【技术实现步骤摘要】
包括冗余相位信号的绝对位置编码器
本专利技术一般涉及精密测量仪器,并且特别涉及可被用作手持仪器(比如卡尺)的绝对位置编码器。
技术介绍
可获得各种位置传感器,比如光学式,电容式以及电感式传感器。这些传感器可在读头中采用发射器和接收器以测量其相对于标尺的运动。一些类型的传感器对污染敏感,导致在制造或者车间环境中使用它们是不切实际的。相比之下,电感式传感器可免受颗粒物,油,水和其他流体的污染。美国专利号6,011,389(‘389专利),特此将其完整地作为参考合并于此,描述了一种可用于高准确度场合的感应电流位置传感器。美国专利号5,973,494(‘494专利),特此将其完整地作为参考合并于此,描述了增量位置电感式卡尺以及线性标尺,包括信号发生和处理电路。美国专利号5,886,519,5,841,274,和5,894,678,特此将其每一个完整地作为参考合并于此,描述了绝对位置电感式卡尺以及采用感应电流传感器的电子卷尺。如这些专利所述,采用公知的印刷电路板技术所述的感应电流传感器是容易制造的。不同感应电流传感器(以及其它类型的传感器)的实施例可被实施为增量或者绝对位置编码器。一般来说,增量位置传感器采用标尺,所述标尺允许读头相对于标尺的位移通过位移累加增量单元来确定,沿着标尺从初始点开始。然而,在特定的场合中,比如那些编码器使用在低能耗设备中的场合,更希望的是使用绝对位置编码器。绝对位置编码器提供独特的输出信号,或者信号组合,在沿着标尺的(读头的)每一个位置。它们不需要连续累加增量位移以便于识别位置。因此,绝对位置编码器允许各种节能方案。除了针对绝对感应电流传 ...
【技术保护点】
一种电子绝对位置编码器,所述电子绝对位置编码器包括:标尺,所述标尺包括第一标尺轨道,所述第一标尺轨道沿着测量轴线方向延伸并且包括第一信号调制标尺图案,所述第一信号调制标尺图案包括周期图案部件和渐进图案变化部件,所述周期图案部件包括作为沿着第一标尺轨道的位置函数的周期区域调制或周期材料特征调制中的至少一个,所述渐进图案变化部件与周期图案部件组合或者叠加到所述周期图案部件上并且包括作为沿着第一标尺轨道在第一范围之上的位置函数的渐进区域变化或渐进材料特征变化中的至少一个。探测器,所述探测器至少包括沿着第一标尺轨道对齐的第一组传感元件,第一组传感元件被配置为提供第一组探测器信号,所述第一组探测器信号响应第一信号调制标尺图案并且所述第一探测器信号指示探测器沿着第一标尺轨道的位置;并且信号处理器,所述信号处理器被配置为基于通过探测器提供的探测器信号确定探测器沿着标尺的绝对位置,其中:第一组传感元件包括N个空间相位传感元件和附加地至少第一参照传感元件,其中:N个空间相位传感元件被配置为提供N个各自的信号,并且位于其各自的沿着探测器测量轴线方向的N个位置,N个位置每一个对应于传感周期图案部件的独特的第 ...
【技术特征摘要】
2015.09.30 US 14/871,3861.一种电子绝对位置编码器,所述电子绝对位置编码器包括:标尺,所述标尺包括第一标尺轨道,所述第一标尺轨道沿着测量轴线方向延伸并且包括第一信号调制标尺图案,所述第一信号调制标尺图案包括周期图案部件和渐进图案变化部件,所述周期图案部件包括作为沿着第一标尺轨道的位置函数的周期区域调制或周期材料特征调制中的至少一个,所述渐进图案变化部件与周期图案部件组合或者叠加到所述周期图案部件上并且包括作为沿着第一标尺轨道在第一范围之上的位置函数的渐进区域变化或渐进材料特征变化中的至少一个。探测器,所述探测器至少包括沿着第一标尺轨道对齐的第一组传感元件,第一组传感元件被配置为提供第一组探测器信号,所述第一组探测器信号响应第一信号调制标尺图案并且所述第一探测器信号指示探测器沿着第一标尺轨道的位置;并且信号处理器,所述信号处理器被配置为基于通过探测器提供的探测器信号确定探测器沿着标尺的绝对位置,其中:第一组传感元件包括N个空间相位传感元件和附加地至少第一参照传感元件,其中:N个空间相位传感元件被配置为提供N个各自的信号,并且位于其各自的沿着探测器测量轴线方向的N个位置,N个位置每一个对应于传感周期图案部件的独特的第N个空间相位和沿着渐进图案变化部件的对应的第N个位置。第一参照传感元件位于探测器上的第一参照位置,所述第一参照位置沿着测量轴线方向以第一参照距离间隔分开,所述第一参照距离对应于相对N个空间相位传感元件的第一空间相位传感元件的360度的整数倍数的空间相位移动,所述第一空间相位传感元件提供对应于周期图案部件的第一空间相位的第一信号和沿着渐进图案变化部件的第一位置;第一参照传感元件被配置为提供对应于周期图案部件第一空间相位的第一参照信号以及沿着渐进图案变化部件的对应的第一参照位置,使得第一信号和第一参照信号名义上包括来自周期图案部件的类似信号贡献并且第一信号和第一参照信号的差异是由于其来自渐变图案变化部件的信号贡献的差异;并且第一信号和第一参照信号不是静态地彼此相连并且它们促成信号处理器的独立输入信号,并且第一信号和第一参照信号之间的由于第一参照距离的差异是第一信号差异,所述第一信号差异指示用于通过第一组探测器信号展示出的第一渐变信号变化的标尺因子M1,其中第一渐变信号变化是由于作为沿着第一标尺轨道的探测器位置函数的渐变图案变化部件。2.根据权利要求1所述的电子绝对位置编码器,其中由于渐进图案变化部件的第一渐进信号变化包括由于周期图案部件的周期探测器信号的DC偏移值中的渐进变化。3.根据权利要求2所述的电子绝对位置编码器,其中第一标尺轨道和第一组传感元件被配置为使得DC偏移值中的渐进变化至少与沿着第一标尺轨道在相同位置变化的周期探测器信号的峰间幅值的变化一样大。4.根据权利要求3所述的电子绝对位置编码器,其中:周期图案部件根据空间波长L布置;传感元件彼此基本相同并且每一个都包括导电线圈,所述导电线圈包括多个近似于平面的线匝,其中导电线圈的电感或者电感耦合对其相对于周期图案部件的位置作出响应;并且导电线圈沿着测量轴线方向的最大尺寸为至多1.4L和最小0.6L。5.根据权利要求4所述的电子绝对位置编码器,其中导电线圈包括至少6个和至多11个近似于平面的线匝。6.根据权利要求4所述的电子绝对位置编码器,其中渐进图案变化部件包括沿着标尺元件的测量轴线方向在有效宽度尺寸W内的渐进区域变化,所述标尺元件形成根据空间波长L布置的周期图案部件。7.根据权利要求1所述的电子绝对位置编码器,其中:信号处理器被配置为基于第一组探测器信号之间的第一关系值沿着标尺将探测器的绝对位置确定到小于周期图案部件空间波长L的第一分辨率,所述第一组探测器信号展示出第一信号变化和用于第一渐进信号变化的第一标尺因子M1;并且信号处理器进一步被配置为基于探测器信号之间的第二关系值沿着标尺将探测器的绝对位置确定到小于第一分辨率的第二分辨率,其中第二关系值指示探测器在周期图案部件的当前空间波长之内的空间相位位置,所述当前空间波长由第一分辨率绝对位置指示。8.根据权利要求7所述的电子绝对位置编码器,其中:N个空间相位传感元件包括第二空间相位传感元件和第三空间相位传感元件,所述第二空间相位传感元件提供对应于周期图案部件的第二空间相位的第二信号和沿着渐进图案变化部件的第二位置,所述第三空间相位传感元件提供对应于周期图案部件的第三空间相位的第三信号和沿着渐进图案变化部件的第三位置;忽略360度的整数倍数的空间相位移动,第二空间相位与第一空间相位相差120度,第三空间相位移动与第一空间相位移动相差240度;所述至少第一参照传感元件进一步包括第二和第三参照传感元件,其中:第二参照传感元件位于探测器上的第二参照位置,所述第二参照位置沿着测量轴线方向以第二参照距离间隔分开,所述第二参照距离对应于相对第二空间相位传感元件的360度的整数倍数的空间相位移动,并且第二参照传感元件被配置为提供对应于周期图案部件的第二空间相位以及沿着渐进图案变化部件的对应的第二参照位置的第二参照信号使得第二信号和第二参照信号名义上包括来自周期图案部件的类似信号贡献并且第二信号和第二参照信号的差异是由于其来自渐变图案变化部件的信号贡献的差异,第二信号和第二参照信号不是静态地彼此相连并且它们促成信号处理器的独立输入信号,并且第二信号和第二参照信号之间的由于第二参照距离的差异是第二信号差异,所述第二信号差异指示用于第一渐变信号变化的标尺因子M1,其中第一渐变信号差异是由于作为沿着第一标尺轨道的探测器位置函数的渐变图案变化部件;第三参照传感元件位于探测器上的第三参照位置,所述第三参照位置沿着测量轴线方向以第三参照距离间隔分开,所述第三参照距离对应于相对第三空间相位传感元件的360度的整数倍数的空间相位移动,并且第三参照传感元件被配置为提供对应于周期图案部件的第三空间相位以及沿着渐进图案变化部件的对应的第三参照位置的第三参照信号使得第三信号和第三参照信号名义上包括来自周期图案部件的类似信号贡献并且第三信号和第三参照信号的差异是由于其来自渐变图案变化部件的信号贡献的差异;并且第三信号和第三参照信号不是静态地彼此相连并且它们促成信号处理器的独立输入信号,并且第三信号和第三参照信号之间的由于第三参照距离的差异是第三信号差异,所述第三信号差异指示用于第一渐变信号变化的标尺因子M1,其中第一渐变信号差异是由于作为沿着第一标尺轨道的探测器位置函数的渐变图案变化部件;并且用于第一渐变信号变化的标尺因子M1至少部分地基于...
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