[发明专利]电感式位置传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电感式位置传感器，更具体地涉及一种具有相对可移动的标尺和读取头的电感式位置传感器，标尺包括空间周期为T的空间周期性导电或透磁特征序列，读取头包括面向标尺的驱动和感测绕组，该驱动和感测绕组具有沿着标尺的空间周期为2T的空间周期性配置。

背景技术

在这种传感器中，通过标尺的空间周期性特征从一个绕组耦合到另一个绕组的信号沿着标尺随读取头位置发生正弦变化，其空间周期等于标尺的空间周期T。通过测量两个或多个这种信号，得到相互移位的两个或多个正弦函数，根据这些正弦函数可以确定读取头沿着标尺的位置。这种传感器简单、粗糙、尺寸较小。因为其多极绕组几乎对外部场几乎不敏感，并且其自身不会产生可感知的远场，所以外部屏蔽通常是不必要的。不过，如果需要的话，印刷电路铜层提供与这种低电感绕组一起使用高频上的足够屏蔽。

在授予Meyer的美国专利5,804,963中公开了这种传感器的第一示例，其全部内容合并在此作为参考。所有的绕组，无论是施感(驱动绕组)的还是感应(感测绕组)的，都在面向标尺整个宽度的同一区域内交织，并且所有都具有相同的曲折形状，该曲折形状具有全Z字形空间周期2T，即标尺空间周期T的两倍。在该实施方式中，所有标尺都起作用，特别是基于涡电流或透磁的较简单的标尺，诸如导电或铁磁性齿轮或齿条。不幸的是，共享同一磁场的交织绕组之间的不均匀直接耦合引起测量失真。如果标尺和读取头之间的间隙增大，则因为这减弱了通过标尺的耦合，而不是直接耦合，所以失真加剧。

在授予Meyer的美国专利7，015，687中公开了这种传感器的第二示例，其全部内容合并在此作为参考。所有绕组也是具有全Z字形空间周期2T的曲折形状，但是交织的驱动绕组与交织的感测绕组分离。因为这两种绕组占据分离区域，所以大大减弱了它们之间的直接磁耦合，因此使用闭合导线环路的通过标尺的耦合成为主要耦合。因此，即使分离的曲折形绕组之间保留有一些直接耦合，对于不均匀直接耦合，这种绕组配置也没有第一实施方式那么灵敏。

发明内容

本发明的目的是克服或至少改进现有技术电感式传感器的虽不是全部但至少一些缺点。

因此，这里公开了一种电感式传感器，在其中，将面向标尺的绕组全部划分成至少一对相同绕组元件，其中每个绕组元件都在至少一对相异绕组元件图案的每一个内具有相同的相对位置，该相异绕组元件图案具有相同的形状和等于NT+T/2的中心到中心距离，N为整数，连接每个绕组的至少一对绕组元件，以使绕组元件的极性对于每个驱动绕组是相反的，而对于每个感测绕组是相同的，或者对于每个驱动绕组是相同，而对于每个感测绕组是相反的。

因此，绕组元件图案对中一个内的任意驱动绕组和任意感测绕组之间的耦合，与该绕组元件图案对中另一个内的耦合相反。因此，在两个绕组元件图案内的任意驱动和任意感测绕组之间的不希望的直接耦合具有相反的极性。只要这两个绕组元件图案相同，则这些直接耦合相互抵消。如果使用印刷电路技术来构造读取头，则情况通常如此，每个印刷电路都远小于电路板面板的典型制造尺寸：因此，例如过蚀刻或欠蚀刻、层与层配准、层间分离以及缩放等工艺参数在单个印刷电路内不会明显变化。甚至对于不太重要的工艺参数，其对所有绕组元件的效果仍然相同，直接耦合仍然会抵消。直接耦合抵消的优点是，通过标尺的耦合可以更弱，从而可以使间隙更大：从机械角度来讲，这是人们希望的，此外，由于较大的间隙平滑消除了由诸如导线边缘等突变特征引起的失真，所以对于精度也是需要的。

对于显然需要的、一个绕组元件图案内任意驱动和感测绕组之间的通过标尺的耦合，将反转的耦合极性与NT+T/2的标尺移位进行组合，从而对于任意位移，每个绕组元件图案内的耦合信号的变化是相同的。因此，来自每个绕组元件图案的空间周期性耦合信号相互增强。如果一个绕组元件图案内的空间周期性耦合信号存在偏移，即该耦合信号在一个空间周期T上具有非零平均值，则由于反转的耦合极性，所以可有另一个绕组元件信号的偏移来抵消。这是有利的，因为更容易确定无偏移信号的空间相位和幅度。此外，因为来自相互移位了T/2的每个绕组元件图案的贡献趋向于是彼此相反的，所以减少了由不均匀的通过标尺的耦合而造成的空间周期T的测量失真。

优选地，每个绕组的至少一对绕组元件是串联的。这使相同电流经过同一驱动绕组的驱动绕组元件，由此消除了两个绕组元件图案之间的电流失配影响。这还使感测绕组获取的电压信号最大。