(57)【要約】一組のコイルを備えるセンサー。一組のコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを含み、第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、それにより、近傍電磁界は、誘導結合を介して第２のコイルにエネルギーの少なくとも一部を提供し、一組のコイルを通過するように電流を誘導する。さらに、第１のコイル又は第２のコイルのうちの少なくとも一方の両端の電圧を測定する検出器を備え、検出器は電圧計を含む。最後に、電圧の値の変化を検出すると、一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するプロセッサを備え、標的構造体は、一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体である。
2019506618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイル及び第２のコイルを含む一組のコイルであって、前記第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、それにより、該近傍電磁界は、誘導結合を介して前記第２のコイルに前記エネルギーの少なくとも一部を提供し、該一組のコイルを通過するように電流を誘導するものと、
前記第１のコイル又は前記第２のコイルのうちの少なくとも一方の両端の電圧を測定する検出器と、
前記電圧の値の変化を検出すると、前記一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するプロセッサであって、前記標的構造体は、前記一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体であるものと、
を備えるセンサー。
【請求項２】
前記一組のコイルの各コイルは同じであり、前記標的構造体は、前記一組のコイルの各コイルと同じ標的コイルを含む、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
共振周波数を有する電力信号を介して前記第１のコイルに前記エネルギーを供給する電源であって、前記一組のコイルの各コイルは、共振周波数を有する電磁構造体であるものと、
を更に備える、請求項１に記載のセンサー。
【請求項４】
前記第２のコイルは、前記第１のコイルの共振周波数に近い共振周波数を有し、それにより、前記第１のコイルは検知コイルであり、前記第２のコイルは受動コイルである、請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は両方は、前記検出器と通信し、該検出器は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は両方の両端の電圧を検出する電圧計を含み、それにより、該電圧計によって測定される前記電圧の値は、前記第１のコイルの両端の第１の電圧及び前記第２のコイルの両端の第２の電圧のうちの一方、又は前記第１のコイルの両端の前記第１の電圧及び前記第２のコイルの両端の前記第２の電圧の両方を表し、前記プロセッサは、前記電圧の値に基づいて、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は前記第１のコイル及び前記第２のコイルの両方に対して、前記標的構造体の相対位置を求める、請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】
前記標的構造体は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は前記第１のコイル及び前記第２のコイルの両方に対して平行な平面において、軌跡に従って移動し、前記センサーは、
前記軌跡における前記標的構造体の一組の位置と前記電圧の一組の値との間のマッピングを記憶するメモリであって、前記プロセッサは、該マッピングを用いて前記標的構造体の前記相対位置を求めるもの、
を更に備える、請求項５に記載のセンサー。
【請求項７】
前記一組のコイルは、同じ形状を有し、それにより、前記標的構造体が前記近傍電磁界の外側にあるとき、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方は、閾値未満である、請求項５に記載のセンサー。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記近傍電磁界内に前記標的構造体が存在する間の、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方の大きさが、前記標的構造体が前記近傍電磁界の外側にあるときの、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方の大きさより小さいか又は大きい場合、前記一組のコイルに位置合わせされる前記標的構造体の前記相対位置を求める、請求項５に記載のセンサー。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方の大きさを、基準電圧と比較して、前記近傍電磁界内の前記標的構造体の存在を検出する、請求項５に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記一組のコイルは、第３のコイルを含み、該第３のコイル及び前記第２のコイルは、前記第１のコイルに隣接し、前記第３のコイル及び前記第２のコイルは、前記第１のコイルの共振周波数に近い共振周波数を有する、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記第１のコイルは、前記標的構造体の正面に対して垂直又は水平のうちの一方で、前記第２のコイルと前記第３のコイルとの間に配置され、その際、前記第２のコイル及び前記第３のコイルの各々の外面領域の少なくとも１５％が、前記第１のコイルの外面に隣接し、又は、前記第２のコイル及び前記第３のコイルの各々の外面領域の少なくとも２０％が、前記第１のコイルの前記外面に隣接し、又は、前記第２のコイル及び前記第３のコイルの各々の外面領域の少なくとも３０％が、前記第１のコイルの前記外面に隣接する、請求項１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
第１のコイル及び第２のコイルを含む一組のコイルであって、前記第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、それにより、該近傍電磁界が、誘導結合を介して前記第２のコイルに前記エネルギーの少なくとも一部を提供し、前記一組のコイルを通過するように電流を誘導し、前記第２のコイルの外面領域の少なくとも１０％が、前記第１のコイルの外面に隣接するものと、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの少なくとも一方又は両方の両端の電圧を測定する検出器と、
前記電圧の値の変化を検出すると、前記一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するプロセッサであって、前記標的構造体は、前記一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体であるものと、
を備えるセンサー。
【請求項１３】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は両方は、前記検出器と通信し、該検出器は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は両方の両端の電圧を検出する電圧計を含み、それにより、該電圧計によって測定される前記電圧の値は、前記第１のコイルの両端の第１の電圧及び前記第２のコイルの両端の第２の電圧のうちの一方、又は前記第１のコイルの両端の前記第１の電圧及び前記第２のコイルの両端の前記第２の電圧の両方を表し、前記プロセッサは、前記電圧の値に基づいて、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は前記第１のコイル及び前記第２のコイルの両方に対して、前記標的構造体の相対位置を求める、請求項１２に記載のセンサー。
【請求項１４】
前記標的構造体は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのうちの一方、又は前記第１のコイル及び前記第２のコイルの両方に対して平行な平面において、軌跡に従って移動し、前記センサーは、
前記軌跡における前記標的構造体の一組の位置と前記電圧の一組の値との間のマッピングを記憶するメモリであって、前記プロセッサは、該マッピングを用いて前記標的構造体の前記相対位置を求めるもの、
を更に備える、請求項１３に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記近傍電磁界内に前記標的構造体が存在する間の、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方の大きさが、前記標的構造体が前記近傍電磁界の外側にあるときの、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方の大きさより小さいか又は大きい場合、前記一組のコイルに位置合わせされる前記標的構造体の前記相対位置を求める、請求項１３に記載のセンサー。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記第１の電圧及び前記第２の電圧のうちの一方、又は前記第１の電圧及び前記第２の電圧の両方の大きさを、基準電圧と比較して、前記近傍電磁界内の前記標的構造体の存在を検出する、請求項１５に記載のセンサー。
【請求項１７】
前記一組のコイルのうちの少なくとも１つのコイルは、該一組のコイルのうちの他のコイルと異なるタイプのコイルであり、それにより、前記標的構造体は、コイルであり、前記一組のコイルと同じタイプのコイル、又は該一組のコイルと異なるタイプのコイルのうちの一方である、請求項１２に記載のセンサー。
【請求項１８】
前記一組のコイルはコイルのアレイであり、該コイルのアレイに提供される前記エネルギーは、共振周波数を有する電力信号を介した少なくとも１つの電源からのものであり、
前記プロセッサは、前記電圧の値の変化を検出すると、前記コイルのアレイの各コイルの組に近接した、標的構造体のアレイ内の標的構造体の存在を検出し、前記標的構造体の前記アレイの各標的構造体は、前記コイルのアレイの一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体であり、それにより、前記センサーのアレイにおけるコイルの各組は、前記標的構造体の前記アレイ内の相対位置に応じて位置読取値を提供し、それにより、前記センサーのアレイにおける各一組のコイルの読取値によって、コードが生成される、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１９】
前記標的構造体の移動時、前記コイルのアレイによって新たなコードが取得され、各標的構造体は、前記標的構造体のアレイの各標的構造体において符号化された位置関連情報を含む、請求項１８に記載のセンサー。
【請求項２０】
センサーに近接した標的構造体の存在及び相対位置又はこれらのいずれか一方を求める方法であって、前記センサーは一組のコイルを備え、該一組のコイルは第１のコイル及び第２のコイルを含み、それにより、前記第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、該近傍電磁界は、誘導結合を介して前記第２のコイルに前記エネルギーの少なくとも一部を提供し、前記一組のコイルを通過するように電流を誘導し、前記第１のコイル又は前記第２のコイルのうちの少なくとも一方の両端の電圧を測定する検出器を備え、該方法は、
前記電圧の値の変化を検出すると、前記一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するようにプロセッサを使用することであって、前記標的構造体は、前記一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体であるものと、
前記プロセッサにより、前記一組のコイルに対する前記電圧の値に変化がない場合、記録するとともに、メモリに記憶することであって、該メモリは、前記プロセッサと通信するものと、
検出ユニットにより、前記一組のコイルの前記電圧の測定値を検出するとともに、該一組のコイルの該電圧の該測定値を前記プロセッサに送ることと、
前記プロセッサにより、前記一組のコイルの前記電圧の前記測定値を履歴的に記憶された基準値と比較することと、
前記プロセッサにより、前記一組のコイルに対する前記電圧の値に変化がないか否かを判断し、変化がない場合、前記センサーに近接した前記標的構造体の存在がない及び相対位置がないまたはこれらのいずれか一方がないと判断することと、
前記プロセッサにより、前記一組のコイルに対する前記電圧の値の変化が検出されたか否かを判断することであって、該変化の検出を判断すると、前記標的構造体が存在し、該標的構造体の位置は、前記標的構造体がゼロ位置にあるか又は別の位置にあることを示す、前記一組のコイルの前記電圧の値の変化の量によって求められるものと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、位置センサーに関し、より詳細には、センサーに近接している標的構造体の存在及び／又は相対位置を求める非接触型センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシ、スリップリング又は電線導体等の位置センサーは、可動部材の位置を示す接点を使用することが多い。接点をなくすことが望ましく、それにより、電気接点を摺動させることによってもたらされる電気ノイズ及び外乱を低減させることができる。非接触型センサーは、センサーと標的構造体との間に間隙を維持しており、こうした物理的間隙がある場合に検知範囲を維持することは難題である可能性がある。
【０００３】
非接触型センサーの例としては、静電容量ベースの位置センサー、レーザーベースの位置センサー、渦電流検知位置センサー及びリニア変位変換器ベースの位置センサーが挙げられる。各タイプの位置センサーがその利点を有するが、各タイプのセンサーは、特定の用途に最も適している可能性がある。例えば、位置センサーのサイズが小さくなければならない場合、コンデンサーのサイズによりセンサーが実際的でなくなる可能性がある。光センサーは、汚損及び油脂が存在する場合、機能しなくなる可能性がある。磁気センサーは、磁石又はセンサーの位置のずれによってもたらされる誤差を回避するために精密なハウジング及び機械的アセンブリが必要であり、それは、いくつかの用途では困難である可能性がある。さらに、いくつかの用途では、センサーと標的構造体との間の間隙のサイズが時間の経過によって変化する可能性があり、標的構造体の位置により、いくつかのリニア位置センサーの精度に問題がもたらされる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、センサーから異なる距離に配置された標的構造体の存在及び／又は相対位置を求める非接触型センサーが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施の形態は、誘導結合中に発生する近傍電磁界の磁束が、近傍電磁界のあらゆる変動の影響を受けやすい、という認識に基づく。磁束の変化によってもたらされる近傍電磁界の変動は、例えば、誘導結合を介して磁束によって誘導される電流によってもたらされる、コイルの両端の電圧を測定することにより検出することができる。
【０００６】
いくつかの実施の形態は、近傍電磁界内で移動する外部電磁構造体の存在が磁場を乱し、したがって、電圧の測定値の変化に基づいてその存在を検出することができる、という認識に基づく。例えば、標的構造の結合は、近傍磁界の形状を変化させ、それにより、その近傍界によって発生する接続されたコイルの電流が変化する。さらに、こうした存在の影響はまた、近傍界全体に作用し、それにより、こうした検出が、近傍界を発生させる発生源、すなわち検知コイルと標的構造体との間の距離によってそれほど影響を受けなくなる。言い換えれば、近傍界を発生させる発生源、すなわち検知コイルと標的構造体との間の距離が増大する。このように、発生源から比較的遠い距離にあっても、近傍界内の標的構造体の存在を検出することができる。しかしながら、いくつかの実施の形態は、いくつかの応用では、この距離を更に増大させることが望ましいという認識に基づく。
【０００７】
いくつかの実施の形態は、複数の誘導結合されたコイルの組が、より大量の近傍電磁界を誘導し、したがって、標的構造体の存在を検知する範囲を広げることができる、という認識に基づく。さらに、磁束が複数の誘導結合されたコイルにわたって電流を誘導する場合、異なるコイルの電圧の大きさ及び／又はそれらの電圧の間の差は、近傍界内の標的構造体の相対位置を示す。例えば、標的構造体のあり得る移動の軌跡をサンプリングして、その軌跡における標的構造体の具体的な位置に対応する接続されたコイルの電圧の組合せを求めることができる。本開示は、包括的には位置センサーに関し、より詳細には、センサーに近接している標的構造体の存在及び／又は相対位置を求める非接触型センサーに関する。
【０００８】
したがって、本開示の１つの実施の形態は、一組のコイルを備えるセンサーを開示する。一組のコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを含み、第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、それにより、近傍電磁界は、誘導結合を介して第２のコイルにエネルギーの少なくとも一部を提供し、一組のコイルを通過するように電流を誘導する。さらに、第１のコイル又は第２のコイルのうちの少なくとも一方の両端の電圧を測定する検出器を備える。最後に、電圧の値の変化を検出すると、一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するプロセッサを備え、標的構造体は、一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体である。
【０００９】
本開示の別の実施の形態は、一組のコイルを備えるセンサーを開示する。一組のコイルは、第１のコイル及び第２のコイルを含み、第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、それにより、近傍電磁界は、誘導結合を介して第２のコイルにエネルギーの少なくとも一部を提供し、一組のコイルを通過するように電流を誘導する。さらに、第２のコイルの外面領域の少なくとも１０パーセントは、第１のコイルの外面領域に隣接している。さらに、第１のコイル及び第２のコイルのうちの少なくとも一方の両端の電圧を測定する検出器を備える。最後に、電圧の値の変化を検出すると、一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するプロセッサを備え、標的構造体は、一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体である。
【００１０】
本開示の別の実施の形態によれば、センサーに近接した標的構造体の存在及び相対位置又はこれらのいずれか一方を求める方法がある。センサーは一組のコイルを備え、一組のコイルは第１のコイル及び第２のコイルを含む。第１のコイルは、エネルギーを受け取ると、近傍電磁界を発生させ、近傍電磁界は、誘導結合を介して第２のコイルにエネルギーの少なくとも一部を提供し、一組のコイルを通過するように電流を誘導する。また、第１のコイル又は第２のコイルのうちの少なくとも一方の両端の電圧を測定する検出器を備える。本方法は、電圧の値の変化を検出すると、一組のコイルに近接した標的構造体の存在を検出するようにプロセッサを使用することを含む。標的構造体は、一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体である。さらに、プロセッサにより、一組のコイルに対する電圧の値に変化がない場合、記録するとともに、メモリに記憶することであって、メモリは、プロセッサと通信すること、検出ユニットにより、一組のコイルの電圧の測定値を検出するとともに、一組のコイルの電圧の測定値をプロセッサに送ること、プロセッサにより、一組のコイルの電圧の測定値を履歴的に記憶された基準値と比較すること、プロセッサにより、一組のコイルに対する電圧の値に変化がないか否かを判断し、変化がない場合、センサーに近接した標的構造体の存在がない及び相対位置がないまたはこれらのいずれか一方がないと判断すること、プロセッサにより、一組のコイルに対する電圧の値の変化が検出されたか否かを判断することであって、変化の検出を判断すると、標的構造体が存在し、標的構造体の位置は、標的構造体がゼロ位置にあるか又は別の位置にあることを示す、一組のコイルの電圧の値の変化の量によって求められるものと、を含む。
【００１１】
更なる特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに取り入れると、この詳細な説明からより容易に明らかになる。
【００１２】
ここに開示されている実施の形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施の形態の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の１つの実施の形態によるセンサーの概略図である。
【図２】図１の実施の形態による、センサーに対する標的構造体の相対位置を求める、図１のセンサーのブロック図である。
【図３】本開示の実施の形態による、標的構造体の相対位置を求める方法のブロック図である。
【図４】本開示のいくつかの実施の形態による、電圧の値及び標的構造体の相対位置のマッピングの一例の図である。
【図５】本開示の一実施の形態による、第２のコイル及び第３のコイルを有するセンサーの概略図である。
【図６Ａ】従来技術において既知であるような、標的構造体が金属板である、従来の単一渦電流コイルセンサーを示す図である。
【図６Ｂ】本開示の一実施の形態による、標的構造体が金属板である、第２のコイルと第３のコイルとの間に配置された渦電流コイルセンサーを示す図である。
【図６Ｃ】従来技術において既知であるような、標的構造体がコイルである、従来の誘導センサーを示す図である。
【図６Ｄ】本開示の一実施の形態による、標的構造体がコイルである、第２のコイルと第３のコイルとの間に配置された誘導センサーを示す図である。
【図６Ｅ】本開示の一実施の形態による、図６Ｄの構成により、受信信号強度のスペクトルが一対のコイルによって、追加の結合項に起因して変更されることを示す図である。
【図７】本開示の実施の形態による、渦電流又は誘導検知のための検知コイルの一例の図である。
【図８】本開示の実施の形態による、渦電流又は誘導検知のためとすることができる、図７の複数のセンサーの一例を示す図である。
【図９】本開示の実施の形態による、渦電流又は誘導検知のためとすることができる、図７の複数のセンサーの更なる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施の形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施の形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施の形態を提示している。ここに開示されている実施の形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施の形態を当業者は考案することができる。
【００１５】
以下の説明は、例示的な実施の形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施の形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施の形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。
【００１６】
以下の説明では、実施の形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施の形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施の形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施の形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。
【００１７】
また、個々の実施の形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施の形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。
【００１８】
さらに、開示された主題の実施の形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、マシン可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（複数の場合もある）が、それらの必要なタスクを実行することができる。
【００１９】
図１は、本開示の１つの実施の形態によるセンサー１００の概略図を示す。センサー１００は、エネルギーを受け取ると近傍電磁界を発生させる電磁構造体を備える第１のコイル１１０、例えば、検知コイルを備える。センサー１００は、第２のコイル１２０Ａ、例えば、受動コイルを更に備え、それは、近傍電磁界が誘導結合を介して第１のコイル１１０及び第２のコイル１２０Ａを通過する電流を誘導するように、第１のコイル１１０に近接して又は隣接して配置される。センサー１００はまた、第１のコイル１１０又は第２のコイル１２０Ａの両端の電圧を表すデータを測定する電圧計を備えることができる検出器１３０も備える。いくつかの実施の形態では、検出器１３０は、特に、電流等、第１のコイル１１０又は第２のコイル１２０Ａに関連するデータを測定する１つ以上の測定装置、すなわち、オーム計とすることができる。代替実施の形態では、電圧は、電圧を分析的に画定する他の測定値、例えば電流の測定値を通して測定することができる。
【００２０】
本開示のいくつかの実施の形態は、検知コイル１１０及び第２のコイル１２０Ａの近傍電磁界内で移動している標的構造体１６０等の外部電磁構造体の存在が、磁界を乱し、したがって、電圧の測定値の変化に基づいてその存在を検出することができる、という認識に基づく。例えば、標的構造体１６０の結合により、近傍磁界の形状が変化し、それにより、磁界に近接しているとき、その近傍界によって発生する接続されたコイル、すなわち、検知コイル１１０及び第２のコイル１２０Ａの電流が変化する。さらに、こうした存在の影響は、近傍界全体において感知され、それにより、こうした検出が、近傍界を発生させる検知コイル１１０及び／又は第２のコイル１２０Ａと標的構造体１６０との間の距離によってそれほど影響を受けなくなる（すなわち、距離又は間隙９９が増大する）。このように、検知コイル１１０及び／又は第２のコイル１２０Ａから比較的遠い距離にあっても、近傍界内の標的構造体の存在を検出することができる。
【００２１】
更に図１を参照すると、検知コイル１１０に隣接して又は近接して第２のコイル１２０Ａを配置することができ、それにより、特に、検知コイル１１０のみを有することによって発生する近傍電磁界の量と比較して、第２のコイル１２０Ａは、検知コイル１１０に隣接して配置されたときにより大量の近傍電磁界を誘導する、ということが企図される。多くの効果のうち、少なくとも１つの効果は、検知コイル１１０のみを有する間隙と比較して、標的構造体１６０と検知コイル１１０及び第２のコイル１２０Ａとの間の間隙９９が増大し、したがって、センサー１００の動作を改善することができる、ということである。
【００２２】
例えば、追加のコイル、すなわち第２のコイル１２０Ａは、検知コイル１１０の共振周波数に調整され、検知コイル１１０に更に結合される。追加のコイル、すなわち第２のコイル１２０Ａと検知コイル１１０との間の結合により、検知コイル１１０と標的構造体１６０との間の結合が容易になる。さらに、追加のコイル、すなわち第２のコイル１２０Ａは、受動コイルとすることができる。この強化された結合は、システムの周波数応答を変更し、周波数に応じてインピーダンスを変更することによって達成される。いくつかの周波数では、結合は以前より強い可能性があり、他の周波数では、結合は以前より弱い可能性がある。結合が強化された周波数で動作することにより、結果は、検知コイル１１０による受信信号強度を有効に向上させることができる。特に、検知コイル１１０によって発生する磁界と標的構造体１６０において誘導される磁界との間の結合が増大すると、検知コイル１１０のインピーダンスに対する変更もまた、それに応じて増大する。したがって、検知コイル１１０と標的構造体１６０との間の同じ距離において、センサー１００が、標的構造体の近接に起因した変化をより容易に検出することができるようになる。有効には、検知コイル１１０と標的構造体１６０との間で検知範囲を拡張することができ、それにより、特に、既知のセンサー関連技術が技術的に改善されることになる。
【００２３】
特に、センサーが本開示に従って動作するために、第２のコイルの外面領域の少なくとも１０パーセントが、第１のコイルの外面領域に隣接するべきである。第２のコイルは、標的構造体の正面に対して垂直又は水平のうちの一方で第１のコイルに隣接して配置される場合、第１のコイルの外面領域に隣接する、第２のコイルの外面領域の少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％を含むことができる。ということが更に企図される。例えば、検知コイルに隣接する第２のコイルの表面領域の量は、２つのコイルの間の結合係数に正比例する。これは、相互インダクタンスＭと自己インダクタンスＬ１及びＬ２の乗算の平方根との比と定義することができ、すなわち、
【００２４】
ｋ＝Ｍ√(Ｌ１Ｌ２)
【００２５】
である。例えば、２つのコイルの隣接する表面領域の１５％という割合は、結合係数が約０．１５であることを示す。そして、結合係数は、第２のコイル（１２０Ａ）が提供することができるインピーダンス変化の量に直接関連する。
【００２６】
更に図１を参照すると、標的構造体１６０は、金属板、又は構成される用途に応じて１つ以上のスロットを備えた金属板として設計することができる。この場合、センサーは、通常、渦電流センサーと呼ぶことができる。本開示による渦電流センサーは、標的構造体１６０によってもたらされるコイルインピーダンスの変化に基づいて、金属標的又は標的構造体１６０の位置を検出する。インピーダンスの変化の量は、標的構造体１６０の位置の一次関数である。しかしながら、標的構造体１６０はまた、別のコイルである可能性もあり、それは、検知コイル１１０又は第２のコイル１２０Ａと同一のタイプであるか又は異なるタイプである可能性がある。この場合、センサーは、誘導センサーと呼ぶことができ、そこでは、誘導センサーは、渦電流センサーと同様に機能し、標的構造体は、金属板の代わりに誘導コイルである。
【００２７】
したがって、プロセッサ１７０を使用して、電圧の値の変化１３５を検出すること１４５又は検出しないこと１５５に基づいて、検知コイル１１０及び／又は第２のコイル１２０Ａに近接する標的構造体１６０の存在１４０又は不在１５０を判断することができる。用途に応じて、２つ以上のプロセッサ１７０を使用することができ、それにより、プロセッサは、センサーと無線で又は配線を介して通信することができることが企図される。
【００２８】
更に図１を参照すると、異なる実施の形態では、検知コイル１１０は異なる形態をとることができる。例えば、検知コイル１１０は、異なる形状及び材料のコアの周囲に、より多くの巻数で巻回することができる。コアは、プラスチック等、誘電体コアとするか、又は鉄若しくはフェライト等、磁気コアとすることができる。検知コイル１１０は、回路基板等の誘電体基板上の銅等、薄い金属材料から作製することができる。検知コイル１１０に対して、単層基板又は多層基板を設計することができる。検知コイル１１０は、巻線間のそのインダクタンス及びキャパシタンスに起因して自己共振する可能性があり、又は、検知コイル１１０に接続されたコンデンサー等の追加の部品によって共振に同調する可能性がある。
【００２９】
図２は、標的構造体１６０の相対位置１８０を求める、図１のセンサー１００のブロック図を示す。いくつかの実施態様では、標的構造体１６０及びセンサー１００は、互いに面する平坦面を含む。標的構造体１６０は、或る特定の無線周波数ｆ０で共振する少なくとも１つの受動共振構造体又は受動構造体を含む。いくつかの実施の形態では、標的構造体１６０の移動は制限されない場合がある。代替実施の形態では、標的構造体１６０は、例えば、センサー１００の平坦面に対して平行な平面において、軌跡１２５に従って移動することができる。
【００３０】
センサー１００は、検知コイル１１０、第２のコイル１２０Ａ及び検出器１３０を備える。検出器１３０は、検出構造体（図示せず）を備えることができる。検知コイル１１０は、上述したように、エネルギーを受け取ると近傍電磁界を発生させる電磁構造体とすることができる。例えば、検知コイル１１０は通電コイルである。
【００３１】
更に図２を参照すると、検知コイル１１０は、検出器１３０に誘導結合することができ（１２２）、検知コイル１１０と第２のコイル１２０Ａとの相対位置を固定することができるように、１つの誘電体基板の上に集積することができる。検知コイル１１０に対して、高周波電源１１５によって電力を供給することができる。例えば、１つの実施の形態では、電源１１５は、標的構造体１６０と同じ共振周波数を有する電力信号を介して検知コイル１１０にエネルギーを供給することができる。この実施の形態では、検知コイル１１０に標的構造体１６０を結合することができる（１６２）。
【００３２】
エネルギーを受け取ると、磁束は、各コイル、すなわち検知コイル１１０及び第２のコイル１２０Ａを通過し、各コイルの両端に誘導電圧を発生させる。コイル対の誘導電圧は、検出器によって記録され、検出器１３０は、電圧計、又は他の同様のタイプの測定ユニットを備えることができる。電圧情報は、処理ユニット１７０に提出され、電圧の大きさ及び／又は電圧の差を用いて、標的構造体１６０の位置１８０が求められる。
【００３３】
図３は、本開示の１つの実施の形態による標的構造体の相対位置を求める方法のブロック図を示す。検知コイル（３１０）又は第２のコイルに近接して標的構造体がない場合、検知コイルのＶ１という測定電圧は変化しない。第２のコイルのＶ２という測定電圧を測定して、検知コイル又は第２のコイルに近接して標的構造体がないか否かを特定することができることが企図されることに留意されたい。検出器は、検知コイルのＶ１を測定して、電圧の変化（ΔＶ）を検出し、その情報は、基準値、すなわち基準データとしての処理ユニットに記憶することができる（３３０）。検出器は、第２のコイルのＶ２を測定して、電圧の変化（ΔＶ）を検出することができることが企図され、その情報は、基準値、すなわち基準データとして処理ユニットに記憶することができることに留意されたい。センサーは、検知コイルのＶ１及び／又は第２のコイルのＶ２を連続的に測定して、電圧の変化（ΔＶ）を検出し（３４０）、それは、記憶された基準値とともに処理ユニットに送られる。いかなる変化も検出されない場合、範囲内に標的構造体はない（３７０）。Ｖ１若しくはＶ２又は両方の測定値３５０に変化がある場合、これらの値は、処理ユニットによって分析される。Ｖ１及び／又はＶ２のいずれかが変化する場合、電圧の新たな変化ΔＶ’３６０は、基準値、すなわち基準データに基づいて、近傍界内の標的構造体の位置とともに標的構造体の存在を決定する。
【００３４】
本開示のいくつかの実施の形態は、磁束が複数の結合されたコイルを通して電流を誘導する場合、検知コイル及び／又は第２のコイルの電圧の大きさ及び／又は変化が、基準値、すなわち基準データに基づいて、近傍界内の標的構造体の相対位置を示す、という認識に基づく。例えば、標的構造体のあり得る移動の軌跡をサンプリングして、軌跡における標的構造体の具体的な位置に対応するコイル、すなわち、検知コイル及び／又は第２のコイルの電圧を求めることができる。したがって、本開示のいくつかの実施の形態により、標的構造体の相対位置として、コイル、すなわち、検知コイル及び／又は第２のコイルの一方又は両方の電圧の値を示す情報のマッピングが求められる。
【００３５】
図４は、本開示のいくつかの実施の形態による、少なくとも１つのコイル、すなわち、検知コイル及び／又は第２のコイルの電圧の値４２０と標的構造体の相対位置４４０とのマッピング４１０の一例を示す。いくつかの実施の形態において、マッピングは、センサーの周囲の空間における種々の位置に対して求められる。代替実施の形態では、マッピングは、例えば検知コイル又は第２のコイルの電磁構造体に対して平行な平面における軌跡４５０に対して求められる。
【００３６】
例えば、１つの実施の形態では、検出器は、検知コイルの両端の第１の電圧及び／又は第２のコイルの両端の第２の電圧を測定し、プロセッサは、その電圧の値に基づいて検知コイル又は第２のコイルに対する標的構造体の相対位置を求める。いくつかの実施態様では、標的構造体は、検知コイルの電磁構造体に対して平行な平面において軌跡に従って移動し、メモリ１９０は、軌跡における標的構造体の一組の位置と測定された電圧の一組の値とのマッピングを記憶する。
【００３７】
図５は、本開示の別の実施の形態によるセンサー５００の概略図を示す。図５は、図１のセンサー１００の概略構造を示すが、検知コイル１１０に近接して又は隣接して、第３のコイル５２０Ｂ又は追加のコイルが配置され、それにより、近傍電磁界は、誘導結合を介して、検知コイル１１０、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂを通過する電流を誘導する。
【００３８】
検知コイル１１０に隣接して第３のコイル５２０Ｂを追加することにより、第３のコイル５２０Ｂが、特に、第２のコイル１２０Ａとともに検知コイル１１０によって発生する誘導された近傍電磁界と比較して、近傍電磁界の増大をもたらすことが企図される。多くの効果のうち少なくとも１つの効果は、図１の間隙９９と比較して、標的構造体１６０と検知コイル１１０、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂとの間の間隙５９９を増大させることができ、したがって、センサー５００の動作を改善することができる、ということである。
【００３９】
第２のコイル１２０Ａと第３のコイル５２０Ｂとの間に検知コイル１１０の位置を、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂが検知コイル１１０に隣接して又は近接して配置されるように、配置することができる。第２のコイル１２０Ａを、検知コイル１１０に関して第３のコイル５２０Ｂに対して対称的に対向して配置することができることが企図される。しかしながら、代替的に、第２のコイル１２０Ａは、検知コイル１１０に関して第３のコイル５２０Ｂに対して対称的に対向して配置されない場合があり、それにより、第２のコイル１２０Ａ又は第３のコイル５２０Ｂは、異なるように、ただし依然として検知コイル１１０に隣接して配置することができる。例えば、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂは、水平に又は垂直に検知コイル１１０の反対側に配置することができる。場合によっては、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂは、検知コイル１１０の反対側に配置することができるが、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂの少なくとも一方のコイルは、検知コイル１１０の側に角度をなして配置することができる。
【００４０】
更に図５を参照すると、例えば、標的構造体１６０の結合により近傍電磁界の形状が変化し、それにより、磁界に近接しているとき、近傍界によって発生する、接続されたコイル、すなわち、検知コイル１１０、第２のコイル１２０Ａ及び第３のコイル５２０Ｂの電流が変化する。さらに、こうした存在の影響は、近傍界全体において感知され、それにより、こうした検出が、近傍界を発生させる検知コイル１１０及び／又は第２のコイル１２０Ａと標的構造体１６０との間の距離によってそれほど影響を受けなくなる（すなわち、距離又は間隙５９９を増大させることができる）。このように、検知コイル１１０及び／又は第２のコイル１２０Ａから比較的遠い距離にあっても、近傍界内の標的構造体１６０の存在を検出することができる。言い換えれば、距離が増大し、又は、図１のセンサー１００の間隙９９と比較して間隙５９９が増大する。
【００４１】
第２のコイル及び第３のコイルは、標的構造体の正面に対して垂直又は水平のうちの一方で第１のコイルに隣接して配置される場合、第１のコイルの外面領域に隣接する第２のコイル及び第３のコイルの外面領域の少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％を含むことができる、ということが企図される。例えば、検知コイルに隣接する第２のコイル及び第３のコイルの表面領域の量は、３つのコイルの間の結合係数に正比例する。これは、相互インダクタンスＭと自己インダクタンスＬ１及びＬ２の乗算の平方根との比と定義することができ、すなわち、
【００４２】
ｋ＝Ｍ√(Ｌ１Ｌ２)
【００４３】
である。例えば、３つのコイルの隣接する表面領域の１５％という割合は、結合係数が約０．１５であることを示す。そして、結合係数は、第２のコイル及び第３のコイルがもたらすことができるインピーダンス変化の量に直接関連する。
【００４４】
標的構造体の位置の関数としての検知コイルインピーダンスの変化
図６Ａ及び図６Ｂは、標的構造体の位置の関数としての検知コイルインピーダンスの変化を示す。図６Ａは、従来の単一渦電流コイル１０と標的構造体６０とを示す。従来の渦電流インピーダンスは、標的構造体６０の位置の関数として示されている。図６Ａは、金属板であり、かつ矢印を含む点線で示すように１つの方向に沿って摺動する、標的構造体６０を示す。標的構造体６０のおよそ中間に、検知コイル１０が配置される場所がある。図６Ａのグラフを検討すると、追加のコイルのない、従来の単一渦電流コイル１０により、インピーダンス変化は１オーム未満となる。
【００４５】
図６Ｂは、１つの実施の形態による、標的位置の関数としての渦電流コイルインピーダンスを示す。図６Ｂは、標的構造体６６０とともに、第２のコイル６２０Ａと第３のコイル６２０Ｂとの間に配置された、渦電流コイル６１０又は検知コイルを示す。図６Ｂにおいて、渦電流インピーダンスは、標的構造体３６０の位置の関数として示されている。図６Ｂは、金属板であり、かつ矢印を含む点線で示すように１つの方向に沿って摺動する、標的構造体６６０を示す。図６Ｂのグラフを検討すると、コイルの対、すなわち、第２のコイル６２０Ａ及び第３のコイル６２０Ｂは、検知コイル６１０の２つの側面に隣接して配置された場合、かつ、上記図６Ａにおいて完了したものと同じ測定プロセスを行った場合を考える。測定結果は、図６Ａと同じ距離の変化に対して、図６Ｂでは、１００オームを超えるインピーダンスの変化が観察されることになる。本開示のシステムを検討すると、図６Ａのグラフの従来のシステムの結果と比較して、図６Ｂのグラフの結果となる。図６Ｂの本開示のシステムは、図６Ａの従来のシステムと比較して、標的構造の位置を求めるプロセスにおいて著しい改善を示す。（図６Ａにおいて６０として示し、図６Ｂにおいて６６０として示す）標的構造体に対して、位置の同じ変化は、図６Ｂにおける本開示のシステムに対する実験的に測定可能なパラメーター（インピーダンス）のはるかに大きい変化に対応する。したがって、図６Ｂに示すような本開示のシステムは、図６Ａの従来のシステムと比較して、特に、標的構造体の位置をはるかに容易に検出することができ、ノイズの影響をはるかに受けにくい。
【００４６】
コイルのインピーダンスは周波数の関数であり、共振の周囲で著しく変化する
図６Ｃは、標的構造体が、図６Ａにおいて従来の渦電流コイルとともに上述したような金属板ではなく、コイルである、従来の誘導センサーを示す。実施の形態によれば、図６Ｄは、標的構造体がコイル構造体であることを示す。図６Ａの従来のシステムの結果を著しく超える、図６Ｂの本開示のシステムの予測されない結果を示す経験的データに関して上述したように、標的構造体としてコイル構造体を使用して、図６Ｃに示す従来のシステムと比較して、図６Ｄの本開示のシステムにおいて、測定可能な変化の同様の改善が観察される。
【００４７】
したがって、図６Ｄに示すような標的コイルのインダクタンスは、概して、金属板である標的構造体のインダクタンスよりはるかに高く、それにより、図３Ｂに示すような渦電流センサーの場合より著しいインピーダンス変化がもたらされる。したがって、コイルのインピーダンスは、周波数の関数であり、共振の周囲で著しく変化する。
【００４８】
図６Ｃは、標的構造体がコイルである、標的構造体６１とともに従来の誘導コイル１１を示す。図６Ｃにおいて、標的構造体が、検知構造体１１から離れた位置から検知構造体１１に位置合わせされた位置まで移動しているとき、測定可能な変化は約１７％である。
【００４９】
図６Ｄは、１つの実施の形態による、標的構造体がコイルである、標的構造体６６１とともに第２のコイル６２１Ａと第３のコイル６２１Ｂとの間に配置された誘導コイル６１１を示す。図６Ｄのグラフを検討すると、一対のコイル、すなわち、第２のコイル６２１Ａ及び第３のコイル６２１Ｂが検知コイル６１１に追加された場合、観察されるインピーダンスは、図６Ｃの従来の単一誘導コイル１１よりはるかに高い。図６Ｄにおいて、標的構造体６６１が、検知構造体６６１から離れた位置から検知構造体６６１に位置合わせされた位置まで移動しているとき、測定可能な変化は約５０％である。したがって、実験的データから、図６Ｄの本開示のシステムが、標的構造体としてコイル構造体を使用して、図６Ｃの従来のシステムの結果を著しく超える予測されない結果を提供することが示される。
【００５０】
更に図６Ｄを参照すると、上述したように、コイルのインピーダンスは、周波数の関数であり、共振の周囲で著しく変化する。追加のコイル、すなわち、第２のコイル６２１Ａ及び第３のコイル６２１Ｂは、検知コイル６１１に結合されると、各コイルに振幅及び位相が異なる電流が誘導されて、振幅及び位相の異なる磁界を発生させる。これらの誘導磁界は、検知コイル６１１からの磁界の上に重ね合わさり、インピーダンスの著しい変化をもたらす。したがって、図６Ｄに示すシステムの結果は、図６Ｃの従来のシステムと比較して、特に、標的構造体の位置を求めるプロセスにおいて著しい改善である。（図６Ｃにおいて６１として示し、図６Ｄにおいて６６１として示す）標的構造体の場合、位置の同じ変化は、図６Ｄにおける本開示のシステムに対する経験的に予測可能なパラメーター（インピーダンス）のはるかに大きい変化に対応する。したがって、図６Ｄに示すシステムは、特に、標的構造体の位置をより容易に検出することができ、ノイズを受けにくい。
【００５１】
更に図６Ｄを参照すると、検知コイルと並んで追加の一対のコイルを使用することにより、いくつかの周波数範囲において、周波数スペクトルに対する磁界を変更することができ、標的構造体コイルにおける磁界強度が強化される。一対のコイルは、寄生コイル又は受動コイルとすることができることに留意されたい。
【００５２】
図６Ｅは、検知コイルが、コイル標的構造体に近接して第２のコイルと第３のコイルとの間に配置されている図６Ｄの構成により、受信信号強度のスペクトルが、一対のコイル、すなわち、第２のコイル及び第３のコイルによって、追加の結合項に起因して、変更される結果となることを示す。ピークもまた高くなり、それは、標的コイルへのより強い結合を示す。したがって、ピーク周波数で動作することにより、追加のコイルでより高い信号強度を達成することができる。
【００５３】
検知コイルは、２つの端子で電源に接続される、銅線の単巻正方形ループとすることができることが企図される。さらに、検知コイルは、非限定的な例により、第２のコイルとして印刷回路基板の上に配置することができる、複巻銅コイルとすることができる。さらにまた、検知コイルは、複巻の金属線によって形成することができ、それは、印刷回路基板で使用されるように薄くかつ平坦な形態とすることができ、又は、撚線若しくはリッツ線によって構築することができる。検知コイルは、異なる幾何学的パターンを有することができる。第２のコイル及び標的コイルは、検知コイルと同じとすることができることに留意されたい。第２のコイルは、検知コイルと形状が同じである場合があり、又は異なる場合がある。標的構造体は、検知コイルと同じ形状を有するコイルである場合があり、若しくは異なるコイルである場合があり、又は、全くコイル形態ではなく、すなわち、金属板、スリット等である場合がある。
【００５４】
図７は、本開示の実施の形態による渦電流又は誘導検知用のセンサー７００の一例である。検知コイル７１０は、コンデンサー７２３Ｂに接続されかつ高周波電源７１５によって通電される、平面複巻渦巻構造とすることができる。本開示の実施の形態によれば、１つ以上の追加のコイル、すなわち、第２のコイル７２０Ａ及び第３のコイル７２０Ｂは、通電された検知コイル７１０に隣接して配置される。第２のコイル７２０Ａ及び第３のコイル７２０Ｂは、検知コイル７１０と同様の共振周波数に同調される。
【００５５】
図８及び図９は、本開示の実施の形態による、図７の複数のセンサーの例であり、複数のセンサー８００、９００は、渦電流又は誘導検知用とすることができる。例えば、図８は、アレイで配置された複数の渦電流センサー又は誘導センサーを示す。アレイにおける各センサーは、標的構造体に応じて読取値を提供する。標的構造体は、渦電流センサーの場合、複数のスロットの金属板とすることができる。誘導センサーの場合、標的は、アレイで配置された複数のコイルとすることができる。位置情報は、標的構造体において符号化することができる。アレイにおける各センサーは、標的構造体に対する相対位置によって決まる読取値を提供する。したがって、アレイにおける全てのセンサーの読取値によって、コードを生成することができる。例えば、標的構造体が移動すると、複数の検知コイルにより、新たなコードを得ることができる。こうしたセンサーアレイの場合、図９に示すように、アレイにおける各センサーの性能を向上させるために、提案される方法を適用することもできる。各センサーに対して、アナログ読取値は、読取値の振幅に応じて、０又は１のデジタル信号に変換される。そのため、各位置において、センサーは、０又は１の符号化ビットを有する。検知システムに複数のセンサーが含まれる場合、各センサーは、標的構造体に対するそれらの相対位置が異なることに起因して、異なる読取値を有する。したがって、各センサーは、０又は１の符号化ビットを生成し、読取値を合わせることにより、各位置における符号化シーケンスを得るという結果をもたらす。さらに、本開示の態様によれば、システムにより、特に、信号強度が増大し、信号対雑音比が改善され、それにより、精度を向上させることができる。
【００５６】
本開示によれば、一組のコイルはコイルのアレイとすることができ、このコイルのアレイに提供されるエネルギーは、共振周波数を有する電力信号を介した少なくとも１つの電源からのものである。さらに、プロセッサは、電圧の値の変化を検出すると、コイルのアレイの各コイルの組に近接した、標的構造体のアレイ内の標的構造体の存在を検出する。さらにまた標的構造体のアレイの各標的構造体は、コイルのアレイの一組のコイルから距離をおいて移動している電磁構造体であり、センサーのアレイにおけるコイルの各組は、標的構造体のアレイ内の相対位置に応じて位置読取値を提供し、センサーのアレイにおける各一組のコイルの読取値によって、コードを生成することができる。
【００５７】
いくつかの実施の形態では、構造体は、同じ設計とするか又は異なる設計とすることができ、同じか又は異なる共振周波数を有することができる。標的構造体における誘導磁界は、位置が異なると異なり、誘導電圧に異なるように影響を与える。したがって、標的構造体は、異なる位置に対応するスケールとしての役割を果たし、位置情報を求めるためにセンサーによって利用することができる。例えば、３つの測定チャネルは、標的構造体の位置を独立して求めることができる。したがって、追加のチャネルは、第１のチャネルと同様の、冗長としての役割を果たすことができる。１つのチャネルに近接してかつ測定に影響を与える物体がある場合、冗長チャネルは、正確な位置情報を取得するのに役立つ。３つの測定チャネル間の相対位置が既知であるため、複数のチャネルは、合わせて機能し、リニアエンコーダーの一部としての役割を果たすこともできる。
【００５８】
本開示の上記で説明した実施の形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施の形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組合せを用いて実施することができる。請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【００５９】
本開示は、いくつかの特定の好ましい実施の形態に関して説明されてきたが、本開示の趣旨及び範囲内において様々な他の適応及び変更を行うことができることが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の態様は、本開示の真の趣旨及び範囲に含まれる全ての変形及び変更を包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のセンサーに近接した標的構造体の存在及び／又は相対位置を求めるセンサー及び方法は、多くの種類の分野におけるセンサーに適用可能である。
【図１】
2019506618.tif 000003
【図２】
2019506618.tif 000004
【図３】
2019506618.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
2019506618.tif 000014
【図９】
2019506618.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月27日(2018.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図３は、本開示の１つの実施の形態による標的構造体の相対位置を求める方法のブロック図を示す。検知コイル又は第２のコイルに近接して標的構造体がない場合（３１０）、検知コイルのＶ１という測定電圧は変化しない。第２のコイルのＶ２という測定電圧を測定して、検知コイル又は第２のコイルに近接して標的構造体がないか否かを特定することができることが企図されることに留意されたい。検出器は、検知コイルのＶ１を測定して、電圧の変化（ΔＶ）を検出し、その情報は、基準値、すなわち基準データとしての処理ユニットに記憶することができる（３３０）。検出器は、第２のコイルのＶ２を測定して、電圧の変化（ΔＶ）を検出することができることが企図され、その情報は、基準値、すなわち基準データとして処理ユニットに記憶することができることに留意されたい。センサーは、検知コイルのＶ１及び／又は第２のコイルのＶ２を連続的に測定して、電圧の変化（ΔＶ）を検出し（３４０）、それは、記憶された基準値とともに処理ユニットに送られる。いかなる変化も検出されない場合、範囲内に標的構造体はない（３７０）。Ｖ１若しくはＶ２又は両方の測定値３５０に変化がある場合、これらの値は、処理ユニットによって分析される。Ｖ１及び／又はＶ２のいずれかが変化する場合、電圧の新たな変化ΔＶ’３６０は、基準値、すなわち基準データに基づいて、近傍界内の標的構造体の位置とともに標的構造体の存在を決定する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
標的構造体の位置の関数としての検知コイルインピーダンスの変化
図６Ａ及び図６Ｂは、標的構造体の位置の関数としての検知コイルインピーダンスの変化を示す。図６Ａは、従来の単一渦電流コイル１１と標的構造体６０とを示す。従来の渦電流インピーダンスは、標的構造体６０の位置の関数として示されている。図６Ａは、金属板であり、かつ矢印を含む点線で示すように１つの方向に沿って摺動する、標的構造体６０を示す。標的構造体６０のおよそ中間に、検知コイル１１が配置される場所がある。図６Ａのグラフを検討すると、追加のコイルのない、従来の単一渦電流コイル１１により、インピーダンス変化は１オーム未満となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図６Ｂは、１つの実施の形態による、標的位置の関数としての渦電流コイルインピーダンスを示す。図６Ｂは、標的構造体６６０とともに、第２のコイル６２０Ａと第３のコイル６２０Ｂとの間に配置された、渦電流コイル６１０又は検知コイルを示す。図６Ｂにおいて、渦電流インピーダンスは、標的構造体６６０の位置の関数として示されている。図６Ｂは、金属板であり、かつ矢印を含む点線で示すように１つの方向に沿って摺動する、標的構造体６６０を示す。図６Ｂのグラフを検討すると、コイルの対、すなわち、第２のコイル６２０Ａ及び第３のコイル６２０Ｂは、検知コイル６１０の２つの側面に隣接して配置された場合、かつ、上記図６Ａにおいて完了したものと同じ測定プロセスを行った場合を考える。測定結果は、図６Ａと同じ距離の変化に対して、図６Ｂでは、１００オームを超えるインピーダンスの変化が観察されることになる。本開示のシステムを検討すると、図６Ａのグラフの従来のシステムの結果と比較して、図６Ｂのグラフの結果となる。図６Ｂの本開示のシステムは、図６Ａの従来のシステムと比較して、標的構造の位置を求めるプロセスにおいて著しい改善を示す。（図６Ａにおいて６０として示し、図６Ｂにおいて６６０として示す）標的構造体に対して、位置の同じ変化は、図６Ｂにおける本開示のシステムに対する実験的に測定可能なパラメーター（インピーダンス）のはるかに大きい変化に対応する。したがって、図６Ｂに示すような本開示のシステムは、図６Ａの従来のシステムと比較して、特に、標的構造体の位置をはるかに容易に検出することができ、ノイズの影響をはるかに受けにくい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
したがって、図６Ｄに示すような標的コイルのインダクタンスは、概して、金属板である標的構造体のインダクタンスよりはるかに高く、それにより、図６Ｂに示すような渦電流センサーの場合より著しいインピーダンス変化がもたらされる。したがって、コイルのインピーダンスは、周波数の関数であり、共振の周囲で著しく変化する。
【国際調査報告】
2019506618.tif 000016
2019506618.tif 000017