测量数据处理器、位置测量设备和计算机实现的方法技术

本发明专利技术涉及用于修正具有磁性测量实体和磁场传感器的位置测量设备的位置测量误差的测量数据处理器以及计算机实现的方法。根据本发明专利技术，将磁场传感器的轨迹信号的至少两个周期过程彼此进行比较，以便估计轨迹信号的变化过程中的跨周期的差。根据估计，使周期函数中的校正信号参数化。借助于校正信号产生位置测量设备的经修正的位置信号。有利地，可以以所述方式补偿外部磁场和/或测量实体的制造引起的极长度差的干扰影响。此外，本发明专利技术涉及具有这种测量数据处理器的位置测量设备。种测量数据处理器的位置测量设备。种测量数据处理器的位置测量设备。

【技术实现步骤摘要】
测量数据处理器、位置测量设备和计算机实现的方法


[0001]本专利技术涉及一种测量数据处理器、尤其但不仅仅用于具有磁性测量实体和磁场传感器的位置测量设备。此外，本专利技术涉及一种具有这种测量数据处理器的位置测量设备以及一种用于修正位置测量误差的计算机实现的方法。

技术介绍

[0002]位置测量设备、例如旋转或线性编码器在工业和科学中用于求取角度或位置信息。在许多应用中，磁位置测量设备由于其无磨损性和免维护性优选地被使用。这种位置测量设备包含磁性测量实体以及无接触式磁场传感器，其为角度或位置信息的计算提供原始测量数据。然而在此，直接从原始测量数据中计算的位置测量值通常是有误差的并且并不总是与实际角度或位置相一致。
[0003]经由工厂比较考虑测量偏差的传统的校正措施、例如静态存储在相应的位置测量设备中的校正值通常是不足够的，因为所述校正措施尤其不提供在工厂条件下不存在的对于可变的和/或外部的影响的补偿可能性。校正措施、如工厂比较也与特定部件、例如具体的测量实体相关联。然后必须在整个产品使用寿命上考虑所述关联性。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术所基于的目的是，实现允许通过改进的或至少附加的校正措施提高磁位置测量设备的精度的可行性。
[0005]根据本专利技术，所述目的通过根据本专利技术的测量数据处理器来实现。
[0006]测量数据处理器尤其适合用于位置测量设备，所述位置测量设备具有由交变的极性的彼此成排的极构成的磁性测量实体和用于在经过极时产生具有周期过程的轨迹信号的磁场传感器。测量数据处理器设计用于，调用测量数据，所述测量数据代表以极频率相对于极运动的磁场传感器的第一轨迹信号和第二轨迹信号的至少两个周期过程。此外，测量数据处理器设计用于，从测量数据中为至少两个周期过程中的每个周期过程计算第一轨迹信号和第二轨迹信号的至少一个相位角以及表征在所述相位角时的第一轨迹信号和第二轨迹信号的变化过程的至少一个特征值。
[0007]测量数据处理器设计用于，根据对所计算的特征值的至少一部分进行比较来确定至少一个周期比较值，所述周期比较值表示第一轨迹信号和第二轨迹信号的变化过程的跨周期的差。
[0008]此外，测量数据处理器设计用于：从至少一个周期比较值中确定校正信号，其中校正信号是周期函数或周期函数的叠加，所述周期函数各具有一个幅值因数、频率因数和相移常数，其中幅值因数和相移常数分别与至少一个周期比较值相关，并且其中频率因数是与至少一个周期比较值无关的恒定的值；从测量数据中计算未修正的位置信号；以及从未修正的位置信号和校正信号中计算经修正的位置信号。
[0009]极频率反映每单位时间经过磁场传感器的极的数量并且可以视应用而定地是在
时间上恒定的或可变的。例如，周期函数的叠加可以涉及周期函数的总和。周期函数可以是与第一轨迹信号和第二轨迹信号的相位角相关的函数。相应的幅值因数、相应的相移常数和相应的频率因数是校正信号的参数，所述参数的求取在下文中更详细地描述。
[0010]下面阐述本专利技术的优点：
[0011]上文中提及的轨迹信号变化过程中的跨周期的差主要通过如下引起：测量实体的相邻的极彼此不精确互补地构成，例如由于外部磁场和/或制造引起的极长度差而彼此不精确互补地构成。所述情况在下文中称为极差异。
[0012]因为磁场传感器的轨迹信号与各个极的磁场的构成相关，所以极差异在轨迹信号的彼此跟随的信号周期中引起分别不同的变化过程，并因此使未修正的位置信号的真实性歪曲。如开始已经讨论的那样，极差异对位置信号的这种影响不能通过恒定的校正值本身充分地描绘。
[0013]因为在根据本专利技术的测量数据处理器中使用至少两个周期过程或经过的测量数据，所以可以有利地对信号周期彼此进行比较。因此，借助于根据本专利技术的测量数据处理器，尤其经由至少一个周期比较值，可以估计极差异的程度或表现程度。基于此，极差异的干扰影响可以以校正信号的形式近似，并且随后在经修正的位置信号中使其最小化。
[0014]因此，根据本专利技术的测量数据处理器可以用于提高磁位置测量设备的精度，并因此解决开始基于的目的。
[0015]根据本专利技术的解决方案可以通过分别本身有利的并且可任意彼此组合的不同的设计方案进一步改进。下面讨论所述设计形式和与其相关的优点。
[0016]根据第一可行的设计形式，测量数据处理器可以设计用于，通过从未修正的位置信号减去校正信号来计算经修正的位置信号。这表示经修正的位置信号的可简单实现的计算类型。
[0017]为了节省计算耗费，测量数据处理器可以设计用于从测量数据和已经计算的可能的相位角中计算未修正的位置信号。例如，测量数据处理器可以设计用于，求取包含在测量数据中的完整的周期过程的数量并且从中确定粗略的位置测量值。此外，测量数据处理器可以设计用于，根据最后计算的相位角确定精细的位置测量值。然后，从粗略的位置测量值和精细的位置测量值的线性组合、尤其总和中得出未修正的位置测量值。
[0018]当测量数据处理器设计用于直接从磁场传感器接收和/或从测量数据存储器中读取测量数据时，得出通用的设计形式。
[0019]根据另一可行的设计方式，第一轨迹信号和第二轨迹信号可以以模拟的和/或数字的形式存在。因此，根据本专利技术的测量数据处理器的兼容性扩展至磁场传感器的不同的接口类型。换言之，测量数据处理器不仅可以与输出模拟轨迹信号的磁场传感器兼容，而且可以与输出数字轨迹信号的磁场传感器兼容。
[0020]在具有模拟轨迹信号的设计形式中，测量数据处理器可以设计用于同样以模拟的方式至少计算未修正的位置信号。在具有数字轨迹信号的设计形式中，测量数据处理器可以设计用于，从测量数据中计算多个未修正的位置测量值并且由未修正的位置测量值形成未修正的位置信号。
[0021]根据另一可行的设计形式，第一轨迹信号可以基本上是正弦形的，并且第二轨迹信号可以基本上是余弦形的。优选地，第一轨迹信号和第二轨迹信号基本上具有相同的轨
迹信号频率。换言之，第一轨迹信号和第二轨迹信号的周期长度相一致。然后可以有利地经由反三角函数、尤其经由atan2函数从第一轨迹信号和第二轨迹信号中简单地计算至少一个相位角。
[0022]此外，第一轨迹信号和第二轨迹信号的轨迹信号频率可以对应于极频率。因此，根据本专利技术的测量数据处理器可以有利地借助于高分辨率的位置测量设备来使用，所述高分辨率的位置测量设备例如包含AMR传感器，在所述AMR传感器中，轨迹信号的周期长度与测量实体的极长度相一致。
[0023]参考测量表明，如果校正信号中的相应的幅值因数与至少一个周期比较值成比例，则极差异的干扰影响可以用校正信号良好地近似。这在下文中更详细地阐述。
[0024]此外，如果校正信号中的相应的相移常数是至少一个周期比较值的反三角函数，则校正信号良好地近似极差异的干扰影响。这在下文中更详细地阐述。
[0025]根据经验，如果根据磁场传感器的类型选择相应的频率因数，则极差异的干扰影响可以用校正信号良好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量数据处理器(1)、尤其用于位置测量设备(2)的测量数据处理器，所述位置测量设备具有：由交变的极性(12a，12b)的彼此成排的极(10，10a，10b)构成的磁性测量实体(8)；以及用于在经过所述极(10，10a，10b)时产生具有周期过程(18，18a，18b)的轨迹信号(16a，16b)的磁场传感器(14)，其中所述测量数据处理器(1)设计用于：
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调用代表以极频率相对于所述极(10，10a，10b)运动的所述磁场传感器(14)的第一轨迹信号和第二轨迹信号(16a，16b)的至少两个周期过程(18a，18b)的测量数据(34)，
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从所述测量数据(34)中为所述至少两个周期过程(18a，18b)中的每个周期过程计算所述第一轨迹信号和所述第二轨迹信号(16a，16b)的至少一个相位角以及表征在所述相位角时的所述第一轨迹信号和所述第二轨迹信号(16a，16b)的变化过程的至少一个特征值(r)，
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根据对所计算的特征值(r)的至少一部分进行比较来确定至少一个周期比较值(u)，所述周期比较值表示所述第一轨迹信号和所述第二轨迹信号(16a，16b)的变化过程的跨周期的差，
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从所述至少一个周期比较值(u)中确定校正信号(K)，其中所述校正信号(K)是周期函数(F)或周期函数(F)的叠加，所述周期函数各具有一个幅值因数(a)、频率因数(f)和相移常数(p)，其中所述幅值因数(a)和所述相移常数(p)分别与所述至少一个周期比较值(u)相关，并且其中所述频率因数(f)是与所述至少一个周期比较值(u)无关的恒定的值，
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从所述测量数据(34)中计算未修正的位置信号(U)，以及
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从所述未修正的位置信号(U)和所述校正信号(K)中计算经修正的位置信号(P)。2.根据权利要求1所述的测量数据处理器，其中所述测量数据处理器(1)设计用于，通过从所述未修正的位置信号(U)减去所述校正信号(K)来计算所述经修正的位置信号(P)。3.根据权利要求1或2所述的测量数据处理器，其中所述第一轨迹信号(16a)基本上是正弦形的，其中所述第二轨迹信号(16b)基本上是余弦形的，和/或其中所述第一轨迹信号和所述第二轨迹信号(16a，16b)的轨迹信号频率对应于所述极频率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量数据处理器，其中在所述校正信号(K)中，相应的所述幅值因数(a)与所述至少一个周期比较值(u)成比例，和/或相应的所述相移常数(p)是所述至少一个周期比较值(u)的反三角函数，和/或相应的所述频率因数(f)是0.5的奇数倍。5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量数据处理器，其中所述测量数据处理器(1)设计用于，根据所述相位角从所述测量数据(34)中计算所述第一轨迹信号和所述第二轨迹信号(16a，16b)的欧几里得范数的值和所述特征值(r)。6.根据权利要求5所述的测量数据处理器，其中所述测量数据处理器(1)设计用于：
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将所述测量数据(34)划分成数据组(54，54a，54b)，其中每个数据组(54，54a，54b)包括多个数据对(56，56a，56b)，所述数据对分别表示所述第一轨迹信号和所述第二轨迹信号(16a，16b)的信号值对(58)，并且其中数据组(54，54a，54b)的所述数据对(56，56a，56b)分别属于同一周期过程(18，18a，18b)，
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将所述周期过程(18，18a，18b)内的相位角与每个数据对(56，56a，56b)相关联，
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将所述数据组(54，54a，54b)与所述测量实体(8)的各个极(10，10a，10b)相关联，
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从第一数...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：宝盟德国有限两合公司，
类型：发明
国别省市：