[发明专利]倾斜补偿的感应电流位置传感器

说明书

本发明涉及通过磁场感应信号的方式传感两个构件之间的移动或位置，更具体地说，本发明涉及对读出头与标尺构件不完全平行可能产生的潜在信号误差进行补偿的感应电流位置传感器。

目前能够提供各种各样的移动或位置传感器，如光学、电容、磁性和电感式传感器。这些传感器常常要将发射器和接收器放置在各种几何结构中，以便测量传感器的两个构件之间的移动。

光学、电容和磁性传感器对于易受污染影响。因此，在绝大多数的制造或车间环境中采用这些传感器是不实际的。在车间环境中采用这类传感器需要昂贵有时还不可靠的环境密封装置或者其它传感器封装方法，以使传感器不受灰尘、油或铁磁颗粒的沾污。

1995年5月16日提交的美国专利申请08/441,769描述了一种在高精确度应用中使用的感应电流位置传感器，这里将其全文引作参考。1996年5月13日提交的美国专利申请08/645,483和08/645,490描述了增加位置感应卡尺和直尺，包括信号发生和处理电路，这里将二者都引作参考。1997年1月29日提交的美国专利申请08/788,469、08/790,494和08/790,459描述了利用这种感应电流传感器的绝对位置感应卡尺和电子卷尺，这里将其都引作参考。

这种感应电流位置传感器采用两个相互之间可作相对移动的构件。读出头包括一个产生变化磁场的有源发射器和一个接收或传感该磁场并产生接收器输出信号的无源接收器。标尺包括多个磁通量调制器。磁通量调制器对磁场进行调制，因此接收器中的感应电流与标尺相对读出头的位置有关。

发射器包括通过磁通量区域产生变化磁场的磁场源。接收器包括沿测量轴在磁通量区域中按磁通量接收区的预定图案排列的接收器绕组。接收器绕组根据所传感的变化磁场被动地产生信号。这一信号的幅度和极性是读出头相对标尺位置的函数。接收器绕组是导电元件以预定间隔自身交叉而形成的，近似为在一端倒转的正弦波。以这种方式，接收器绕组的相邻回路交替为顺时针方向和逆时针方向。发射器产生的磁场通过这些方向交替变化的回路，产生极性交替变化的EMF。

另一方面，通过适当的信号处理，如这里引用的其它美国专利申请中详细描述的，可以交换发射器和接收器/传感器的功能。即，发射器绕组可以由导电元件以预定间隔自身交叉而形成，相邻回路交替为顺时针方向和逆时针方向。每个回路产生的磁场极性交替变化。在这种情况中接收器为一个简单回路。

标尺包括多个磁通量调制器，它们以预定间隔在标尺上规则地定位。当标尺沿读出头移动时，磁通量调制器在磁通量区域内移动，对靠近这些磁通量调制器的磁通量进行调制。磁通量区域内的磁通量调制器改变感应电流，因此接收器绕组产生的信号将是读出头与标尺之间相对位置的函数。

利用现有的印刷电路板技术，已经制造出这些美国专利申请中所公开的感应电流传感器、卡尺、直尺和电子卷尺。这种传感器系统通常不受颗粒，包括铁磁颗粒、油、水和其它液体的沾污。

图1示出具有读出头110和标尺120的感应电流位置传感器100。读出头110包括发射器绕组112和至少一个接收器绕组114。接收器绕组114限定多个正极性回路116和多个负极性回路118。在发射器绕组内，正负极性回路116和118沿读出头110的测量轴130延伸，重复率相当于标尺波长λ。

标尺120包括多个磁通量调制器122。磁通量调制器122既可以是磁通量削弱器也可以是磁通量增强器。磁通量调制器122以与波长λ相等的倾斜定位。每个磁通量调制器122沿测量轴130延伸，大约为波长λ的二分之一或更小。

磁通量削弱器是由一层薄导电材料层形成的。发射器绕组112产生的变化磁场在薄导电层中形成涡流。涡流产生方向与发射器绕组112产生磁场相反的磁场。这就减小或削弱了与薄导电层磁通量削弱器相邻区域中的场磁通量。

磁通量增强器是由高磁导率的材料形成的。发射器绕组112产生的磁场优先通过高磁导率的磁通量增强器。因此，磁通量增强器中的磁通量相对较密，而与磁通量增强器横向相邻区域中的磁通量相对较疏。

在两种情况中，磁通量调制器都对发射器绕组产生的磁场以及发射器与接收器之间的有效磁通量耦合产生空间调制。应当明白，磁通量调制器122能够表示磁通量削弱器或磁通量增强器的交替排列。还应当明白，引用的美国专利申请中所公开的任何读出头配置和标尺配置都能够采用本发明的倾斜补偿技术。