[发明专利]用于绝对位置测量的绝对型圆容栅传感器测量装置

说明书

技术领域：

本发明涉及角度测量装置，具体为涉及测量物体角度绝对位置的绝对型圆容栅传感器测量装置。

现有技术：

进行角度测量的现有的许多电容型测试装置，所用的电容传感器通常为变面积型，通过检测可动极片相对于固定极片的耦合变化信息，实现对可动件与固定件相互间的夹角变化量测量。具体实现的方法有增量型和绝对型。传统绝对型受电容极片耦合量的限制，只能作小角度的绝对位置测量，应用范围很小。增量型为应用容栅传感器技术通过连续读取系列栅极耦合的周期性改变的相位信号来实现大范围的测量。然而增量型有如下问题，a、必须连续读取周期性改变的相位信号，设备总是处于计算状态，如果可动元件运动太快，相位信号高速变化，必须增加计算响应速度，以便高速计算这个相位信号的变化。b、一旦计算出错，如果用户没有发现这个错误，则出现测量错误。为了校正测量，必须对可运动元件作零位调整。c、一旦掉电，当在下次使用时，必须重新设定可运动元件的基准位置。为了克服增量型的缺陷，日本三丰株式会社在专利US4420754及后续专利CN89106051《位置绝对测量用电容型测试装置》，CN93107991《用于绝对位置的测量的电容型测量器具》，CN93117701《用于绝对位置测量的测量装置》等文献中，提出了采用检测多个具有不同周期的起源于可运动元件的运动的相位信号的方法来实现绝对位置的位移测量，但由于其多个具有不同周期的信号高度相关，都是建立在测量粗，细分信号间的相位差的基础上，为了计算绝对位置，要求一种用于计算在粗相位信号周期内的细相位信号的过程，利用适合于具有不同相位周期的相位信号的逻辑操作，利用非常复杂的操作步骤，测量每个周期，对该相位信号进行合成。此外，相当于基准信号计算计数脉冲需要同步调制控制，这是非常复杂的。为了增加测量精度，可能利用三种不同模式的信号，即粗模式、中间模式和细模式。这种方法数据处理复杂，数据显示不能总是跟随可运动元件的快速运动，如果试图更高速地进行数据处理，则必须增加数据处理装置的尺寸，导致该方法不适用于手动工具类型的测量仪器。此外日本三丰株式会社的专利CN03103875《绝对位置测量设备》还提出了由两组彼此有相对转动的旋转编码器组成，通过比较两组相位信号，从而获得不同相位信号之间的相位差，根据相位差计算可运动元件的绝对位置的方法。不过所有这些设想和方法，都由于对栅极位置要求过高及信号处理IC的复杂性，或者由于结构复杂等，导致其无法及时推出低成本、可靠的实用产品来普及应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够测量大角度范围的绝对位置测量装置，这种测量装置具有高精度高分辨率特性，并且数据处理容易。

本发明以传统增量型容栅传感器为基础、采用圆容栅技术加微处理器程序处理进行角度测量，在含有圆容栅传感器、测量信号处理部分、数据处理部分和显示部分的测量装置中，使得圆容栅传感器含一个粗分传感器和一个细分传感器，细分传感器节距分值大于粗分传感器的二个分辨率，粗、细分传感器有共同的起始零点，栅极各自独立，有相对固定的物理位置，无电气相干性；其在单节距测量范围内有唯一的绝对位移量值。

本发明的用于绝对位置测量的绝对型圆容栅传感器测量装置，其中：圆容栅传感器为反射式二片式结构，定栅板上有同板同心的与粗分传感器对应的粗分发射极和接收极及与细分传感器对应的细分发射极和接收极，动栅板上与发射极、接收极对应的投影位置上设有粗分反射极和细分反射极、屏蔽极。

本发明的用于绝对位置测量的绝对型圆容栅传感器测量装置，其中的圆容栅传感器也可以为透射三片式结构，发射板上有同板同心的与粗分传感器对应的粗分发射极和与细分传感器对应的细分发射极，接收板上与发射极对应的投影位置上设有粗分接收环和细分接收环，屏蔽隔板上开有与粗分发射极和细分发射极相对应的透射窗口。

本发明中，测量信号处理部分容栅IC分别有粗分信号处理电路和细分信号处理电路。

也可以在只有一个测量信号处理电路的测量信号处理部分容栅IC与圆容栅传感器之间有对粗分接收信号、细分接收信号进行选通并送往测量信号处理部分容栅IC的开关电路。

本发明的数据处理部分有含I/O、RAM、ROM、CPU的微处理器。微处理器只读取容栅IC输出的粗、细分单节距内的位移数据，并作加、减脉冲当量数的计算处理，以强制保证其准确组合粗、细分传感器绝对位置数据。

本发明还可以增设一个计量转动圈数的并将计量数据传送给数据处理部分的装置。