專利名稱：電磁感應式絕對位置傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電磁感應式絕對位置傳感器，其中取決于標尺上的位置的信號強度的變量較小。更具體地講，本發(fā)明涉及電磁感應式絕對位置傳感器，包括具有多個起線圈作用的標尺回路的標尺，標尺回路具有包含至少兩個回路部分的一組回路部分，按不同波長間隔沿測量軸布置，構成一系列按不同波長沿測量軸布置的磁軌，和連接圖形部分，使對應的兩個回路部分相互連接。電磁感應式絕對位置傳感器適合用于電子測徑儀、電子測微儀、指示器、線性標尺、線性量規(guī)等。
現(xiàn)有技術的說明本發(fā)明的受讓人已經(jīng)在日本專利申請未審查公開2000-180209(基于美國專利申請09/213268提交的申請)中，提出具有不同波長的N個(N≥2)磁軌的電磁感應式絕對位置傳感器。如

圖10所示，提出的傳感器具有標尺10和可沿測量軸X相對移動的讀取頭20。讀取頭20包括至少一個磁通傳感元件(接收線圈22和24)。標尺10具有沿測量軸延伸的多個閉環(huán)耦合回路(以下稱為標尺回路)。標尺回路起線圈作用。每個標尺回路包括第一回路部分12、第二回路部分14、和使第一和第二回路部分相互連接的連接圖形部分16。沿測量軸按對應于第一波長λ1的間隔布置第一回路部分12。按對應于第二波長λ2的間隔布置第二回路部分14，第二波長λ2不同于第一波長λ1。
圖10中，驅(qū)動電路30向第一發(fā)射線圈26或第二發(fā)射線圈28選擇地輸出時變驅(qū)動信號。放大電路32放大來自接收線圈22和24的信號。計算裝置34對放大電路32的輸出進行A/D轉(zhuǎn)換，并且由磁軌之間的相差計算絕對位置。
圖10中，第一回路部分12布置在第二回路部分14的一側(cè)。第一回路部分12可以交替地布置在第二回路部分14的兩側(cè)，如圖11所示。
圖12放大地展示了圖10的標尺回路中的第0個和第n個第一回路部分12和第二回路部分14的連接狀態(tài)。圖13展示了信號強度隨標尺回路長度(以下稱為標尺長度)的變化。如圖12和13所示，在現(xiàn)有技術的電磁感應式絕對位置傳感器中，連接標尺10中的每個標尺回路的回路部分(第一回路部分12和第二回路部分14)的連接圖形部分16，當標尺長度更長時也會更長。因此，如果標尺回路的圖形寬度(第一和第二回路部分的圖形寬度A，連接圖形16的圖形寬度B)沿測量軸保持恒定，如圖12所示，則隨著標尺長度的增大，讀取頭20的輸出信號的強度降低，如圖14中的實線所示。亦即，隨著讀取頭移動，遠離具有最短長度連接圖形部分(以下稱為第0個標尺回路)的標尺回路的位置，讀取頭的輸出信號強度降低。這里，第0個標尺回路的標尺圖形稱為最短連接圖形。
如上所述，當信號強度根據(jù)標尺位置變化時，為了保證即使在信號強度降低時也有足夠的信號強度，標尺與讀取頭之間的間隙的設定范圍不可避免地要變窄。因此，必須提高部件和組裝工藝的精度。而且，在本發(fā)明的受讓人在美國專利申請09/804300中提出的情形中，根據(jù)信號強度檢測出例如讀取頭或者標尺破裂，而導致錯誤操作，檢測靈敏度不能設得較高。
發(fā)明概述為了解決現(xiàn)有技術的問題，完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種電磁感應式絕對位置傳感器，其中取決于標尺上的位置的輸出信號的變量較小。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供一種電磁感應式絕對位置傳感器，包括具有多個起線圈作用的標尺回路的標尺，標尺回路具有包含兩個回路部分的一組回路部分，按不同波長間隔沿測量軸布置，構成一系列按不同波長沿測量軸布置的磁軌，和連接圖形部分，使對應的兩個回路部分相互連接。
在電磁感應式絕對位置傳感器中，構成標尺回路的圖形寬度的至少一部分，根據(jù)連接圖形部分的長度(以下稱為連接圖形長度)而變化。采用這種結(jié)構，可以防止由于連接圖形長度的改變而使信號強度變化。
在電磁感應式絕對位置傳感器中，隨著連接圖形長度相對于最短連接圖形而變長，至少部分圖形寬度最好逐漸增大。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種位置測量裝置，使用上述電磁感應式絕對位置傳感器。
在根據(jù)本發(fā)明的電磁感應式絕對位置傳感器和使用該傳感器的位置測量裝置中，在按恒定節(jié)距布置回路部分(在現(xiàn)有技術中，第一回路部分按節(jié)距λ1布置，第二回路部分按節(jié)距λ2布置)的標尺圖形中，構成標尺回路的圖形寬度的至少一部分，是根據(jù)連接圖形長度而變化的，不改變第一和第二回路部分的節(jié)距和回路中心距離。例如，隨著連接圖形長度相對于最短連接圖形(在本例中第0個標尺回路也稱為標尺線圈)而變長，至少部分圖形寬度逐步地(漸漸地)增大。根據(jù)這種結(jié)構，通過增大流過標尺回路的電流，可以對例如圖14的實線A所示的標尺長度增加所導致的信號強度的衰減量予以補償。因此，防止了取決于連接圖形長度增大的信號強度的衰減，從而讀取頭的輸出信號強度可以保持恒定，如圖14的實線B所示。
附圖的簡要說明圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的平面圖。
圖2是圖1的標尺回路的主要部分的放大圖。
圖3是第一實施例的圖形寬度隨標尺位置的變化狀態(tài)的實例曲線圖。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的放大平面圖。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形另一實例的放大平面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的放大平面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的放大平面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的放大平面圖。
圖8是展示讀取頭和標尺之間的間隙與信號強度的相互關系實例的曲線圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的另一實施例的平面圖。
圖10是現(xiàn)有技術的電磁感應式絕對位置傳感器的結(jié)構平面圖。
圖11是圖10的標尺圖形變形的平面圖。
圖12是圖10的標尺回路的部分放大圖。
圖13是現(xiàn)有技術中信號強度相對于標尺回路長度變化的曲線圖。
圖14是現(xiàn)有技術和本發(fā)明中信號強度隨標尺位置的變化狀態(tài)的曲線圖。
發(fā)明的詳細說明以下，將參考附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電磁感應式絕對位置傳感器的標尺圖形的平面圖。圖2是放大展示第0個和第n個標尺圖形的放大圖。根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電磁感應式絕對位置傳感器，具有與圖10或11所示現(xiàn)有技術的傳感器相同的結(jié)構，只是標尺回路的圖形寬度不同。在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的傳感器中，如圖1和2所示，第一回路部分12和第二回路部分14的圖形寬度，相對于是最短連接圖形的第0個標尺回路，順序地增大αn，所以第n個標尺回路的圖形寬度是A+αn。這里，第0個標尺回路的第一回路部分12和第二回路部分14的圖形寬度是A，第0個標尺回路的連接圖形部分16的圖形寬度是B。亦即，當標尺長度變長時通過增大標尺回路的圖形寬度，由此增加流過標尺回路的電流。采用這種方式，增加流過標尺回路的電流，可以對例如圖14的實線A所示的標尺長度增加所導致的信號強度的衰減量予以補償。因此，防止了取決于連接圖形長度增大的信號強度的衰減，從而讀取頭的輸出信號強度可以保持恒定，如圖14的實線B所示。
第一實施例中圖形寬度A+αn的例子如圖3所示，其中圖形寬度線性近以為函數(shù)f1(n)＝A+αn。
在第一實施例中，第一回路部分12和第二回路部分14的寬度增大了。因此，利用圖形寬度相對小的增量(或者相對小的值αn)可以保證信號強度。
圖4A展示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電磁感應式絕對位置傳感器。在本發(fā)明的第二實施例中，如圖4A所示，第一回路部分12和第二回路部分14只是在測量軸X方向的寬度順序地增大Xn(＞αn)，所以第n個標尺回路的寬度是A+Xn。
根據(jù)第二實施例，不增大在垂直于測量軸X的方向的圖形寬度，也可以保證信號強度。
相反，如圖4B所示，第一回路部分12和第二回路部分14只是在垂直于測量軸X的方向的寬度順序地增大Xn(＞αn)，所以第n個標尺回路的寬度是A+Xn。采用這種結(jié)構，不增大在測量軸X的方向的圖形寬度，也可以保證信號強度。
圖5展示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電磁感應式絕對位置傳感器。在本發(fā)明第三實施例中，如圖5所示，只有第一回路部分12的寬度順序地增大βn(＝f2(n)＞αn)，所以第n個標尺回路的寬度是A+βn。
根據(jù)第三實施例，不改變第二回路部分14和連接圖形部分16的寬度，也可以保證信號強度。
圖6展示了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電磁感應式絕對位置傳感器。在本發(fā)明第四實施例中，如圖6所示，只有第二回路部分14的寬度順序地增大βn(＝f2(n)＞αn)，所以第n個標尺回路的寬度是A+βn。
根據(jù)第四實施例，不改變第一回路部分12和連接圖形部分16的圖形寬度，也可以保證信號強度。
圖7展示了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電磁感應式絕對位置傳感器。在本發(fā)明第五實施例中，如圖7所示，第一回路部分12、第二回路部分14和連接圖形部分16的寬度全部順序地增大γn(＝f3(n)＜αn)，所以第一回路部分12和第二回路部分14的圖形寬度是A+γn，第n個標尺回路的連接圖形部分16的圖形寬度是B+γn。
根據(jù)第五實施例，圖形寬度的增大量可以最小化。
在上述所有實施例中，實施例的圖形是獨立采用的。另外，各實施例的圖形可以根據(jù)標尺位置組合地使用。例如，標尺圖形可以這樣地形成，在中央側(cè)回路部分的測量軸方向的圖形寬度順序地增大，同時在垂直于外側(cè)回路部分的測量軸方向的圖形寬度順序地增大。圖9展示了第一回路部分12交替地布置在第二回路部分14兩側(cè)的標尺圖形。在這種標尺圖形中，在垂直于第一回路部分12(外側(cè)回路部分)的測量軸的方向，圖形寬度順序地增大Cn(＞αn)，所以第n個標尺回路的圖形寬度是A+Cn。相反，在第二回路部分14(中央側(cè)回路部分)的測量軸方向的圖形寬度順序地增大Cn(＞αn)，所以第n個標尺回路的圖形寬度是A+Cn。采用這種結(jié)構，可以防止發(fā)生因在垂直于中央側(cè)回路部分的測量軸的方向的圖形寬度的增大而引起的相鄰線圈的干擾。而且，可以防止發(fā)生因在外側(cè)回路部分的測量軸方向的圖形寬度的增大而引起的外側(cè)回路部分從標尺基片的寬度突出。
在所有實施例中，可以在全部標尺位置獲得現(xiàn)有技術僅在中央?yún)^(qū)域能夠獲得的信號強度。在現(xiàn)有技術中，根據(jù)依賴于從實線B(中央?yún)^(qū)域)到實線A(端部區(qū)域)的標尺位置而變化的信號強度的變化寬度C，讀取頭和標尺之間的間隙可允許范圍也受到限制，如圖8的區(qū)段D所示。相反，采用本發(fā)明之后，獲得例如由實線B所示的信號強度而與標尺位置無關，因此能夠擴寬間隙可允許范圍，如區(qū)段E所示。
在所有實施例中，磁軌數(shù)量是兩個，并且配置兩相接收線圈。本發(fā)明的應用并不限于此。本發(fā)明也可以用于具有三個或更多磁軌、或者單相接收線圈的傳感器。
本發(fā)明可以用于使用電磁感應式絕對位置傳感器的位置測量裝置整體，具有兩個或更多波長的磁軌，例如電子測徑儀、電子測微儀、指示器、線性標尺、線性量規(guī)?？梢詥为毜厥褂脗鞲衅?。
根據(jù)本發(fā)明，無論標尺位置如何，都可以獲得與在中央?yún)^(qū)域獲得的相同的信號強度，因此間隙設定范圍可以擴寬，如圖8所示。由于無論標尺位置如何信號強度是恒定的，所以能夠容易地進行放大電路的放大設定(例如自動增益)，以使信號強度位于最佳信號強度的中央。而且，可以穩(wěn)定精度。此外，在例如由于讀取頭的誤操作或者根據(jù)信號強度檢測到標尺破裂的情形，正如本發(fā)明的受讓人在美國專利申請09/804300中提出的，可以把判定標準設定得比現(xiàn)有技術更為嚴格。因此，甚至可以高靈敏度地準確檢測準確度的微小變化。
權利要求
1.一種電磁感應式絕對位置傳感器，包括具有多個起線圈作用的標尺回路的標尺，所述標尺回路包括包含至少兩個回路部分的一組回路部分，按不同波長間隔沿測量軸布置，構成一系列按不同波長沿測量軸布置的磁軌；和連接圖形部分，使對應的兩個回路部分相互連接，其中構成所述標尺回路的圖形寬度的至少一部分，根據(jù)連接圖形部分的長度而變化。
2.根據(jù)權利要求1的電磁感應式絕對位置傳感器，其中，隨著連接圖形部分的長度相對于連接圖形部分的最短長度而變長，至少部分所述圖形寬度逐漸增大。
3.根據(jù)權利要求2的電磁感應式絕對位置傳感器，其中，該組回路部分的圖形寬度逐漸地增大。
4.根據(jù)權利要求3的電磁感應式絕對位置傳感器，其中，在垂直于該組回路部分的測量軸的方向的圖形寬度逐漸地增大。
5.根據(jù)權利要求2的電磁感應式絕對位置傳感器，其中，該組回路部分的至少一個回路部分的圖形寬度逐漸地增大。
6.根據(jù)權利要求2的電磁感應式絕對位置傳感器，其中，該組回路部分和連接回路部分的圖形寬度逐漸地增大。
7.一種位置測量裝置，使用根據(jù)權利要求1的電磁感應式絕對位置傳感器。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的電磁感應式絕對位置傳感器具有多個起線圈作用的標尺回路。標尺回路具有第一和第二回路部分以及使第一和第二回路部分相互連接的連接圖形部分。按不同波長節(jié)距沿測量軸布置第一和第二回路部分。隨著連接圖形部分的長度變長,至少部分的構成標尺回路的圖形寬度逐漸地增大。
文檔編號G01D5/245GK1367370SQ0210470
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權日2001年1月22日
發(fā)明者佐佐木康二, 白石吉昭, 林伸行 申請人:株式會社三豐