带有游标和耦合标尺的感应式位置传感器制造技术

感应式位置传感器，包括可沿测量路径（ｘ）互相相对移动的标尺（１０）和游标（２０），所述标尺（１０）包括一个或数个导体，这些导体形成沿所述测量路径以节距Ｔ间隔开的一系列导电回路，所述游标（２０）包括连接于电子测量电路的施感导体（２１至２３；４２，４４）和感应导体（３１至３３；４１，４３），且每个导体形成沿所述测量路径以节距Ｔ间隔开的一系列交错的发夹形圈，其特征在于，所述游标（２０）的导体（２１至２３，３１至３３；４１至４４）排成至少一个第一组和至少一个与所述第一组分开的第二组，每一组都具有Ｎ个以Ｔ／Ｎ的倍数分开的交错的导体，且所述第一组由施感导体（２１至２３；４２，４４）构成，所述第二组由感应导体（３１至３３；４１，４３）构成，所述第一组和第二组的施感导体和感应导体之间的耦合经由所述标尺（１０）的导体发生。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种感应式位置传感器，包括可沿测量路径互相相对移动的标尺和游标，所述标尺包括一个或数个导体，这些导体形成沿所述测量路径以节距T间隔开的一系列导电回路，所述游标包括连接于电子测量电路的施感导体和感应导体，且每个导体形成沿所述测量路径以节距T间隔开的一系列交错的发夹形圈(hairpin turn)。
技术介绍
美国专利US5804963公开了一种具有上述特征的感应式位置传感器。所述游标沿所述路径相对于所述标尺的位置是从施感和感应游标导体之间经由标尺导体的耦合测量值得来的。由这种传感器的游标和标尺导体产生和拾取的磁场具有沿所述测量路径每隔节距T相反的极性。这种传感器对于均匀强度和方向的磁场不敏感，比如，由所述传感器外部的源产生的，它们在两个交错的发夹形圈上感应的电流为零。在所述专利公开的第一实施例中，所述游标导体是分离的，大大削弱了在施感和感应游标导体之间的直接耦合。但是，由于每个导体仅面对朝向所述游标的一部分标尺表面，所以在施感和感应游标导体之间经由标尺导体的耦合也减弱了。并且，标尺和游标的错位易产生不均匀的耦合，使测量值改变。在所述专利公开的第二实施例中，所述游标导体是互相交错的每个导体面对横跨所述游标的整个标尺表面，在施感和感应游标导体之间经由标尺导体的耦合达到其最大值。标尺和游标的错位对测量值的影响很小，因为它趋于以同样的方式影响所有耦合。但是游标导体之间的直接耦合非常重要，且经由所述标尺的耦合减小时，即，标尺到游标的间隙增大时，导致测量误差变大。为了提高测量精度，并使之与所述间隙无关，与通过所述标尺的耦合相比，直接耦合应可忽略，并且后者应保持不受游标和标尺之间错位的影响。
技术实现思路
为此，本专利技术的特征在于所述游标的导体排成至少一个第一组和至少一个与所述第一组分开的第二组，每一组都具有N个以T/N的倍数分开的交错的导体，所述第一组由施感导体构成，所述第二组由感应导体构成，在所述第一组和第二组的施感导体和感应导体之间的耦合经由所述标尺的导体发生。通过消除游标导体之间有害的直接耦合，同时保持经由所述标尺在其最大可能值的一半时的耦合，这些特征使传感器对标尺到游标的间隙变化很不敏感。N个导体形成的分开的组可以启动由至少一个施感导体和一个感应导体形成的N种配置，这些配置相同但偏移了T/N。通过将一方面的所述施感导体和另一方面的感应导体组合在一起所实现的没有直接耦合，且经由所述标尺的耦合更加均匀，使得作为所述N种配置中游标沿标尺的位置的周期性函数的耦合更均匀，具有更高的精度，即使在标尺到游标的间隙相对较大的情况下。最佳情况是，两游标组的每一组的导体沿所述测量路径形成往复的折线或锯齿形。在施感的往复锯齿形和感应的往复锯齿形之间的直接磁场耦合随其分离而大大减弱，致使每一个形成一系列交变极性的实际上封闭的施感或感应回路，其相反的作用趋于互相抵消。而且，因为这种往复的锯齿形是封闭线路，可以在任何位置切断，而通过一对非常接近的导体连接于测量电路，其中这些导体对电感，以及耦合的影响不明显。对于施感和感应导体组之间的给定分离，标尺到游标的间隙可以变化很大，从而使所述游标沿所述标尺的对准更简单。在优选实施例中，所述标尺包括一系列封闭的导电回路，并且由施感和感应导体形成的所述游标的第一和第二组沿所述测量路径的同一伸长范围并排排列。结果，所述标尺上的感应电流流过所述路径而不是沿所述路径流动，使所述传感器对于影响不面向所述游标的所述标尺部分的磁场不敏感。在这种实施例中，一组导体可以沿所述测量路径在两方向延伸超过另一组导体，而在较短一组的范围上、以及在具有相同的沿所述路径X的相对偏移的任一施感导体和任一感应导体之间提供了经由所述标尺的均匀耦合。在本专利技术的传感器的优选实施例中，所述游标具有三个施感导体和三个感应导体，所述施感导体的锯齿形，以及所述感应导体的锯齿形沿所述测量路径互相偏移T/3，每一施感导体沿所述测量路径的位置与所述感应导体之一相重合。电子电路测量每个施感导体与从所述施感导体的位置偏移且串连的两个感应导体的耦合，以便等效于位于二者之间，且从所述施感导体偏移T/2的虚拟感应导体。这样消除了作为位置的函数的所述耦合的连续分量。因此，获得了大致具有周期为2T的正弦形状、周期为T的三个正弦波且相互偏移T/3的锯齿形。利用所获得的互补信号，例如通过颠倒所述感应导体的极性，可以获得六个信号形成重复序列，作为游标相对于标尺的函数，其周期性耦合逐渐偏移T/6。因此，所述电子电路在用于以重复序列的形式启动由一个施感导体、两个串连的感应导体形成的六种配置，作为所述游标沿所述测量路径的位置的函数，其耦合逐渐偏移T/6，在采样测量值的所述重复序列的基本分量与基准信号之间的相差是沿测量路径的所述位置的线性函数。在本专利技术的传感器的另一实施例中，所述游标包括两个施感导体和两个感应导体，两个施感导体以及两个感应导体的锯齿形沿测量路径互相偏移T/2，所述施感导体和感应导体的锯齿形沿测量路径互相偏移T/4。可取的是，所述电子电路用于测量从每个施感导体经由所述标尺到每个感应导体的四个耦合，每个耦合的测量极性这样设置，即作为所述游标沿标尺的位置的函数，测量的四个耦合是逐渐偏移T/4的周期为T的四个正弦波，具有相同的振幅和相同的连续分量。所以，所述连续分量可以排除，例如通过顺序地测量这四个耦合。两个施感导体之间以及两个感应导体之间的对称，使其易于匹配施感和感应导体之间均匀耦合所必须的电感和传输线路特性。所述标尺的多个实施例都是有益的所述标尺可以是导电的梯子形结构，其中每一横档由两个导电回路共享，所述回路由立柱和相邻的横档封闭。所述标尺可以由印刷在绝缘或铁磁性基板上的电路构成这样可以具有一或多个分离的导电回路，以进一步减小沿所述标尺的耦合。相反，如果施感和感应游标导体不是并排排列，而是一个接一个跟随，那么沿所述标尺发生耦合，例如通过往复的锯齿形的一个导体。所述标尺和游标可以是具有轴向位移的圆柱形，其中环形标尺导体、施感导体和感应导体并排排布，从而得到不受轴向转动影响的较小直径和测量值。对于旋转编码器，所述标尺导体可以是封闭的锯齿形状。附图说明从权利要求书所表述的特征以及下面的描述中突出了其他的优点，下面的描述借助于示例性示出本专利技术的优选实施例的附图详细公开了本专利技术。图1以示例示出了本专利技术的传感器的标尺和游标。图2以示例示意性示出了本专利技术的传感器的电子测量电路。图3A和3B示出了本专利技术的传感器的两个施感导体和两个感应导体形成的一种配置，及它们作为游标沿所述标尺的位置的函数的相互耦合。图4A到4E显示了本专利技术的传感器的不同标尺。具体实施例方式本专利技术的传感器的标尺10和游标20在图1中示出；它们可以沿测量路径x相对移动，所述路径在此为直路径。示出了面向所述标尺的所述游标20的表面，以及所述标尺10的一部分，因此所述游标是可见的。所述标尺10和互相面对的所述游标20表面的平面平行于图面。所述标尺10是梯子形状的导电带缆，其横档11间隔节距T，形成一系列也以节距T间隔的导电回路。每个导电回路围绕在两个横档11之间的开口12周围。所述游标20具有两组N＝3的交错导体，每个导体形成空间周期为2T的锯齿形，因此，其连续的发夹形圈也沿所述路径以节距T间隔。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·乌尔里克·迈耶，
申请(专利权)人：汉斯·乌尔里克·迈耶，
类型：发明
国别省市：