[发明专利]位置绝对测量用电容型测试装置

摘要

位置绝对测量用电容型测试器，包括可相对测试轴位移的第一和第二支承构件(20，30)，位于构件20上的第一发射极电极排310，构件30上的第一接收极电极排201A/210B使该排与排310成相对电容耦合，位于构件30上的与排210A/210B排列成行的第二发射极电极排，各第二发射极电极电气连到相应的第一接收极电极，以使其间的偏移量是第二发射极电极相对于测试轴上的基准位置的预定函数。从而实现用同一电极排进行不同分辨力测量和高精度绝对位置测量。

主权项

1、一种电容型测试装置，该装置包括：第一和第二支承构件，所述支承构件可彼此相对移动并且至少一个所述支承构件是可相对于测试轴移动的；与所述测试轴成直线排列并置于所述第一和第二支承构件上的电极排装置，用以提供多条分立的信号传送通路，每条通路具有一个按照所述第一和第二支承构件彼此相对位置变化而变的容性传递函数；所述容性传递函数具有第一分量和第二分量，该第一分量根据与所述支承构件之一上的一个基准位置有关的该相关传送通路的位置在一个第一预定波长的范围内变化，而第二分量则根据所述第一和第二支承构件间位移的一个预定函数在短于所述第一预定波长的第二预定波长范围内变化；所述电极排装置包括：一个发射极电极排，具有至少一组N个相对于所述测试轴彼此相隔一定距离的相邻发射极电极，其中N的值为4的整倍数；置于所述第二支承构件上并与所述测试轴成直线排列的第一接收极电极排，以使所述第一接收极电极排的不同部分依据所述支承构件的相对位置而同所述发射极电极排成容性耦合；所述第一接收极电极相对于测试轴彼此相隔一间距Py1，以限定刻度波长Wf，所述至少一个发射极电极组限定了发送波长Wt，和每组内的发射极电极在该组内被如此定位，使之分别占有跨距大于一个波长Wf的预定组位置，并使每组位置对应于通过将发送波长Wt分成相当于精确波长的间隔并将每个间隔分为N等分段所获得的一组较精确波长段位置的一个不同组的相对位置；和检测器电极装置，用以根据加到所述发射极电极排的激励信号而产生第一和第二输出，所述检测器电极输出各自随所述第一传递函数分量变化，并当组合时，产生一个随所述第二传递函数分量变化的信号；激励信号发生装置，用以有选择地产生N个激励信号组，以便以一个所选的第一或第二空间顺序加到至少一组所述发送电极的各N个电极上；所述第一空间顺序是由依据发送电极彼此在至少一个所述发送电极组中的相对位置顺序进行连接的第一顺序所限定，而所述第二空间顺序是由按较精确波长段位置中配置所述各发射极电极组位置的顺序进行连接的第二顺序所限定；每个所述激励信号组包括两批激励信号，这两批激励信号的相位彼此相反，并当加到所述发射极电极时，空间相位差90°，而且其中每组激励信号中的各批激励信号所占据的相对空间相位位置从一组到相邻组是依次递增变化的；第一控制装置，用以控制所述激励信号发生装置，使之有选择地将一对第一和第二所述激励信号组加到所述至少一组发射极电极上；输出信号选择装置，用于将对应于所述第一和第二检测器电极输出中的一个信号或对应于所述组合的检测器电极输出的信号选作为电极排装置的输出信号，并由此响应所述成对的激励信号组产生顺序的第一和第二电极排装置的输出信号；解调装置，用于对所述第一和第二输出信号进行解调，以产生第一的第二解调信号，并用于对所述第一和第二解调信号进行双等变率积分，其中所述第一解调信号借助积分装置在一预定时间间隔上积分，而所述第二解调信号经由所述积分装置积分直至该积分装置的输出返回到一基准电平时为止，所述激励信号组的所述第一和第二批信号经如此选择，以使所述第二解调信号的所述积分引起所述积分装置输出的积分与所述第一解调信号输出的所述积分方向相反；测量装置，用以测量所述第二解调信号积分的积分时间，并用以当积分时间超出一预定极限值时产生一输出信号；第二控制装置，响应所述积分时间测量装置的所述输出，以使所述解调和双等变率积分装置回位，从而重复将其它不同的成对的第一和第二所述激励信号组有选择地加到至少一组所述发射极电极上，再使所述解调和双等变率积分装置对合成的第一和第二解调信号进行积分直到所述积分时间测量装置无输出时为止；用于当所述测量装置不产生输出时，产生一刻度尺位置值信号的第一计算装置；主控制装置，用以控制所述激励信号发生装置和所述输出信号选择装置，以执行所述第一计算装置连续产生下列信号时的测量周期；来自第二解调信号的第一刻度尺位置值信号Mc，该第二解调信号是由第二电极排装置的输出信号所产生，该输出信号对应于响应以所述第一空间顺序而产生的一组激励信号所产生的所述第一和第二检测器电极的输出；来自第二解调信号的第二刻度尺位置值信号Mwb，该第二解调信号是由第二电极排装置的输出信号所产生，该输出信号对应于响应以所述第一空间顺序而产生的一组激励信号所产生的所述组合的检测器电极的输出信号；和来自第二解调信号的第三刻度尺位置值信号Mf，该第二解调信号由第二电极排装置的输出信号所产生，该输出信号对应于响应以所述第二空间顺序而产生的一组激励信号所产生的所述第一和第二检测器电极的输出；和用于组合所述第一，第二和第三刻度尺位置值信号，以产生绝对位置测量值信号的第二计算装置；所述电容型测试装置的特征在于：所述N个激励信号组中每一个组均被赋予值K，其中K值范围在1和N之间，而所述第一和第二控制装置是如此构成的；使得在用于产生连续的成对激励信号而产生一刻度尺位置值信号的测量周期的每一部分的开始，根据一预定的起始K值，选择在激励信号组的起始对之中的所述激励信号组的第一组，此后，K值根据所述第一解调信号积分结果的极性被增大或减小，以产生一个用以选择在激励信号组的紧接着的那对之中的下一个第一组所述激励信号组的新K值，所述第一计算装置是如此构成的：使之根据在产生所述信号Mc的测量周期部分期间内导致所述测量装置不产生输出时的K值，乘以第一个预定常数，并按照使激励信号组的紧接着的那一对不会造成所述测量装置产生输出时的第一解调信号积分结果的极性，次按照使所述那一对激励信号组不会造成所述测量装置产生输出时的第二解调信号积分所需的时间，加以修正，由此计算所述刻度尺的位置值信号Mc，除非这样计算出的值超出预定范围，这时才要进一步进行包络计算，以便使该计算值变换成该范围内的一个值；所述第一计算装置还要进一步构成为：使之根据在产生所述信号Mm的测量周期部分期间内导致所述测量装置不产生输出时的K值，乘以第二个预定常数，并按照使激励信号组的那一对不会造成所述测量装置产生输出时的第一解调信号积分结果的极性，以及按照使所述那一对激励信号组不会造成所述测量装置产生输出时的第二解调信号积分所需的时间，加以修正，由此计算所述刻度尺的位置值信号Mm，除非这样计算出的值超出预定范围，这时才要进一步进行包络计算，以便使该计算值变换成该范围内的一个值；以及所述第一计算装置还须进一步构成为：使之根据在产生所述信号Mg的测量周期部分期间内导致所述测量装置不产生输出时的K值，乘以第三个预定常数，并按照使激励信号组的那一对不会造成所述测量装置在输出时的第一解调信号积分结果的极性，以及按照使所述那信号组不会造成所述测量装置产生输出时的第二解调信号积分间，加以修正，由此计算所述刻度尺的位置值信号的值超出预定范围，这时才要进一步进行包络计算，以便使算换成该范围内的一个值。