[发明专利]组合两个很宽地分离的波长的信号的绝对位置编码器

说明书

一种电子绝对位置编码器，包括：计量器，其沿着测量轴方向(MA)延伸，并且包括沿着MA限定对应绝对范围R的信号调制计量器图案；检测器，其包括沿着MA所布置的感测元件，并且被配置为：提供对所述信号调制计量器图案进行响应的检测器信号；以及信号处理配置，其基于所述检测器信号确定所述检测器沿着所述计量器的绝对位置。所述信号调制计量器图案包括：具有空间波长λ_C的作为沿着所述计量器的位置的函数的粗略周期性图案组件，其中，n*λ_C＝R并且n是整数；以及具有空间波长λ_F的作为沿着所述计量器的位置的函数的精细周期性图案组件，其中，(mn+1)*λ_F＝R并且m是至少为2的整数。所述波长λ_C和λ_F可以很宽地分离。

技术领域

本发明总体上涉及精度测量仪器，具体地说，涉及绝对位置编码器。

背景技术

各种光学换能器、电容性换能器、电磁性换能器和感应式换能器以及移动换能器或位置换能器是可用的。这些换能器在读取头中使用发射机和接收机的各种几何配置，以测量读取头与计量器之间的移动。电感式传感器已知是对颗粒、油、水和其它流体导致的污染最免疫的传感器类型之一。美国专利No.6,011,389(’389专利)描述一种在高精度应用中可使用的感应式电流位置换能器，其通过其完整引用合并到此。美国专利No.5,973,494和No.6,002,250描述包括信号生成和处理电路的增量位置感应式测径器和线性计量器，其通过其完整引用合并到此。美国专利No.5,886,519、No.5,841,274、No.5,894,678、No.6,400,138以及No.8,309,906描述使用感应式电流换能器的绝对位置感应式测径器和电子带测量，其均通过其完整引用合并到此。如这些专利中所描述的那样，可以使用公知的印制电路板技术容易地制造感应式电流换能器。

感应式电流换能器(以及其它类型的换能器)的不同实现方式可以实现为要么增量位置编码器要么绝对位置编码器。通常，增量位置编码器利用计量器，其允许通过从沿着计量器的初始点开始累加移位的增量单位确定读取头相对于计量器的移位。然而，在特定应用(例如编码器用在低功耗设备中的应用)中，更期望使用绝对位置编码器。绝对位置编码器在(读取头)沿着计量器的每个位置处提供唯一输出信号或信号的组合。它们无需连续累加增量移位以标识位置。因此，在其它优点当中，绝对位置编码器允许各种功率节约方案。除了以上引用的专利之外，美国专利No.3,882,482、No.5,965,879、No.5,279,044、No.5,237,391、No.5,442,166、No.4,964,727、No.4,414,754、No.4,109,389、No.5,773,820以及No.5,010,655也公开与绝对编码器有关的各种编码器配置和/或信号处理技术，并且均通过其完整引用合并到此。

在此所使用的术语“轨道”或“计量器轨道”通常指代沿着测量轴方向延伸并且沿着与测量轴横切的方向具有近似恒定的宽度和位置的计量器区域或计量器图案。计量器轨道通常在沿着测量轴方向受引导的特定检测器集合之下，并且与之对准。检测器对下面计量器轨道中的计量器元件的图案进行响应，以生成取决于沿着轨道的检测器位置的位置信号。

用于将绝对(ABS)位置编码到编码器中的常用技术是使用稍微不同的空间波长的两个编码器轨道。对于非常接近的任何两个空间波长λ₁和λ₂，ABS差拍波长定义如下：

作为基于λ₁和λ₂的较长合成波长的ABS差拍波长可以用于确定相对粗略分辨率合成波长位置，并且近似构成编码器的ABS测量范围。为了实现长ABS测量范围，λ₁和λ₂典型地是非常相似的值。例如，一个示例性编码器中所使用的两个波长是λ₁＝5.4mm以及λ₂＝5.268mm，其提供λ_ABS＝216mm的ABS范围(ABS差拍波长)。