感应位置编码器中的接收器线间隔制造技术

一种电子位置编码器，包括标尺、检测器、和信号处理结构，该标尺具有按波长λ

Receiver line spacing in inductive position encoder

【技术实现步骤摘要】
感应位置编码器中的接收器线间隔
本专利技术涉及测量仪器，且更具体涉及感应位置编码器，其可以用在精确测量仪器中。
技术介绍
各种编码器配置可以包括各种类型的光学、电容、磁性、感应、运动和/或位置换能器。这些换能器使用在读取头中的发射器和接收器的各种几何配置，以测量读取头和标尺之间的运动。磁性和感应换能器对污染相对鲁棒，但是并不能完美抵抗污染。美国专利No.6,011,389(’389专利)描述了可用在高准确性应用中的感应当前位置的换能器，美国专利No.5,973,494(’494)和6,002,250(’250专利)描述了增量位置感应卡尺和线性标尺，包括信号产生和处理电路，且美国专利No.5,886,519(’519专利)、5,841,274(’274专利)、和5,894,678(’678专利)描述了使用感应电流换能器的绝对位置感应卡尺和电子卷尺。美国专利No.7,906,958(’958专利)描述了可用在高准确性应用中的感应当前位置换能器，其中具有两个平行的半部和多组发送线圈和接收线圈的标尺缓解某些信号偏差分量，否则这种信号偏差分量会在感应当前位置换能器中产生误差。所有前述文献通过引用全部并入本文。如这些专利中所述的，感应电流换能器可以使用印刷电路板技术制造且主要能免疫污染。然而，这种系统会在提供用户期望的某些特性组合的能力方面受限，例如信号强度、小型化、高分辨率、成本、对未对准和污染的鲁棒性等的组合。
技术实现思路
该部分内容用于提供在下文的进一步详细描述中所述的简化形式的原理的选择。该部分内容目的不是给出要求保护主题的关键特征，也不是用于确定要求保护主题的范围。提供一种电子位置编码器，其可用于沿测量轴线方向测量两个元件之间的相对位置。在各种实施方式中，电子位置编码器包括标尺，检测器部分，和信号处理结构。标尺沿测量轴线方向延伸且包括信号调制标尺图案，该信号调制标尺图案至少包括沿测量轴线方向布置的第一图案轨道和第二图案轨道，其中每一个图案轨道包括信号调制元件，该信号调制元件布置为提供空间变化特征，该空间变化特征作为沿测量轴线方向的位置的周期性函数改变；检测器部分配置为安装第一图案轨道和第二图案轨道附近并相对于第一图案轨道和第二图案轨道沿测量轴线方向运动。在各种实施方式中，检测器部分包括多层印刷电路板(PCB)，包括固定在PCB上的磁场产生线圈结构(发射器)和多个传感元件(接收器)。磁场产生线圈结构包括第一轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第一图案轨道对准的第一内部区域且其响应于线圈驱动信号在第一内部区域中产生第一轨道变化第一磁通量。磁场产生线圈结构还包括第二轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第二图案轨道对准的第二内部区域且其响应于线圈驱动信号在第二内部区域中产生第二轨道变化磁通量。检测器部分包括多个传感元件(接收器)，传感元件包括沿测量轴线方向布置且在PCB上固定以对准第一和第二内部区域的相应导电接收器环路。多个传感元件包括第一组传感元件和第二组传感元件，该第一组传感元件配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过第一图案轨道的邻近信号调制元件提供的第一轨道变化磁通量上的局部效应做出响应，该第二组传感元件配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过第二图案轨道的邻近信号调制元件提供的第二轨道变化磁通量上的局部效应做出响应。信号处理结构操作地连接到检测器部分以为磁场产生线圈结构提供线圈驱动信号，且基于从检测器部分而来的检测器信号输入确定检测器部分和标尺之间的相对位置。在各种实施方式中，标尺的第一图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ1周期性布置的信号调制元件，且标尺的第二图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ2周期性布置的信号调制元件。第一组传感元件(对应第一图案轨道)经由连接线连接到信号处理结构，该连接线包括延伸经过或重叠于第二图案轨道的跨越段。第一组传感元件包括经由第一空间相位连接线连接到信号处理结构的第一空间相位子组传感元件和经由第二空间相位连接线连接到信号处理结构的第二空间相位子组传感元件。第一空间相位连接线包括至少两个连接线，其包括延伸经过或重叠于第二图案轨道的相应第一空间相位跨越段。第二空间相位连接线包括至少两个连接线，其包括延伸经过或重叠于第二图案轨道的相应第二空间相位跨越段。第一对第一和第二空间相位跨越段在相应位置处沿测量轴线方向间隔开，所述相应位置分开的距离为N×λ2，其中N为整数，且第二对第一和第二空间相位跨越段在相应位置处沿测量轴线方向间隔开，所述相应位置分开的距离为N×λ2，其中N为整数。专利技术人已经发现，一些感应位置编码器，其采用具有不同波长(λ1，λ2，…)的多个图案轨道由于来自多个图案轨道的信号的交叉耦合而具有信号污染的问题。理想地，从每一个图案轨道而来的信号应该仅包含根据其自身的λ的相位信息。但是来自波长λ1的第一图案轨道的信号通常含有来自波长λ2的第二图案轨道的一些信号。这种信号的交叉耦合是不期望的，因为其还向编码器的位置计算引入误差。专利技术人已经发现，一些交叉耦合问题是通过一个图案轨道的接收器线交叉在具有不同波长的另一图案轨道上的构造所造成的。专利技术人进一步发现，将波长λ1的第一图案轨道的接收器线的空间相位对(特别是延伸经过或重叠于具有不同波长λ2的第二图案轨道的空间相位跨越段)沿测量轴线方向定位在按λ2的整数倍(＝N×λ2)的距离间隔开的位置处，能实现信号交叉耦合的显著减小，由此改善编码器换能器的总体性能。这种接收器线间隔被认为有助于消除或抵消共模误差，否则其会因第二波长(λ2)的第二轨道图案而出现，由此减少来自第一波长(λ1)的第一轨道图案的接收器线空间相位对的跨越段(延伸经过或重叠于第二轨道图案)中的信号污染。在各种实施例中，延伸经过或重叠于第二图案轨道的相应第一空间相位跨越段和第二空间相位跨越段是直线段，其垂直于测量轴线方向取向。在实施例的另一方面，标尺可以另外包括沿测量轴线方向布置的第三图案轨道，其中第一图案轨道布置在第二图案轨道和第三图案轨道之间。磁场产生线圈结构另外包括第三轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第三图案轨道对准的第三内部区域且其响应于线圈驱动信号在第三内部区域中产生第三轨道变化磁通量。多个传感元件另外包括配置为提供检测器信号的第三组传感元件，所述检测器信号对通过第三图案轨道的邻近信号调制元件提供的第三轨道变化磁通量的局部效应做出响应。第三图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ3周期性布置的信号调制元件。第三组传感元件包括经由第三空间相位连接线连接到第二组传感元件的第一空间相位子组传感元件和经由第四空间相位连接线连接到第二组传感元件的第二空间相位子组传感元件。第三空间相连接线包括至少两个连接线，所述至少两个连接线包括延伸经过或重叠于第一图案轨道的第一空间相位跨越段；且第四空间相位连接线包括至少两个连接线，所述至少两个连接线包括延伸经过或重叠于第一图案轨道的相应第二空间相位跨越段。第一对第一和第二空间相位跨越段在相应位置处沿测量轴线方向间隔开，所述相应位置分开的距离为N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子位置编码器，能用于沿测量轴线方向测量两个元件之间的相对位置，该电子位置编码器包括：/n标尺，沿测量轴线方向延伸且包括信号调制标尺图案，该信号调制标尺图案至少包括沿测量轴线方向布置的第一图案轨道和第二图案轨道，每一个图案轨道包括信号调制元件，该信号调制元件布置为提供空间变化特征，该空间变化特征作为沿测量轴线方向的位置的周期性函数改变；/n检测器部分，配置为安装在第一图案轨道和第二图案轨道附近并相对于第一图案轨道和第二图案轨道沿测量轴线方向运动，检测器部分包括多层印刷电路板(PCB)，其包括：/n磁场产生线圈结构，固定在PCB上，包括：/n第一轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第一图案轨道对准的第一内部区域且其响应于线圈驱动信号在第一内部区域中产生第一轨道变化磁通量，和/n第二轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第二图案轨道对准的第二内部区域且其响应于线圈驱动信号在第二内部区域中产生第二轨道变化磁通量，和/n多个传感元件，包括沿测量轴线方向布置的相应导电接收器环路且被固定在PCB上并与第一和第二内部区域对准，其中多个传感元件包括：/n第一组传感元件，配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过第一图案轨道的邻近信号调制元件提供的第一轨道变化磁通量上的局部效应做出响应，和/n第二组传感元件，配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过第二图案轨道的邻近信号调制元件提供的第二轨道变化磁通量上的局部效应做出响应，和/n信号处理结构，其操作地连接到检测器部分以提供线圈驱动信号，且基于从检测器部分输入的检测器信号确定检测器部分和标尺之间的相对位置，/n其中:/n第一图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ...

【技术特征摘要】
20180629 US 16/024,2691.一种电子位置编码器，能用于沿测量轴线方向测量两个元件之间的相对位置，该电子位置编码器包括：
标尺，沿测量轴线方向延伸且包括信号调制标尺图案，该信号调制标尺图案至少包括沿测量轴线方向布置的第一图案轨道和第二图案轨道，每一个图案轨道包括信号调制元件，该信号调制元件布置为提供空间变化特征，该空间变化特征作为沿测量轴线方向的位置的周期性函数改变；
检测器部分，配置为安装在第一图案轨道和第二图案轨道附近并相对于第一图案轨道和第二图案轨道沿测量轴线方向运动，检测器部分包括多层印刷电路板(PCB)，其包括：
磁场产生线圈结构，固定在PCB上，包括：
第一轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第一图案轨道对准的第一内部区域且其响应于线圈驱动信号在第一内部区域中产生第一轨道变化磁通量，和
第二轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第二图案轨道对准的第二内部区域且其响应于线圈驱动信号在第二内部区域中产生第二轨道变化磁通量，和
多个传感元件，包括沿测量轴线方向布置的相应导电接收器环路且被固定在PCB上并与第一和第二内部区域对准，其中多个传感元件包括：
第一组传感元件，配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过第一图案轨道的邻近信号调制元件提供的第一轨道变化磁通量上的局部效应做出响应，和
第二组传感元件，配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过第二图案轨道的邻近信号调制元件提供的第二轨道变化磁通量上的局部效应做出响应，和
信号处理结构，其操作地连接到检测器部分以提供线圈驱动信号，且基于从检测器部分输入的检测器信号确定检测器部分和标尺之间的相对位置，
其中:
第一图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ1周期性布置的信号调制元件；
第二图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ2周期性布置的信号调制元件；
第一组传感元件经由连接线连接到信号处理结构，该连接线包括延伸经过或重叠于第二图案轨道的跨越段；
第一组传感元件包括经由第一空间相位连接线连接到信号处理结构的第一空间相位子组传感元件和经由第二空间相位连接线连接到信号处理结构的第二空间相位子组传感元件；和
第一空间相位连接线包括至少两个连接线，所述至少两个连接线包括延伸经过或重叠于第二图案轨道的相应第一空间相位跨越段；且第二空间相位连接线包括至少两个连接线，所述至少两个连接线包括延伸经过或重叠于第二图案轨道的相应第二空间相位跨越段，且第一对第一和第二空间相位跨越段在按一距离分开的相应位置处沿测量轴线方向间隔开，该距离为N×λ2，其中N为整数，且第二对第一和第二空间相位跨越段在按一距离分开的相应位置处沿测量轴线方向间隔开，该距离为N×λ2，其中N为整数。


2.如权利要求1所述的电子位置编码器，其中：
第一轨道磁场产生线圈部分和第二轨道磁场产生线圈部分是限定第一内部区域和第二内部区域两者的那部分单个环路。


3.如权利要求1所述的电子位置编码器，其中：
标尺另外包括第三图案轨道，该第三图案轨道沿测量轴线方向布置且包括信号调制元件，该信号调制元件布置为提供空间变化特征，该空间变化特征按沿测量轴线方向的位置的周期性函数改变，其中第一图案轨道布置在第二图案轨道和第三图案轨道之间；
检测器部分配置为安装在第一图案轨道、第二图案轨道和第三图案轨道附近，且相对于第一图案轨道、第二图案轨道和第三图案轨道沿测量轴线方向运动；
磁场产生线圈结构另外包括第三轨道磁场产生线圈部分，其通过至少部分地围绕来限定与第三图案轨道对准的第三内部区域且其响应于线圈驱动信号在第三内部区域中产生第三轨道变化磁通量；
多个传感元件沿测量轴线方向布置且与第一、第二和第三内部区域对准，其中多个传感元件另外包括配置为提供检测器信号的第三组传感元件，该检测器信号对通过第三图案轨道的邻近信号调制元件提供的第三轨道变化磁通量的局部效应做出响应；
第三图案轨道包括沿测量轴线方向按波长λ3周期性布置的信号调制元件；和
第三组传感元件经由连接线连接到信号处理结构。


4.如权利要求1所述的电子位置编码器，其中：
标尺另外包括第三图案轨道，该第三图案轨道沿测量轴线方向布置且包括信号调制元件，该信号调制元件布...

【专利技术属性】
技术研发人员：TS库克，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP