利用复合磁通量源的位置传感器

摘要

本发明公开了一种非接触位置传感器，该传感器检测两个物体之间的相对位移。磁通量源是由多个分立磁体提供，选择性确定所述多个分立磁体，来产生高度可构造的磁通量源，该磁通量源易于适应旋转或直线位移。由分立磁体所产生的单独磁通量场的相互作用被控制成相对于位移变化产生线性和非线性关系。通量聚集极片尺寸上进行优化，以便整合多个单独磁通量场，将其导向磁性传感器。

权利要求

1.一种用于阀组件的位置传感器，其中位置传感器包括：

磁通量源，用于产生预定义的磁场，该磁通量源由包括提供多个分立磁场的多个分立磁体构成，所述多个分立磁体为连续安放成一线性阵列，所述多个分立磁体之一位于该多个分立磁体的几何中心，其中所述位于几何中心的磁体提供磁性零位而其余多个分立磁体在所述磁性零位的每一侧上极性相反；以及传感器，该传感器放置在磁通量源附近，来检测由于磁通量源与传感器之间的相对位移所导致的预定义磁场变化。

2.如权利要求1所述的位置传感器，其中在由所述多个分立磁场共同产生的预定义磁场中的变化被设计成相互作用并形成一个复合磁场，该复合磁场根据传感器相对于所述多个单独磁场的位置来产生预定义的传感器输出信号。

3.如权利要求2所述的位置传感器，其中，传感器包括：

磁性传感器；

通量聚集极片，该通量聚集极片几何形状上成形为聚积所述单独磁场并引导该单独的磁场通过磁性传感器;以及处理装置，该处理装置连接到磁性传感器上，来提供代表传感器和磁通量源之间的位移的信号。

4.如权利要求2所述的位置传感器，其中，所述多个单独磁场的相互作用是由多个分立磁体的感应确定的。

5.如权利要求2所述的位置传感器，其中，传感器相对于所述多个分立磁体的相对位移是直线的。

6.如权利要求5所述的位置传感器，其中，磁场的变化相对于位移来说是基本线性的。

7.如权利要求3所述的位置传感器，其中，磁性传感器是霍尔效应传感器、磁电阻、巨磁阻桥或磁阀。

8.一种位置传感器，其中，位置传感器包括：

磁通量源，用于产生磁场，该磁通量源包括提供多个相邻磁场的多个分立磁体，所述多个分立磁体连续安放，该多个分立磁体定位在围绕一旋转轴线的恒定半径上，并且所述多个分立磁体以围绕所述旋转轴线相同的角度分布定位，所述多个分立磁体之一位于该多个分立磁体的中央，其中所述位于中央的磁体提供磁性零位而其余多个分立磁体在所述磁性零位的每一侧上极性相反；

磁性传感器；以及

处理装置，该处理装置连接到磁性传感器上，以提供一个代表磁性传感器和磁通量源之间的位移的信号。

9.如权利要求8所述的位置传感器，其中，磁性传感器相对于所述多个分立磁体的相对位移是转动的。

10.如权利要求8所述的位置传感器，其中，磁性传感器包括响应于磁场的电子器件和通量聚集极片，其中，所述多个相邻磁场形成相互作用的磁场，通量聚集极片适于聚积所述相互作用的磁场并引导该相互作用的磁场通过磁性传感器。

11.如权利要求10所述的位置传感器，其中，电子器件是霍尔效应器件、磁电阻、巨磁阻桥或磁阀。

12.如权利要求8所述的位置传感器，其中，各个磁场之间的相互作用以基本上线性的方式在代表位移的信号中产生变化。

说明书

利用复合磁通量源的位置传感器

[0001] 本申请涉及名称为“通信系统和方法”、1995年9月18日提交的美国专利US5451923；名称为“用于磁性位移传感器的通量成形极片”、1997年8月6日提交的美国专利US6060881；以及名称为“检测断裂阀杆的方法”、2001年4月17日提交的美国共同待审的美国申请09/836307，它们转让给与本专利申请相同的受让人，并由此合并于此作为参考。

技术领域

[0002] 本申请涉及用于测量两个物体之间的位移或位置的设备。更具体地说，公开了一种非接触位置传感器，该传感器具有可配置的磁通量源，该磁通量源用于检测控制阀上的阀杆位置。

背景技术

[0003] 工业加工厂在从食品加工厂内控制生产流程到大型油库中保持流体水平面的广泛用途中使用控制阀。通常是自动的控制阀通过起到如同可变节流孔或通道的作用来管理生产流程。通过移动内部阀部件、阀塞，可以精确控制通过阀体的产品量。控制阀通常利用致动器和远程操纵的仪器而是自动化的，该远程操纵的仪器在过程控制计算机和致动器之间通信，来指令阀内的流量变化，从而实现工厂管理者所希望的控制策略。位置传感器在保持精确过程控制中起到关键作用。

[0004] 当过程控制计算机发出改变流量的指令时，远程操纵的仪器必须读取当前的阀位置，并通过致动器施加适当的修正动作。典型的致动器有加压空气源驱动，而该空气源由远程操纵的仪器控制。例如，在用于滑动杆阀的弹簧和膜片致动器中，施加到大膜片上的气压变化导致膜片移动或位移。连接到膜片上的是致动器杆，而致动器杆又连接到阀塞上。通过改变施加于膜片的气压，远程操纵仪器可以直接定位阀塞，并因此控制通过控制阀的流量。为了正确控制流量，该仪器必须一直知道阀塞处于何处，以及响应新的指令阀塞必须移动到何处。这是通过在远程操纵的仪器和致动器杆之间连接一个位置传感器来实现的。位置传感器的输出可以直接连接到远程操纵的仪器上，来为精确阀控制提供杆位置反馈。

[0005] 传统的位置传感器，如电位计，需要动态或移动的机械联动机构，来将移动或位移耦合到传感器中。在存在湍流造成的机械振动的情况下，系统误差或不稳定性会由于在非常短的时间内累积数百万次运算循环而减小位置传感器的可靠性，机械联动机构还具有接触点或磨损点。在恶劣的工作条件下，不稳定简直会在磨损点处“锯开”机械联动机构，由此将阀杆与远程操纵的仪器断开。这种类型的灾难性故障损坏了阀控制，并因此必须予以避免。为了改善传感器的稳定性，传感器设计必须迁移到非接触位置检测方法。

[0006] 一种类型的非接触传感器设计是磁性位置传感器。磁性位置传感器通过将一个磁通量源，通常为磁体安装到第一物体上，而将传感器，如霍尔效应传感器安装到第二物体上，来检测两个物体之间的位移。磁通量源发出一个由传感器检测的磁场。产生相对位移的一个或两个物体的任何移动都会将磁场的不同部分呈现给传感器，由此改变传感器的输出。这个输出可以与致动器和阀杆之间的相对位置直接相关联。

[0007] 非接触位置传感器适应性非常强，并且可以测量各种形式的位移。但是，目前的非接触位置传感器通常受到将它们安装到移动元件上的方法的限制。在仍使用接触的动态联动机构来耦合位移的远程操纵的仪器中存在多种位置或反馈传感器的商用示例。一种这样的结构使用传统的蜗轮设备，来将转动运动直接耦合到非接触磁阻元件。尽管磁阻元件可以归类为非接触传感器，该运动实际上通过接触设备来进行转换，并将如同传统的基于联动机构的电位计那样遭遇可靠性降低的问题。

[0008] 另外，其他非接触位置传感器存在这样的问题，即它们不能够针对不同类型的位移测量(例如直线的和旋转的)来重新构造磁通量源，以提供预定义的输出。这些类型的位置传感器的示例可以在Riggs等人的美国专利US5359288、Wolf等人的美国专利US5497081以及Takaishi等人的美国专利US5570015中找到。

发明内容

[0009] 在此描述的位置传感器组件提供了一种非接触位置传感器，用来精确检测两个物体之间的相对位移，更具体的说，用来精确测量阀杆在控制阀组件中的位置。

[0010] 在一个实施例中，提供了一种利用多个分立磁体的具有高度可配置磁通量源的位置传感器，该位置传感器适于测量直线位移或旋转位移。这是通过磁性组件的受控设计来实现的。将单个磁体组装起来，以形成连续的复合磁通量场，由此产生可变物理形状的磁通量源。

[0011] 在另一实施例中，定制(programming)磁性组件可以预定行程和位置传感器输出之间的关系。通过预先定义磁场，然后定制多个分立磁体以协同产生所需的磁场，可以设计多种输出关系。

[0012] 另一实施例利用圆柱形磁体来形成旋转位置传感器，该旋转位置传感器在延长的旋转范围上具有高度线性输出特性。通过精确控制圆柱形磁体的长度和在传感器组件内的气隙，可以极大提高相应特性。

附图说明

[0013] 在此描述的位置传感器的特征和优点将在参照下面详细描述和附图时得以更好地理解，图中：

[0014] 图1A示出用来说明定位在磁通量源中心附近的磁性传感器的横截面图的方块图；

[0015] 图1B示出用来说明定位在磁通量源一端附近的图1A的磁性传感器的横截面图的方块图；

[0016] 图1C是说明对应于图1A的磁性传感器输出的曲线；

[0017] 图1D是说明对应于图1B的磁性传感器输出的曲线；

[0018] 图2A是安装到滑动杆致动器上来检测阀杆的直线位移的非接触位置传感器组件的透视图；

[0019] 图2B是图2A的完整非接触位置传感器组件的透视图，示出磁通量源和非接触位置传感器之间的互连；

[0020] 图2C是用于直线非接触位置传感器的传感器壳体和传感器组件的透视图；

[0021] 图3A是示出磁通量源的位置传感器的侧视图，该磁通量源包含多个为直线行程而定位的具有单独感应值的分立磁体；

[0022] 图3B是图3A的用于直线行程的位置传感器的俯视图，并示出磁通量源在传感器组件之内的横向位置和插入深度；

[0023] 图3C和3D是结合起来说明用于间歇为磁性传感器供能并调节脉冲输出信号以产生用于远程操纵仪器的模拟信号的电路的示意图；

[0024] 图4A是用于说明如现有技术中所描述那样放置并用作直线位移测量的磁通量源的单根棒状磁体的非线性末端效应的自由空间图；

[0025] 图4B是用来说明离散化的磁通量源的各分立磁体所产生的重叠磁通量场以及所形成的由通量聚集极片所聚集的复合磁场的自由空间图；

[0026] 图5A是所标注的圆柱形磁体托架的说明性侧视图，示出用于4.5英寸直线行程位置传感器的磁通量源中螺旋形取向的分立磁体的等距垂直间隔；

[0027] 图5B是用于直线位置传感器的螺旋取向分立磁体阵列的说明性俯视图，示出分立磁体在磁通量源内的角度旋转和磁通量源在传感器组件之内的横向位置和插入深度；

[0028] 图6是耦合到旋转轴上的旋转位置传感器的说明性透视图，其中，构成旋转磁通量源的多个分立磁体以围绕转动轴线均匀一致的角度分布定位；

[0029] 图7A是端部安装的旋转位置传感器的透视图，其中，圆柱形磁通量源在通量聚集基片的支腿之间转动；

[0030] 图7B是示出呈现线性输出特性的端部安装的旋转位置传感器的基准检测平面和最大转动角度的说明性端视图。

具体实施方式

[0031] 为了理解在此描述的位置传感器的优点，需要理解位置传感器的各部件以及它们如何工作来测量控制阀的位移。虽然优选实施例教导了与控制阀相关的位移测量，但是本领域技术人员也将意识到与其他位移测量用途的相关性。转到附图并首先参照图1A，示出非接触位置传感器的关键部件。

[0032] 在图1A中，传感器5位于磁通量源8附近。如众所周知的，磁通量源8提供一个连续的、三维磁通量场，这个场完全包围磁通量源8和传感器5。并且，传感器5是一种能够产生正比于围绕它的磁场10的电信号的装置。如本领域技术人员所已知的，所检测到的磁场10的大小相对于在磁场10内的位置加以变化。于是，传感器5的相对于磁场的位移或相对位置的任何变化将在传感器5的输出中产生相应变化，如图1C的曲线所示。这个关系将用来形成非接触位置传感器。

[0033] 在非接触位置或位移测量用途中，传感器5和磁通量源8安装在两个机械独立的物体(未示出)上。不使用任何动态或移动机械联动机构来将磁通量源8之间的相对位移耦合到传感器5中。在此参照图1A，传感器5和磁通量源8的相对位置将传感器5以D1所标识的位移放置在磁通量源8中心附近。图1C中相应的曲线示出对于D1的位移的传感器5的输出，该输出由V1标识。在图1B中，位移改变到由D2标识的新的位置，将传感器5放置到磁通量源8的端部附近。图1D中的相应曲线示出与传感器5在由磁通量源8产生的磁场10中的位置变化直接相关的传感器5的输出，该输出由V2标识。传感器5的输出信号中的这些变化用作两个机械独立物体之间的位移的直接测量值。连接到传感器5上的电路(未示出)处理传感器5的输出信号，以用在下面更详细解释的控制阀用途中。

[0034] 现在，参照图2A，图2A示出耦合到滑动杆致动器20上的位置传感器，以用于控制阀的自动控制。滑动杆致动器20适于直线运动(即，沿笔直的直线运动)。图2A的透视图示出位置传感器的磁性传感器组件11和磁通量源18a(在图3-7中更详细示出)是如何独立安装在滑动杆致动器20和远程操纵仪器19(只示出了远程操纵仪器的模块底座)之间的。

[0035] 如所已知的，滑动杆致动器20、远程操纵仪器19和控制阀(未示出)结合到一起来形成阀组件23。安装组件14将磁通量源18a安装到杆连接器27上。安装组件14由安装板15a和对齐板15b构成。杆连接器27利用杆连接器螺栓16a和16b连接在致动器杆17和阀杆21之间。

[0036] 未配备本位置传感器的典型阀组件的普通操作在美国专利US5451923中得以描述，该专利转让给Fisher控制国际公司(Fisher ControlsInternational Inc)，并合并于此作为参考。如所已知的，当移动阀塞的指令由远程操纵仪器19接收到时，加压空气被导向滑动杆致动器20，从而致动器杆17将移动。致动器杆17的任何位移都在磁通量源18a相对于传感器组件11的位置中产生一个变化。这个位置变化改变了传感器输出。输出信号被传送到远程操纵仪器19以用于处理，从而对阀塞(未示出)进行精确控制。图2B示出直线位置传感器30a的透视图。磁通量源18a和传感器组件11非常靠近地放置，以便充分将磁场10(图1A和图1B)耦合到传感器组件11上，但是在工作过程中不形成接触。

[0037] 现在参照图2C，传感器组件11安装在传感器壳体22内。传感器壳体22使得通量聚集极片32和磁性传感器35(下面将更详细描述)位置对齐。磁性传感器35和通量聚集极片32由支架38和两个螺钉24a和24b保持在传感器壳体22内。此外，通过将传感器壳体22直接集成到远程操纵仪器19内，电连接得以简化，并且与在危险环境中内在安全和防爆炸操作的工业规定相符合，这些都是本领域公知的。传感器壳体22由铝或其他任何适当的非磁性材料制成，并且适于容纳传感器组件11。

[0038] 现在参照图3A和3B，详细描述优选实施例内的磁通量源18a(图3A)和传感器组件11(图3B)。在优选实施例中，磁通量源18a被设计成测量直线行程，并在位移测量的整个范围上提供线性输出信号。例如，在位移上百分之十的变化将在位置传感器的输出信号中产生相应的百分之十的变化。位置传感器输出中的所有变化正比于位移的变化。线性输出关系在远程操纵仪器的功能上是至关重要的。通过形成位移的直接正比测量，不需要远程操纵仪器19或传感器电子设备13(图3C和3D)进行额外的处理来提供位置反馈。

[0039] 多个单独的或分立的圆柱形磁体50-72组装在矩形托架41上，以产生磁通量场18a。托架41的优选材料是非磁性的，如铝或塑料。在优选实施例中，二十三个分立磁体
50-72布置在托架41中，来形成能够测量大约4.5英寸直线行程的线性阵列。分立的磁体
50-72优选地由ALNICO8H制造，并垂直和水平对齐。在一个实施例中，磁体50-72利用环氧树脂，如来自3M of Saint Paul，Minnesota的2214结构粘结剂，安装在托架内。每个分立的磁体50-72直径大约0.1875英寸、长度大约0.1875英寸。单独的磁体在垂直方向上中心到中心的间隔大约是0.25英寸，在阵列的中心部分上提供大约4.5英寸的位移测量。托架41使得磁体阵列机械对齐，并利用杆连接器螺栓16a和16b直接安装到杆连接器27上，同时，安装组件14安装到杆连接器27上，如前面的图2A所示。

[0040] 正如本领域技术人员可以理解到的，在将远程操纵仪器19安装在致动器20上的过程中所出现的尺寸公差累积需要在阀组件23工作之前进行仪器标定。仪器标定是通过沿着行程的纵轴并在垂直于该纵轴的水平平面内进行粗略位置 对齐来实现的。不同于直接将运动耦合到传感器上的现有技术的联动机构，安装组件14的安装板15a和对齐板15b是静止的，并且只在安装过程中进行调节。磁通量源18a和传感器组件11的水平对齐在图3B中进一步得到描述。

[0041] 图3B中所示的俯视图清楚示出传感器组件11的U形通量聚集极片32。通量聚集极片32由两个L形部分33a和33b构成，这两个L形部分由高导磁性材料形成，优选地为来自Pennsylvania州的Carpenter读取技术公司(Carpenter Technology of Reading)的退火的 ，并且这两个L形部分彼此放置在镜像位置上。L形部分33a和33b在底部连接，且具有一个间隙，这个间隙适于接纳磁性传感器35并将每个L形部分33a和33b放置成与磁性传感器35紧密接触。每个L形部分33a和33b的方形横截面尺寸大约是
0.15英寸。优选的是，每个L形部分33a和33b深度大约是1.25英寸，而跨过底腿(base leg)的长度为0.445英寸，从而形成一个具有深度大约1.25英寸、宽度大约0.89英寸的外部尺寸的U形。在优选实施例中，磁性传感器35是Allegro 3516霍尔效应元件，但是同样也可以使用或添加其他类型的磁性传感器。

[0042] 磁性传感器35的输出由电路13处理(图3C和3D)。电路13提供磁性传感器35与远程操纵仪器19之间的接口。如图3C所示，一对连接器J1和J2从工业标准4-20mA电流回路接收功率。如本领域技术人员可以理解到的，用于磁性传感器35和电路13的功率可以从稳压电源电路产生，该稳压电源电路由来自California州Santa Clara的国家半导体公司(NationalSemiconductor)的LM285微功率基准电压二极管U2和无源元件R5、R6、R7、R10、R11、R12和C5设计。图3C和3D中的这些和其他器件的值/规格在表1中给出。

[0043] 为电路间歇供能可以减少磁性传感器35和电路13的功率消耗。磁性传感器35通过连接器J3连接到电路上，并通过N沟道场效应晶体管(FET)Q2以大约200Hertz进行功率开关或脉动。如本领域技术人员所理解的，嵌入式控制器U1，可从Arizona州Phoenix的微芯片技术公司(Microchip Technology)购得的PIC 12C508A，以及无源元件R1、Y1、C1和C2提供脉冲工作的时序和控制。来自磁性传感器35的脉冲输出信号必须经插值或重构，以形成一个可以由远程操纵仪器19所处理的模拟信号。FET Q1、运算放大器U3A(图30)、以及无源元件R2、R8、R13、R14、C3、C6和C7形成一个采样和保持电路，来重构模拟信号。运算放大器U3B和无源元件R3、R4、R9和C4调节(即调节增益和偏置)并过滤重构的模拟信号，来形成最终的输出信号。最终的输出信号或位置位移测量值通过连接器J4(图
3C)传递到远程操纵仪器19。最后，测试连接器J5可以微对磁性传感器35和电路13进行诊断评估(diagnostic evaluation)提供测试信号。

[0044]元器件 值/规格
R1 100kΩ
R2 634kΩ
R3 178kΩ
R4 86.6kΩ
R5 665kΩ
R6 24.3kΩ
R7 51kΩ
R8 221kΩ
R9 1MΩ
R10 665kΩ
R11 15kΩ
R12 60.4kΩ
R13 2MΩ
R14 1MΩ
C1 5.1pFd
C2 5.1pFd
C3 0.47μFd
C4 18pFd
C5 47μFd
U1 PIC12C508A
U2 LM285BYM
U3 OP281
Y1 131KHz
Q1 BSS138
Q2 BSS138
J1 CONN0611
J2 CONN0611
J3 CONN0411
J4 CONN0411
J5 CONN0611

[0045] 表1

[0046] 接着到图4B，通量聚集极片32收集来自磁通量源18a的磁场10，并将磁通量导向磁性传感器35，这将在下面详细描述。磁通量源18a大致垂直于传感器组件11安装，使得任何相对的水平位移不会造成磁通量源18a与通量聚集极片32的内支腿物理相接触。磁通量源18a穿过U形通量聚集极片32的开口、接合大约0.3125英寸。在磁通量源18a的每一侧上大约0.2英寸的气隙使得磁通量源18a对称定位在传感器组件11中。

[0047] 每个分立磁体50-72产生磁场。如所已知的，磁场的形状和密度与若干因素直接有关。这些因素中的两个是磁体的感应和磁体与外来磁场的相互作用。为了更好地理解磁通量源18a的独特性质，下面详细解释上述这些因素。

[0048] 磁体的感应是磁体固有的磁场强度的直接测量并且可以在制造过程中加以控制和定制。如所已知的，对于一个给定物理几何形状的磁体，它感应的增大在磁体的强度以及它的磁场密度方向产生相应的增大。通过控制分立磁体的感应，就以控制它的磁通量密度(即在给定体积内的磁通量多少)，并因此控制它的磁场。而且，不是由分立磁体所产生的任何附加或外来磁场可以与分立磁体所产生的磁场相结合。附加磁场的极性和密度可以“附加地”增大或减小围绕分立磁体的磁场。在此描述的磁路利用感应控制和外来磁场之间的相互作用二者，来产生一个可定制的磁通量源。

[0049] 如现有技术中所演示的，单根棒状磁体在利用磁体整个长度进行位移测量时存在困难。如图4A所示，在单根棒状磁体应用中的磁极的极化方向或取向平行于行程方向。这种磁极取向在磁极附近行程高度集中的磁场130a和130b。在这些密集磁通量区域内，磁力线之间的排斥力在磁场中造成极度非线性变化。如果单根棒状磁体用于位移测量，就需要传感器组件的电子设备进行特殊处理来产生线性输出。另外，磁体的长度可以增加大约75％，来忽略掉非线性末端效应，但是这种方法不必要地增加了制造成本，并由于物理长度的增大而限制了位置传感器的用途。在优选实施例中，磁通量源的长度可以基本等于要被检测的最大位移，并且不需要对输出信号加以特殊处理。

[0050] 图4B是只利用七个分立磁体50-56的优选实施例的自由空间图，以图形示出结合到一起来形成较大复合磁场10的磁场110-116。下面的磁理论适于解释多个分立磁体之间的关系。如图4B所示，单个磁场110-116不仅包围它所发源的分立磁体50-56，而且为相邻磁体提供交叉磁力线。所重叠的磁力线区域附加地结合，来形成一个更大的预先定义的磁场10，该磁场限定了整个磁通量源。在优选实施例中，每个分立磁体50-56的极轴垂直于相对运动方向取向，以便于叠置相继的磁场。通过控制每个分立磁体50-56的感应或强度并将它们放置成线性阵列，分立磁场110-116附加地结合，来形成一个可定制磁通量源，该磁通量源产生一个预先定义的磁场10。

[0051] 如前面所描述的，每个分立磁体具有特定量的磁能或与其相关联的感应。物理磁性体积、磁体几何形状、和磁体材料特性这些都规定了可以在磁体中驻留多少磁能。如本领域技术人员所公知的，每个分立磁体的感应可以利用传统磁体处理器来定制或标定，该磁体处理器诸如是Indiana州Indianapolis的磁性仪器公司(Magnetic Instrumentation Inc.)制造的Model990C 。在利用Model990C 时，考虑到上述所有磁体特性。下面给出的表2提供了用于图3A所示的线性阵列的感应值。

[0052]磁体号 目标 (高斯)
50 465.6
51 465.6
52 344.5
53 288.7
54 258.4
55 218.8
56 186.2
57 142.0
58 121.1
59 76.8
60 46.6
61 0
62 -46.6
63 -76.8
64 -121.1
65 -142.0
66 -186.2
67 -218.8
68 -258.4
69 -288.7
70 -344.5
71 -465.6
72 -465.6

[0053] 表2

[0054] 如前面所陈述的，并如表2所示出的，相继磁体的感应值以渐变的量变化，从而产生磁通量源18a的磁场10。分立磁体61位于阵列的几何中心，并定制为零高斯，以便在仪器标定过程中提供一个磁性零位，作为绝对基准。此外，为了提供绝对位移测量，分立磁体50-72在磁性零位的每一侧上极性相反。这个极性差由电路13(图4B中未示出)检测，并由远程操纵仪器19用作绝对位置测量。如所已知的，在表2的数值中的相反数学符号表示极性变化。正值被指定为在磁性零位之上的相对位移，而负值被指定为在磁性零位之下的相对位移。虽然优选实施例教导了具有线性输出关系的位置传感器，但应理解的是磁通量源固有的可定制性可以在不改变传感器组件电子设备的前提下提供多种位置传感器输出信号行程关系。离散化磁通量源的独特性质可以有效地适应各种形式的位移测量。这种适应在下文的替代实施例中详细加以描述。

[0055] 在直线用途的另一实施例中，在磁通量源内重新定位分立磁体来控制相互作用。如前面所述，优选实施例依赖于定制相邻分立磁体的感应以产生预定义的输出信号。回来参看图1A-1D，磁场中的物理位置确定了该磁场的实测强度。类似地，通过在相邻磁体之间产生空间或距离，可以控制分立磁体的表观强度，并因此可以控制它们的相互作用。

[0056] 图5A是替代实施例的侧视图。磁通量源18b的分立磁体50-72再次沿着托架42的纵轴46等距离间隔开。分立磁体50-72直径大约为0.125英寸，而长度大约为0.462英寸。托架42适于在中心到中心间距大约0.25英寸的状态下接纳分立磁体50-72。磁场相互作用是通过围绕磁通量源18b的纵轴螺旋取向或转动分立磁体50-72来加以控制的。如所已知的，通过在任一方向上增大远离磁体的间距，磁体的表观强度将减弱。在这个替代实施例中，在相邻磁体之间提供绕纵轴的精确角位移可以控制相邻磁场之间的相互作用。在这个替代实施例中，传感器组件11(未示出)与优选实施例中所解释的相同。从而，通过有计划地放置分离磁体50-72，可以产生预定义的输出信号。

[0057] 图5B是用于直线位置传感器的螺旋取向磁通量源18b的俯视图。该图示出分立磁体50-72的旋转基准平面126。磁通量源18b大约处于通量聚集极片32的第一和第二L形部分33a和33b之间的中心。下面所示的表3提供了利用所有都定制为大约457高斯的分立磁体50-72来从传感器组件11(未示出)获得基本上线性输出所需要的旋转角度的示例。

[0058]旋转角度
磁体号
(度)
50 10
51 43
52 70
53 71
54 71
55 74.5
56 79
57 80
58 82
59 85
60 89
61 90
62 91
63 95
64 98
65 100
66 101
67 106
68 109
69 109
70 110
71 137
72 170

[0059] 表2

[0060] 位置传感器的另一实施例在图6中示出。利用与优选实施例中类似的技术构造旋转非接触位置传感器30b。十五个分立磁体50-64在扇形托架43内以六度的均匀角度分布对齐。扇形托架垂直于旋转轴47安装，以产生转动磁通量源18c。再者，扇形托架43优选地由铝制成。转动磁通量源18c通过旋转安装组件79直接耦合到转轴75上。通量聚集极片的L形部分33a和33b、磁性传感器35、以及分立磁体50-64与上面描述的相同。下面给出的表4提供了图6所示的转动磁通量源18c的感应值。

[0061]磁体号 目标(高斯)
50 465.6
51 226.3
52 179.3
53 155.0
54 110.3
55 82.9
56 38.6
57 0.0
58 -38.6
59 -82.9
60 -110.3
61 -155.0
62 -179.3
63 -226.3
64 -465.6

[0062] 表4

[0063] 通过对每个分立磁体50-64的受控标定，图6所示的旋转位置传感器30b在转动行程和传感器输出之间提供了线性关系。线性输出工作特性在90度转动范围上提供。

[0064] 在此所描述的原理也可以应用到具有延长的线性工作范围的旋转位置传感器30c上。利用与以上参照图2C所描述的相同的通量聚集极片32的L形部分33a和33b以及磁性传感器，单根圆柱形棒状磁体39可以用作位置传感器的磁通量源。如图7A所示，旋转传感器30c被设计成提供一个以线性方式变化的输出。圆柱形磁体39在通量聚集极片32的第一和第二L形部分33a和33b之间转动，来提供一个基本上线性的输出信号。通过正确选择磁体长度，可以实现最大的线性度。对于通量聚集极片32，圆柱形磁体39的最优长度基本上是通量聚集极片32的L形部分之间的间隙宽度的三分之二。例如，在使用内部宽度为0.59英寸的优选实施例的通量聚集极片32的情况下，圆柱形磁体39的长度大约为0.385英寸。在这个替代实施例中，圆柱形磁体39的直径大约是0.1875英寸。如图所示，托架44将圆柱形磁体39安装到转轴75上。托架44适于围绕转轴75的轴线49安装到圆柱形磁体39上。此外，圆柱形磁体39穿过通量聚集极片32的开口插入大约0.3125英寸。

[0065] 如图7B所示，在110度的转动范围上提供线性输出工作特性，由此转动范围围绕等分通量聚集极片32的第一和第二L形部分33a和33b的平面119对称分布。等分平面119相对于磁性传感器的检测平面118以直角取向。

[0066] 在不脱离本发明的精髓和范围的前提下，可以在此处描述和图示的技术和结构中作出各种修改和变型。例如，铁磁材料构成的磁性分路可以放置在分立磁体附近或完全围绕每个分立磁体，来选择性减弱它的磁场，并因此控制它对相继的磁体的影响。另外，也可以利用在单个磁体之间的非均匀间隙或可变化的磁体长度。于是，应理解到的是，在此描述的方法和设备仅仅是说明性的，并不对本发明的范围加以限制。