[发明专利]磁性编码器设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量读取头相对于磁性标尺的位置的磁性编码器设备。具体地说，本发明涉及一种改进的磁性编码器设备，其中避免了匹配磁性标尺的间距和读取头的磁性传感器元件的间距的需要。

背景技术

磁性编码器是已知的。US4595991描述了一种编码器设备，其中扫描单元包括用于读取测量标尺的多个扫描元件。标尺的每个周期所需的扫描元件的数量取决于扫描信号的带宽特征。例如，一个优选实施方式描述了标尺的每个周期提供六个扫描元件。扫描信号经受傅立叶分析，并且计算描述周期性模拟信号的基波波形分量的一对傅立叶系数。据说这些傅立叶系数用来提供无谐波的周期性信号，根据该无谐波的周期性信号能够确定增量位置测量。US4595991中描述的类型的编码器具有的缺点在于，需要仔细地匹配磁性标尺的间距和磁性传感器元件的间距。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种磁性编码器设备，该磁性编码器设备包括：

多个磁性传感器元件，所述多个磁性传感器元件用于读取包括周期性重复的磁性图案的相关的磁性标尺，所述多个磁性传感器元件产生多个传感器信号；和

分析仪，所述分析仪用来对所述多个传感器信号进行分析，以提供所述磁性传感器元件相对于所述相关的磁性标尺的位置的测量；

其中所述分析仪被布置成使用所述多个传感器信号来评估由所述多个磁性传感器元件感测的所述周期性重复的磁性图案的周期。

因而，本发明提供了一种编码器设备，该编码器设备包括多个磁性传感器元件(例如，霍尔传感器的阵列)，所述多个磁性传感器元件均输出描述所述传感器元件处存在的磁场强度的传感器信号。所述多个磁性传感器元件因而可以用来对包括周期性重复的磁性图案(交替磁化方向的区域的阵列)的相关的磁性标尺进行读取或成像。还设置了分析仪，所述分析仪用来对所述多个传感器信号进行分析，以提供所述磁性传感器元件相对于所述相关的磁性标尺的位置的测量。不是假定相关的磁性标尺的每个周期具有一定(固定)数量的传感器元件，本发明的设备的分析仪被布置成使用所述多个传感器信号来评估由所述多个磁性传感器元件感测的所述周期性重复的磁性图案的周期。这种评估可以包括计算所述周期性重复的磁性图案的周期和/或确定所感测的周期是否不同于预期的周期(例如，由于传感器元件与标尺未对准)。有利地，由所述多个磁性传感器元件感测的所述周期性重复的磁性图案的间距与磁性传感器元件的间距不同。如下面更详细地说明的，所述分析仪可以使用基于离散傅立叶变换的方法来进行这种分析。

与US4595991中描述类型的现有技术系统不同，本发明的设备不需要每个标尺周期具有整数个磁性传感器元件。换言之，所述磁性传感器元件的间距不必与所述磁性标尺的周期性重复的磁化图案的间距匹配。应该注意的是，如果每个标尺周期设置了整数个磁性传感器元件，本发明的设备也将操作，而且这不是一个要求。如下面说明的，已经发现，本发明的设备在旋转式编码器系统中使用时是特别有利的，在旋转式编码器系统中，所述磁性标尺包括径向延伸的磁性区段，因此产生有效间距随着半径增加的磁场。因而避免了以前为了确保磁场图案的间距与多个磁性传感器元件的间距匹配而要求的紧安装公差。

有利地，所述分析仪通过确定由所述多个磁性传感器元件感测的所述周期性重复的磁性图案的周期的数量来评估所述周期性重复的磁性图案的周期。换言之，在所述多个传感器元件的空间范围上发生的磁性图案的周期的数量由所述分析仪从所述多个传感器信号中发现。优选地，周期的数量被发现为最近的整数值。例如，可以建立在传感器元件的线性阵列上发生了N个周期的磁性图案，其中N为整数。换言之，能够发现重复磁性图案的空间频率。

所述分析仪可以使用任何合适的算术技术分析所述多个传感器信号。所述分析仪可以包括用于实现所需技术的处理器。有利地，所述分析仪对所述多个传感器信号进行傅立叶分析。所述傅立叶分析优选包括使用一个或多个离散傅立叶变换。所述傅立叶分析优选评估由所述多个磁性传感器元件感测的所述周期性重复的磁性图案的周期。具体地说，对所述多个传感器信号进行傅立叶分析优选允许计算基波正弦分量的幅值和/或该正弦分量的一个或多个谐波。