片端部；一第一磁通量傳感器，它安裝于箱體上并位于第一磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間；一第二磁通量傳感器，它安裝于箱體上并位于第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間；以及一標板，它安裝于第二構件以在第一磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間形成一第一磁通路，并在第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間形成一第二磁通路，第一和第二磁通路的每個具有一隨第一與第二構件間的位移變化的磁阻，第一磁通路的磁阻隨第二磁通路的磁阻的減小而增大。
40.如權利要求39所述的差分位移傳感器，其特征在于，標板有一標板表面，該表面相對于第一磁鐵裝置設置得使在標板表面與第一磁鐵裝置之間形成一第一間隙而在標板表面與第二磁鐵裝置之間形成一第二間隙，標板表面包括其與第一與第二構件之間的位移的方向夾一銳角的第一和第二側邊，第一間隙包括一在第一磁鐵裝置與第一側邊之間的長度，第二間隙包括一在第二磁鐵裝置與第二側邊之間的長度。
41.一種閥門具有一箱體、一活動的閥門操作件和一用于感測該閥門操作件相對于該箱體的相對位移的位移傳感器，其中的該傳感器包括一安裝于箱體的第一部分，它具有一磁通量源和一磁性連接于該源的磁通量感測裝置；以及一安裝于該閥門操作件的標板，它具有一標板表面，該表面相對于該磁通量源設置得使在標板表面與源之間形成一間隙，該間隙隨閥門操作件與箱體之間的位移變化。
42.如權利要求41所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面設置得使它與一閥門操作件與箱體之間的位移的方向之間夾一銳角。
43.如權利要求41所述的位移傳感器，其特征在于，標板表面基本上平行于一位移方向，并包括至少一個與位移方向夾一銳角的側邊，間隙形成在該側邊與該磁通量源之間。
44.如權利要求41所述的位移傳感器，其特征在于，相對位移是旋轉的位移，標板表面是圓筒形表面。
45.如權利要求44所述的位移傳感器，其特征在于，閥門操作件繞一軸線轉動，標板表面偏心于該軸線。
46.如權利要求41所述的位移傳感器，其特征在于，相對位移是直線位移，標板表面是一平面。
47.一種用于感測第一與第二構件間的相對位移的位移傳感器，它包括一安裝于第一構件的第一部分，它具有一磁通量源和一磁性連接于該源的磁通量感測裝置；以及一安裝于第二構件的標板，它具有一標板表面，該表面相對于該第一部分設置得使在標板表面與第一部分之間形成第一和第二間隙，該標板具有一在第一與第二間隙之間的、隨閥門操作件與箱體之間的位移變化的寬度。
48.如權利要求47所述的位移傳感器，其特征在于，第一和第二間隙中的每個間隙有一當在第一與第二構件之間移動時基本上保持恒定的長度。
49.一種用于一感測第一與第二構件之間的位移用的磁性位移傳感器的磁通量發生器和檢側裝置，該位移傳感器具有一標板，該標板安裝于第二構件以形成一垂直于位移方向的、具有一隨第一與第二構件之間的位移變化的磁阻的磁通路，該檢側裝置包括一安裝于第一構件的箱體；安裝于箱體的磁鐵裝置，用于產生一磁通量，該磁鐵裝置具有第一和第二磁極片端部，當該箱體安裝于第一構件時該兩個磁極片端部沿著磁通路與標板面對；以及一安裝于箱體并位于第一與第二磁極片端部之間的磁通量傳感器。
50.如權利要求49所述的裝置，其特征在于，第二磁通路形成在第一與第二磁極片端部之間并通過磁通量傳感器，第二磁通路有一固定的磁阻。
51.如權利要求49所述的裝置，其特征在于，它包括安裝于箱體上的第二磁鐵裝置，該第二磁鐵裝置有第一和第二磁極片端部，當箱體安裝于第一構件時這兩磁極片端部與標板面對；以及一安裝于箱體并位于第二磁鐵裝置的第一與第二磁極片端部之間的第二磁通量傳感器。
52.如權利要求51所述的裝置，其特征在于，第一磁鐵裝置包括一第一和一第二磁鐵裝置，第二磁鐵裝置包括該第二和一第三永久磁鐵，第一磁鐵的一端形成第一磁鐵裝置的第一磁極片端部，第二磁鐵的一端形成第一磁鐵裝置的第二磁極片端部，第二磁鐵裝置的第一磁極片端部和第三磁鐵的一端形成第二磁鐵裝置的第二磁極片端部；該裝置還包括與諸磁極片端部相對的、第一、第二和第三磁鐵的諸磁極片橋接端。
53.如權利要求49所述的裝置，其特征在于，磁鐵裝置包括一第一和一第二永久磁鐵，第一磁鐵的一端形成第一磁極片端部，第二磁鐵的一端形成第二磁極片端部；該裝置還包括與諸磁極片端部相對的、第一和第二磁鐵的諸磁極片橋接端。
全文摘要
一種位移傳感器感測第一與第二構件間的相對位移并包括一安裝于第一構件上的箱體。具有第一和第二磁極片端部的磁鐵裝置安裝于箱體上。一磁通量傳感器安裝于箱體上并位于第一與第二磁極片端部之間。一標板安裝于第二構件以形成一在第一與第二磁極片端部之間的、具有一隨第一與第二構件間的位移變化的磁阻。該種設置形成一通過磁通量傳感器的、具有一固定磁阻的第一有損磁通路和一通過標板的主磁通路。在一種形式里標板有一表面,該表面設計得可提供隨位移變化的間隙高度。在另一形式里標板有一表面,該表面設計得可提供隨位移變化的間隙寬度。該傳感器可通過設置兩個這樣的傳感器而被差分使用。
文檔編號G01D5/18GK1203660SQ96198674
公開日1998年12月30日 申請日期1996年11月12日 優先權日1995年11月14日
發明者帕特里克·約翰·迪爾格, 肯頓·尼萊·迪爾施耐德, 馬文·杰里·塞亞薩 申請人:費希爾控制國際公司