[发明专利]用于感应位置编码器的标尺构造

说明书

一种感应类型位置编码器包括标尺、检测器部分和信号处理器。标尺沿测量轴线布置的信号调制元件(SME)的周期性图案，具有空间波长W1。图案中的一类SME包括相似的导电板或环路。检测器部分包括传感元件且磁场产生线圈产生变化磁通量。传感元件可以包括沿测量轴线布置的导电环路部分且配置为提供检测器信号，该检测器信号对通过邻近SME提供的变化磁通量上的局部效应做出响应。在各种实施方式中，第一类型的SME具有沿测量轴线方向的平均尺寸DSME，其大于DSEN且至少为0.55×W1且最大为0.8×W1，其提供有利的检测器信号特性。

技术领域

本发明涉及测量仪器，且更具体涉及感应位置编码器，其可以用在精确 测量仪器中。

背景技术

各种编码器配置可以包括各种类型的光学、电容、磁性、感应、运动和 /或位置换能器。这些换能器使用在读取头中的发射器和接收器的各种几何配 置，以测量读取头和标尺之间的运动。

美国专利No.6,011,389(’389专利)描述了一种可用在高准确性应用中 的感应当前位置换能器；美国专利No.5,973,494(’494专利)和6,002,250 (’250专利)描述了增量型位置感应卡尺和直线标尺，包括信号产生和处理 电路；和美国专利No.5,886,519(’519专利)、5,841,274(’274专利)、和 5,894,678(’678专利)描述了使用感应电流换能器的绝对位置感应卡尺和电 子卷尺测量。美国专利申请No.15/245,560；15/850,457；和15/910,478公开 了卷绕构造改进，其用于增强感应位置编码器的准确性、鲁棒性和容易对准 性。所有前述文献通过引用全部并入本文。如这些专利和申请中所述的，感 应电流换能器可以使用印刷电路板技术制造且主要能免疫污染。然而，这种 系统会在提供用户期望的某些特性组合的能力方面受限，例如小型化、高分 辨率、准确性、低成本、对污染的鲁棒性等的组合。期望能提供这种特征的 改进组合的编码器构造。

发明内容

该部分内容用于提供在下文的进一步详细描述中所述的简化形式的原 理的选择。该部分内容目的不是给出要求保护主题的关键特征，也不是用于 确定要求保护主题的范围。

提供一种电子位置编码器，其可用于沿测量轴线方向测量两个元件之间 的相对位置。在各种实施方式中，电子位置编码器包括标尺、检测器部分和 信号处理结构。

标尺沿测量轴线方向延伸且包括周期性标尺图案，周期性标尺图案至少 包括第一类型的信号调制元件。周期性标尺图案具有空间波长W1。第一类 型的信号调制元件对应于空间波长W1沿测量轴线方向定位的相似导电板或 相似导电环路。检测器部分配置为安装在周期性标尺图案附近且沿测量轴线 方向相对于周期性标尺图案运动。在各种实施方式中，检测器部分包括磁场 产生线圈和一组传感元件。磁场产生线圈固定在基板上且围绕在操作期间与 信号调制元件的周期性标尺图案对准的内部区域。如在本文使用的，术语“围 绕”可以在各种实施方式中表示完全围绕或部分围绕。唯一的约束是，磁场 产生线圈配置为响应于线圈驱动信号在内部区域中产生变化磁通量，其方式 是支持根据本文公开和要求保护的原理的操作。该组传感元件沿测量轴线方 向布置且固定在基板上。该组传感元件的构件包括沿测量轴线方向具有额定 传感元件宽度尺寸DSEN的导电环路或导电环路部分，至少是针对与被磁场 产生线圈围绕的内部区域对准或重叠的传感元件部分。该组传感元件配置为 提供该检测器信号对通过标尺图案的邻近信号调制元件提供的变化磁通量的局部效应做出反应。信号处理结构操作地连接到检测器部分以提供线圈驱 动信号，且基于从检测器部分输入的检测器信号确定检测器部分和标尺图案 之间的相对位置，

第一类型的信号调制元件包括在操作期间与内部区域对准或重叠的有 效区域。在各种实施方式中，有效区域配置为沿测量轴线方向具有平均尺寸 DSME，其中DSME大于沿测量轴线方向的额定传感元件宽度尺寸DSEN， 且DSME至少为0.55×W1且最大为0.8×W1。根据本文公开的原理，这种 构造提供有利的检测器信号特性(例如通过在检测器信号中提供更好信号对 噪声(S/N)比，和/或减小的误差分量)。