一种磁性编码器，其特征在于，包括： 第一部件，包括以预先确定的间距交替排列的Ｎ磁极部分和Ｓ磁极部分； 第二部件，与所述第一部件相对配置，并配置成可相对于所述第一部件运动，所述第二部件具有第一磁阻器件、与所述第一磁阻器件相邻配置的第二磁阻器件、与所述第二磁阻器件相邻配置的第三磁阻器件、以及与所述第三磁阻器件相邻配置的第四磁阻器件，这４个磁阻器件彼此间相位差为９０°，并且这４个磁阻器件与所述第一部件磁极间距对应； 位移检测电路，用来获取相位差为１８０°的所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件输出信号之间的差异以输出两相正弦波信号，两相正弦波信号的幅度变化与所述第一和第二部件的相对运动对应，所述位移检测电路由直流电源驱动； 信号处理电路，用来根据所述位移检测电路获得的两相正弦波信号产生两相方波信号；以及 计数器，用来对所述信号处理电路获取的两相方波信号进行计数以得到所述第一和第二部件的相对位置， 其中，在所述第二部件上重复配置多组，每组包括所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件，并且各组内相位相同的磁阻器件作为磁检测器件串联连接。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于游标卡尺、螺旋测微器等的磁性编码器，特别是涉及用来检测相对运动的部件磁耦合变化从而检测其相对位移(位置)的磁性编码器。
技术介绍
磁性编码器的一个例子是检测相对运动的部件的位置、角度等的编码器。磁性编码器包括第一和第二部件。第一部件包括N磁极部分和S磁极部分，它们以预先确定的间距λ交替排列。第一部件的实例是磁标尺。第二部件放置成可相对于第一部件运动。第二部件包括检测因相对部件运动引起的磁场变化的装置。例如相位差为λ/4(＝90°)的第一～第四磁阻(MR)器件放置在以磁标尺的间距(磁化间距)λ为单位的位置上。第二部件上的第一～第四MR器件串联连接，相位差为180°。对于这种连接方式的第一～第四MR器件，位移检测电路采用的是桥式电路结构。第一～第四MR器件沿着垂直于部件运动方向的纵向磁化。在输向这些MR器件的DC电流与磁标尺水平磁场的相互作用下，发生了磁化旋转，从而导致MR器件电阻的变化。施加在每个MR器件上的水平磁场强度以对应相对运动的间距λ作周期性地变化。由此使磁化旋转角也作周期性变化。因此从桥式电路输出端获得了相位差为90°的正弦波信号。正弦波信号经过处理就得到了位移量。在具有这种MR器件的磁性编码器中，水、切割润滑油等对输出信号的影响要小于静电型编码器和光电型编码器中所受的影响。因此磁性编码器特别适合用于机械制造工厂那种需要一定的环境耐力的地方。当磁性编码器用于电池驱动的手持工具长度测量单元等时，功耗是一个关键问题。换句话说，直流电源与构成位移检测电路的MR器件相连。因此由直流电源向MR器件提供驱动电流。例如当每只MR器件的电阻为1.5kΩ并且施加电压为1.5V时，由于桥式电路的总电阻为1.5kΩ，所以流入桥式电路的电流为1mA。这样例如对于160mAh的氧化银钮扣型电池，使用寿命只有160小时(6.5天)。在这种磁性编码器中，采用玻璃衬底或陶瓷衬底作为形成MR器件的衬底。另一方面，当处理MR器件输出信号的信号处理电路采用集成电路与MR器件组装在一起的IC芯片结构时，可以有几种方法，例如方法(a)和(b)。在方法(a)中，形成MR器件的衬底与形成集成电路的衬底连接在柔性印刷电路(FPC)板上。在方法(b)中，将IC芯片放置在刻制有MR器件的衬底背面。但是在普通的装配方法中，由于安装尺寸较大，所以难以做成小型手持工具。虽然在方法(b)中衬底是共用的，与两块衬底分别形成MR器件和集成电路的方法(a)相比，安装密度有了提高，但是由于MR器件和集成电路采用不同的区域，所以限制了尺寸的缩小。此外，形成MR器件的表面应该以预定的间隙放置成与磁标尺相对的基准面。但是当放置集成电路之后，就无法精确地定出基准面。当MR器件与磁标尺相对放置时，用来防止沾污的结构变得复杂起来。对于包含具有一定相位差的MR器件的普通磁性编码器，受磁化间距和磁场强度的精度偏差及MR器件的位置、形状以及特性差异等的影响巨大。因此在电学信号处理电路一侧，应对正弦波信号的中心电压、幅度等进行调整。此外，受MR器件图案的损坏和沾污影响巨大，所以磁性编码器的稳定性和可靠性不高。而且由于标尺的磁化间距较小，所以难以按照这样的磁化间距放置四只MR器件。由此使经过精密机械加工的MR器件在性能上差异较大。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种磁性编码器，它可以降低功耗并用于工作寿命长的电池驱动手持工具。本专利技术的另一个目标是提供一种磁性编码器，它无需通过调整即可得到所需的特性，降低了功耗和MR器件机械加工的精度要求。本专利技术的第一方面是磁性编码器，包括第一部件，它包括以预先确定的间距交替排列的N磁极部分和S磁极部分；第二部件，它被放置成可相对于所述第一部件运动，所述第二部件包括至少四只相位差为90°的磁阻器件，它们放置在与第一部件磁极间距对应的位置上；位移检测电路，用来获取相位差为180°的磁阻器件输出信号之间的差异以输出两相正弦波信号，两相正弦波信号的幅度变化与所述第一和第二部件的相对运动对应，所述位移检测电路由直流电源驱动；信号处理电路，用来根据所述位移检测电路获得的两相正弦波信号产生两相方波信号；以及计数器，用来对所述信号处理电路获取的两相方波信号进行计数以得到所述第一和第二部件的相对位置，其特征在于，所述磁性编码器还包括开关电路，通过使所述开关器件按照第一时钟有选择地导通，用来向所述位移检测电路间歇地提供直流电源输出。按照本专利技术，由于功率是间歇地提供给MR器件构成的位移检测电路并激活位移检测电路，所以与始终向MR器件提供电流的普通系统相比，这里的MR器件电流消耗根据第一时钟占空比的大小作相应减少。因此在电池驱动的手持工具长度测量装置中采用按照本专利技术的磁性编码器可以延长电池(包括太阳能电池)的工作寿命。信号处理电路包括一对采样保持电路，用来采样和保持位移检测电路获得的对应第一时钟的两相正弦波信号；根据与第一时钟有一定相位差的第二时钟间歇激活的一对比较器，用来将采样保持电路的输出信号与恒定的基准电压进行比较以获得二进制数据；以及一对触发器，用来接收来自比较器的二进制数据以输出两相方波信号。由于比较器是间歇激活的，所以可以降低其功耗。特别是当间歇激活比较器运行的第二时钟在相位上相对第一时钟有延迟时，比较器一直保持非激活状态直到设定采样值后。因此大大降低了功耗。对于比较器间歇激活的情形，当比较器处于非激活状态时，其输出信号是不稳定的。为了解决这个问题，始终处于开启状态的触发器被放置在比较器的输出侧，从而存储下比较器的输出信号。由此解决了该问题并输出两相方波信号。此外，信号处理电路可以包括内插电路，它对采样保持电路的输出信号进行电学内插处理以输出两相方波信号。在这种情况下，比较好的是以相对第一时钟有一相位延迟的第二时钟来间歇激活内插电路。此外，当放大电路放置于采样保持电路其中一个输入/输出端时，比较好的是以第一时钟间歇激活放大电路。通过间歇激活内插电路和放大电路，可以有效降低功耗。此外，按照本专利技术，当位移检测电路是间歇驱动时，对两相正弦波信号进行采样。因此无需提供采样保持电路。另外，第二时钟并不一定总是要与驱动开关电路的第一时钟一起提供。而且受第一时钟间歇驱动的位移检测电路的输出信号可以经第一时钟间歇驱动的比较器处理。由此在这种简单结构中可以实现低功耗的信号处理。而且按照本专利技术，当信号处理电路、计数器和开关电路都放置在第二部件中并且放置有显示计数器输出值的显示器时，就可以获取工作寿命长的电池驱动手持工具长度测量装置。本专利技术的第二方面是磁性编码器，它包括第一部件，包括以预先确定的间距交替排列的N磁极部分和S磁极部分；第二部件，与所述第一部件相对配置，并配置成可相对于第一部件运动，第二部件具有第一磁阻器件、与所述第一磁阻器件相邻配置的第二磁阻器件、与所述第二磁阻器件相邻配置的第三磁阻器件、以及与所述第三磁阻器件相邻配置的第四磁阻器件，这4个磁阻器件彼此间相位差为90°，并且这4个磁阻器件与第一部件磁极间距对应；位移检测电路，用来获取相位差为180°的所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件输出信号之间的差异以输出两相正弦波信号，两相正弦波信号的幅度变化与第一和第二部件的相对运动对应，位移检测电路由直流电源驱动；信号处理电路，用来根据位移检本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：桐山哲郎，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：
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