[发明专利]用于位置编码的编码器

说明书

一种编码器包括层状结构，该层状结构包括金属板、布置在金属板上的介电层、以及布置在介电层上以形成谐振电路的图案的多个金属组件。编码器包括向层状结构发射谐振频率的波形的发射器以及测量从层状结构反射的波形的振幅的接收器。处理器可操作地连接至存储有将发射器的位置与反射波形的振幅相关联的数据的存储器，处理器基于所述数据从振幅的测量值来确定发射器的位置。编码器包括呈递发射器的位置的输出接口。

技术领域

本发明总体上涉及非接触式编码器，并且更具体地，涉及基于偏振波形的反射来测量位置的编码器。

背景技术

在要确定沿路径可移动的元件的位置(例如，机械组件在诸如驱动装置或枢轴臂之类的线性轴上的位置)的许多应用领域中需要用于位置测量的编码器。在这种情况下检测到的位置可以用作用于测量目的的位置值，或者也用于通过具有位置控制环的驱动装置来定位组件的位置值。这种位置编码器由此被用在诸如坐标测量机(CMM)、大地测量装置、机器人臂、电梯、火车系统、雷达、声纳、通信、声学、光学或液压致动器之类的装置中。

出于此目的，编码器具有相对于彼此可移动的定标器和用于扫描定标器的读取头，以及用于调整测量操作并且用于为扫描信号指派由读取头记录的位置值的处理器。依据要求和结构选项，或者读取头是固定的而定标器是可移动的，或者定标器固定地定位而读取头相对于定标器移动。

定标器的扫描以非接触方式执行，并且通常基于光学、电感性、磁性或电容性物理原理。例如，读取头可以具有光源，该光源用光来照射具有光反射或光散射(反射光扫描)或光透射(透射光扫描)标记的定标器。光从光源入射到传感器的光敏拾取器上，例如，光电池或CCD阵列上。如果定标器具有光反射标记，则传感器与照明装置附接在读取头的同一侧。在另一种情况下，读取头横向围绕定标器，并且传感器和照明装置在读取头中/处/上大致彼此相对地布置。标记被用作用于对读取头相对于定标器的相对位置进行编码的代码元件。例如，通过相似的明/暗过渡、莫尔图案(moir é pattern)交替，可以将编码实现为增量编码，或者针对除光学测量方法之外的测量方法，可以将编码实现为电极或磁极，或者例如通过大量定义的不同图案，可以将编码实现为绝对编码。参见，例如，US 2015/0233742。

位置的准确度取决于定标器的分辨率、传输信号的频率、以及编码器对于由工业环境中的灰尘引起的散射事件的敏感性。因此，需要提高适于在多尘和烟雾环境中的工业应用的编码器的相对位置的估计准确度。

发明内容

一些实施方式基于以下理解：偏振依存型编码器能够适于高频位置感测。在这样的编码器中，发射器向条形码发送偏振信号，并且接收器检测来自条形码的反射信号。条形码被设计为使得条形码的不同部分对偏振入射波形有不同的响应。例如，条形码可以反射或吸收发射的信号，以在反射的信号中编码发射器的位置。

一些实施方式基于以下认识：这种偏振依存型编码器适于THz位置感测或其它感测应用。例如，与电感型和电容型编码器的低频编码器相比，基于THz的编码器能够实现更好的分辨率；与光学编码器相比，基于THz的编码器由于散射而具有较低的衰减，这使得基于THz的编码器更适于多尘和烟雾环境中的工业应用。

一些实施方式基于以下理解：偏振依存型编码器可以用经由偏振器实现的条形码来实现，该偏振器反射一个偏振而使其它偏振通过以对偏振波的发射器的位置进行编码。然而，偏振器后面的物体(包括支撑偏振器的基板)可能引起回到编码器的接收器的附加反射，这向传感系统引入了噪声。

例如，使用线栅膜设计的偏振器对偏振信号有不同的响应。对于电场与线平行的线的一种方位，信号被反射回去。对于电场与线垂直的线的另一方位，信号通过。如果向例如作为基板的偏振器添加附加材料，则对于通过的偏振信号可能发生附加反射。线栅膜后面的物体也可能导致破坏反射信号的附加反射。因此，需要设计一种在机械上稳定并且不易受由于来自外部物体的反射而引起的噪声的影响的偏振器。