專利名稱：傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過磁場感應(yīng)信號的方式傳感兩個(gè)構(gòu)件之間的移動或位置，更具體地說，本發(fā)明涉及對讀出頭與標(biāo)尺構(gòu)件不完全平行可能產(chǎn)生的潛在信號誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器。
目前能夠提供各種各樣的移動或位置傳感器，如光學(xué)、電容、磁性和電感式傳感器。這些傳感器常常要將發(fā)射器和接收器放置在各種幾何結(jié)構(gòu)中，以便測量傳感器的兩個(gè)構(gòu)件之間的移動。
光學(xué)、電容和磁性傳感器對于易受污染影響。因此，在絕大多數(shù)的制造或車間環(huán)境中采用這些傳感器是不實(shí)際的。在車間環(huán)境中采用這類傳感器需要昂貴有時(shí)還不可靠的環(huán)境密封裝置或者其它傳感器封裝方法，以使傳感器不受灰塵、油或鐵磁顆粒的沾污。
1995年5月16日提交的美國專利申請08/441,769描述了一種在高精確度應(yīng)用中使用的感應(yīng)電流位置傳感器，這里將其全文引作參考。1996年5月13日提交的美國專利申請08/645,483和08/645,490描述了增加位置感應(yīng)卡尺和直尺，包括信號發(fā)生和處理電路，這里將二者都引作參考。1997年1月29日提交的美國專利申請08/788,469、08/790,494和08/790,459描述了利用這種感應(yīng)電流傳感器的絕對位置感應(yīng)卡尺和電子卷尺，這里將其都引作參考。
這種感應(yīng)電流位置傳感器采用兩個(gè)相互之間可作相對移動的構(gòu)件。讀出頭包括一個(gè)產(chǎn)生變化磁場的有源發(fā)射器和一個(gè)接收或傳感該磁場并產(chǎn)生接收器輸出信號的無源接收器。標(biāo)尺包括多個(gè)磁通量調(diào)制器。磁通量調(diào)制器對磁場進(jìn)行調(diào)制，因此接收器中的感應(yīng)電流與標(biāo)尺相對讀出頭的位置有關(guān)。
發(fā)射器包括通過磁通量區(qū)域產(chǎn)生變化磁場的磁場源。接收器包括沿測量軸在磁通量區(qū)域中按磁通量接收區(qū)的預(yù)定圖案排列的接收器繞組。接收器繞組根據(jù)所傳感的變化磁場被動地產(chǎn)生信號。這一信號的幅度和極性是讀出頭相對標(biāo)尺位置的函數(shù)。接收器繞組是導(dǎo)電元件以預(yù)定間隔自身交叉而形成的，近似為在一端倒轉(zhuǎn)的正弦波。以這種方式，接收器繞組的相鄰回路交替為順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向。發(fā)射器產(chǎn)生的磁場通過這些方向交替變化的回路，產(chǎn)生極性交替變化的EMF。
另一方面，通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚?，如這里引用的其它美國專利申請中詳細(xì)描述的，可以交換發(fā)射器和接收器/傳感器的功能。即，發(fā)射器繞組可以由導(dǎo)電元件以預(yù)定間隔自身交叉而形成，相鄰回路交替為順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向。每個(gè)回路產(chǎn)生的磁場極性交替變化。在這種情況中接收器為一個(gè)簡單回路。
標(biāo)尺包括多個(gè)磁通量調(diào)制器，它們以預(yù)定間隔在標(biāo)尺上規(guī)則地定位。當(dāng)標(biāo)尺沿讀出頭移動時(shí)，磁通量調(diào)制器在磁通量區(qū)域內(nèi)移動，對靠近這些磁通量調(diào)制器的磁通量進(jìn)行調(diào)制。磁通量區(qū)域內(nèi)的磁通量調(diào)制器改變感應(yīng)電流，因此接收器繞組產(chǎn)生的信號將是讀出頭與標(biāo)尺之間相對位置的函數(shù)。
利用現(xiàn)有的印刷電路板技術(shù)，已經(jīng)制造出這些美國專利申請中所公開的感應(yīng)電流傳感器、卡尺、直尺和電子卷尺。這種傳感器系統(tǒng)通常不受顆粒，包括鐵磁顆粒、油、水和其它液體的沾污。


圖1示出具有讀出頭110和標(biāo)尺120的感應(yīng)電流位置傳感器100。讀出頭110包括發(fā)射器繞組112和至少一個(gè)接收器繞組114。接收器繞組114限定多個(gè)正極性回路116和多個(gè)負(fù)極性回路118。在發(fā)射器繞組內(nèi)，正負(fù)極性回路116和118沿讀出頭110的測量軸130延伸，重復(fù)率相當(dāng)于標(biāo)尺波長λ。
標(biāo)尺120包括多個(gè)磁通量調(diào)制器122。磁通量調(diào)制器122既可以是磁通量削弱器也可以是磁通量增強(qiáng)器。磁通量調(diào)制器122以與波長λ相等的傾斜定位。每個(gè)磁通量調(diào)制器122沿測量軸130延伸，大約為波長λ的二分之一或更小。
磁通量削弱器是由一層薄導(dǎo)電材料層形成的。發(fā)射器繞組112產(chǎn)生的變化磁場在薄導(dǎo)電層中形成渦流。渦流產(chǎn)生方向與發(fā)射器繞組112產(chǎn)生磁場相反的磁場。這就減小或削弱了與薄導(dǎo)電層磁通量削弱器相鄰區(qū)域中的場磁通量。
磁通量增強(qiáng)器是由高磁導(dǎo)率的材料形成的。發(fā)射器繞組112產(chǎn)生的磁場優(yōu)先通過高磁導(dǎo)率的磁通量增強(qiáng)器。因此，磁通量增強(qiáng)器中的磁通量相對較密，而與磁通量增強(qiáng)器橫向相鄰區(qū)域中的磁通量相對較疏。
在兩種情況中，磁通量調(diào)制器都對發(fā)射器繞組產(chǎn)生的磁場以及發(fā)射器與接收器之間的有效磁通量耦合產(chǎn)生空間調(diào)制。應(yīng)當(dāng)明白，磁通量調(diào)制器122能夠表示磁通量削弱器或磁通量增強(qiáng)器的交替排列。還應(yīng)當(dāng)明白，引用的美國專利申請中所公開的任何讀出頭配置和標(biāo)尺配置都能夠采用本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償技術(shù)。
當(dāng)讀出頭110大致平行地定位在標(biāo)尺120附近時(shí)，磁通量調(diào)制器122對發(fā)射器繞組112產(chǎn)生的磁場進(jìn)行調(diào)制。經(jīng)調(diào)制的磁場感應(yīng)出與接收器繞組114中與位置有關(guān)的凈EMF。
如圖2所示，第二感應(yīng)電流傳感器100’沒有環(huán)繞接收器繞組的發(fā)射器繞組。而是，這個(gè)第二感應(yīng)電流傳感器有兩個(gè)對稱地置于接收器繞組114外側(cè)的并串聯(lián)連接的發(fā)射器繞組112A和112B，采用這種方式減小磁場直接從發(fā)射器繞組112A和112B到接收器繞組114。在標(biāo)尺120上，磁通量調(diào)制器被回路150所替代，回路150將磁場從發(fā)射器區(qū)傳遞到接收器下方的區(qū)域中。
在上部的發(fā)射器回路112A中電流順時(shí)針流動，在下方的標(biāo)尺回路152中引起逆時(shí)針流動的感應(yīng)電流。在下部的發(fā)射器回路112B中電流逆時(shí)針流動，在下方的標(biāo)尺回路154中引起順時(shí)針流動的感應(yīng)電流。因此，標(biāo)尺上各交替的回路中電流以交替的方向流動。1997年4月16日提交的美國專利申請08/xxx,xxx(專利律師記錄號No.JAO 36726)中描述了這個(gè)第二感應(yīng)電流傳感器的例子，這里將其全文引作參考。
采用與圖1傳感器相似的方式，可以交換發(fā)射器與接收器/傳感器的功能。在這種情況下，發(fā)射器可以包括具有交替變化極性回路的繞組114，而接收器繞組可以包括繞組112。
當(dāng)讀出頭110’沿測量方向在標(biāo)尺120’上移動時(shí)，接收器繞組114中感應(yīng)的EMF將隨兩個(gè)構(gòu)件之間的相對位置周期變化，周期波長等于標(biāo)尺上相同極性回路之間的距離。這個(gè)第二感應(yīng)電流傳感器100’由相同類型的信號驅(qū)動，以與圖1所示第一感應(yīng)電流傳感器相同的方法對接收器信號進(jìn)行處理。因此，本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償原理可以同樣應(yīng)用于第一和第二感應(yīng)電流傳感器100和100’。
當(dāng)有源讀出頭相對無源標(biāo)尺失準(zhǔn)時(shí)，這些傳感器以及其它類似的感應(yīng)傳感器會出現(xiàn)不希望有的誤差。這種失準(zhǔn)的一個(gè)方面就是“傾斜”。如圖3所示，在傾斜中，讀出頭110從平行于標(biāo)尺120的位置繞傾斜軸132旋轉(zhuǎn)。傾斜軸132位于讀出頭110的平面內(nèi)并與傳感器的測量軸基本垂直。因此，讀出頭的一端將比讀出頭的另一端更靠近標(biāo)尺。
為簡單起見，圖1和2所示的傳感器分別示出一個(gè)接收器繞組118和114。然而，為了檢測移動方向以及其它實(shí)際原因，實(shí)際裝置常常有多個(gè)沿測量軸相互移位的接收器繞組，例如以正交相放置的繞組。如果這些感應(yīng)電流傳感器中有一個(gè)的讀出頭相對標(biāo)尺元件傾斜，會出現(xiàn)兩種主要類型的信號誤差1)一個(gè)接收器繞組中正負(fù)回路的感應(yīng)幅度出現(xiàn)凈不平衡；2)傳感器的多個(gè)接收器繞組之間輸出信號幅度出現(xiàn)凈不平衡。一個(gè)接收器繞組中正負(fù)回路的不平衡輸出在接收器繞組信號中產(chǎn)生不希望有的位置不敏感的“DC”偏移，增加了接收器繞組中的不希望有的+/-調(diào)制不平衡。多個(gè)接收器繞組之間的不同輸出表現(xiàn)為這些接收器繞組之間的不希望有的調(diào)制幅度失配，另外，如果各個(gè)繞組出現(xiàn)DC偏移，則表現(xiàn)為接收器繞組之間的不希望有的DC偏移失配。應(yīng)當(dāng)明白，+/-調(diào)制不平衡和DC偏移失配通常在幅度上分別遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于DC偏置和調(diào)制幅度失配。
當(dāng)采用導(dǎo)電標(biāo)尺支撐材料時(shí)，如采用不銹鋼卡尺長梁，與采用非導(dǎo)電標(biāo)尺底座時(shí)相比，衰減了發(fā)射磁場的強(qiáng)度。由于發(fā)射磁場在導(dǎo)電標(biāo)尺支撐中產(chǎn)生渦流，這又感應(yīng)出會降低發(fā)射磁場的反作用場，因此發(fā)射磁場的強(qiáng)度被衰減。這一效應(yīng)在一定程度上降低了讀出頭接收器各部分附近的響應(yīng)的強(qiáng)度，這與讀出頭與標(biāo)尺之間的間隙有關(guān)。因此，當(dāng)讀出頭相對導(dǎo)電支撐傾斜時(shí)，這一效應(yīng)會使所需的讀出頭信號關(guān)系失真。
從發(fā)射器繞組到接收器繞組的串音定義為接收器繞組端子上的信號，該信號是接收器繞組中由發(fā)射器磁場直接引起的電流產(chǎn)生的，與磁通量調(diào)制器無關(guān)。在圖1所示的第一感應(yīng)電流傳感器中，接收器繞組中的每個(gè)子回路承受來自發(fā)射器磁場的很強(qiáng)的直接感應(yīng)電流。然而，每個(gè)接收器繞組包括以交變方向環(huán)繞的子回路，它們產(chǎn)生的感應(yīng)電流具有交變的極性。由于每個(gè)接收器繞組中正負(fù)回路的數(shù)目和大小相等，因串音的緣故在接收器繞組端子上產(chǎn)生的信號因此通常為零。然而，讀出頭相對導(dǎo)電平面傾斜失準(zhǔn)而引起的串音的增大會擾亂發(fā)射器繞組直接引起的正負(fù)電流之間的平衡。圖3示出為什么發(fā)生這種情況。
在圖3中，讀出頭110位于導(dǎo)電平面123(如支撐標(biāo)尺120的導(dǎo)電長梁)之上。接收器繞組的三組正負(fù)回路對1-3沿測量軸定位。由于導(dǎo)電底座中渦流產(chǎn)生的反作用場，使繞組平面內(nèi)產(chǎn)生的場隨讀出頭110與標(biāo)尺120之間的距離而變化。由于正負(fù)回路中的一種回路平均地比正負(fù)回路中的另一種回路更靠近導(dǎo)電底座，讀出頭110的傾斜失準(zhǔn)引起發(fā)射器繞組與接收器繞組之間的直接串音的增大。在圖3中，負(fù)回路平均地比正回路更靠近導(dǎo)電底座。因此，由于穿過負(fù)回路的凈發(fā)射器磁通量比穿過正回路的少，所以產(chǎn)生不平衡。這種不平衡在接收器信號中表現(xiàn)為DC偏移。
如果兩個(gè)接收器繞組現(xiàn)在如圖4所示沿測量軸相互偏移，會出現(xiàn)另一個(gè)問題，由于它們具有不同的平均間隙距離，串音偏移在每個(gè)接收器繞組中是不同的。即，在兩個(gè)接收器繞組之間存在DC偏置失配。此外，由于平均間隙距離不同，兩個(gè)接收器繞組中的調(diào)制幅度是不同的。
在圖2所示的第二感應(yīng)電流傳感器中，由于發(fā)射器繞組不環(huán)繞接收器，與串音偏移有關(guān)的問題較小。此外，兩個(gè)發(fā)射器繞組的相互作用通常平衡了穿過接收器繞組的直接發(fā)射器場。然而，如果這種平衡不完全或者受到讀出頭相對標(biāo)尺的滾動失準(zhǔn)的擾亂，則產(chǎn)生串音偏移。滾動是繞平行于測量軸的軸轉(zhuǎn)動。
正如引用的申請08/441,769、08/645,483和08/645490中描述的，為了明確地確定位置和移動方向，通常需要至少兩個(gè)接收器繞組。當(dāng)?shù)谝缓偷诙鞲衅髦写嬖诙鄠€(gè)接收器繞組時(shí)，從這些繞組的信號間的關(guān)系可計(jì)算位置。
如果接收器繞組相同但是在測量方向上相互偏移，那么，傳感器的讀出頭相對標(biāo)尺的傾斜失準(zhǔn)引起兩個(gè)接收器繞組之間調(diào)制幅度的失配。圖4示出第一和第二感應(yīng)電流傳感器中兩個(gè)接收器繞組114A和114B的相對位置。兩個(gè)接收器繞組114A和114B位于同一平面中，但相互之間偏移四分之一波長，產(chǎn)生正交輸出信號。如圖4所示，傾斜失準(zhǔn)使第一接收器繞組114A比第二接收器繞組114B更靠近標(biāo)尺120。結(jié)果，由于第一接收器繞組114A的信號比第二接收器繞組114B的信號更強(qiáng)，產(chǎn)生調(diào)制幅度失配(信號幅度失配)。這一幅度失配引起測量誤差。在圖1和2所示的第一和第二感應(yīng)電流傳感器的多個(gè)繞組型式中同樣存在這個(gè)問題。
圖3還示出傾斜失準(zhǔn)如何在第一感應(yīng)電流傳感器100和第二感應(yīng)電流傳感器100’的接收器繞組中產(chǎn)生+/-調(diào)制不平衡。換句話說，在單個(gè)繞組中，一種極性回路被標(biāo)尺的信號調(diào)制大于另一種極性回路被標(biāo)尺的信號調(diào)制。在第一和第二感應(yīng)電流傳感器100和100’中，讀出頭110和110’和標(biāo)尺120和120’較佳地分別是相互平行定位的。然而，由于制造誤差和/或容差，以及由于第一和第二感應(yīng)電流傳感器100和100’各部件的磨損，讀出頭110和110’和標(biāo)尺120和120’會變得相對失準(zhǔn)，如圖3所示。具體說，讀出頭110和110’和標(biāo)尺120和120’會從平面134表示的完全平行方向上變得繞傾斜軸132傾斜θ角度。
如圖3所示，傾斜的結(jié)果，“3-”負(fù)回路的位置更靠近標(biāo)尺120，而“1+”正回路的位置離標(biāo)尺120最遠(yuǎn)。由于在離標(biāo)尺120位置較遠(yuǎn)的接收器回路中與在位置較近的回路產(chǎn)生不同的EMF，在“1+”正極性回路中產(chǎn)生的EMF的幅度與在“1-”負(fù)極性回路中產(chǎn)生的EMF的幅度不同。同樣，在“2-”負(fù)極性回路中產(chǎn)生的EMF的幅度與在“2+”正極性回路中產(chǎn)生的EMF的幅度不同。對于測量軸130上讀出頭110和110’的每一對相鄰回路都是如此。
當(dāng)圖3表示第一感應(yīng)電流傳感器100時(shí)，標(biāo)尺元件是磁通量調(diào)制器122，對每個(gè)回路中感應(yīng)EMF的調(diào)制隨離標(biāo)尺120的距離減小而增大。對“1+”回路中產(chǎn)生的EMF的調(diào)制比對“1-”回路中產(chǎn)生的EMF的調(diào)制小，依此類推。凈作用是增大因傾斜平均更靠近標(biāo)尺的回路極性的凈調(diào)制信號幅度，這定義為因傾斜而產(chǎn)生的+/-調(diào)制不平衡。
當(dāng)圖3表示第二感應(yīng)電流傳感器100’時(shí)，標(biāo)尺元件表示耦合回路150。在這種情況下，由發(fā)射器繞組與接收器繞組中特定回路之間的耦合回路150所提供的感應(yīng)耦合將隨標(biāo)尺構(gòu)件120到讀出頭110’任何部分的距離增大而減弱。凈作用再次增大因傾斜平均更靠近標(biāo)尺的回路極性的調(diào)制，這定義為因傾斜而產(chǎn)生的+/-調(diào)制不平衡。因此，圖2中所示的感應(yīng)電流傳感器100’的讀出頭繞組114通常是對傾斜敏感的。應(yīng)當(dāng)注意，圖2所示的雙極性標(biāo)尺120通過從理論上消除標(biāo)尺場中的DC成分而克服這個(gè)傾斜靈敏度，標(biāo)尺場與讀出頭繞組114的傾斜靈敏度相互作用。然而，通?？梢圆捎闷渌鼧?biāo)尺，其中，標(biāo)尺場中存在明顯的DC成分，當(dāng)讀出頭相對標(biāo)尺有傾斜失準(zhǔn)時(shí)，這個(gè)DC成分會引入到繞組114的輸出信號中的DC成分。當(dāng)處理電子技術(shù)假設(shè)繞組輸出信號中沒有不平衡時(shí)，這將在輸出位置信號中產(chǎn)生誤差。
因此，需要感應(yīng)電流位置傳感器是精確的、造價(jià)低廉的、不受污染的、并能夠產(chǎn)生不受傾斜失準(zhǔn)不利影響的基本平衡的信號成分。
本發(fā)明提供一種高精確感應(yīng)電流位置傳感器，它能夠廉價(jià)和有效地消除因傾斜引起的誤差，適合于范圍廣泛的各種應(yīng)用，對于諸如油和鐵磁顆粒不敏感，以及造價(jià)相對低廉。
本發(fā)明提供一種具有至少一個(gè)空間調(diào)制部分的感應(yīng)電流位置傳感器，該空間調(diào)制部分或是磁場發(fā)生器或是磁通量傳感器，每個(gè)空間調(diào)制部分有一個(gè)空間相位。空間調(diào)制部分限定相對沿測量軸延伸的多個(gè)極性區(qū)分布的有效磁通量耦合區(qū)，它限定對位置輸出信號的交變極性貢獻(xiàn)?？臻g調(diào)制部分有至少一個(gè)這樣設(shè)計(jì)的傾斜平衡部分，即有效磁通量耦合區(qū)的形心軸對位置輸出信號產(chǎn)生的正極性貢獻(xiàn)與有效磁通量耦合區(qū)的形心軸對位置輸出信號產(chǎn)生的負(fù)極性貢獻(xiàn)相對準(zhǔn)。負(fù)極性區(qū)中的總有效磁通量耦合面積也可以與正極性區(qū)中的總有效磁通量耦合面積相等。此外，至少一個(gè)極性區(qū)中的有效磁通量耦合面積可以與相鄰極性區(qū)中的有效磁通量耦合面積不同，作為一種減小因傾斜引起的特定信號誤差的手段。
每個(gè)空間調(diào)制部分有一個(gè)位于垂直測量軸平面內(nèi)的限定形心軸，它沿測量軸的位置定義如下這樣選擇形心軸的位置，當(dāng)所有磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以帶有符號的從該增加部分到形心軸的距離時(shí)，所有這些乘積的和等于零?？梢詫⒍鄠€(gè)繞組的形心軸對齊，以消除因傾斜引起的特定測量誤差。
本發(fā)明還提供一種采用極性對稱分布回路的接收器繞組的感應(yīng)電流位置傳感器，以進(jìn)一步消除因傾斜引起的測量誤差。通過讓每個(gè)傾斜平衡部分中的磁通量耦合區(qū)關(guān)于垂直測量軸的對稱平面對稱分布，對稱平面的位置位于傾斜平衡部分中包含區(qū)域的測量軸極值之間的中點(diǎn)。
從以下對本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述中并結(jié)合以下附圖，本發(fā)明的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是顯然的。
現(xiàn)在參考以下附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中圖1是第一種現(xiàn)有傳感器配置的平面圖。
圖2是第二種現(xiàn)有傳感器配置的平面圖。
圖3是讀出頭、標(biāo)尺和導(dǎo)電標(biāo)尺支撐的正視圖，讀出頭相對標(biāo)尺和支撐位置傾斜。
圖4是讀出頭和標(biāo)尺的正視圖，讀出頭有兩個(gè)相似的繞組，它們在測量軸上相互偏移并相對標(biāo)尺位置傾斜。
圖5是本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償繞組的第一實(shí)施例的平面圖。
圖6是本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償繞組的第二實(shí)施例的平面圖。
圖7是本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償繞組的第三實(shí)施例的平面圖。
圖8是本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償繞組的第四實(shí)施例的平面圖。
圖9是本發(fā)明第一組傾斜平衡繞組的側(cè)視圖。
圖10是本發(fā)明第二組傾斜平衡繞組的側(cè)視圖。
圖11是本發(fā)明第三組傾斜平衡繞組的側(cè)視圖。
圖12是本發(fā)明的另一傾斜平衡繞組的側(cè)視圖。
圖13是本發(fā)明的一對傾斜平衡繞組的側(cè)視圖，每個(gè)繞組提供不同的空間相位，而它們的形心對齊，以消除偏移和對傾斜的幅度失配靈敏度。
圖14A-C示出幾種繞組結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，表明不改變結(jié)構(gòu)的空間相位的幾種形心位移。
圖15是本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償繞組的第五實(shí)施例的平面圖。
圖16示出疊加在相對位置的間隙距離曲線上的圖15的第一繞組。
圖17示出圖15的第一繞組的平均間隙距離。
圖1 8示出疊加在相對位置的間隙距離曲線上的圖15的第二繞組。
圖19示出圖15的第二繞組的第一和第二子繞組的平均間隙距離。
圖20是具有三個(gè)不同空間相位的簡單繞組的平面圖。
圖21是將圖20所示繞組的改進(jìn)平面圖，使它們的形心對齊并減小三個(gè)相位之間傾斜引起的信號幅度失配。
圖5示出本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償讀出頭200的第一實(shí)施例。為簡單起見圖中僅示出一個(gè)接收器繞組采用這個(gè)讀出頭200代替?zhèn)鞲衅?00中的讀出頭110。讀出頭200有一個(gè)發(fā)射器繞組210和至少一個(gè)接收器繞組220。接收器繞組220包括五個(gè)回路222-230，更經(jīng)常地為奇數(shù)個(gè)回路，其極性繞對稱軸240對稱排列。三個(gè)回路222、226和230是正極性，而其余兩個(gè)回路224和228是負(fù)極性回路。
讀出頭200與標(biāo)尺120之間的傾斜會引起接收器繞組220左端232的位置比接收器繞組右端234更靠近標(biāo)尺120。在這種情況下，第一回路222向靠近磁通量調(diào)制器122移動。結(jié)果，磁通量調(diào)制器122對穿過第一回路222磁場的調(diào)制更大。因此，對第一回路222產(chǎn)生的正極性EMF的調(diào)制會比沒有傾斜時(shí)應(yīng)有的調(diào)制更大。同樣，負(fù)極性回路224更靠近標(biāo)尺120，因此，對第二回路224中產(chǎn)生的負(fù)極性EMF的調(diào)制會比沒有傾斜時(shí)應(yīng)有的調(diào)制更大。相反，正極性回路230和負(fù)極性回路228離標(biāo)尺的距離比它們沒有傾斜時(shí)應(yīng)有的距離更遠(yuǎn)，因此，對回路228中產(chǎn)生的負(fù)極性EMF和回路230中產(chǎn)生的正極性EMF的調(diào)制會比沒有傾斜時(shí)應(yīng)有的調(diào)制更小。由于正極性回路226的兩部分離標(biāo)尺120既靠近又離遠(yuǎn)，它當(dāng)中產(chǎn)生的EMF基本上不受傾斜影響。因此，正極性回路222中產(chǎn)生的較大EMF調(diào)制被正極性回路230中產(chǎn)生的等量較小調(diào)制所補(bǔ)償。同樣，負(fù)極性回路224中產(chǎn)生的較大EMF調(diào)制被負(fù)極性回路228中產(chǎn)生的等量較小調(diào)制所補(bǔ)償。因此，在各種傾斜失準(zhǔn)下，圖5所示的對稱回路排列的凈幅度和偏移輸出信號基本上不受影響。通常，當(dāng)接收器繞組220的正極性回路和接收器繞組220的負(fù)極性回路的形心軸對齊時(shí)提供這種傾斜補(bǔ)償屬性。接收器繞組220的正極性回路和接收器繞組220的負(fù)極性回路各有一個(gè)位于垂直于測量軸平面內(nèi)的限定形心軸?？梢赃x擇形心軸在測量軸上的位置，使得當(dāng)相同極性的所有磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以該增加部分到形心軸的帶有符號距離時(shí)，所有這些乘積的和等于零。
通過本申請應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)多個(gè)磁通量接收器(或磁通量發(fā)生器)回路重疊時(shí)，在計(jì)算這里討論的形心軸和有效磁通量區(qū)時(shí)必須針對每個(gè)回路獨(dú)立考慮共享區(qū)。這是考慮與繞組的磁通量耦合的一種傳統(tǒng)方法。
圖5所示的傾斜補(bǔ)償?shù)慕邮掌骼@組的第一個(gè)實(shí)施例存在一個(gè)缺點(diǎn)一種極性的回路數(shù)目大于另一種極性的回路數(shù)目，即，由于有三個(gè)正極性回路，但僅有兩個(gè)負(fù)極性回路，在輸出信號中接收器繞組200具有正DC偏流。因此，盡管對傾斜引起的一定誤差進(jìn)行了補(bǔ)償，但是，這種設(shè)計(jì)產(chǎn)生其它不希望有的誤差和靈敏度。由極性不平衡引起的這種DC偏流通常要通過增加回路總數(shù)來減小。然而，不能完全消除這種偏流。
圖6示出傾斜補(bǔ)償讀出頭300的第二個(gè)實(shí)施例。在讀出頭300中，通過改進(jìn)正負(fù)極性回路，使正極性回路322、326和330和負(fù)極性回路324和328環(huán)繞相同的總面積，可以消除上述偏流。即，由正極性回路環(huán)繞的總面積與負(fù)極性回路環(huán)繞的總面積相等?；芈返腅MF貢獻(xiàn)同垂直于變化磁通量的平面內(nèi)回路包圍的面積成正比。通過平衡所有正極性回路和負(fù)極性回路的總環(huán)繞面積以及使極性回路繞形心軸340對稱排列，基本可消除上述信號偏流以及輸出信號的傾斜靈敏度。
應(yīng)當(dāng)看到，圖6所示的接收器繞組也有一個(gè)缺點(diǎn)。接收器繞組320的負(fù)極性回路324和328有部分比正極性回路322、326和330更靠近發(fā)射器繞組310。發(fā)射器繞組310產(chǎn)生的磁場隨離開發(fā)射器繞組310距離的增大迅速減小?；芈返腅MF輸出直接正比于回路所環(huán)繞的磁通量。因此，回路的大小及其與發(fā)射器繞組的鄰近程度都影響著回路中產(chǎn)生的EMF。正極性回路322、326和330和負(fù)極性回路324和328環(huán)繞相同的總面積。然而，由于正極性回路322、326和330環(huán)繞的磁通量并不與負(fù)極性回路324和328的相同，在接收器繞組320中仍然存在凈偏流。
此外，具有不同大小接收器回路的讀出頭300會產(chǎn)生輸出信號諧波，這引起測量誤差。
圖7示出傾斜補(bǔ)償讀出頭400的第三個(gè)示范實(shí)施例。在圖7的讀出頭400中，接收器繞組420的正極性回路422和428同負(fù)極性回路424和426數(shù)目相等。這將提供無偏流的信號。正負(fù)極性回路的對稱排列保證了將減小或消除因傾斜引起的任何測量誤差。然而，如果磁通量調(diào)制器122按照圖1所示排列在標(biāo)尺120上，接收器繞組400幾乎是無用的。在圖1中，磁通量調(diào)制器122以一個(gè)波長λ的間隔位于標(biāo)尺120上。如果具有這種磁通量調(diào)制器圖案的標(biāo)尺120位于接收器繞組400之上，那么接收器繞組400則不是位置敏感的。即，不管讀出頭與標(biāo)尺的相對位置如何，EMF輸出則不發(fā)生變化。因此，必須對標(biāo)尺120進(jìn)行改進(jìn)，使得標(biāo)尺元件和這些標(biāo)尺元件的波長是圖1所示長度的兩倍，甚至使傳感器具有有限的行程范圍。因此，這種情況是說明又一種傾斜補(bǔ)償?shù)睦@組技術(shù)，但是用途有限。
圖8示出本發(fā)明的另一讀出頭500。讀出頭500通過提供一個(gè)每種極性回路數(shù)目相對的較佳接收器繞組520解決了以前實(shí)施例的問題。然而，在接收器繞組520中，位于最靠近對稱軸540的相同極性回路相互間隔半個(gè)波長(即λ/2)的距離。這相當(dāng)于用兩條直線526代替圖5中的中央回路226，所以負(fù)極性回路524和526直接相互連接。此外，直線526相互之間應(yīng)當(dāng)盡可能靠近，從而包圍最小的面積。因此，直線526較佳地在形成讀出頭500的印刷電路板的相反兩面相互對齊。這可以保證直線526包圍的面積為零。
采用這一方式，標(biāo)尺可以采用圖1所示的磁通量調(diào)制器圖案，當(dāng)標(biāo)尺移動時(shí)接收器繞組520將產(chǎn)生所需的周期性輸出，而消除了以前的DC偏流來源并補(bǔ)償了傾斜對各個(gè)繞組信號的任何影響。
圖9示出較佳的平衡繞組的幾種變化形式。每個(gè)正負(fù)符號代表有效磁通量耦合區(qū)的一個(gè)“單元”，符號是由該單元是位于正極性區(qū)還是位于負(fù)極性區(qū)確定的。
正如文中采用的，“極性區(qū)”在分析和描述傾斜補(bǔ)償?shù)膫鞲衅髋渲弥杏杏玫乃季S結(jié)構(gòu)。這里假設(shè)空間調(diào)制磁通量接收器(或磁通量發(fā)生器)的正極性區(qū)包含所有對輸出信號產(chǎn)生正極性貢獻(xiàn)的繞組或磁通量傳感器。這里假設(shè)空間調(diào)制磁通量接收器(或磁通量發(fā)生器)的負(fù)極性區(qū)包含所有對輸出信號產(chǎn)生負(fù)極性貢獻(xiàn)的繞組或磁通量傳感器。應(yīng)當(dāng)注意，人們當(dāng)然能夠有意違反這些假設(shè)，在有些極性區(qū)中包括相反極性的繞組或傳感器。下面將把這些繞組或傳感器稱為“反傳感的”。在這種情況下，這里所述的原理和權(quán)利要求仍然能夠應(yīng)用，但是，這種反傳感的的繞組應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是“負(fù)有效面積”。即，在計(jì)算形心、有效磁通量面積和總有效磁通量面積時(shí)，應(yīng)當(dāng)將反敏感面積看作帶有負(fù)符號。因此，例如，如果極性區(qū)包括包圍面積的預(yù)期極性貢獻(xiàn)的繞組回路以及包圍相等面積的反傳感的繞組回路，那么，該區(qū)中的凈有效磁通量面積為零(好象沒有回路)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，假設(shè)極性區(qū)沿測量軸交替地為正和負(fù)，并具有與標(biāo)尺元件相等的長度和傾斜。
圖9的第一行示出平衡繞組700的一種緊湊形式，這里，與其余回路相比，與包圍兩倍磁通量的其余回路相比，中心極性區(qū)中的回路具有兩倍重量。換句話說，繞組700在負(fù)極性區(qū)704具有兩倍的磁通量耦合單位面積。這較佳地是通過讓中心的極性區(qū)704中的回路的匝數(shù)為其余回路匝數(shù)的兩倍實(shí)現(xiàn)的。這也能夠通過讓中心的極性區(qū)704包圍的面積比其余回路更大來實(shí)現(xiàn)，但是，這種方式的缺點(diǎn)如上所述。如圖9的第二和第三行所示，通過在繞組的中心插入相當(dāng)于奇數(shù)個(gè)半波長的空間能夠獲得其它平衡繞組。在圖9中，繞組700、708和712都具有相同的空間相位位置并與形心軸對齊。如果繞組702、710和714的形心與繞組700、708和712的形心一樣中心位于相同位置上，那么，繞組702、710和714分別與繞組700、708和712相比都具有180度空間相位位移。在圖9中，702、710和714的形心軸是對齊的。
如圖10所示，在繞組708和710的端部通過復(fù)制回路對，如復(fù)制的回路對720和722，能夠使繞組的長度變長。圖10示出兩個(gè)例子716和718，這里，在圖9第二行繞組708和710的每一端增加了一對回路。根據(jù)需要可以在端部增加多對回路，而不會干擾繞組的平衡。
圖11示出通過將圖9和10的任何平衡繞組端對端串聯(lián)連接如何獲得新型平衡繞組的例子。在圖11中，每一行的繞組是通過圖9中相應(yīng)行的繞組連接在一起而獲得的。用相同方法，圖12示出將圖10所示繞組連接起來形成另一種平衡繞組的例子。注意在繞組連接點(diǎn)上正負(fù)極性區(qū)707的圖案是連續(xù)的。
總之，通過將較短的偏置平衡繞組連接在一起能夠產(chǎn)生偏置平衡的繞組。
為了消除傾斜引起的信號幅度失配誤差，必須使繞組這樣定位，在物理上它們是形心軸對齊的，而在電學(xué)上維持它們的空間相位差。如果圖10所示這種繞組與圖11所示這種繞組相結(jié)合，這是可以實(shí)現(xiàn)的。圖13示出圖10中的第一繞組與圖11中的第二繞組相結(jié)合的例子。在724處繞組對齊形心，而它們之間維持1/4波長空間相位位移。注意在繞組之間，極性區(qū)(沿繞組用小點(diǎn)記號表示)位移1/4波長。因此，這些繞組構(gòu)成一組較佳的正交繞組，對于傾斜引起的幾種可能的信號誤差是不敏感的。
圖13所示的這種傳感器是平衡的，當(dāng)繞組與標(biāo)尺元件的平面和標(biāo)尺下方的任何導(dǎo)電平面之間存在傾斜失準(zhǔn)時(shí)可同時(shí)消除偏置和幅度失配誤差。如果僅僅對多個(gè)具有不同空間相位繞組的幅度的傾斜平衡感興趣，例如在采用圖2所示這種傳感器的情況中，那么，可以采用圖14A-C所示的繞組。有效繞組對于各個(gè)繞組中的誤差不是傾斜平衡的。圖14A-C示出如何移動繞組的形心軸而不改變繞組空間相位的一些例子。形心軸是繞該軸的傾斜不明顯改變繞組整個(gè)信號幅度的旋轉(zhuǎn)軸。注意所有繞組的極性區(qū)是對齊的，表示圖14A-C的所有繞組具有相同空間相位。
沒有加號或減號的回路是繞組之間的空的空間。換句話說，電學(xué)連接可以將這些區(qū)跨越連接到相鄰回路，但是在特定極性區(qū)中沒有磁通量耦合區(qū)。對于均勻面積的回路，通過把相同單元重量分配給繞組的每對回路(每一對包括一個(gè)加號回路和一個(gè)減號回路)，然后就質(zhì)量的集合計(jì)算平衡點(diǎn)，可獲得繞組的形心。從圖4能夠?qū)С鲆韵露▌t能夠以波長λ的1/N的步程移動形心，這里N是繞組的回路數(shù)目(N等于繞組中包含的波長數(shù)目的兩倍)。
圖15示出本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償讀出頭600的第五個(gè)較佳實(shí)施例。在讀出頭600中，還示出發(fā)射器繞組620和第二接收器繞組630。第一和第二接收器繞組620和630通常位于發(fā)射器繞組610之中。
第一接收器繞組620包括繞第一對稱軸640(這也是繞組的形心軸)對稱排列的正極性回路622和負(fù)極性回路624。極性區(qū)690沿繞組長度延伸，但是圖中未全部示出。第一接收器繞組620還包括延伸到發(fā)射器繞組610之外的部分626。
第二接收器繞組630也包括兩個(gè)子繞組631和635。極性區(qū)691沿繞組長度延伸，圖中未全部示出。第一子繞組631包括關(guān)于第二寸稱軸642對稱排列的正極性回路632和負(fù)極性回路634。第一子繞組631還包括延伸到發(fā)射器繞組610之外的部分633。第二子繞組635包括關(guān)于第三對稱軸644對稱排列的正極性回路636和負(fù)極性回路638。第二子繞組635還包括延伸到發(fā)射器繞組610之外的部分637。
發(fā)射器繞組610產(chǎn)生變化的磁通量。第一和第二接收器繞組620和630的每個(gè)部分626、633和637包括兩條相互重疊，以避免形成回路的導(dǎo)線。由于部分626、633和637不形成回路，變化的磁通量在這些部分中不產(chǎn)生信號。
讀出頭600是在印刷電路板650上形成的。在印刷電路板中設(shè)置數(shù)個(gè)通路652，使接收器繞組620和630的各個(gè)部分能夠在印刷電路板的相反兩面之間進(jìn)行切換。這種配置在第一和第二接收器繞組620和630的回路622、624、632、634、636和638的重疊回路之間提供絕緣交叉。
在第一繞組620與標(biāo)尺120之間的間隙距離D相對沿測量軸130第一繞組620上位置P的圖形上，圖16示出當(dāng)傾斜為角度θ時(shí)疊合在該圖形上的第一繞組620的側(cè)視圖。第一繞組620與標(biāo)尺120之間的有效間隙距離為d1，這里d1相當(dāng)于在第一對稱軸640(該軸也是繞組的形心軸)上第一繞組620與標(biāo)尺120之間的距離。繞組為圖10中所示這種類型，僅僅是更長一些。因此，在第一繞組620的所有正負(fù)回路622和624上，凈EMF貢獻(xiàn)為零。因此，如圖16和17所示，第一繞組是傾斜補(bǔ)償?shù)?，相?dāng)于繞組完全與標(biāo)尺120平行，間隔距離d1遠(yuǎn)離標(biāo)尺120。
第二繞組630也是一個(gè)完全與標(biāo)尺120平行的并與標(biāo)尺120相隔距離d1的繞組。在第二繞組630與標(biāo)尺120之間的間隙距離D相對沿測量軸130第二繞組630上位置P的圖形上，圖18示出當(dāng)傾斜為角度θ時(shí)疊合在該圖形上的第二繞組630的側(cè)視圖。
第一子繞組631與標(biāo)尺120之間的平均距離為d2，這里d2相當(dāng)于在第二對稱軸642上第二繞組630與標(biāo)尺120之間的距離。第二子繞組635與標(biāo)尺120之間的平均距離為d3，這里d3相當(dāng)于在第三對稱軸644上第二繞組630與標(biāo)尺120之間的距離。因此，如圖19所示，能夠?qū)Φ诙@組630進(jìn)行分析，作為兩個(gè)具有不同平均距離的電連接的子繞組。
因此，第二繞組630相當(dāng)于一個(gè)與標(biāo)尺120平行的并與標(biāo)尺120相隔距離d1的繞組。此外，每個(gè)子繞組631和635本身是傾斜補(bǔ)償?shù)?，具有一個(gè)對稱軸。由于每個(gè)子繞組631和635是傾斜補(bǔ)償?shù)?，因此兩個(gè)繞組按照圖所示組合也是傾斜補(bǔ)償?shù)摹＠@組630與圖12中所示的類型相似。
第一對稱軸640(這也是繞組620的形心軸)也位于繞組630的形心軸上。因此，盡管繞組620和630有空間相位差但它們的形心是對齊的，它們的輸出信號幅度的匹配將不受傾斜的影響。
本領(lǐng)域的專業(yè)人員將會明白，采用合適的信號處理裝置，如引入的參考中詳細(xì)描述的，通過使繞組的作用倒轉(zhuǎn)，從以上的實(shí)施例能夠造出有用的位置傳感器。繞組620和630能夠用作磁通量敏感繞組，而繞組610用作磁場發(fā)生器，產(chǎn)生變化的磁通量。另一方面，可以使繞組的作用倒轉(zhuǎn)，繞組620和630可以用作磁場發(fā)生器繞組，產(chǎn)生變化的磁通量，而繞組610用作磁通量敏感繞組。
圖20示出三個(gè)具有不同空間相位的繞組810、820和830。這些繞組中的任何一個(gè)或者全部可以用作磁場發(fā)生器或者用作磁通量敏感器。繞組810、820和830是沿測量軸延伸的空間調(diào)制部分，限定有效的磁通量耦合區(qū)。磁通量耦合區(qū)相對于圖20和21中短劃線表示的多個(gè)極性區(qū)的分布。
繞組810、820和830中的每一個(gè)有一個(gè)位于垂直測量軸平面內(nèi)的形心軸。如上所述，選擇形心軸在測量軸上的位置，使得當(dāng)所有磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以帶有符號的該增加部分到形心軸的距離時(shí)，所有乘積的和等于零。在圖20中，每個(gè)繞組810、820和830的形心位置位于繞組的對稱點(diǎn)上。形心軸是不對齊的。因此，如果在讀出頭上將它們組合的話，這三個(gè)空間相位繞組的信號幅度以繞組之間信號幅度失配的形式顯現(xiàn)傾斜靈敏度。
圖21示出對圖20的三相位繞組結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，這里，繞組810的一個(gè)回路和繞組820的一個(gè)回路移動一個(gè)完整波長λ。換句話說，至少一個(gè)極性區(qū)具有總磁通量耦合區(qū)，該耦合區(qū)不同于繞組810’和820’中相鄰極性區(qū)的總磁通量耦合區(qū)。這允許繞組810和820的形心軸位移，而不改變它們的空間相位，正如前面針對圖14A-C所討論的。在這種情況下，繞組810’中有一個(gè)回路850已經(jīng)位移一個(gè)波長λ，繞組820’中有一個(gè)回路860已經(jīng)位移一個(gè)波長λ。因此，回路850在其相應(yīng)的極性區(qū)中定義一個(gè)磁通量耦合單位面積，而相鄰極性區(qū)具有三個(gè)磁通量耦合單位面積，下一個(gè)極性區(qū)有兩個(gè)磁通量耦合單位面積。
在圖21中，所有繞組的形心在840處對齊。使這些回路850和860位移而使形心對齊是以各個(gè)繞組信號內(nèi)的一定傾斜誤差為代價(jià)，有效地消除三個(gè)相位之間幅度調(diào)制失配傾斜靈敏度。在有些情況中，維持繞組-繞組信號幅度匹配可能是設(shè)計(jì)中主要考慮的，因此這種傾斜補(bǔ)償技術(shù)有時(shí)是有用的。
根據(jù)以上的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的專業(yè)人員將會看到，采用本發(fā)明的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器能夠消除幾種或者全部傾斜引起的輸出信號誤差。此外，與這里揭示的各均勻回路組相類似，可以給具有均勻靈敏度的分立磁通量傳感器，如霍爾效應(yīng)器件等分配單位靈敏度，因而分配單位有效耦合面積。因此，在配置這種傳感器的傾斜不敏感陣列中，這里所揭示的傾斜補(bǔ)償結(jié)構(gòu)是有益的。
因此，雖然結(jié)合上述的特定實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明作了描述，但是，本領(lǐng)域的專業(yè)人員顯然能夠作出許多替代、改進(jìn)和改變。于是，以上所給出的本發(fā)明的較佳實(shí)施例只是作為示范說明，而不是一種限制。在不背離以下權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下可以作出各種改變。
權(quán)利要求
1．一種傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，包括至少包括一根沿測量軸排列的標(biāo)尺元件的第一構(gòu)件；與所述第一構(gòu)件相鄰的并可相對其移動的第二構(gòu)件；位于所述第二構(gòu)件，產(chǎn)生變化磁通量的至少一個(gè)磁場發(fā)生器；及位于所述第二構(gòu)件上的至少一個(gè)磁通量傳感器；其特征在于a)每個(gè)磁場發(fā)生器和b)每個(gè)磁通量傳感器中有一個(gè)包括具有限定空間相位的空間調(diào)制部分；所述的至少一個(gè)標(biāo)尺對所述至少一個(gè)磁場發(fā)生器與所述至少一個(gè)磁通量傳感器之間的有效磁通量耦合進(jìn)行空間調(diào)制，每個(gè)磁通量傳感器產(chǎn)生一輸出，表示該磁通量傳感器與所述至少一個(gè)磁通量標(biāo)尺元件之間的相對位置；以及每個(gè)空間調(diào)制部分包括至少一個(gè)傾斜平衡部分。
2．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于所述的空間調(diào)制部分沿測量軸伸展并限定相對測量軸方向伸展的多個(gè)極性區(qū)域分布的有效磁通量耦合區(qū)，相鄰極性區(qū)限定對輸出信號的相反極性貢獻(xiàn)。
3．如權(quán)利要求2所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于所述的傾斜平衡部分包括分布在極性區(qū)中的有效磁通量耦合區(qū)，使至少一個(gè)極性區(qū)中的總有效磁通量耦合面積不同于相鄰極性區(qū)中的總有效磁通量耦合面積。
4．如權(quán)利要求3所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于在傾斜平衡部分中，所述的正極性區(qū)中的總有效磁通量耦合面積等于負(fù)極性區(qū)中的總有效磁通量耦合面積。
5．如權(quán)利要求2所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于所述的傾斜平衡部分包括這樣分布的有效磁通量耦合區(qū)，正極性區(qū)中的有效磁通量耦合區(qū)都具有第一形心軸；負(fù)極性區(qū)中的有效磁通量耦合區(qū)都具有第二形心軸；以及第一和第二形心軸位于第二構(gòu)件上沿測量軸的相同位置。
6．如權(quán)利要求5所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于每個(gè)形心軸位于垂直測量軸的平面內(nèi)并這樣定位，當(dāng)相同類型的極性區(qū)中所有有效磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以帶有符號的從該增加部分到形心軸的距離時(shí)，這些乘積的和等于零。
7．如權(quán)利要求2所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于極性區(qū)中的總有效磁通量耦合區(qū)是由與該極性區(qū)基本一致排列的K個(gè)導(dǎo)電回路中每個(gè)回路所環(huán)繞的有效磁通量耦合區(qū)之和確定的，這里，K是大于或等于零的整數(shù)。
8．如權(quán)利要求7所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于所有的導(dǎo)電回路具有相同的大小和形狀，沿測量軸的長度與所述的至少一個(gè)標(biāo)尺元件的長度基本相等。
9．如權(quán)利要求7所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于至少一個(gè)傾斜平衡部分包括N個(gè)具有零有效磁通量耦合面積的相鄰極性區(qū)的至少一個(gè)子集，N為一奇數(shù)；所述的N個(gè)相鄰極性區(qū)的至少一個(gè)子集被含有有效磁通量耦合區(qū)的極性區(qū)所束縛。
10．如權(quán)利要求7所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于在每一個(gè)至少一個(gè)傾斜平衡部分中有效磁通量耦合區(qū)的分布是關(guān)于垂直測量軸的對稱平面對稱的并沿測量軸位于包含在該傾斜平衡部分中的磁通量耦合區(qū)極值之間的中點(diǎn)。
11．如權(quán)利要求2所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于每個(gè)空間調(diào)制部分具有一個(gè)位于垂直測量軸平面內(nèi)的形心軸，該形心這樣定位，當(dāng)有效磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以帶有符號的從該增加部分到形心軸的距離時(shí)，這些乘積的和等于零。
12．如權(quán)利要求11所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于所有空間調(diào)制部分的形心軸位于第二構(gòu)件沿測量軸的相同位置上。
13．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于在每一個(gè)至少一個(gè)傾斜平衡部分中有效磁通量耦合區(qū)的分布是關(guān)于垂直測量軸的對稱平面對稱的并位于包含在該傾斜平衡部分中的磁通量耦合區(qū)極值之間的中點(diǎn)。
14．如權(quán)利要求13所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于在每一個(gè)空間調(diào)制部分中有效磁通量耦合區(qū)的分布是關(guān)于垂直測量軸的對稱平面對稱的并位于包含在該空間調(diào)制部分中的磁通量耦合區(qū)極值之間的中點(diǎn)。
15．如權(quán)利要求14所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于每個(gè)空間調(diào)制部分有一個(gè)形心軸，該形心軸位于垂直測量軸的平面內(nèi)并這樣定位，當(dāng)有效磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以帶有符號的從該增加部分到形心軸的距離時(shí)，這些乘積的和等于零；以及空間調(diào)制部分的形心軸位于第二構(gòu)件上沿測量軸的相同位置。
16．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于至少一個(gè)空間調(diào)制部分包括至少兩個(gè)電學(xué)連接并沿測量軸對齊的的傾斜平衡部分。
17．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于每一個(gè)空間調(diào)制部分進(jìn)一步包括一單個(gè)傾斜平衡繞組。
18．如權(quán)利要求17所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于每個(gè)空間調(diào)制部分有一個(gè)形心軸，該形心軸位于垂直測量軸的平面內(nèi)并這樣定位，當(dāng)該空間調(diào)制部分的有效磁通量耦合區(qū)的每個(gè)增加部分乘以帶有符號的從該增加部分到形心軸的距離時(shí)，這些乘積的和等于零；以及空間調(diào)制部分的形心軸位于第二構(gòu)件上沿測量軸的相同位置。
19．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于至少一個(gè)標(biāo)尺元件包括至少一個(gè)磁通量調(diào)制器，每個(gè)磁通量調(diào)制器改變所述至少一個(gè)磁場發(fā)生器與所述至少一個(gè)磁通量傳感器之間的直接磁通量耦合。
20．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于至少一個(gè)標(biāo)尺元件包括至少一個(gè)導(dǎo)電回路。該至少一個(gè)導(dǎo)電回路將磁場發(fā)生器感應(yīng)耦合到磁通量傳感器并根據(jù)磁場發(fā)生器的變化磁通量在磁通量傳感器附近產(chǎn)生變化磁通量。
21．如權(quán)利要求1所述的傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器，其特征在于a)至少一個(gè)磁場發(fā)生器和b)至少一個(gè)磁通量傳感器中有一個(gè)包括多個(gè)電學(xué)上分離的空間調(diào)制的傾斜平衡的繞組；每個(gè)繞組有一個(gè)形心，繞組的形心位于第二構(gòu)件的沿測量軸的相同位置上。
全文摘要
一種傾斜補(bǔ)償?shù)母袘?yīng)電流位置傳感器,包括標(biāo)尺元件和讀出頭。讀出頭包括由具有相關(guān)相位的空間調(diào)制部分形成的發(fā)射器繞組和接收器繞組?？臻g調(diào)制部分包括至少一傾斜平衡部分,其中正負(fù)極性繞組回路的形心軸對齊。可以有選擇一個(gè)極性區(qū)的總磁通量耦合區(qū)與相鄰極性區(qū)的不同而正、負(fù)總磁通量耦合區(qū)保持相等。通常,將傾斜平衡部分構(gòu)造成沿測量軸上所有空間調(diào)制部分的整個(gè)形心對齊,磁通量耦合區(qū)的分布可以是對稱的。
文檔編號G01D5/20GK1213769SQ98116489
公開日1999年4月14日 申請日期1998年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月25日
發(fā)明者N·I·安德姆, K·G·馬斯雷利茨 申請人:株式會社三豐