[发明专利]高精度编码器和角度传感器的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及高精度测量技术领域，具体涉及一种采用微加工技术和高灵敏度传感器相结合的制备高精度角度传感器和编码器的方法。

背景技术

    编码器技术和角度传感器被广泛应用于数控机床、打印机、工业自动化自动控制领域等，编码器按工作原理主要有两大类：光电式和磁电式。尽管光电式编码器占据市场近90%的份额，但由于其主要弱点，不具备在抗粉尘等污染环境中使用，所以在一些特定场合磁性编码器具有光电编码器无法替代的优点，特别适用于长距离的量测及恶劣环境。例如：油污、切削屑、震动、粉尘等的工作环境。

目前磁性编码器的制作方法主要采用先在铝股上镀上磁性介质材料，然后再将磁性介质材料磁化为周期性的具有偶数个磁极，当磁鼓旋转时，利用磁性传感器探测磁极间周期性变化的磁场，再对探测到的周期性信号进行外围的电路细分，从而输出脉冲信号，由于目前磁化技术所能达到的磁极间距一般在毫米量级，所以该制作方法的主要缺点是分辨率不高，并且制备工艺相对复杂，首先需要对磁性介质进行磁化，磁化的效果直接影响编码器的分辨率和精度，其次由于在该磁鼓技术中，磁性传感器输出地只能是模拟信号，所以抗干扰性不强。并且由于磁介质本身的磁性特性和磁化磁头技术的限制，对铝股本身的大小有着严格的限制，不利于器件的小型化，目前主流产品直径一般限制在50mm-100mm之间。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度编码器和角度传感器的制备方法，采用半导体光刻工艺在具有磁性介质的基片表面刻出不连续的具有一定间距磁性线条或条纹，这样在条纹和间距之间会产生强弱交替周期性变化的磁场，再利用磁性传感器对该磁场进行探测并输出数字脉冲信号，这样条纹数就直接对应编码器的分辨率和角度传感器的角变量。

本发明的技术方案如下：

一种高精度编码器和角度传感器的制备方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：

（1）、选用圆形玻璃片作为基片，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水并采用超声波清洗基片10~15分钟，除去基片的表面油污和物理吸附杂质；

（2）、采用电镀或涂布的方法在基片的两面镀上一层磁性薄膜介质材料；

（3）、采用半导体光刻工艺在已镀上磁性薄膜介质材料的基片的一面刻出间断的或不间断的、周期性的或非周期性的条纹或其他任意图案；

（4）、采用半导体光刻工艺在已镀上磁性薄膜介质材料的基片的另一面刻出任意的单个线条或单个的其他任意图案；

（5）、由于编码器必须有一个参考点作为初始化用-参考点，也可看作是计数的起点，因此采用二个磁敏传感器分别对基片两面进行探测，以其中基片的一面输出的信号作为编码器的参考点信号，作参考点之用，或技术的起点之用，确定编码器的初始位置，再以基片的另一面输出的信号作为编码器的输出信号，用于编码器的计数，然后对二个磁敏传感器分别配上外围电路，最终得到高精度编码器和角度传感器。

所述的高精度编码器和角度传感器的制备方法，其特征在于：所述基片的直径为50mm。

所述的高精度编码器和角度传感器的制备方法，其特征在于：所述的二个磁敏传感器为巨磁电阻（GMR）、隧道结磁电阻（TMR）、各向异性磁电阻（AMR）或霍尔磁电阻。

本发明的有益效果：

（1）、本发明可以有效地提高编码器的分辨率，由于光刻技术可以达到亚微米到纳米量级，所以可以再同样尺寸的磁鼓上刻出更多的磁极，对应的分辨率会大大提高。以目前主流直径为50mm的编码器为例，目前光电和磁性编码器该型号的主流产品分辨率为1024左右，而采用本发明其分辨率可达7850(以10微米线条宽度和间隔计算)。

（2）、数字化的信号输出提高了器件的抗干扰性和稳定性。

（3）、不需要对磁股磁化，相对简单的利于批量化的微加工，可以大大降低成本。

附图说明

图1为采用本发明方法制备的编码器的磁鼓示意图，其中图（a）、（b）分别为刻有不同形状的磁性线条的磁鼓示意图。

图2为编码器介质磁化的磁极图。

具体实施方式

参见图1、2，一种高精度编码器和角度传感器的制备方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：

（1）、选用直径为50mm的圆形玻璃片作为基片，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水并采用超声波清洗基片10~15分钟，除去基片的表面油污和物理吸附杂质；