电容式旋转位置编码器及电容式旋转位置检测方法技术

本发明专利技术涉及电容式旋转位置编码器及电容式旋转位置检测方法。编码器包括收发器单元和配对物，收发器单元包括：N个导电的电容敏感区形成的第一布置，敏感区实施为均匀分布于外围并具有预定角度范围内的角度节段；导电的参考区和评价电路，能通过评价电路确定参考区和其中一个敏感区之间的电容值。敏感区和参考区实施为第一电子印刷电路板上的导体迹线结构。配对物与收发器单元对置并能绕着旋转轴相对于收发器单元旋转，并包括：参考耦合区，其与参考区对置地布置；X≥3个的导电的代码区形成的布置，其电连接到参考耦合区。代码区实施为具有与敏感区至少大致相同的预定角度范围的角度节段，并关于旋转轴以非旋转对称角分布的方式布置。

【技术实现步骤摘要】
电容式旋转位置编码器及电容式旋转位置检测方法
本专利技术涉及电容式旋转位置编码器以及电容式旋转位置确定的方法。
技术介绍
本专利技术具体地涉及电容式旋转位置编码器的
，在该编码器中，在通过电介质相对于彼此隔离的导电区随旋转位置而变化的重叠和在这种情况下变化的所述导电区之间的电容值的辅助下确定旋转位置。根据简化的理论模型，在这种情况下，所得的电容值与面积重叠比率成正比。在这种情况下，在旋转编码器中，导电区可用气隙作为电介质无接触地一个在另一个上地进行旋转，结果传感器系统没有出现机械磨损。除了诸如空气的气体之外，这种类型的旋转编码器还可用液体作为电介质(也就是说，例如，在水或油中)进行操作。然而，另选地，还可以采用通过固体电介质相对于彼此对应地绝缘并且(例如)还重叠地滑动的区域。为了得到绝对的旋转位置，必须提供能够在所需的测量范围(也就是说，例如，整转)内进行明确的(也就是说，绝对的)旋转位置确定的电容区布置。这可以(例如)通过电容比的非旋转对称构造来实现。例如，如(例如)在(例如)US2005/110768中的便携式音乐播放器的操作单元的情况下已知的，采用布置成环形的多个电容敏感区并且手指(人或被实施为导电电极)沿着环形扫过这多个电容敏感区。然而，与这种操作单元形成对照，在这里讨论的旋转位置编码器具有明显更高的精度和低于1度的角度测量精度，优选地，甚至明显更低，也就是说，例如，在1/10度、1/100度或更低的范围内。尽管假定可以实现电容区的对应几何构造、电容值与旋转位置的线性或已知的相关性，但这种类型的位置确定还受各种干扰影响(诸如，例如，变化的区域距离、电介质的改变(例如，取决于空气湿度、温度)、外部电场、轴向偏移、区域的不平行)的影响。具体地，然而，非旋转对称布置表明的缺点是(具体地，如果需要以高角度分辨率进行准确的旋转位置确定)，它们也对各种干扰影响(诸如，离心率、倾斜、轴向距离变化、晃动)和外部干扰场敏感。在这种情况下，由于造成测量误差的误差影响，导致为进行绝对旋转位置编码而引入的“代码”不对称不能与可能其它的对称移位区分开来。在如(例如)US5,736,865中描述的现有技术中的旋转对称编码的情况下，可以按通过几何形状进行控制的方式来减少或避免这种问题，但由于对称性，导致在这种情况下绝对位置信息不再是可用的。为了得到准确的绝对位置信息，可仅仅增加沿着外围的敏感区的数量，以由于所述敏感区的角距较小，导致得到更高的角度分辨率。然而，就制造位置编码器而言和信号评价而言，在实践时都是复杂的。被大量制造并且可按相应简单和低成本方式使用的用于确定电容的标准电子组件(具体地，集成电路或用于这种电路的IP核)通常提供对有限数量通道(例如，大致达10、12、14、16或20个通道)的评价。用于评价更大数量的通道(例如，50或更多个通道)的组件没有被用作标准，或者因多路复用器电路等而需要额外的硬件花费。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于改进电容式旋转位置编码器，具体地，在一转内被绝对编码的旋转位置编码器，具体地，具有范围小于1度(优选地，0.1度或更低)的高角度精度的旋转位置编码器。一个特定目的是提供一种电容式旋转位置编码器，该编码器在一转内被绝对编码并且以范围为小于1度(优选地，大约0.1度或更低的幅度范围)的高角度精度来决定旋转位置。本专利技术的一个目的是提供一种电容式旋转位置编码器，该编码器可以被实施为使得，在评价期间，至少部分地补偿频繁的误差源(诸如，离心率、晃动、倾斜、环境条件的改变)。旋转位置编码器的大规模生产还有小型化和成本降低是目的的其它部分。在这种情况下，本专利技术的另一个目的还提供了一种用于绝对位置确定的电容式编码器，可用大量的商购常规电子组件并且可用电子生产中常规的标准工序来制作所述电容式编码器。另一个目的提供了一种在电容式旋转位置传感器中高度准确地确定旋转位置(具体地，在子角度范围内)的对应评价方法，具体地，其中，意图在评价期间对多样性的误差和干扰影响进行补偿或平均。根据本专利技术，涉及一种用于绝对确定绕着旋转轴的旋转位置的电容式旋转位置编码器。这个旋转位置编码器具有收发器单元，所述收发器单元包括：○N个导电的电容敏感区形成的第一布置，所述敏感区被实施为均匀分布于外围并且具有预定角度范围的角度节段，具体地，大致为360°/N的角度节段(大致由于从技术上推断角度节段之间所需的距离，所述距离与角度节段宽度略微相关，例如，小于角度节段宽度的20％，和/或在可能的制作工程容差的含义内)，○导电的参考区，以及○评价电路，能借助于所述评价电路来确定所述参考区和其中一个所述敏感区之间的电容值。在这种情况下，所述敏感区和所述参考区被实施为第一电子印刷电路板上的导体迹线结构。这个旋转编码器此外还具有配对物，所述配对物位于与所述收发器单元对置的位置并且能绕着所述旋转轴相对于所述收发器单元旋转，并且该配对物包括：○参考耦合区，所述参考耦合区以与所述参考区对置的方式布置，○X≥3个导电的代码区形成的布置，所述代码区形成的布置电连接到所述参考耦合区。根据本专利技术，所述代码区被实施为具有与所述敏感区至少大致相同的预定角度范围的角度节段并且被布置成关于所述旋转轴成旋转不对称(或非旋转对称)角分布。换句话讲，根据本专利技术，使用不对称来替代对频繁误差源的误差补偿的已知对称，这种不对称被实施为使得，可同样地执行误差补偿但结果可以额外进行绝对位置的确定。这可以依据不对称根据本专利技术来实现，所述不对称被按以下这种方式实施：尽管这个几何不对称，但实现了检测到的测量值的对称平衡，基于此，可以执行对误差的补偿。在这种情况下，不对称使得可以确定位置的绝对值，平衡比使得能够对将妨碍确定旋转位置的干扰影响进行数值补偿。以下，说明根据本专利技术的电容式旋转位置编码器的一个示例性实施方式。在这种情况下，旋转位置编码器配备有数量为N的电容敏感区，可以用所述敏感区在各情况下确定相对于参考区(或其它区中的一个)的电容值。对电容值的这种确定借助于电子电路来实现，所述电子电路也可以被完全或部分实施为芯片中的集成电路。举例来说，这种类型的电容测量的一个可行原理在WO2011/025812或EP2470919中有所描述或者可收集自制造商的数据表，诸如，例如，得自制造商“AnalogDevices(模拟装置)”的组件“AD7142”或得自同一或某个其它制造商的类似组件的数据表。这种类型的集成电路已经可以在内部具有各式各样的用于电容确定的补偿和参考电路，例如，用于改变环境条件(诸如，温度、空气湿度等)的校准逻辑或用于改进所确定的电容测量值的其它校准数据。在这个实施方式中，在敏感区和与RF信号发送器连接的参考区之间在各情况下实现电容确定。在以环的节段形式示出的示例中，敏感区以圆形方式布置，在各情况下，所述环覆盖(在制造容差的范围内)相同大小的角度节段并且相互分隔开。在这种情况下，环节段就它们的形状而言也可以是近似的，例如，是梯形。参考区在这个敏感区环的中心设置成圆形或环。另选地或另外地，参考区也可以包围敏感区环。在这种情况下，敏感区和参考区可以被实施为印刷电路板的导体迹线或导电区，优选地，被实施为外层中的一层，而且以受保护方式实施为外层的方向上的至少一侧的这个区域中的内层(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于绝对确定绕着旋转轴的旋转位置的电容式旋转位置编码器，所述旋转位置编码器包括：■收发器单元，该收发器单元包括：○N个导电的电容敏感区形成的第一布置，所述敏感区被实施为均匀分布于外围并且具有预定角度范围的角度节段，具体地，具有大致360°/N的角度范围的角度节段，○导电的参考区，以及○评价电路，能借助于所述评价电路来确定所述参考区和其中一个所述敏感区之间的电容值，其中，所述敏感区和所述参考区被实施为第一电子印刷电路板上的导体迹线结构，■配对物，该配对物位于与所述收发器单元对置的位置并且能绕着所述旋转轴相对于所述收发器单元旋转，所述配对物包括：○参考耦合区，该参考耦合区以与所述参考区对置的方式布置，○X≥3个的导电的代码区形成的布置，所述代码区形成的布置电连接到所述参考耦合区，其特征在于，所述代码区：●被实施为具有与所述敏感区至少大致相同的预定角度范围的角度节段，并且●关于所述旋转轴以非旋转对称角分布的方式进行布置。

【技术特征摘要】
2013.07.09 EP 13175765.01.一种用于绝对确定绕着旋转轴的旋转位置的电容式旋转位置编码器，所述旋转位置编码器包括：■收发器单元，该收发器单元包括：οN个导电的电容敏感区形成的第一布置，所述敏感区被实施为均匀分布于外围并且具有预定角度范围的角度节段，ο导电的参考区，以及ο评价电路，能借助于所述评价电路来确定所述参考区和其中一个所述敏感区之间的电容值，其中，所述敏感区和所述参考区被实施为第一电子印刷电路板上的导体迹线结构，■配对物，该配对物位于与所述收发器单元对置的位置并且能绕着所述旋转轴相对于所述收发器单元旋转，所述配对物包括：ο参考耦合区，该参考耦合区以与所述参考区对置的方式布置，οX≥3个的导电的代码区形成的布置，所述代码区形成的布置电连接到所述参考耦合区，其特征在于，所述代码区：●被实施为具有与所述敏感区至少大致相同的预定角度范围的角度节段，并且●关于所述旋转轴以非旋转对称不均匀角分布的方式进行布置。2.根据权利要求1所述的旋转位置编码器，其特征在于，对于所述N个导电的电容敏感区形成的第一布置来说，所述角度节段为大致360°/N。3.根据权利要求1所述的旋转位置编码器，其特征在于，所述代码区被布置成使得，在任一任意旋转位置处，所述代码区中最多只有一个代码区与所述敏感区中的一个敏感区实现它们的最大重叠。4.根据权利要求3所述的旋转位置编码器，其特征在于，所述代码区被布置成使得，在旋转位置单向改变时产生最大重叠的序列，其中所述最大重叠相对于相应的之前的最大重叠出现在斜对角对置的区域中。5.根据权利要求4所述的旋转位置编码器，其特征在于，在单向旋转时，最大重叠以彼此超过45°的角间距来实现。6.根据权利要求4所述的旋转位置编码器，其特征在于，在单向旋转时，最大重叠以彼此超过90°的角间距来实现。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的旋转位置编码器，其特征在于，所述配对物被实施为第二电子印刷电路板，并且所述参考耦合区和所述代码区被实施为所述第二电子印刷电路板上的导体迹线结构。8.根据权利要求7所述的旋转位置编码器，其特征在于，所述导体迹线结构是一体的。9.根据权利要求7所述的旋转位置编码器，其特征在于，所述配对物的面对以及背离所述收发器单元的面上设置有至少大致相同的导体迹线结构。10.根据权利要求1至6中的任一项所述的旋转位置编码器，其特征在于，所述参考区被实施为单个参考区，所述评价电路向所述单个参考区施加RF信号，该RF信号被电容耦合到所述配对物并且从所述配对物经由所述代码区耦合到所述敏感区，使得能确定所述参考区和其中一个所述敏感区之间的N个取决于旋转角度的电容值。11.根据权利要求1至6中的任一项所述的旋转位置编码器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·弗勒，S·维尔特切，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH