專利名稱：位置測量儀及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的按照感應(yīng)式測量原理工作的用于
確定相對位置的位置測量儀和一種根據(jù)權(quán)利要求13的用于使得這種位 置須'j量儀的工作的相應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
感應(yīng)式位置測量儀例如可以是用于確定兩個(gè)可相對旋轉(zhuǎn)的機(jī)器部 件的角度位置的感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)傳感器。對于感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)傳感器而言，激勵(lì) 線圏和接收線圏例如以導(dǎo)線的形式被涂敷在共同的電路板上，該電路板 例如與旋轉(zhuǎn)傳感器的定子牢固地連接。在該電路板的對面設(shè)有另 一被設(shè) 計(jì)成代碼盤的電路板，在代碼盤上以周期')"生的間隔交替地涂敷有導(dǎo)電的 面和非導(dǎo)電的面作為分度區(qū)域或分度結(jié)構(gòu)，且該代碼盤與旋轉(zhuǎn)傳感器的 轉(zhuǎn)子防旋轉(zhuǎn)地連接。如果在激勵(lì)線圏上通過注入電流來施加在時(shí)間上交 替的電激勵(lì)場，則在接收線圈中在轉(zhuǎn)子和定子相對旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生取決于 角度位置或者取決于在分度結(jié)構(gòu)和接收線圈之間的相對位置的信號。其 原因在于，分度結(jié)構(gòu)影響即增強(qiáng)或者削弱由激勵(lì)電流產(chǎn)生的磁場。這些 信號然后在電子分析機(jī)構(gòu)中被繼續(xù)處理。
通常，這種旋轉(zhuǎn)傳感器被用作電驅(qū)動機(jī)構(gòu)的測量儀，用于確定相應(yīng) 驅(qū)動軸的絕對角度位置。特別是從安全技術(shù)的角度來考察在此重要的 是，即使在系統(tǒng)斷開之后或者在斷電時(shí)也至少計(jì)數(shù)在該狀態(tài)下所進(jìn)行的 完整的旋轉(zhuǎn)。
在申請人的DE 197 51 853 Al中記載了 一種感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)傳感器的結(jié) 構(gòu)，其中激勵(lì)線圏和接收線圈設(shè)置在多層的電路板結(jié)構(gòu)中。
為了使得這種旋轉(zhuǎn)傳感器即使在電網(wǎng)供電電壓發(fā)生故障的情況下 也能至少計(jì)數(shù)反向的完整的旋轉(zhuǎn)的圏數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，目前還在轉(zhuǎn)子上設(shè) 有相應(yīng)的磁體并在定子電路板上設(shè)有兩個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生計(jì)數(shù)信號的磁體 傳感器。這些磁體傳感器和對于計(jì)數(shù)必需的電子分析機(jī)構(gòu)在這種工作狀 態(tài)下由緩沖電池供電。
在申請人的尚未公開的申請?zhí)枮?0 2006 046 531.8的德國專利申請中記載了一種感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)傳感器，這種旋轉(zhuǎn)傳感器能夠在電網(wǎng)供電電壓 發(fā)生故障的情況下在一種節(jié)能的模式下工作，在這種節(jié)能模式下，旋轉(zhuǎn) 傳感器由緩沖電池供電。為了降低在該模式下的能耗，提出，激勵(lì)線圈 尚僅被供應(yīng)以脈沖式的激勵(lì)電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種感應(yīng)式位置測量儀，其相比于現(xiàn)有技 術(shù)得到進(jìn)一步的改善。
本發(fā)明的目的還在于，提出一種用于使得這種感應(yīng)式位置測量儀工 作的方法。
就位置測量儀而言，所述目的通過權(quán)利要求1的特征得以實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)在提出一種位置測量儀，其包括整體量具和支撐體，在整體量具 上涂敷有至少一個(gè)分度區(qū)道。在支撐體上設(shè)置有至少一個(gè)激勵(lì)線圈以及 至少一個(gè)用于掃描電磁場的探測裝置，為了產(chǎn)生電磁場可通過所述激勵(lì) 線圏引導(dǎo)激勵(lì)電流。該位置測量儀還包括電容器、分析部件和開關(guān)部件，
電容器與激勵(lì)線圈 一起形成LC振蕩回路，開關(guān)部件可被分析部件通斷。 整體量具和支撐體可相對移動地設(shè)置，且在整體量具相對于支撐體相對 移動時(shí)電磁場可受至少一個(gè)分度區(qū)道影響。LC振蕩回路可通過開關(guān)部 件的通斷利用激勵(lì)電流來工作，所述激勵(lì)電流在探測裝置中感應(yīng)出至少 一個(gè)電壓，所述電壓可為了求得位置信息而被分析部件電處理。本發(fā)明
的接通脈沖來實(shí)現(xiàn)；和為了求得位置信息，可在接通脈沖的斷開邊沿之 后的區(qū)域內(nèi)測量在探測裝置中感應(yīng)出的至少一個(gè)電壓。
用于使得這種感應(yīng)式位置測量儀工作的方法在權(quán)利要求13中說明。
本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)可由從屬權(quán)利要求得到。


本發(fā)明的感應(yīng)式位置測量儀及其工作方法的其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)可由圖3為示意性的電路圖4示出探測線圏中的感應(yīng)電壓的信號曲線；
圖5為分析部件的方框圖；和
圖6為旋轉(zhuǎn)傳感器的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1、 2和6中借助旋轉(zhuǎn)傳感器的實(shí)例示出本發(fā)明的位置測量儀 的原理結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖6,旋轉(zhuǎn)傳感器具有轉(zhuǎn)子1和定子2。根據(jù)所述實(shí) 施例，轉(zhuǎn)子1包括軸1.1,軸1.1例如可以抗旋轉(zhuǎn)地安裝在有待測量的電 機(jī)軸上。為了檢測軸1.1的角度位置，在軸1.1的一段上防旋轉(zhuǎn)地固定 有帶有一在圖6中未示出的一分度區(qū)道(Teilungsspuren) 1.21的整體量 具(Ma(3verk6rperung) 1.2，在這種情況下為代碼盤1.2的形式。
定子2具有殼體2.1,在該殼體2.1上固定有作為支撐體的環(huán)形掃描 電路板2.2。此外在掃描電路板2.2上安裝有插塞連接器2.3,通過插塞 連接器2.3可以傳遞信號和電功率。轉(zhuǎn)子1和定子2,例如軸1.1和殼體 2.1可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R彼此相對旋轉(zhuǎn)。
圖1為代碼盤1.2的俯視圖。代碼盤1.2由基底構(gòu)成，該基底在所 示實(shí)施例中由環(huán)氧樹脂制成，且在該基底上設(shè)置有兩個(gè)分度區(qū)道1.21 、 1.22。分度區(qū)道1.21、 1.22為環(huán)形，且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線R同心地以不同的 直徑設(shè)置在基底上。兩個(gè)分度區(qū)道1.21、 1.22分別由交替設(shè)置的導(dǎo)電的 分度區(qū)域1.211、 1.221和不導(dǎo)電的分度區(qū)域1.212、 1.222周期性順序地 構(gòu)成。作為導(dǎo)電的分度區(qū)域1.211、 1.221的材料，在所示實(shí)例中將銅涂 敷到基底上。相反，在不導(dǎo)電的分度區(qū)域1.212、 1.222中，基底未被涂 層。
根據(jù)所示實(shí)施方式，內(nèi)部的分度區(qū)道1.21由具有導(dǎo)電材料、這里為 銅的第一半圓形的分度區(qū)域1.211以及其中未設(shè)有導(dǎo)電材料的第二半圓 形的分度區(qū)域1.212構(gòu)成。
第二分度區(qū)道1.22在基底上徑向相鄰于第一分度區(qū)道1.21,其中分 度區(qū)道1.22也由多個(gè)導(dǎo)電的分度區(qū)域1.221以及設(shè)置在這些分度區(qū)域 1.221之間的不導(dǎo)電的分度區(qū)域1.222構(gòu)成。不同的分度區(qū)域1.221、1.222 的材料在此與第一分度區(qū)道1.21的分度區(qū)域1.211、 1.212相同。根據(jù)所 示實(shí)施例，第二分度區(qū)道1.22總共包括十六個(gè)周期性設(shè)置的導(dǎo)電的分度區(qū)域1.221以及相應(yīng)的十六個(gè)設(shè)置在這些分度區(qū)域1.221之間的不導(dǎo)電 的分度區(qū)域1.222。
圖2中所示的被設(shè)置用于掃描代碼盤1.2的掃描電路板2.2用作特 別是探測裝置的支撐體，該探測裝置在此由不同的接收區(qū)道2.22構(gòu)成。 這些接收區(qū)道2.22在內(nèi)部的接收區(qū)道中具有作為第一探測線圈的接收 導(dǎo)線2.221且在外部的接收區(qū)道中具有作為第二探測線圍的另一接收導(dǎo) 線2.222。每一個(gè)接收區(qū)道的接收導(dǎo)線2.221、 2.222相關(guān)對在此彼此錯(cuò) 開設(shè)置，從而它們能夠提供彼此不同的信號，由這些信號可得到關(guān)于轉(zhuǎn) 子1和定子2之間相對位置以及它們的運(yùn)動方向的信息。有利地，接收 區(qū)道的相應(yīng)的接收導(dǎo)線2.221、 2.222彼此錯(cuò)開，從而由掃描產(chǎn)生的信號 具有規(guī)定的相位角度，優(yōu)選為90° 。 90°的相位角度意味著接收區(qū)道的 信號之一恰好達(dá)到正的或負(fù)的最大值，而另一信號則具有中間值，或者 關(guān)于最大值和最小值過零。
此外作為激勵(lì)線圏，在掃描電路板2.2上設(shè)置有激勵(lì)導(dǎo)線2.21,這 些激勵(lì)導(dǎo)線2.21涂敷在內(nèi)部的、中間的和外部的激勵(lì)區(qū)道上。掃描電路 板2.2本身具有中央孔和被設(shè)計(jì)成具有多個(gè)層的電路板。
在組裝狀態(tài)下，代碼盤1.2和掃描電路板2.2彼此相對，從而軸線R 穿過兩個(gè)部件的中點(diǎn)，且在代碼盤1.2和掃描電路板2.2相對旋轉(zhuǎn)的情 況下在掃描電路板2.2中的接收導(dǎo)線2.221、 2.222內(nèi)可通過感應(yīng)作用產(chǎn) 生取決于相應(yīng)的角度位置的信號。因此通過對這些信號的分析可得到位 置信息。
生成相應(yīng)信號的前提條件是，激勵(lì)導(dǎo)線2.21在掃描區(qū)道的區(qū)域內(nèi)或 者在由此被掃描的分度區(qū)道1.21和1.22內(nèi)產(chǎn)生時(shí)間交替的電磁激勵(lì)場。 根據(jù)所示實(shí)施例，激勵(lì)導(dǎo)線2.21是多個(gè)平面平行的流有電流的單個(gè)導(dǎo) 線。如果導(dǎo)線單元的激勵(lì)導(dǎo)線2.21全部沿著相同的方向流有激勵(lì)電流， 則圍繞相應(yīng)的導(dǎo)線單元形成螺旋形或圓柱形朝向的電磁場。所產(chǎn)生的電 磁場的場力線以同心圓的形式圍繞導(dǎo)線單元伸展，其中場力線的方向以 公知的方式取決于導(dǎo)線單元中的電流方向。直接鄰接共同的掃描區(qū)道的 導(dǎo)線單元的電流方向或者對這些導(dǎo)線單元的相應(yīng)的布線在此相反地選 擇，從而場力線在掃描區(qū)道的區(qū)域中分別方向相同。
在圖3中示意性地示出一種電路，將借助于該電路來闡述旋轉(zhuǎn)傳感 器的工作方式。旋轉(zhuǎn)傳感器與外部的直流電壓源3連接，旋轉(zhuǎn)傳感器在正常工作中通過該直流電壓源3被供電。才艮據(jù)所示實(shí)施例，直流電壓源
3的電壓Uc為五伏特。在因任何原因直流電壓源3無法使用的情況下， 旋轉(zhuǎn)傳感器主要通過電池4被供應(yīng)電能，其中由電池4所輸出的電壓例 如可以為三伏特。電池4要么可以直接安裝在旋轉(zhuǎn)傳感器中，例如安裝 在掃描電路板2.2上，要么也在外部設(shè)置在后續(xù)電子裝置 (Folgeelektronic )中，例如設(shè)置在工具機(jī)控制裝置中。
在掃描電路板2.2上設(shè)置ASIC2.23， ASIC2.23作為分析部件2.23 工作，在ASIC2.23的控制下產(chǎn)生激勵(lì)電流I,且從由此產(chǎn)生的在接收導(dǎo) 線2.221、 2.222內(nèi)感應(yīng)的電壓得到位置信息、特別是角度信息。根據(jù)本 發(fā)明，激勵(lì)電流I是脈沖電流。這在旋轉(zhuǎn)傳感器通過電池4被供電時(shí)特 別有利，因?yàn)樵谶@種情況下能量消耗大大降低，由此可以提高電池4的 壽命。
除了脈沖工作外，旋轉(zhuǎn)傳感器還可以具有其它工作模式，例如利用 連續(xù)輸送的周期性的激勵(lì)電流I工作。
電容器2.24和激勵(lì)導(dǎo)線2.21并聯(lián)，并形成具有諧振周期TR的電 LC振蕩回路。實(shí)際上，諧振周期TR的值通常在幾百納秒和幾微妙之間， 這相應(yīng)于幾百個(gè)千赫茲至幾兆赫茲的諧振頻率。針對損耗功率而言，在 此高的頻率是優(yōu)選的，因?yàn)樵诖薒C振蕩回路具有高的品質(zhì)因數(shù)。
并聯(lián)電路的一個(gè)接頭通過供電線路2.231與分析部件2.23連接，并 通過該分析部件2.2 3被供應(yīng)以電壓，例如直流電壓源3或電池4的電壓。 并聯(lián)電路的第二接頭通過開關(guān)部件2.25與電路的接地點(diǎn)連接。通過分析 部件2.23的開關(guān)線路2.232來控制開關(guān)部件2.25接通或斷開。開關(guān)部件 2.25的開關(guān)狀態(tài)由此確定是否流有激勵(lì)電流I。開關(guān)部件2.25在圖3中 被示為雙極的晶體管，但也可以使用其它合適的部件，例如MOSFET。 也可以將開關(guān)部件2.25 —起集成在分析部件2.23中。
通過激勵(lì)電流I產(chǎn)生圍繞激勵(lì)導(dǎo)線2.21的電磁場。由電磁場產(chǎn)生穿 過接收區(qū)道2.22的磁力線。另外優(yōu)選激勵(lì)電流I通過電容器2.24和激勵(lì) 導(dǎo)線2.21的并聯(lián)產(chǎn)生激勵(lì)電壓UE。根據(jù)感應(yīng)定律，當(dāng)磁力線改變時(shí)在 接收導(dǎo)線2.221、 2.222內(nèi)感應(yīng)出電壓U" U2、 U3、 U4。因?yàn)樗袘?yīng)的 電壓U" U2、 U3、 U4的曲線特別是還取決于代碼盤1.2的角度位置，所 以可以通過對這些電壓曲線的分析來得到代碼盤1.2的角度位置。因此 接收導(dǎo)線2.221例如包括兩個(gè)由導(dǎo)線構(gòu)成的區(qū)道，這些區(qū)道根據(jù)相對位置或旋轉(zhuǎn)角度、具有不同幅度的電壓Ui、 U2來提供。在相對于支撐體
旋轉(zhuǎn)一圏時(shí)，即在旋轉(zhuǎn)角度為2兀(360。)時(shí)，接收導(dǎo)線2.221在第一 分度區(qū)道1.21被掃描的情況下分別提供從最大值至最小值的電壓U,、 U2。從磁場導(dǎo)致感應(yīng)出電壓仏、U2,對該it場的取決于位置的影響的 原因在于，在代碼盤1.2的導(dǎo)電的被涂層的區(qū)域1.211、 1.221中感應(yīng)出 渦流，渦流的大小取決于在代碼盤1.2和掃描電路板2.2之間的角度位 置。
為了得到位置信息，在接收區(qū)道2.22中感應(yīng)出的電壓U,、 U2、 U3、 U4被輸送給分析部件2.23。
因?yàn)榉侄葏^(qū)道1.21只有一個(gè)唯一的被涂層的區(qū)域1.211和一個(gè)唯一 的未被涂層的區(qū)域1.212,所以由對分度區(qū)道1.21的掃描在代碼盤1.2 圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)產(chǎn)生相對粗略的絕對的位置信息。另外通過 對信號幅度曲線的分析，確保識別出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方向。因此可以通過對 分度區(qū)道1.21的掃描例如實(shí)現(xiàn)一種轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器。
在第二外部掃描區(qū)道上的其它接收導(dǎo)線2.222用于掃描第二分度區(qū) 道1.22。兩個(gè)接收導(dǎo)線2.222同樣相對錯(cuò)開，從而在掃描第二分度區(qū)道 1.22時(shí)在輸出端產(chǎn)生兩個(gè)信號，這些信號具有取決于位置的幅度曲線。
外部的接收導(dǎo)線2.222分別具有十六個(gè)、即24個(gè)線圈，從而通過外 部的接收導(dǎo)線2.222在代碼盤1.2相對于掃描電路板2.2相對移動時(shí)可以 產(chǎn)生精度比較高的增量信號。在相對于支撐體旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，即在旋轉(zhuǎn)角 度為2兀(360。)時(shí)，在掃描第二分度區(qū)道1.22的情況下接收導(dǎo)線2.222 分別提供十六個(gè)最大值或最小值。
結(jié)合通過分度區(qū)道1.21對絕對位置的粗略確定，通過這種裝置可以 確定絕對的旋轉(zhuǎn)角度。
替代于所示實(shí)施例，所感應(yīng)出的電壓U" U2、 U3、 Uj也可以差分 且不接地產(chǎn)生或者被處理。
圖4借助電壓U！的實(shí)例示出在接收導(dǎo)線2.221、 2.222中的感應(yīng)電 壓U,、 U2、 U3、 U4的取決于在開關(guān)線路2.232上的接通脈沖5.1的時(shí)間 曲線，接通脈沖5.1在接通時(shí)刻TE將開關(guān)部件2.25接通，并在斷開時(shí) 刻TA又將開關(guān)部件2.25斷開。在此，下面的曲線示出接通脈沖5.1, 其中開關(guān)部件2.25的接通時(shí)段為TP。上面的虛線示出由接通脈沖5.1 的接通邊沿所導(dǎo)致的感應(yīng)出的接通振蕩曲線5.2。這通過如下措施得以實(shí)現(xiàn)，即接通開關(guān)部件2.25會在激勵(lì)導(dǎo)線2.21中產(chǎn)生激勵(lì)電流I,該激 勵(lì)電流I引起變化的上升的磁力線。點(diǎn)劃線示出由接通脈沖5.1的斷開 邊沿所感應(yīng)的斷開振蕩曲線5.3。該斷開振蕩曲線5.3通過開關(guān)部件2.25 的斷開或者通過激勵(lì)電流I的切斷和由此導(dǎo)致的下降的磁力線而產(chǎn)生。 實(shí)線示出通過接通振蕩曲線5.2和斷開振蕩曲線5.3的疊加而產(chǎn)生的電 壓U!。因?yàn)榇帕€的變化在接通和斷開時(shí)具有不同的符合，所以接通振 蕩曲線5.2和斷開振蕩曲線5.3具有相反的極性。直至接通脈沖5.1的斷 開邊沿都不進(jìn)行疊加，因此直至該時(shí)刻電壓U!和斷開振蕩曲線5.3都相 同。
激勵(lì)導(dǎo)線2.21和接收導(dǎo)線2.221或2.222是一種傳遞部件。出于這 個(gè)原因，所感應(yīng)出的電壓U" U2、 U3、 U4的信號曲線在很大程度上與 激勵(lì)電壓Ue的信號曲殘相同。但激勵(lì)電壓Ue具有高的信號幅度，而且 不取決于在代碼盤1.2和掃描電路板2.2之間的相對位置。激勵(lì)電壓UE 因此在圖4中標(biāo)示在感應(yīng)電壓附近的方括號內(nèi)。
接通振蕩曲線5.2和斷開振蕩曲線5.3的疊加現(xiàn)在導(dǎo)致，在由接通 脈沖5.1的斷開邊沿所產(chǎn)生的斷開振蕩曲線5.3或電壓(其特征在于 第一測量觸發(fā)信號TM1 )的第一半波長的頂點(diǎn)區(qū)域中，測得明顯高于無 疊加時(shí)的電壓。對位置信息的檢測因此在這種情況下明顯抗干擾。此外 可以實(shí)線高的測量精度。
位置信息的求得還可以進(jìn)一步得到改進(jìn)，如果不僅測量在接通脈沖 5.1的斷開邊沿之后在電壓的第一半波長的頂點(diǎn)區(qū)域中的電壓，而且 測量在由接通脈沖5.1的接通邊沿(其特征在于第二測量觸發(fā)信號TM2) 所產(chǎn)生的接通振蕩曲線5.2的第一半波長的頂點(diǎn)區(qū)域中的電壓。由此產(chǎn) 生冗余，這種冗余用于通過對兩個(gè)電壓值的比較來檢查它們的合理性。 例如兩個(gè)電壓值的符號相反可以用作正確功能的標(biāo)準(zhǔn)。因此可以實(shí)現(xiàn)對 測量裝置功能的檢查。
此外有利的是，在測量之前首先將在電壓的兩個(gè)第一頂點(diǎn)處的 兩個(gè)電壓值的模擬量相加，以便得到高的可分析的信號幅度并進(jìn)一步提 高抗干擾性和測量精度。
所感應(yīng)出的電壓U,、 U2、 U3、 U4一皮分析部件2.23進(jìn)行電子處理， 從而得到軸1.1的相應(yīng)的角度位置信息。
接通脈沖5.1的斷開邊沿在感應(yīng)電壓Ui第一次過零時(shí),皮觸發(fā)，這種情況導(dǎo)致接通振蕩曲線5.2和斷開振蕩曲線5.3的最佳疊加，進(jìn)而導(dǎo)致 感應(yīng)電壓u,的最高可達(dá)到的信號幅度。因此實(shí)際上優(yōu)選追求高的待分 析的信號幅度。接通時(shí)段TP在這種情況下等于諧振周期TR的一半 (TP-TR/2)。但略微的偏差，特別是如果接通脈沖5.1的斷開邊沿在 諧振周期的四分之一和四分之三之間的范圍內(nèi)被觸發(fā)，也會導(dǎo)致可分析 的信號。
相反，如果要實(shí)現(xiàn)特別節(jié)能的位置測量儀，則特別有利的是，將接 通時(shí)段TP限制在諧振周期TR的四分之一 (TP=TR/4),因?yàn)樵摃r(shí)段已 足以產(chǎn)生可分析的電壓U,。由于必須給L C振蕩回路供電的時(shí)間較短， 例如對于電池驅(qū)動而言可以實(shí)現(xiàn)電池4的^艮長的壽命。
圖5為分析部件2.23的方框圖，其中在此只示出對于分析兩個(gè)U!、 U2來說必需的細(xì)節(jié)，所述電壓利用兩個(gè)彼此錯(cuò)開設(shè)置的接收導(dǎo)線通過對 分度區(qū)道的掃描而產(chǎn)生，例如利用接收導(dǎo)線2.221通過對第一分度區(qū)道 1.21的掃描而產(chǎn)生。
分析部件2.23的輸入端形成第 一 電壓U！和第二電壓U2以及激勵(lì)電 壓UE,第一電壓U,和第二電壓U2利用兩個(gè)彼此錯(cuò)開設(shè)置的接收導(dǎo)線 2.221由對第一分度區(qū)道1.21的掃描而產(chǎn)生。如上所述，第一電壓U！ 或第二電壓U2的幅度取決于接收導(dǎo)線2.221相對于分度區(qū)道1.21的相 對位置。第一電壓U!被輸送給第一測量單元2.233,第二電壓112被輸 送給第二測量單元2.234。測量單元2.233和2.234用于測量電壓U！或 U2，且測量結(jié)果被輸送至處理單元2.236。
為了確定測量的時(shí)間過程，將激勵(lì)電壓UE輸送給觸發(fā)單元2.235。 該觸發(fā)單元求得觸發(fā)信號并將這些觸發(fā)信號傳遞至處理單元2.236或測 量單元2.233、 2.234，這些觸發(fā)信號用于確定接通脈沖5.1的接通時(shí)段 TP以及用于確定測量電壓U" U2的至少一個(gè)測量時(shí)刻。激勵(lì)電壓UE 在下面被簡化地視作接地的信號。如由圖3可見，對于測量過程而言主 要有兩個(gè)時(shí)刻特別有利，其一為在接通脈沖5.1的斷開邊沿之后電壓仏 或U2的第一頂點(diǎn)，因?yàn)橛写郎y量的電壓U!、 U2在此處具有最大的幅度， 另一個(gè)為接通振蕩曲線5.2的第一過零點(diǎn)，因?yàn)樵诖舜嬖谟糜诮油}沖 5.1的斷開邊沿的有利的時(shí)刻。有利地，觸發(fā)單元2.235因此如下設(shè)計(jì)， 即它在這些時(shí)刻將觸發(fā)信號輸出至測量單元2.233和2.234或處理單元 2.236,從而它能夠相應(yīng)地控制測量過程。在接通振蕩曲線5.2過零時(shí)的斷開時(shí)刻TA在很大程度上相應(yīng)于激 勵(lì)電壓ue的過零點(diǎn)，且例如可以在觸發(fā)單元2.235中^皮簡單地通過零點(diǎn) 探測器、特別是比較器來確定，該比較器將激勵(lì)電壓ue的電壓曲線與 基準(zhǔn)電壓、在這種情況下與地電位比較。比較結(jié)果以斷開觸發(fā)信號TA 的形式被輸出至處理單元2.236。
電壓U,、 U2從接通脈沖TP的斷開邊沿起經(jīng)過四分之一的諧振周期 TR到達(dá)第一頂點(diǎn)。為了求得該時(shí)刻，例如可以利用正弦或余弦函數(shù)的 相對部分。具體而言，可以將激勵(lì)電壓UE輸送給^t擬的差分器，在差 分器中形成激勵(lì)電壓Ue的部分。差分器的輸出信號然后又可以被傳輸 至零點(diǎn)探測器，零點(diǎn)探測器在經(jīng)差分的激勵(lì)電壓ue的過零點(diǎn)時(shí)刻將第 一測量觸發(fā)信號TM1輸出至測量單元2.233、 2.234，所述過零點(diǎn)當(dāng)然在 很大程度上與電壓U,、 L 2的頂點(diǎn)一致。代替差分器例如也可以^f吏用積 分器。
根據(jù)一種簡化的實(shí)施方式，用于測量電壓仏、U2的測量觸發(fā)信號 TM1在接通脈沖5.1的斷開邊沿之后在第一頂點(diǎn)的區(qū)域中還通過如下措 施來產(chǎn)生，即它自動地例如使用限時(shí)元件，即在斷開觸發(fā)信號TA(或 者接通脈沖5.1的斷開邊沿)之后LC諧振頻率的四分之一時(shí)段被輸出。
作為對激勵(lì)電壓Ue的代替或附加，為了產(chǎn)生觸發(fā)信號TA、 TM1 也可以使用電壓U,、 U2。但因?yàn)檫@些電壓的幅度小于激勵(lì)電壓UE,這 些電壓還取決于位置，實(shí)際上優(yōu)選使用激勵(lì)電壓UE。
如上所述，特別優(yōu)選的是，為了檢測電壓U!、 U2,不僅考慮在接通 脈沖5.1的斷開邊沿之后電壓U!、 U2的第一頂點(diǎn)，而且考慮接通振蕩曲 線5.2的第一頂點(diǎn)。電壓仏、U2從接通脈沖TP的接通邊沿起同樣經(jīng)過 諧振時(shí)段TR的四分之一到達(dá)該頂點(diǎn)。為了在該時(shí)刻測量電壓仏、U2, 可以在觸發(fā)單元2.235中在接通振蕩曲線5.2的第一頂點(diǎn)的時(shí)刻產(chǎn)生第 二測量觸發(fā)信號TM2，該第二測量觸發(fā)信號TM2同樣被輸送給測量單 元2.233、 2.234。為此例如可采用已述做法(差分器或積分器結(jié)合零點(diǎn) 探測器，或者在接通脈沖5.1的接通邊沿之后LC諧振頻率的四分之一 時(shí)段輸出第二測量觸發(fā)信號TM2)。
在測量單元2.233、 2.234中在測量觸發(fā)信號TM1、 TM2的時(shí)刻對 電壓U!、 U2的測量例如可以通過如下措施來進(jìn)行，即既在第一測量觸 發(fā)信號TM1的時(shí)刻，又在第二測量觸發(fā)信號TM2的時(shí)刻，利用A/D變換器檢測當(dāng)前的電壓值，并為了進(jìn)一步處理而將結(jié)果傳輸至處理單元
2.236。在這種情況下，在處理單元2.236中由兩個(gè)測量值的關(guān)系推斷出 測量裝置的正確功能。
特別有利的還有，在第二測量觸發(fā)信號TM2的時(shí)刻且在第一測量 觸發(fā)信號TM1的時(shí)刻首先通過掃描和保持電路將電壓值存儲在測量單 元2.233、 2.234中，接下來(例如通過差分器)將這些電壓值模擬相加， 同時(shí)注意相反的極性，然后才利用A/D變換器檢測所產(chǎn)生的信號，因?yàn)?在這種情況下A/D變換器的輸入電壓范圍得到更好的利用，因此可以進(jìn) 一步改善測量精度。
代替差分器，當(dāng)然也可以使用其它合適的電路，例如最大值探測器 或PLL部件。
根據(jù)另一實(shí)施方式，對電壓U，、 U2的分析還通過例如從接通脈沖 5.1的接通邊沿的時(shí)刻起對信號曲線的數(shù)字化和接下來的利用信號處理 算法的分析來進(jìn)行。在這種情況下特別有利的是，作為分析部件2.23使 用微控制器或數(shù)字信號處理器(DSP)。該解決方案還具有如下優(yōu)點(diǎn)， 即微控制器或數(shù)字信號處理器通常已經(jīng)具有電路輸出端，從而不再需要 用于產(chǎn)生接通脈沖5.1的其它費(fèi)用。
這里還要指出，微控制器或數(shù)字信號處理器也可以作為所謂的IP 核來提供，所述IP核可以集成到ASIC中。
前述實(shí)施例涉及用于測量例如電機(jī)軸的角度位置的旋轉(zhuǎn)傳感器。不 言而喻，位置測量裝置也可以是直線位置測量儀。在這種情況下，整體 量具1.2是被掃描單元讀取的測量尺，其中測量尺和掃描單元沿著測量 方向X可相對移動地設(shè)置。在這種情況下，掃描單元包括激勵(lì)導(dǎo)線和接 收導(dǎo)線，這些導(dǎo)線縱向地朝向移動方向。
權(quán)利要求
1. 一種位置測量儀，包括-整體量具(1. 2)，在所述整體量具(1.2)上涂敷有至少一個(gè)分度區(qū)道(1.21、1.22)；-支撐體(2. 2)，在所述支撐體(2.2)上設(shè)置有至少一個(gè)激勵(lì)線圈(2.21)以及至少一個(gè)用于掃描電磁場的探測裝置(2.22)，為了產(chǎn)生所述電磁場可通過所述激勵(lì)線圈(2.21)引導(dǎo)激勵(lì)電流(I)；-電容器(2. 24)，所述電容器(2.24)與所述激勵(lì)線圈(2.21)一起形成LC振蕩回路；-分析部件(2. 23)；和-開關(guān)部件(2. 25)，所述開關(guān)部件(2.25)可被所述分析部件(2.23)通斷，其中所述整體量具(1.2)和所述支撐體(2.2)可相對移動地設(shè)置，且在所述整體量具(1.2)相對于所述支撐體(2.2)相對移動時(shí)所述電磁場可受所述至少一個(gè)分度區(qū)道(1.21、1.22)影響，其中所述LC振蕩回路可通過所述開關(guān)部件(2.25)的通斷利用激勵(lì)電流(I)來工作，所述激勵(lì)電流(I)在所述探測裝置(2.22)中感應(yīng)出至少一個(gè)電壓(U1、U2、U3、U4)，所述電壓可為了求得位置信息而被所述分析部件(2.23)電處理，其特征在于，所述激勵(lì)電流(I)的產(chǎn)生通過所述開關(guān)部件(2.25)的通斷利用具有接通時(shí)段(TP)的接通脈沖(5.1)來實(shí)現(xiàn)；和為了求得所述位置信息，可在所述接通脈沖(5.1)的斷開邊沿之后的區(qū)域內(nèi)測量在所述探測裝置(2.22)中感應(yīng)出的所述至少一個(gè)電壓(U1、U2、U3、U4)。
2. 如權(quán)利要求1所述的位置測量儀，其特征在于，為了測量所述至 少一個(gè)感應(yīng)電壓(Ui、 U2、 U3、 U4),所述分析部件(2.23)包括至少 一個(gè)測量單元(2.233、 2.234 )。
3. 如權(quán)利要求2所述的位置測量儀，其特征在于，所述分析部件 (2.23)還包括處理單元(2.236 ),為了求得位置信息，在所述至少一個(gè)測量單元(2.233、 2.234 )中測得的測量值被輸送給所述處理單元(2.236 )。
4. 如權(quán)利要求3所述的位置測量儀，其特征在于，所述開關(guān)部件 (2.25)可被所述處理單元(2.236 )通過開關(guān)線路(2.232 )通斷。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置測量儀，其特征在于，所述 分析部件(2.23)還包括觸發(fā)單元(2.235 ),所述觸發(fā)單元(2.235 )產(chǎn) 生觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA),所述觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA) 用于確定所述接通脈沖(5.1)的接通時(shí)段(TP)以及用于確定至少一 個(gè)測量所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(Ui、 U2、 U3、 U4)的測量時(shí)刻。
6. 如權(quán)利要求5所述的位置測量儀，其特征在于，由所述激勵(lì)電流 (I)產(chǎn)生的激勵(lì)電壓(UE)或/和至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U,、 U2、 U3、 U4)被輸送給用于產(chǎn)生所述觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA)的所述觸發(fā)單元 (2.235 )。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的位置測量儀，其特征在于，所述觸發(fā)信 號(TM1、 TM2、 TA)包括斷開觸發(fā)信號(TA),所述斷開觸發(fā)信號(TA)確定所述接通脈沖(5.1)的斷開邊沿，所述觸發(fā)單元(2.235 ) 在所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U" U2、 U3、 U4)的第一個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)刻產(chǎn) 生所述斷開觸發(fā)信號(TA)。
8. 如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的位置測量儀，其特征在于，所 述觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA)包括第一測量觸發(fā)信號(TM1 )，所述 觸發(fā)單元(2.235)在所述接通脈沖(5.1)的斷開邊沿之后所述至少一 個(gè)感應(yīng)電壓(Up U2、 U3、 U4)的第一個(gè)頂點(diǎn)的時(shí)刻產(chǎn)生所述第一測量 觸發(fā)信號(TM1 )。
9. 如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的位置測量儀，其特征在于，所 述觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA)包括第二測量觸發(fā)信號(TM2 )，所述 觸發(fā)單元(2.235 )在所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U!、 U2、 U3、 U4)的第 一個(gè)頂點(diǎn)的時(shí)刻產(chǎn)生所述第二測量觸發(fā)信號(TM2)。
10. 如權(quán)利要求8至9中任一項(xiàng)所述的位置測量儀，其特征在于， 所述第一測量觸發(fā)信號(TM1 )和/或所述第二測量觸發(fā)信號(TM2)控 制在所述測量單元(2.233、 2.234 )中對所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U" U2、 U3、 U4)的測量。
11. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置測量儀，其特征在于，所 述探測裝置(2.22 )包括第一探測線圏(2.221 )和第二探測線圏(2.222 ),在相對于所述支撐體(2.2)的旋轉(zhuǎn)中所述第一探測線圈(2.221)提供 數(shù)量不同于所述第二探測線圏(2.222 )的最多信號。
12. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置測量儀，其特征在于，所 述分析部件(2.23)集成在ASIC中。
13. —種用于使得位置測量儀工作的方法，所述位置測量儀包括-整體量具(1.2)，在所述整體量具(1.2)上涂敷有至少一個(gè)分 度區(qū)道(1.21、 1.22);-支撐體(2.2),在所述支撐體(2.2)上設(shè)置有至少一個(gè)激勵(lì)線 圈(2.21)以及至少一個(gè)用于掃描電磁場的探測裝置(2.22), 為了產(chǎn)生所述電磁場可通過所述激勵(lì)線圏(2.21 )引導(dǎo)激勵(lì)電流(I);-電容器(2.24),所迷電容器(2.24)與所述激勵(lì)線圈(2.21)一起形成LC振蕩回^各； -分析部件(2.23);和-開關(guān)部件(2.25 )，所述開關(guān)部件(2.25 )可被所述分析部件(2.23 ) 通斷，其中所述整體量具U.2)和所述支撐體(2.2)可相對移動地設(shè)置， 且在所述整體量具(1.2)相對于所述支撐體(2.2)相對移動時(shí)所述電 磁場可受所述至少一個(gè)分度區(qū)道(1.21、 1.22)影響，其中所述LC振蕩回路可通過所述開關(guān)部件(2.25)的通斷利用激 勵(lì)電流(I)來工作，所述激勵(lì)電流(I)在所述探測裝置(2.22)中感 應(yīng)出至少一個(gè)電壓(U" U2、 U3、 U4),所述電壓可為了求得位置信息 而被所述分析部件(2.23)電處理，其特征在于，在所述激勵(lì)線圈(2.21)中通過所述開關(guān)部件(2.25)的通斷利用 具有接通時(shí)段(TP)的接通脈沖(5.1)產(chǎn)生所述激勵(lì)電流(I);和為了求得所述位置信息，在所述接通脈沖(5.1)的斷開邊沿之后的 區(qū)域內(nèi)測量在所述探測裝置(2.22)中感應(yīng)出的所述至少一個(gè)電壓(Ui、 U2、 U3、 U4)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，由設(shè)置在所述分析部 件(2.23)中的處理單元(2.236 )通過開關(guān)線路(2.232 )來通斷所述開 關(guān)部件(2,25)。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，在設(shè)置于所述 分析部件(2.23)中的至少一個(gè)測量單元(2.233、 2.234 )內(nèi)測量所述至 少一個(gè)感應(yīng)電壓(U]、 U2、 U3、 U4)。
16. 如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 分析部件(2.23 )還包括觸發(fā)單元(2.235 )，所述觸發(fā)單元(2.235 )產(chǎn) 生觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA),所迷觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA) 用于確定所述接通脈沖(5.1)的接通時(shí)段(TP)以及用于確定至少一 個(gè)測量所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U,、 U2、 U3、 U4)的測量時(shí)刻。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述觸發(fā)單元 (2.235 )中借助于由所述激勵(lì)電流(I)產(chǎn)生的激勵(lì)電壓(UE)或/和至少一個(gè)感應(yīng)電壓(Uh、 U2、 U3、 U4)來產(chǎn)生所述觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA)。
18. 如權(quán)利要求16至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA)包括斷開觸發(fā)信號(TA),所述斷開觸 發(fā)信號(TA )確定所述接通脈沖(5.1 )的斷開邊沿，所述觸發(fā)單元(2.235 ) 在所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U!、 U2、 U3、 U4)的第一個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)刻產(chǎn) 生所述斷開觸發(fā)信號(TA)。
19. 如權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述 觸發(fā)信號(TM1、 TM2、 TA)包括第一測量觸發(fā)信號(TM1 ),所述第 一測量觸發(fā)信號(TM1)確定對所迷至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U,、 U2、 U3、 U4)的第一次測量的時(shí)刻，所述觸發(fā)單元(2.235 )在所述接通脈沖(5.1 ) 的斷開邊沿之后所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U,、 U2、 U3、 U4)的第一個(gè)頂 點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生所述第一測量觸發(fā)信號(TM1)。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述觸發(fā)信號(TMl、 TM2、TA )包括第二測量觸發(fā)信號(TM2 )，所述第二測量觸發(fā)信號(TM2 ) 確定對所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(Ub U2、 U3、 U4)的第二次測量的時(shí)刻， 所述觸發(fā)單元(2.235 )在所述至少一個(gè)感應(yīng)電壓(U!、 U2、 U3、 U4) 的第一個(gè)頂點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生所述第二測量觸發(fā)信號(TM2)。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在所述處理單元 (2.236)中利用在所述第一測量觸發(fā)信號(TM1)的區(qū)域內(nèi)測得的測量值和在所述第二測量觸發(fā)信號(TM2)的區(qū)域內(nèi)測得的測量值求得所述 位置信息。
全文摘要
位置測量儀及其工作方法，包括整體量具，其上設(shè)有至少一個(gè)分度區(qū)道；支撐體，其上設(shè)有至少一個(gè)激勵(lì)線圈和至少一個(gè)掃描電磁場的探測裝置，為了產(chǎn)生電磁場通過激勵(lì)線圈引導(dǎo)激勵(lì)電流；與激勵(lì)線圈一起形成LC振蕩回路的電容器；分析部件；被分析部件通斷的開關(guān)部件。整體量具和支撐體可相對移動，在相對移動時(shí)電磁場受至少一個(gè)分度區(qū)道影響。LC振蕩回路通過開關(guān)部件的通斷利用激勵(lì)電流工作，激勵(lì)電流在探測裝置中感應(yīng)出至少一個(gè)電壓，所述電壓為了求得位置信息而被分析部件電處理，通過開關(guān)部件的通斷利用具有接通時(shí)段TP的接通脈沖產(chǎn)生激勵(lì)電流；為了求得位置信息，在接通脈沖的斷開邊沿之后的區(qū)域內(nèi)測量在探測裝置中感應(yīng)出的至少一個(gè)電壓。
文檔編號G01B7/00GK101545754SQ20091012795
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
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