[发明专利]减少偏差的高精度感应电流位置传感器

说明书

本发明涉及感应电流线性和旋转位置传感器。尤其涉及改进了绕组结构以提高有用输出信号分量比例的旋转和线性感应电流位置传感器，即涉及的传感器位置相对于与传感器位置无关的输出信号的寄生(偏差)分量。

1995年5月16日提交并在此结合作参考的第08/441,769号美国专利申请，披露了一种增强型感应电流位置传感器。1996年5月13日提交并在此结合作参考的第08/645,483号美国专利申请，披露了采用感应电流位置传感器的电子卡规。该两件申请都披露了用于感应电流位置传感器的有关信号处理技术。

图1和图2大致示出该两件申请的感应电流位置传感器的工作原理。如图1所示，感应电流位置传感器100包括可相对标尺移动的读入头120。标尺100和读入头120较佳地形成于采用标准印刷电路板工艺的印刷电路板上。

多个磁通调制器112沿着感应电流位置传感器100的测量轴114分布，其节距等于波长λ(以下将作更为详细的描述)。磁通调制器112沿着测量轴114具有λ/2的标称宽度。磁通调制器112沿垂直于测量轴114的方向上具有宽度d。

读入头120包括通常为矩形的发送器绕组122，它连接到驱动信号发生器150。驱动信号发生器150向发送器绕组122提供时变驱动信号。时变驱动信号较佳地为高频正弦波信号、脉冲信号或指数衰减正弦波信号。当时变驱动信号加到发送器绕组122时，流入发送器绕组122的时变电流产生相应的时变或变化磁场。由于发送器绕组122通常为矩形形状，所产生的磁场在位于发送器绕组122中心部分的磁通区域内基本上为恒定。

读入头进一步包括置于读入头上的第一接收器绕组124和第二接收器绕组126，它们位于发送器绕组122内部的磁通区域内。第一接收器绕组124和第二接收器绕组126的每一个绕组均由多个第一回路段128和第二回路段129组成。第一回路段128在一层印刷电路板的第一面上形成。第二回路段129在该层印刷电路板的另一面上形成。该层印刷电路板作为第一回路段128与第二回路段129之间的一个电绝缘层。每个第一回路段128的每一端都通过该层印刷电路板内形成的直通线130连接到一个第二回路段129的一端。

第一和第二回路段128和129较佳地呈正弦曲线形。因此，如图1所示，组成每个接收器绕组124和126的第一和第二回路段128和129形成了波长为λ的正弦形周期图形。这样，每个接收器绕组124和126形成有多个回路132和134。

每个第一和第二接收器绕组124和126内的回路132和134沿着测量轴114具有等于λ/2的宽度。这样，每对相邻的回路132和134的宽度等于λ。再者，第一和第二回路段128和129遍及每对相邻回路132和134内的整个正弦周期。这样，λ对应于第一和第二接收器绕组124和126的正弦波长。此外，接收器绕组126沿着测量轴114与第一接收器绕组124偏差λ/4。即第一和第二接收器绕组124和126是正交的。

来自驱动信号发生器150的交变驱动信号被加到发送器绕组122，使发送器绕组122内的电流从第一端122a流入，经发送器绕组122并经第二端122b流出。这样，由发送器绕组122产生的磁场穿入图1所示发送器绕组122内的纸面，并穿出图1所示发送器绕组122外的纸面。因此，发送器绕组122内的交变磁场在接收器绕组124和126内形成的每个回路132和134内产生一个感应电动势(EMF)。

回路132和134的绕向相反。这样，回路132内感应的EMF的极性与回路134内感应的EMF的极性相反。回路132和134包围相同面积的区域，这样就额定包围了同量的磁通。因此，每个回路132和134内产生的EMF的绝对量额定相同。

第一和第二接收器绕组124和126的每个绕组内较佳地有等量的回路132和134。理想地，回路132内感应的正极性EMF与回路134内感应的负极性EMF有精确的偏差。因此，第一和第二接收器绕组124和126的每个绕组上的净额定EMF为零，这样，作为只有从发送器绕组122直接耦合到接收器绕组124和126的结果，最好，无信号从第一和第二接收器绕组124和126输出。

当读入头120靠近置于标尺110时，由发送器绕组122产生的变化磁通也通过磁通调制器112。磁通调制器112调节变化磁通并可以成为磁通增强器或磁通削弱器。