用于确定至交变磁场源的距离的测量系统和方法

摘要

一种用于确定至交变磁场源（7）的距离（A）的测量系统，该测量系统包括磁性传感器装置（8）和与磁性传感器装置（8）相连接的评估设备（12），借助磁性传感器装置（8）能够记录交变磁场源（7）的交变磁场特征信号，并且借助评估设备（12）能够评估由磁性传感器装置（8）记录的交变磁场源（7）的交变磁场特征信号并将交变磁场特征信号转换成交变磁场源（7）与磁性传感器装置（8）之间的距离（A）。为了提出此类测量系统以及用于测量相应距离的相应方法，其中该方法也为受干扰环境提供了以最小的技术和结构耗费进行可靠且准确的从毫米到几百微米范围内的距离测量的可能性，磁性传感器装置（8）包括以彼此之间的固定距离（B）布置在运动轴（X）上的至少两个磁场传感器（9、10），交变磁场源（7）能够沿运动轴（X）关于磁性传感器装置（8）运动，并且记录在至少两个磁场传感器（9、10）中的交变磁场特征信号能在评估设备（12）中被接收并且能够被设置成彼此之间的关系（比值），以及至少两个交变磁场特征信号之间的比值能够被转换成交变磁场源（7）与磁性传感器装置（8）之间的距离（A）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定至交变磁场源的距离的测量系统，该测量系统包括磁性传感器装置和连接至该磁性传感器装置的评估设备，其中借助该磁性传感器装置能够记录交变磁场源的交变磁场特征信号，并且借助该评估设备能够评估交变磁场源的交变磁场特征信号并将该信号转换成交变磁场源与磁性传感器装置之间的距离。本发明还涉及一种用于测量磁性传感器装置与交变磁场源之间的距离的方法，其中借助磁性传感器装置来记录交变磁场源的交变磁场特征信号并且该信号被转发给评估设备以及在该评估设备中被转换成距离。 

背景技术

例如，由DE 102006046372B3公开了一种用于确定至交变磁场源的距离的测量系统，其中提供了与交变磁场源相关联的参考磁场源，该参考磁场源被布置在至交变磁场源或用于测量距离的磁性传感器装置的固定距离处。 

发明内容

基于以上所描述的现有技术，本发明的任务在于，提出一种用于确定至交变磁场源的距离的测量系统或相应的方法，利用该测量系统或方法能够可靠地且准确地以相对较小的技术和结构耗费来记录从毫米至几百厘米的范围内的距离。 

根据本发明，就用于确定至交变磁场源的距离的测量系统而言，该任务通过如下技术方案来解决：磁性传感器装置包括以彼此之间的固定距离布置在运动轴上的至少两个磁场传感器，其中交变磁场源能够在该运动轴上或者沿该运动轴关于磁场传感器装置运动，并且在评估设备中，记录在该至少两个磁场传感器中的交变磁场特征信号可被接收并且被设置成彼此之间的关系，并且该至 少两个交变磁场特征信号之间的这种关系（比值）可被转换成交变磁场源与磁场传感器装置之间的距离。 

就用于测量磁性传感器装置与交变磁场源之间的距离的方法而言，根据本发明，该任务通过如下技术方案来解决：借助以彼此之间的固定距离布置在交变磁场源的运动轴上的至少两个磁场传感器来记录交变磁场特征信号，以及在评估设备中，记录该至少两个磁场传感器的交变磁场特征信号并将这些信号设置成彼此之间的关系，该关系（比值）被转换成交变磁场源与磁性传感器装置之间的距离。 

借助以上所描述的测量系统或以上所描述的用于确定至交变磁场源的距离的测量系统，例如在不使用附加的运动元件的情况下可靠地且无磨损地、精确和可靠地测量例如汽车底盘的各个部件之间的距离是可能的。所进行的测量在从毫米直至几百厘米的范围内是准确的。 

根据本发明的测量系统的一个有利的实施方式，该测量系统的评估设备被设计成使得该至少两个交变磁场特征信号的比值可通过模拟技术形成并且被变换成取决于距离的电压。 

为此目的，该两个交变磁场特征信号被取对数，随后被相减，其中源于相减的差被再次直接解对数。可以在某些情形中放弃解对数，即，当布置在评估设备下游的应用能够以对数路径或距离信息工作时可以放弃解对数。 

替换地，使评估设备装备有微处理器或微控制器也是可能的，借助该微处理器或微控制器能够计算该至少两个交变磁场特征信号的比值并且将所确定的距离指派给计算出的比值。这涉及在微处理器或微控制器中进行处理信号之前的模拟信号预处理，借助该模拟信号预处理通过放大和/或取对数来将交变磁场特征信号变换成适于微处理器或微控制器的电压范围。随后，在微处理器或微控制器中通过数字技术来执行形成比值或商并将该比值或商指派给距离。 

在评估设备中存储表格是可能的，借助该表格可将所确定的距离指派给该至少两个交变磁场特征信号的计算出的比值，其中所存储的表格可以是为相应的应用专门设计的。 

每个磁场传感器可具有指派给它的优选为锁定放大器的放大器，和/或优选为锁定滤波器的滤波器，其中借助该滤波器，可从所记录的交变磁场特征信 号中移除外部信号分量。根据本发明的测量系统的一个有利的实施方式，磁性传感器装置被布置在机身上，第二机身可关于该机身移动，其中该第二机身具有布置在其上的交变磁场源。这两个组件可以例如是减震器设备的能够沿轴线朝彼此运动的组件。 

根据本发明的用于测量磁性传感器装置与交变磁场源之间的距离的方法的一个有利的实施方式，该至少两个交变磁场特征信号的比值是通过模拟技术来设计的并且被变换成取决于距离的电压。 

替换地，借助评估设备的微处理器或微控制器来计算该至少两个交变磁场特征信号的比值并将其指派给距离是可能的。 

附图说明

现在将借助一个实施例参考附图来详细解释本发明，其中 

图1示出具有根据本发明的测量系统的一实施方式的汽车减震器设备；以及 

图2示出根据本发明的用于确定减震器设备的能够彼此沿轴线运动的两个组件之间的距离的测量系统的一实施方式的原理表示。 

具体实施方式

如图1中所示的减震器设备1尤其在汽车工业中广泛地使用并且通常在各个底盘组件应当被布置成能够以可指定的距离彼此运动的情形中使用。 

图1中所示的减震器设备1的实施方式包括沿轴线Z布置成能够彼此运动的两个组件2、3。在减震器设备1的所示实施方式中，轴线Z由活塞杆4的轴构成。另外，减震器设备1的能够彼此运动的两个组件2、3具有布置在这两个组件之间的螺旋状弹簧5。 

如图1中所示的减震器设备1装备有图2中原理性示出的测量系统6，该测量系统6被用于确定减震器设备1的能够沿轴线Z彼此运动的两个组件2、3之间的距离。 

为此目的，在图1中的减震器设备1的较低组件3上提供交变磁场源7，该交变磁场源永久地固定或附连至组件3。减震器设备1的组件2具有布置在 其上的磁性传感器装置8，该磁性传感器装置8也永久地固定或附连至组件2。对于组件3上的交变磁场源7和组件2上的磁性传感器装置8的布置，将交变磁场源7和磁性传感器装置8放置在图2中所示的与轴线Z平行的运动轴X上是必要的，其中减震器设备1的两个组件2、3能够沿轴线Z彼此运动。 

交变磁场源7生成已知信号频率的电磁场。该电磁场是借助附图中未详细示出的诸如发电机之类的线圈实现的，其中该线圈与减震器设备1的组件3固定连接。 

用于测量交变磁场源7的电磁场的磁性传感器装置8被设计成在与交变磁场源7的信号频率的范围对应的范围内敏感。如已提及的，磁性传感器装置8与减震器设备1的组件2固定连接。 

磁性传感器装置8包括至少两个磁场传感器9、10。这两个磁场传感器9、10被任意地设计成对磁场灵敏的传感器元件，例如霍尔传感器、感应线圈或AMR、GMR或类似的传感器。 

磁性传感器装置8的这两个磁场传感器9、10以彼此之间固定的距离B布置在交变磁场源7的图2中所示的运动轴X上。因此，磁性传感器装置的这两个磁场传感器9、10以及交变磁场源7均布置在图2中所示的运动轴X上。 

借助诸如锁定滤波器11之类的滤波器将由磁性传感器装置8的两个磁场传感器9、10接收的交变磁场源7的交变磁场特征信号与外部信号分量分隔开。 

此处应当注意，磁场在空气中的近距离内的场强以因子1/r3下降，其中r表示磁场源与磁敏传感器元件之间的距离。磁场在空气中的近距离内的梯度以因子1/r4下降也是已知的。 

由于商或比值是从由磁性传感器装置8的两个磁场传感器9、10接收的交变磁场源7的两个交变磁场特征信号形成的，因而接收到独立于交变磁场源7的场强的取决于距离的值。 

关于信号处理和信号评估，测量系统6包括评估设备12，该评估设备12被指派给或连接至在减震器1的组件3上提供的磁性传感器装置8。 

由磁性传感器装置8的两个磁场传感器9、10记录的两个交变磁场特征信号的商或比值可通过模拟技术形成。为此目的，这两个交变磁场信号被取对数，随后被相减，其中源于相减的差随后被再次解对数。作为结果，可获得取决于 距离的线性电压。 

如果下游应用能够以对数路径信息工作，则可以放弃以上提及的解对数。替换地，借助微处理器或微控制器来执行信号评估或处理是可能的。在微处理器或微控制器13中处理交变磁场特征信号之前，执行模拟信号预处理。借助磁信号预处理，交变磁场特征信号通过放大和/或取对数而被变换成适于微处理器或微控制器13的电压范围。随后，通过数字技术在微处理器或微控制器13中形成比值和将所确定的值指派给交变磁场源7与磁性传感器装置之间的距离或间隙A，并且由此将所确定的值指派给减震器设备1的两个组件2、3之间的距离或间隙A。 

以上提及的放大可例如借助锁定放大器14来实现。 

在根据本发明的且在图1和2中示出的测量系统6的实施例中，达成了另一技术进步，即：交变磁场源7的交变磁场特征信号或者交变磁场源7的传输信号是用有用信号调制的载波信号、优选是经振幅调制的信号。在所示的实施例中，借助指派给测量系统6的评估设备12的控制单元15来向交变磁场源7提供载波信号。向交变磁场源7提供的载波信号的频率显著大于对应于交变磁场源7的交变磁场特征信号的低频有用信号的频率，通常比该低频有用信号的频率大一百倍。 

由于载波信号的较高频率，因而达成了良好的磁耦合，其中对低频有用信号的处理在低频范围内是可能的。对应于交变磁场特征信号的有用信号的恢复可在提供在评估设备12中的解调级16中借助任何已知的解调过程来实现。由于在低频范围内处理该有用信号，因而将评估设备12的微处理器或微控制器13设计得相对较慢并且由此成本低廉是可能的。 

在测量系统6被布置在减震器设备上的情形中，在评估交变磁场源7的交变磁场特征信号期间确定的梯度受通常包括铁磁钢的活塞杆4的显著影响。因此，交变磁场特征信号的该梯度不同于空气中的交变磁场特征信号的相应梯度。因应用而异的距离表例如存储在磁性传感器装置8或者评估设备12中，以执行必要的调整。 

为了增加根据本发明的上述测量系统6的操作可靠性并且为了确保无故障的操作，将评估设备12设计成能够借助其控制单元15来切换向交变磁场源 7提供的载波信号的频率是可能的。这将允许用载波信号的不同频率来执行测量。简单的表决算法被存储在评估设备12中，借助该算法得出交变磁场特征信号很可能不受干扰的结论是可能的。 

在操作减震器设备1时，交变磁场源7的场强可能例如因温度影响而显著变化。基于使用根据本发明的测量系统6对信号电压的测量以及从磁性传感器装置8的两个磁场传感器9、10中接收到的交变磁场特征信号形成的比值或商，距离测量将是高度准确的并且将独立于交变磁场源7的绝对场强。 

例如，如果例如在停止时执行汽车的水准测量（levelling），则借助不贵的微处理器或微控制器来执行以上所描述的用于测量、评估和处理的方法是可能的，其中可计及两个磁场传感器9、10的交变磁场特征信号。 

然而，如果要在汽车正在行驶时记录底盘组件的动态运动，则以上所描述的测量系统或下游应用能够以大致20-30Hz的运动频率工作是必要的。因此，以上所描述的根据本发明的测量系统能够在两种操作模式下操作。 

在第一操作模式下，借助评估设备12在由至少两个磁场传感器9、10记录的交变磁场源7的交变磁场特征信号的基础上确定距离A，其中当在第一操作模式下进行测量时，记录测得电压的绝对值并且形成商或重复提及的比值以获得距离A形式的独立于交变磁场源7的绝对场强的距离信息。 

从以此方式获得的数据，可以得出关于交变磁场源7的瞬时绝对场强的结论。在测量系统6的以下第二操作模式下，如果要获得快速且动态的测量，则可仅记录两个磁场传感器9、10中的一个磁场传感器的一个交变磁场特征信号。根据交变磁场源7的推导出的或计算出的绝对场强或源场强来比例缩放该所记录的交变磁场特征信号，并且随后将该交变磁场特征信号指派给磁性传感器装置8与交变磁场源7之间结果得到的相应距离。 

测量系统6的不同操作模式之间的切换可通过外部控制信号或者通过存储在评估设备12的信号处理单元中的算法来实现。