[发明专利]传感器装置

说明书

本发明涉及用于检测关于能线性或旋转运动的物体的绝对位置的测量数据的一种传感器装置和一种方法，所述传感器装置包括：光学传感器系统，光学传感器系统为了进行位置测量仅利用零阶反射；以及磁传感器系统，磁传感器系统发出与所述能运动的物体的待确定位置相关的第二传感器输出信号，光学传感器系统和磁传感器系统的标尺集成在共同的标尺体中；计算单元，所述计算单元设定为用于获取第一传感器输出信号和第二传感器输出信号并由第一传感器输出信号和第二传感器输出信号生成共同的传感器输出信号，在任意时刻都能由磁传感器系统的第二传感器输出信号得出光学传感器系统的当前周期，以便基于第一和第二传感器输出信号计算出唯一的绝对位置信息。

技术领域

本发明涉及一种传感器装置，用于检测关于能线性或旋转运动的物体的绝对位置的测量数据。此外，本发明涉及一种借助于这种传感器装置测量线性的或可旋转运动的物体的位置的方法。

背景技术

在编码器技术领域，可以区分出增量式工作的位置测量系统和绝对式工作的位置测量系统。在增量式系统中，用户无法读取绝对位置信息。因此，在重新启动系统之后，必须首先找到参考位置，以便使增量式测量系统归零或给所述测量系统定基准，由此获得起始位置(所谓的参考行程)。为此，在标尺上需要设置参考标记并且在传感器头中需要设置读取所述参考标记的相应传感器元件。

在绝对测量系统中，通过扫描标尺产生的位置信息，所述位置信息在任何时刻都是绝对位置信息，因此即使在重新启动系统之后也可立即获得绝对位置信息并且不需要执行参考行程，这相对于增量式测量系统构成明显的优势。

在磁式的绝对编码器技术领域中，已知不同的这种绝对位置信息的方法，例如利用游标原理来生成，其中读取多个轨道并且可以由各轨道彼此之间的相差计算出绝对位置。

磁式的绝对测量系统通常具有较为简单的结构，因此能以较少的花费经济地制造。这种系统可以作为简单和紧凑的集成电路在市场上获得。这种系统的一个主要优点是其对污染不敏感。但与此相对，其缺点在于，这种系统的分辨率系统性限制在通常为几百纳米范围的数量级上。

相比之下，基于光学原理的绝对测量系统的优点是，这种系统允许实现更高的分辨率，所述分辨率在明显10nm的范围内。这主要是通过与磁系统较短的标尺周期来实现的。然而，光学式测量的绝对系统制造成本较为复杂并且因此比磁式测量的绝对系统成本高。同样，光学式绝对测量与磁式的绝对传感器的情况相比更为复杂；这例如通过读取相应标尺上的伪随机码来进行。

由DE 19520299A1已知一种传感器装置，在所述传感器装置中为了测量可运动的物体的位置使用了两个分开的传感器系统，所述传感器系统以不同的物理原理工作。来自这两个传感器系统的信号由处理系统来补充完整，所述处理系统分析处理两个传感器系统的数据并将所述数据组合成共同的位置值。DE19520299A1具体地描述了角度测量装置的使用，所述角度测量装置借助于由两个磁极组成的磁体与霍尔传感器形式的探测元件相结合来探测旋转的绝对信号。这里，磁式的探测元件在360°的旋转角度范围上提供模拟的正弦信号。但所述角度信号仅在120°的使用范围上是唯一的，此外还需要对角度信号进行线性化。

磁式的探测元件与增量式的光学传感器系统组合，所述光学传感器系统包括沿测量路径具有一个或多个参考标记的增量标尺。所述或各所述参考标记对于系统的基本功能是必需的。

在DE 19520299A1中仅简要提及，但没有详细描述，也没有通过实施例证明的是，由不同传感器系统构成的组合的基本结构也可以用于线性测量系统。相反，通过这里记载的传感器装置不能实现在360°的角度范围(所谓的单圈)上唯一的(绝对)测量。此外，利用这里记载的传感器装置通常不能在较长的测量路段是生成可用的绝对位置信号。

根据DE 195 20 299 A1的传感器装置的另一个缺点是，这种传感器装置需要较大的结构空间或较大的结构高度，并因此不适于，对于传感器装置仅存在小的安装尺寸的应用场合。