专利名称：包括提供幅度不同的信号的传感区域的传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及伪正弦信号传感器以及装备有这种传感器的轴承。
技术背景本发明特别适用于确定诸如轴承的转动件相对于所述轴承的固 定件的位置或转速之类的角数据的领域。从文件FR-A1-2 792 403中已知，为此使用了能发送伪正弦信号 的编码器和包括多个成直线地同等分布的传感元的传感器，这些传感元各能提供一个表示编码器所发送的信号的信号S"这个文件还预期 将这些信号Si组合以形成两个幅度相同的正交信号来表示转动件相对 于固定件的角位置。本发明还适用于测量变形，例如在文件FR-A1-2 869 980中所揭 示的那样，通过组合各传感区域所提供的信号形成幅度相同的正交伪 正弦信号。在这两种应用中，现有技术预期给来自传感区域的信号施加可变 的增益，以便能提供幅度相同的信号。此外，这些实施例还使得可以 改善所提供的信号的质量，特别是通过执行空间滤波以及通过减小传 感器对定位误差或对编码器性能缺陷的敏感度。这种通过电子放大器执行的放大特别是例如具有以下缺点 參噪声也得到放大，因此信噪比没有改善； *放大器特定的噪声将添加到信号上；以及 參可达到的增益范围受放大器电源电压的限制。 此外，在对必须与不放大的信号组合的信号执行放大时，对于这 两个信号来说信噪比将是不同的，这会限制所关联的设备的性能水平
发明内容
本发明的目的是通过提出一种传感器，特别是通过将这种传感器 的传感区域配置成能不需要对所提供的信号进行电子放大，来减轻这 些缺点。为此，按照第一方面，本发明提出了一种伪正弦信号传感器，所 述传感器包括多个传感区域，每个传感区域能提供一个表示要检测的信号的信号Si，这些传感区域配置成对于同一个检测信号至少有一个传感区域提供幅度与另 一个传感区域所提供的信号的幅度不同的信号Si。按照第二方面，本发明提出了一种装备有这样的传感器的轴承， 所述轴承包括一个固定件和一个转动件，其中，提供伪正弦位置信号 的编码器与转动件相互连接，而传感器与固定件相互连接，使得这些 传感区域配置在编码器所发送的信号的读取距离内。按照第三方面，本发明提出了一种装备有这样的传感器的耐摩轴 承，所述轴承包括一个固定件和一个转动件，在它们之间配置有滚动 体，以便使它们能够相对转动，引起伪正弦变形信号，其中这些传感 区域与一个构件相互连接以检测所述伪正弦信号。
从下面结合附图所作的说明中可以更清楚地看到本发明的其他特征和优点，在这些附图中图la-lc分别示出了第一实施例在配置传感器的传感元以形成提 供幅度特定的信号的传感区域方面的三个可选方案；图2a-2b示出了设计成能提供两个幅度相同的正交信号的传感器 的第二实施例的两个可选方案。
具体实施方式
本发明涉及伪正弦信号传感器，所谓伪正弦信号为任何本来是正 弦的、至少部分能用正弦曲线正确近似的信号。 为此，传感器包括多个传感区域l，每个传感区域能提供一个表示被检测的信号的信号Si。按照两种具体应用，伪正弦信号是转动件相对于固定件的角位置 信号，或者是构件的周期性变形信号。在第一种应用中，特别是在文件FR-A1-2 792 403中所预期的， 该信号可以用一个多极磁编码器发送。事实上，通过将这种编码器与 转动件相互连接，所发送的信号是伪正弦性质的，随着所述编码器相 对于传感器的角位置而改变。为了检测该磁伪正弦信号，传感区域1 可以包括特别是霍尔效应传感器或磁阻器。在第二种应用中，特别是在文件FR-Al-2 869 980中所预期的， 该信号由构件的周期性变形引起，传感区域1是配置在所述构件上的 应变仪。具体地说，应变仪可以是电阻性的、声表面波型的或磁型的。然而，本发明并不局限于这两种具体应用，可以应用于其他类型 的伪正弦信号，例如无论是机械、光、热还是声性质的伪正弦信号， 为了能感测所使用的信号，传感区域l的性质被相应地选择。按照本发明，传感区域1设计成对于同一个检测信号至少有一个 传感区域1提供幅度与另一个传感区域1所提供的信号的幅度不同的 信号Si。因此，通过经由传感区域l的具体布局调整信号Si的相应幅 度，可根据信号的预期使用情况不需要随后放大这些信号。按照图la-lc中所示的实施例，传感区域l是成直线地同等分布 的。传感区域l包括多个传感元2，传感元2的个数可以调整，以便 提供具有特定幅度的信号Si.为此，传感区域1的信号Si通过计算来自 一个区域的各个传感元 2的信号之和得出，这由传感器内为此配置的求和装置实现。图la-lc中，示出了四个传感区域l，两个外侧传感区域la各提 供幅度为内侧传感区域lb所提供的信号S2、 Ss的幅度的1.25倍的信 号^和S4。为了达到这个目的，外侧的区域la包括五个传感元2， 而内侧的区域lb包括四个传感元2，对于所有的区域l来说，这些传 感元是完全相同的。
此外，传感区域1示为定位在区域1的重心处的尺寸较大的单元3，这些单元成直线对准，根据要检测的伪正弦信号以特定的距离d 同等地分布开。因此，单元3相当于等效虚拟测量点，具有所希望的 增益。通过提供包括对信号Si进行线性组合的装置的传感器，就能以已 知方式形成两个幅度相同的正交伪正弦信号，而不需要利用放大。因 此，能用所述信号，特别是以内插器来确定角位置，或者确定伪正弦 信号的幅度。或者，也可以将信号Si组合以形成一个伪正弦信号，这相当于对 编码器所发送的信号进行空间滤波。按照图la的第一可选方案，传感元2以成直线地同等分布的方 式与传感区域l直线对准的方向垂直地排列。当然，区域l上的这组 传感元2的长度设计成使得每个传感元2检测幅度基本上相同的信号。按照图lb的第二可选方案，传感元2以成直线地同等分布的方 式沿传感区域1直线对准的方向排列。按照图lc的第三可选方案，传感区域1具有基本上是正方形的 几何形状，四个元2排列在拐角附近，而外侧区域la的第五传感元2 排列在所述正方形的中心。可以预期传感元2在区域1上的其他分布，特别是与所希望的增 益和伪正弦信号的特性有关。特别是，如果信号沿垂直或水平轴幅度 一致，优选的是分别按照第一和第二可选方案排列。如果信号在两个 方向上幅度都一致，这三个可选方案可能都是合适的。在区域1上使用较多的传感元2的优点;l使测量噪声降低到 (N)""倍，其中N是传感元2的个数。此外，本发明还使得可以改善 信噪比和可用增益的范围。按照另一个未示出的实施例，至少一个传感区域l包括至少一个 设计成提供具有特定幅度的信号Si的传感元2。特别是，传感区域l 的信号Si的幅度可以通过改变该传感元2的参数来调整。在一些具体 实例中，所使用的这个参数从包括传感元2的几何形状、它的偏置、
构成它的材料或这些参数的组合的组中选择。例如，对于霍尔效应传感器来说，输出信号的幅度可以通过下列措施增大"吏用霍尔常数较大的其他材料； 參增大传感器的偏置电流；以及 參减小它的宽度。在厚膜应变仪(压敏电阻器)的情况下，电压响应可以通过下列 措施增大拳增大应变仪的偏置电流； 參修改它的几何尺寸；"吏用不同的杨氏模量仪底座；以及 *使用具有较高电阻率的材料。 对于其他传感元2的技术，可以预期类似改变的参数，例如"斤用的材料的性质或其物理特性(掺杂、原子结构、.,.)； *磁阻技术的层数； 參传感元2的几何结构或形状；以及 *传感元2的偏置电流或电压。 当然，传感元2的数目及其特性可以组合起来，以便得到对于各 个输出信号的所希望的增益。图2a-2b示出了包括四个由子区域4组成的传感区域l的传感器 的实施例，所述子区域排列成使各区域l的重心成直线地同等以距离 d分布开。为了能以特定方式组合来自子区域4的信号，预期区域l 的各自布局，以便能形成幅度相同的信号U和W。具体地说，所示的 配置使得可以在内侧虚拟测量点得到为2的增益。按照图2a所示的第一可选方案，传感器包括四个相同的传感子 区域，它们成直线地同等以距离d分布开。四个子区域4a提供幅度相 同的信号Sp S2b、 S、b和S'2。每个外侧区域包括一个子区域4a,对于每个内侧区域，各自配置 了上下两个附加的子区域4b，附加的子区域4b与中央子区域4a之间的距离相同，而这两个内侧区域是相同的。这些附加的子区域4b分别 提供幅度相同的信号Sh、 S2c、 S'la、 S'lc。附加的子区域4b各设计成提供幅度比中央子区域4a的幅度小两 倍的信号。因此，假设编码器的伪正弦信号的幅度沿与直线对准的方向垂直 的轴改变#>少或者完全没有改变，就可以形成信号U = (S,S2b) - (S，lb-S，2)W = ( S2a + S2b + S2c) - ( S'la + S'lb + S，lc)而且，在虚拟测量点之间的距离d等于被测量的正弦信号的空间 周期的四分之一的情况下，信号U和W具有相同的幅度，而这是仅 通过构建而不放大来自这些传感区域的信号来实现的。按照图2b的第二可选方案，传感器包括六个相同的传感子区域个子区域。因此，两个外侧区域各包括一个子区域，而两个内侧区域 各包括两个子区域。因此可以形成以下信号或 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，在虚拟测量点之间的距离d等于被测量的正弦信号的空间 周期的四分之一的情况下，信号U和W具有相同的幅度，而这是仅 通过构建而不放大来自这些传感区域的信号来实现的。本发明还涉及两种特定的将传感器集成到包括固定件和转动件 的轴承中的技术。按照第一实施例，提供伪正弦位置信号的编码器与转动件相互连 接，而传感器与固定件相互连接，使得传感区域l配置在编码器所发 送的信号的读取距离内。按照第二实施例， 一些滚动体配置在转动件与固定件之间，以便 使它们能够相对转动，引起伪正弦变形信号。传感区域l与一个构件 相互连接以检测该伪正弦信号。
权利要求
1.一种伪正弦信号传感器，所述传感器包括多个传感区域(1)，每个传感区域能提供一个表示要检测的信号的信号Si，所述传感器的特征在于，这些传感区域(1)配置成对于同一个检测信号至少一个传感区域(1)提供幅度与另一个传感区域(1)所提供的信号的幅度不同的信号Si。
2. 权利要求l的传感器，其特征在于这些传感区域(1)是成直 线地同等分布的。
3. 如在权利要求1或2中所述的传感器，其特征在于所述传感 器还包括对于信号Si的线性组合装置，所述装置设计成形成至少一个 伪正弦信号。
4. 如在权利要求1至3中任一项中所述的传感器，其特征在于 至少一个传感区域(1)包括多个传感元(2)，传感元(2)的数目被 调整以便提供一个具有特定幅度的信号Si，所述传感器还包括用于计 算来自一个区域(l)的各个传感元的信号之和的装置，以便形成所述 区域的信号Si。
5. 如在权利要求1至4中任一项中所述的传感器，其特征在于 至少一个传感区域(1)包括被设计成提供一个具有特定幅度的信号 Si的至少一个传感元(2)。
6. 权利要求5的传感器，其特征在于传感元(2)的使得能获得 该特定幅度的参数从包括传感元(2)的几何形状、它的偏置、构成它 的材料、这些参数的组合的组中选择。
7. 如在权利要求1至6中任一项中所述的传感器，其特征在于 传感区域(1)由传感子区域(4)组成，所述传感器包括对于来自子 区域(4)的信号的线性组合装置，以便形成至少一个伪正弦信号。
8. —种装备有如在权利要求1至7中任一项中所述的传感器的 轴承，所述轴承包括一个固定件和一个转动件，其中，提供伪正弦位 置信号的编码器与转动件相互连接，所述传感器与固定件相互连接， 使得传感区域(1)配置在编码器所发送的信号的读取距离内。
9. 一种装备有如在权利要求1至7中任一项中所述的传感器的 耐摩轴承，所述轴承包括一个固定件和一个转动件，在固定件与转动 件之间配置滚动体，以便使固定件和转动件能相对转动，引起伪正弦 变形信号，其中传感区域(1)与一个构件相互连接以检测所述伪正弦 信号。
全文摘要
本发明涉及包括提供幅度不同的信号的传感区域的传感器。一种伪正弦信号传感器包括多个传感区域(1)，每个传感区域(1)能提供一个表示要检测的信号的信号S<sub>i</sub>，这些传感区域(1)配置成使得对于相同的检测信号至少有一个传感区域(1)提供幅度与另一个传感区域(1)所提供的信号的幅度不同的信号S<sub>i</sub>。本发明还涉及装备有这种传感器的轴承。
文档编号F16C41/00GK101113911SQ20071013812
公开日2008年1月30日 申请日期2007年7月26日 优先权日2006年7月27日
发明者克里斯托弗·杜莱特, 帕斯卡尔·德比奥勒 申请人:Snr轴承公司