利用码轨道型标尺和读出头的感应电流式绝对位置传感器制造技术

一种两构件可相互移动的高精度电感式绝对位置传感器，包括由一发射器绕组和至少一接收器绕组构成的码轨道传感器，每个接收器绕组包括ｎ个沿测量轴延伸的正、负极性绕组平衡对。码轨道具有多个沿测量轴分布的磁通量调制器区。根据读出头与标尺间的相对位置调制发射器绕组与平衡对的感应耦合。相邻的各对磁通量调制器区形成一系列码元，ｍ个相邻码元形成一个独特码字。每个码字把读出头相对标尺的绝对位置限定到第一分辨率。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种绝对位置电子传感器，更具体地是采用多个感应耦合传感器绕组的传感器。目前可提供多种不同的运动或位置传感系统。这些传感器绝大多数能够敏感直线、旋转或角度运动。光学传感器通常有一个扫描装置和一个有光栅的玻璃尺。扫描装置通常包括光源、对光源的光进行准直的聚光透镜、刻度光栅的扫描板、和光电探测器。玻璃尺相对扫描装置移动。玻璃尺上的刻度线交替地与扫描板刻度光栅的线或间隔重合，产生周期的光强度起伏。光电探测器将周期性光强度起伏转变为电信号，然后对其进行处理，确定位置。光学传感器能够提供极高准确度的位置测量结果，特别在采用激光光源时。目前，为了提高效率，在车间而不是在无尘检测室，绝大多数的制造商宁愿采用手持式编码器和其它测量工具。然而，光学传感器对于污染是敏感的，因此，在大多数的制造或生产环境中，实际上不能广泛地使用。因此，为了使灰尘和油不落在光学传感器上，这些光学传感器需要采用昂贵有时还不可靠的环境密封装置，或者其它密封光学传感器的方法。此外，光源通常需要较大的电流。因此，电池供电的测量工具，如手持式编码器，通常不能采用光学传感器。电容式传感器吸取的电流极小。因此，非常适合于电池供电的测量工具。电容式传感器采用多块由平行板组成的电容器。在第一构件上安装发射器板和接收器板。将合适的电压发生和读出电路分别耦合到这些板上。每一块板形成一块电容器板。在相对移动构件或标尺上设置各个电容器的另一块板，作为许多空间分离板中的一块。当标尺相对第一构件移动时，发射器和接收器板与标尺上各块板电容性耦合。当标尺中的板相对发射器和接收器板移动时，读出电路检测到接收器板中电压的变化。然而，电容式传感器要求静止构件上的板与标尺上的板之间间隙很小。这么小的间隙对容限的要求严，因而增加了制造的成本。另一方面，电容式传感器对污染物，尤其是电介质流体(如油)和导电流体(如水或冷却剂)敏感。因此，与光学传感器一样，在许多环境中电容式传感器也需要昂贵又不可靠的密封装置。磁性传感器对油、水和其它流体所引起的污染是不敏感的。磁性传感器(例如，Sony Magnescale encodersTM)采用一个探测磁场的读出头和一个有选择地被周期性磁场图案磁化的铁磁标尺。当标尺移动时，读出头通过检测磁性标尺图案中的磁场变化来确定位置。然而，磁性传感器会受被吸到磁化标尺上的小颗粒，尤其是铁磁颗粒的影响。因此，与电容和光学传感器一样，磁性传感器也必须密封或者加其它的保护，以阻止灰尘减小其有效性。电感传感器对于切削润滑油、水或其它流体是不敏感的，对灰尘、铁磁粒子等也是不敏感的。电感传感器(例如INDUCTOSYN型传感器)在一个构件上采用多个绕组，如在一块印刷电路板上重复一连串平行的发夹式线圈。多个绕组产生变化的磁场，由另一个构件上类似的绕组接收该磁场。在第一构件绕组中流动的交变电流产生变化的磁场。由第二构件接收的信号随两个构件间的相对位置周期性地变化。因此，采用合适的电路能够确定两个构件间的相对位置。然而，这两个构件都是有源的，故这两个构件要与其各自的电路电耦合。两个电耦合的构件增加了制造和安装的成本。另一方面，由于电感传感器需要使两个构件电耦合，电感传感器难以装入手持式装置中，如卡尺。此外，在旋转编码器的情况中，移动的构件是通过滑动环连接的，这增加了编码器的成本并降低了其可靠性。几种常用的编码器试图提供一种对污染物不敏感的制造成本比上述光学、电容、磁性或电感式传感器低的运动或位置传感器。Howbrook的美国专利号为4697144、Dreoni的美国专利号为5233294、Ichikawa的美国专利号为4743786、以及Thatcher的英国专利申请号为2064125的专利给出了检测无源或非激励构件与激励构件之间位置的位置检测装置。这些传感器取消了两个移动构件之间的电耦合。然而，它们通常不能提供足够精细的传感器，以与常用传感器，如光学或电感编码器所提供的高准确度相匹配。它们还具有其它缺点，如测量的范围有限、成本高、结构较为笨重和/或固有的信号强度弱。为了提供足够的信号强度，无源构件最好是产生强磁场的铁磁性构件。另一方面，无源构件在集中有源构件所产生磁场的庞大结构中移动。此外，在很多不同的应用(如低功率手持测量工具)或要求准确度至少在10微米量级的直线、旋转、角度及其它类型的位置传感应用中，不能采用这些传感器。Auchterloie的专利号为4893077的美国专利描述了一种采用几个电感传感器直线轨道的绝对位置传感器。该传感器的每条轨道的波长或频率略有差别。传感器中的电路分析轨道之间的相位差，确定读出头的绝对位置。已知的类似系统，如Andermo的专利号为4879508和5023599的专利，采用了多个电容元件轨道的电容传感器。然而，Auchterlonie和Andermo的绝对位置传感器也存在上述的电感和电容式传感器的一般问题。Howbrool的传感器采用几种线圈节距(每个节距代表相位变化360°)利用无源构件以类似方式提供绝对位置。然而，这种传感器只能在有限的范围中确定无源构件的绝对位置。另外，对于大多数应用，这种传感器不能提供足够的准确度。HEIDENHAHN的几种产品采用由光电探测器和标尺构成的光学传感器。标尺具有识别相对标尺粗略绝对位置的光学标识。然而，HEIDENHAHN的有些产品要求以高准确度定位和识别标识。以高准确度对标识定位需要成本高的制造技术。在任何情况下，这些光学传感器也存在上述的污染灵敏度和功耗的同样限制。Crane的专利号为5027526的美国专利描述了读出印制在卷尺上的条形码图案的光学传感器。这种条形码图案为标准的5个条形码符号中间隔2个，在开始和结束条形码图案之间对几个数字编码。这几个数字又与卷尺的粗略绝对位置相对应。电路读出条形码符号，并将其转变为代表卷尺绝对位置的数字。根据卷尺鼓的位置，时钟信号确定精细位置测量结果。然而，这种传感器也存在上述光学传感器的一贯问题。此外，这种传感器并不是在每个位置上都是真正的绝对传感器，因为需要通过与条形码一样长的距离作扫描运动，以得到或更新绝对位置测量结果。这就使它不能用于许多应用。因此，所需的这种绝对位置传感器系统应当(1)对于油及铁磁粒子这类污染物不敏感；(2)适合于多种不同的应用，包括长距离的测量应用和低功率的应用；(3)是准确的；(4)与上述的传统传感器相比，其造价相对低廉；(5)提供绝对位置输出信号。直到目前为止还未能提供至少有这五点好处的传感系统。因此，本专利技术提供一种对污染物不敏感的绝对位置传感器。本专利技术进一步提供一种适合于多种不同应用的绝对位置传感器，包括电池供电和/或旋转传感器。本专利技术还提供一种造价相对低廉的绝对位置传感器。本专利技术再提供一种准确的绝对位置传感器。本专利技术的绝对位置传感器是一种直线或旋转编码器这类高准确度应用的感应传感器系统。其高准确度在10微米的量级或读出头位移具有更好的准确度和分辨率。本专利技术的绝对位置传感器采用两个相互间相对移动的构件。第一个有源构件在第二个无源构件中感应涡流。第二无源构件上未连接外部电源或电引线。第一构件包括至少一个产生磁场的有源发射器和至少两个接收所产生磁场的接收器。在实施例1中，两个接收器的波长相近，但是是不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感式绝对位置传感器，包括： 一个标尺构件； 一个读出头构件，所述读出头构件和所述标尺构件沿测量轴相互可作相对移动； 一个码轨道电感式位置传感器，包括： 在读出头构件上形成的一个码轨道发射器绕组； 在读出头构件上形成的至少一组码轨道接收器绕组，每一组码轨道接收器绕组包括ｎ个接收器绕组，这里ｎ是一个正整数； 在标尺构件上形成的码轨道，所述的码轨道有多个沿测量轴分布的磁通量调制器区，至少在一部分磁通量调制器区中形成至少一个磁通量调制器； 一个信号发生与处理电路，与所述的发射器绕组和每一组码轨道接收器绕组的每个接收器绕组电连接； 其特征在于：基于读出头构件与标尺构件之间的相对位置，所述的磁通量调制器对每个接收器绕组与码轨道发射器绕组之间的感应耦合进行调制； 磁通量调制器是这样在标尺构件上分布的，即每个磁通量调制器区能够在重叠接收器绕组中产生一组输出状态中的一个状态，磁通量调制器区形成沿测量轴延伸的一系列码元，每一组ｍ个相邻码元形成一个独特的码字， 每个独特的码字将读出头构件相对标尺构件的绝对位置限定到第一分辨率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔G马斯里利斯，尼尔斯I安德姆，金W阿瑟顿，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：JP[日本]