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詳細(xì)說(shuō)明
圖10f示出正在算法704中進(jìn)行仿真的位置定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的線圈1028和線圈1026上方的金屬目標(biāo)1204的定位。為了討論的目的,圖10f示出圖8a和圖8b所示的線圈設(shè)計(jì)800的示例,其中線圈1028和線圈1026分別與線圈804和線圈806的跡線的一維近似相對(duì)應(yīng)。為了簡(jiǎn)化圖示,在圖10f中未示出發(fā)射線圈802,但是發(fā)射線圈802的跡線也通過(guò)一維導(dǎo)線跡線近似。在仿真了來(lái)自位置定位系統(tǒng)800的目標(biāo)線圈802的電磁場(chǎng)之后,然后在圖10a所示的算法704的示例的步驟1008中,仿真金屬目標(biāo)1024的渦電流,并且確定從那些渦電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中,金屬目標(biāo)1024中的感應(yīng)渦電流是通過(guò)原始邊界積分公式來(lái)計(jì)算的。金屬目標(biāo)1024通??梢员唤楸〗饘倨?。通常,金屬目標(biāo)1024很薄,工業(yè)傳感器線圈共同合作,工業(yè)傳感器線圈共同合作,為35μm至70μm,而橫向尺寸通常以毫米進(jìn)行測(cè)量,工業(yè)傳感器線圈共同合作。如上文關(guān)于導(dǎo)線跡線所討論的,當(dāng)導(dǎo)體具有小于在特定工作頻率下磁場(chǎng)的穿透深度的大約兩倍的厚度時(shí),感應(yīng)電流密度在整個(gè)層厚度上基本上是均勻的。因此,可以將金屬目標(biāo)1024的細(xì)導(dǎo)體建模為感應(yīng)渦電流與該表面相切的表面。如果不是這種情況,則可以使用類(lèi)似于以下中提供的計(jì)算上代價(jià)更高的體積積分公式或有限元建模來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行建模:bettini,m.、passarotto,艮、specogna。傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。工業(yè)傳感器線圈共同合作
對(duì)于理解仿真是否正確執(zhí)行以及仿真是否反映設(shè)計(jì)中存在的所有非理想性是非常重要的。一旦驗(yàn)證了正確仿真pcb上發(fā)線圈的能力,便可以將現(xiàn)有設(shè)計(jì)輸入到算法700的步驟702,并以提高得到的位置定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性(例如,偏差和非線性)的方式進(jìn)行修改。該方法可以在圖7a的步驟704、步驟706、步驟708和步驟712所示的迭代算法中自動(dòng)完成,并且在步驟704中使用仿真代碼和在步驟712中使用線圈設(shè)計(jì)代碼以收斂于優(yōu)設(shè)計(jì)。然后可以在eda工具的幫助下,將在步驟710中輸出的經(jīng)改進(jìn)的設(shè)計(jì)線圈印刷在pcb上。可以以與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)非常相同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)全新的設(shè)計(jì)。具體地,可以將新設(shè)計(jì)輸入到算法700的步驟702,并且可以執(zhí)行算法700以?xún)?yōu)化線圈設(shè)計(jì)。然后可以將在算法700的步驟710中輸出的經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)輸入到算法720,并且可以實(shí)際產(chǎn)生該設(shè)計(jì)以進(jìn)行測(cè)試。如上所述,算法720然后可以驗(yàn)證經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)的操作。算法700的步驟712中執(zhí)行的線圈設(shè)計(jì)工具可用于根據(jù)在步驟704中由仿真工具執(zhí)行的仿真,使用步驟712的線圈設(shè)計(jì)工具來(lái)設(shè)計(jì)pcb上的正弦和余弦的幾何形狀。如算法700所示的用于優(yōu)化線圈設(shè)計(jì)的迭代算法包括步驟704中的仿真工具和步驟712中的線圈設(shè)計(jì)工具。具體地。工業(yè)傳感器線圈共同合作傳感器線圈用途,無(wú)錫東英電子有限公司。
以確定對(duì)在被安裝在位置定位系統(tǒng)410中的接收線圈上方的金屬目標(biāo)408的掃描。這樣,處理單元422可以將由控制器402確定的金屬目標(biāo)408的測(cè)量位置與由定位器404提供的確定位置進(jìn)行比較,以評(píng)估位置定位系統(tǒng)410的準(zhǔn)確性。在一些實(shí)施例中,控制器402可以與處理單元422組合,其執(zhí)行以下所有任務(wù):確定來(lái)自定位器404的金屬目標(biāo)408的實(shí)際位置、以及來(lái)自位置定位系統(tǒng)410上的線圈的金屬目標(biāo)408的測(cè)量位置;以及,確定來(lái)自位置定位系統(tǒng)410的測(cè)量位置的準(zhǔn)確性。如在圖4a中進(jìn)一步示出的,控制器402可以包括處理器412(其可以是處理器422中的處理器),處理器412驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈并從接收線圈接收信號(hào)以及處理來(lái)自接收線圈的數(shù)據(jù)以便確定金屬目標(biāo)508相對(duì)于接收線圈的位置。處理器412可以通過(guò)接口424與諸如處理單元422之類(lèi)的設(shè)備通信。此外,處理器412通過(guò)驅(qū)動(dòng)器404驅(qū)動(dòng)諸如發(fā)射線圈106之類(lèi)的發(fā)射線圈。驅(qū)動(dòng)器404可以包括諸如數(shù)模轉(zhuǎn)換器和放大器之類(lèi)的電路,以向諸如發(fā)射線圈106之類(lèi)的發(fā)射線圈提供電流。另外,處理器412可以從諸如線圈110和線圈112之類(lèi)的接收線圈接收接收信號(hào)vsin和vcos。來(lái)自接收線圈的信號(hào)vsin和信號(hào)vcos被接收到緩沖器416和緩沖器418中。
該仿真已在算法700的步驟704中執(zhí)行。否則,執(zhí)行類(lèi)似的仿真。在步驟726中,在印刷電路板上物理地產(chǎn)生線圈設(shè)計(jì)。在步驟728中,例如利用如圖4a和圖4b所示的定位系統(tǒng)400來(lái)測(cè)量物理地產(chǎn)生的線圈設(shè)計(jì)響應(yīng)。在步驟730中,將來(lái)自物理地產(chǎn)生的線圈設(shè)計(jì)的測(cè)量結(jié)果與來(lái)自線圈設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果進(jìn)行比較。然后,步驟730可以針對(duì)其準(zhǔn)確性驗(yàn)證在步驟724中執(zhí)行的仿真。在步驟732中,如果仿真與測(cè)量結(jié)果匹配,則算法720進(jìn)行到步驟734,在此線圈設(shè)計(jì)已經(jīng)被驗(yàn)證。在步驟732中,如果仿真結(jié)果與物理測(cè)量結(jié)果不匹配,則算法720進(jìn)行到步驟736。在步驟736中,如果所執(zhí)行的算法720為對(duì)由算法700所產(chǎn)生的線圈設(shè)計(jì)的驗(yàn)證,則修改算法700的輸入設(shè)計(jì),并返回算法700。在一些實(shí)施例中,在步驟736中產(chǎn)生錯(cuò)誤,指示仿真未正確地運(yùn)行,因此仿真自身需要進(jìn)行調(diào)整以便更好地仿真特定位置定位系統(tǒng)中的所有非理想性。在那種情況下,步驟736也可以是模型校準(zhǔn)算法。因此,在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,可以通過(guò)迭代地提供當(dāng)前線圈設(shè)計(jì)的仿真,然后根據(jù)該仿真修改線圈設(shè)計(jì),直到線圈設(shè)計(jì)滿足期望的規(guī)范為止,來(lái)產(chǎn)生優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)。在一些情況下,作為后一步,將物理產(chǎn)生并測(cè)試經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)。傳感器線圈種類(lèi),無(wú)錫東英電子有限公司。
將位置設(shè)置為掃描中的當(dāng)前定義的位置。在步驟1006中,確定由發(fā)射線圈生成的電磁場(chǎng)。利用在步驟1002中提供的其他參數(shù)來(lái)接收發(fā)射線圈的驅(qū)動(dòng)電壓和操作頻率。一旦確定了來(lái)自發(fā)射線圈的電磁場(chǎng),在步驟1008中就可以確定由于這些場(chǎng)而在金屬目標(biāo)中生成的渦電流。根據(jù)渦電流,可以仿真由目標(biāo)生成的磁場(chǎng)。在步驟1010中,確定由于由發(fā)射線圈生成的場(chǎng)和由金屬目標(biāo)中的感應(yīng)渦電流生成的場(chǎng)的組合而在線圈中生成的電壓。在步驟1011中,針對(duì)目標(biāo)的現(xiàn)行位置再次執(zhí)行電感l(wèi)的計(jì)算,以評(píng)估l相對(duì)于步驟1003的結(jié)果的變化。在步驟1012中,存儲(chǔ)響應(yīng)數(shù)據(jù)以供將來(lái)參考。在步驟1014中,算法704進(jìn)行檢查以查看掃描是否已經(jīng)完成。如果未完成,則算法704進(jìn)行到步驟1018,在步驟1018處,金屬目標(biāo)的當(dāng)前位置遞增,然后進(jìn)行到步驟1004,在步驟1004處開(kāi)始對(duì)該位置的仿真。如果掃描完成,則算法704進(jìn)行到步驟1016,在步驟1016處,仿真結(jié)束,并且算法返回到圖7a所示的算法700的步驟706。仿真和根據(jù)仿真對(duì)線圈的重新配置(在圖7a中,仿真步驟704、比較步驟706、決策步驟708和設(shè)計(jì)調(diào)整步驟712)應(yīng)足夠快,以在短時(shí)間段內(nèi)測(cè)試大量的線圈設(shè)計(jì)配置。在通過(guò)算法700獲得經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)之前。傳感器線圈配件,無(wú)錫東英電子有限公司。工業(yè)傳感器線圈共同合作
傳感器線圈芯,無(wú)錫東英電子有限公司。工業(yè)傳感器線圈共同合作
樣條函數(shù)或任何其他插值函數(shù)可用于鏈接一維路徑以形成發(fā)射線圈802和接收線圈804及接收線圈806的形狀。通過(guò)應(yīng)用合適的函數(shù)可以更高效地實(shí)現(xiàn)接收線圈的變形。例如,在旋轉(zhuǎn)傳感器中,該函數(shù)將是半徑的函數(shù)。在步驟1102中,在算法712中輸入和接收當(dāng)前線圈設(shè)計(jì)布局、仿真結(jié)果以及在一些情況下在步驟706中提供的比較。然后可以使用非線性編程求解器來(lái)找到使給定目標(biāo)函數(shù)小化的發(fā)射線圈802和接收線圈804及接收線圈806的形狀。目標(biāo)函數(shù)由三部分形成,如圖11所示。在步驟1103中,建立如圖14所示的外部阱1402和外部阱1404的寬度,以小化沒(méi)有目標(biāo)時(shí)的偏差。在步驟1104中,將檢測(cè)到的位置(即,電角度)與理想位置之間的均方根誤差(rms)小化。這不會(huì)對(duì)電壓vcos和vsin相對(duì)于位置的形狀產(chǎn)生任何影響。在步驟1106中,算法712評(píng)估作為位置的函數(shù)的vcos和vsin的仿真值和具有相等幅度的兩個(gè)正弦曲線之間的差的rms,以便約束輸出電壓的形狀。在一些實(shí)施例中,經(jīng)重新設(shè)計(jì)的接收線圈804和接收線圈806的形狀可以在步驟1104和步驟1106兩者中收斂。在一些實(shí)施例中,步驟1104和步驟1106可以使用元啟發(fā)式優(yōu)化求解器。然而,元啟發(fā)式優(yōu)化求解器往往很慢。因此,在一些實(shí)施例中。工業(yè)傳感器線圈共同合作
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