专利名称：具有串行读取的绝对位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量学的领域，特别是适于测量绝对位置的测量学。其更具体地涉及一种绝对位置传感器，该绝对位置传感器特别应用于机动车辆领 域。
背景技术：
通常，绝对位置传感器具有许多应用，它涉及测量通过构件的移动而给出的设定 点(该构件的位置代表了所述设定点)，或涉及伺服领域，对于这种伺服，可移动构件的位 置是由致动器引起的移动的结果。已经提出了用于保证绝对位置测量的许多解决方案。这些最简单的解决方案之一 在于使用可变电阻电位计，将该电位计的游标与有待测量的位置直接连接。电位计的端子 与其游标之间的电阻测量足以推导出绝对位置。然而，这样一种解决方案在通过接触进行 测量时存在固有的缺陷。所产生的摩擦是磨损的来源，这降低了传感器的可靠性。正是出于这个原因开发了多种无接触测量的解决方案，以实现可接受的鲁棒性。 不同的无接触测量技术应用例如光的或磁的不同物理现象。通常，与依赖以上提到的基于 电位计的解决方案的模拟测量相反，这些无接触测量旨在实现一种数字式的测量。为此，传感器包括一个或多个检测器，该检测器能够检测目标模式的过渡，该目标 模式存在于相对于该检测器可移动的构件上。对这些过渡的检测使之能够产生二进制信 号，然后用指定算法对该二进制信号进行处理。在这些最简单并且最普通的解决方案中，知道检测器是与由多个平均间隔的脉冲 构成的目标模式相关联的，以使得该检测器能够对连续通过的脉冲进行计数并且因此测量 在该检测器与支撑该目标模式的构件之间的相对移动。这还预先假定知道移动的方向。为 了知道利用这种传感器(它实质上测量相对移动)所测量的绝对位置，必需实现一种相对 于绝对参考的定位过程。这种参考可以包括行程结束停止件，或放置在行程的精确位置中 的标志。通常，将这种定位过程付诸实施是繁重且复杂的，并且对于每次发生检测故障时必 须重复该过程而言就更是如此。因此，这样一种定位过程对于行进中的机动车辆而言是难 以实现的。为了改进这种测量的鲁棒性，已经提出了增加检测器的数量并且因此增加同一传 感器内部的目标模式。为此，如在文件GB-2226720以及EP-0561416中所描述的，多个检测 器被平行地安装并且对于在几个不同的目标模式上的过渡是敏感的。通过使用多个目标模 式可以增强鲁棒性，这些目标模式被设计为在所有这些检测器中产生格雷(Gray)码或相 似的代码。 此类解决方案的令人满意之处在于它们实现了鲁棒的且无定位过程的位置测量。 在另一方面，这些解决方案需要大量的检测器，因此造成传感器成本增加并且最重要的是 降低了它们的可靠性。如果追求较高的传感器分辨率(这直接导致检测器数量的增加)，这 些缺陷都变得更严重。
本发明提出要解决的一个问题是提供一种测量解决方案，该测量解决方案具有与 这些现有解决方案相似的分辨率，但使用更少量的检测器。
发明内容
因此，本发明涉及一种绝对位置传感器，该绝对位置传感器包括至少一个检测器， 该检测器能够检测存在于相对这个检测器可移动的构件上的目标模式的过渡。该构件相对 于检测器的移动性意味着一种相对移动的可能性，从而意味着该检测器可以是固定的并且 该可移动构件在移动，或者相反，该检测器在支撑该目标模式的构件的前面移动，或者该检 测器与该可移动构件均移动。根据本发明，这种传感器的特征在于它包括一个移位寄存器，该移位寄存器能够记录源于所述检测器的预定数目的连续信息项，以及用于将所述寄存器的值与一组预定值 相比较的装置，该组预定值取决于所述目标模式并且代表该检测器相对于支撑该目标模式 的构件的绝对位置。换言之，本发明在于仅使用一个目标模式，该目标模式的过渡是通过移位寄存器 而连续获得的。因此，这个寄存器的值在预定数目的比特上采用该目标模式的一个部分。通 过将这个值与可在整个目标模式上观测的相同长度的多个模式部分相比较，可以推导出该 检测器相对于支撑该目标模式的构件的绝对位置。注意，这种比较仅从已经提供该移位寄存器的所有比特的那一刻起才是可行的。 因此，位置测量在初始化时无法立即获得。然而，这个缺陷通过以下事实非常大程度地得到 补偿，即该传感器仅包括该目标模式的一个检测器，这极大地提高了其可靠性以及其成本 价格。实际上，能够以不同的方式来馈送该移位寄存器的时钟。因此，在第一实施例中，该传感器还包括第一附加检测器，该第一附加检测器能够 检测第一附加模式的多个周期性过渡，该过渡的周期等于该目标模式的最小周期。换言之， 第二检测器能够检测与主目标模式相干放置的多个脉冲模式。因此，这些脉冲中的每一个 允许以主目标模式的最大演进频率来偏置该移位寄存器的比特。在第二实施例中，该目标模式本身可以是一种双相代码，从而使之能够以该目标 模式的信息项的变化的最大频率而从中提取信号。可以使用不同类型的双相代码，特别是 曼彻斯特型代码或双频相干相位代码(也称为F2F代码)。在第三实施例中，该传感器还可以包括第二附加检测器，该第二附加检测器能够 检测相对于该第一附加模式而相移的第二附加模式的多个周期性过渡。可任意地选择这个 相移，因为这两个附加模式不是处于反相，并且这使之能够检测移动方向。实际上，应用上 最简单且最可靠的相移是四分之一周期的相移。这种传感器可以在不同的应用中用来测量线性运动或转动。在第一种情况下，该 目标模式是直线的并且最经常被设计为以一种往复的方式来行进。在第二种情况下，该目 标模式被记录在一种连续的循环环路之中。作为一种应用，可以引用对转向齿条的绝对线性位置的测量，或对方向盘的绝对 角度位置的测量。
参考附图，通过阅读下面对实施例的描述，本发明的实现方式以及其优点将变得 更加明显，其中-图1是说明本发明的运转的总体图；-图2示出了根据传感器的第一实施例的所存在的模式；-图3是说明该传感器的第一实施例的运转的简图；-图4示出根据传感器的第二实施例的所存在的模式；-图5是说明该传感器的第二实施例的运转的简图；-图6和图7是说明该传感器的第三实施例的运转的简图。
具体实施例方式一般地，如图1所示，本发明是基于使用存在于能够相对于检测器3而移动的构件 2上的目标模式1。因此，这个检测器3检测目标模式1的过渡并且馈送移位寄存器4，对该 移位寄存器的输出5进行分析然后将它们与参考表6相比较并且指示如此测量出的绝对位置7。在图2和图3所示的第一实施例中，传感器10包括串行目标模式21，该串行目标 模式包括不同的二进制信息项22、23，它们例如可以是由线性反馈移位寄存器LFSR生成。 这个LFSR包括构成移位寄存器的给定数目N的级联触发器，以及在一个或多个触发器的输 出上得到其输入的一个“异”门，并且该输出被送入移位寄存器的输入。这个LSFR如同计 数器那样生成非常准确的二进制代码序列。通过对该异门的输入进行恰当的选择，甚至能 够使得可能代码的数量最大化。这个目标模式21是与第二脉冲模式25相关联的，该第二 脉冲模式的周期与该目标模式的周期相同。对于包括2n比特的串行目标模式，第一检测器26读取该串行目标模式21并且馈 送N比特(在图3中N = 4)移位寄存器的输入27。第二检测器28读取脉冲目标模式25 并且馈送该移位寄存器的时钟29。当至少N比特的移动发生在相同的方向上时(在已知移动方向的前提下)，包含在移位寄存器24中的代码给出了绝对位置的信息项。这种实施例特别适合于其中移动被操 纵和控制的系统，这样移动方向因而是已知的。在图4和图5所示的第二实施例中，使用单一的串行目标模式41，该串行目标模式 本身包括脉冲模式。为此，该目标模式的代码是一种双相代码。可以使用不同类型的代码， 特别是曼彻斯特型代码，其中“1”是由上升沿表示而“0”是由下降沿表示。在图4中示出 了另一种令人满意的双相代码。它是一种F2F型代码或者也是双频相干相位代码，其中“ 1，， 是由频率为F的方波信号的半周期来表示而“0”是由频率为2F的方波信号的一个周期来 表示。在此情况下，为了读取目标模式41，单个检测器42是必需的。双相译码器43能够分 别提取代表绝对位置的二进制信息44以及馈送移位寄存器24的时钟信号45。当至少N比特的移动发生在相同的方向上时(在已知这个移动方向的前提下)，包 含在该移位寄存器中的代码给出了绝对位置信息项，以及移动的近似速度，该速度使之能 够正确地提取脉冲模式。当移动速度是已知的并且被控制时，这个实施例特别有利，其使之 能够增加检测的鲁棒性以及效力。
在图6和图7所示的第三实施例中，使用串行目标模式1以及以方波信号形式的、 处于相位正交的两个附加模式62、63。对于包括2n比特的串行目标模式，第一检测器65读取串行目标模式61并且馈送 N比特移位寄存器24的输入端。第二检测器66读取第一方波信号目标模式62并且馈送移 位寄存器24的时钟67。第三检测器68读取第二方波目标模式63，该第二方波信号目标模 式与第一方波信号目标模式62处于相位正交。这个第三检测器69与第二检测器66的输 出端共同地馈送方向检测装置70，该方向检测装置能够从移动方向中推导出一个信息项。 在一个特别的形式中，这个检测装置70能够确定至少N比特的移动已经发生在相同的方向 上，并且因此确定该移位寄存器已经被适当地馈送，并且位置测量是恰当的。 这个实施例特别适合于其中移动方向事前是未知的或者会经常演变的情况。 从上面的描述可知，根据本发明的传感器具有许多优点并且特别是需要很少数量 的检测器，因为这些传感器在一些实施例中利用单个检测器来运转。因此，这些传感器的鲁 棒性以及成本价格是特别吸引人的。
权利要求
一种具有串行读取的绝对位置传感器(10)，该绝对位置传感器包括能够检测目标模式(2)的过渡的至少一个检测器(3)，所述目标模式存在于相对于所述检测器(3)可移动的构件(1)上，其特征在于，它包括能够记录源自所述检测器(3)的预定数目的连续信息项的移位寄存器，以及用于将所述寄存器的值(5)与一组预定值(6)相比较的装置，该组预定值每个都对应于该检测器(3)相对于该目标模式(2)的一个位置。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，它还包括第一附加检测器(28)，该第一附 加检测器能够检测第一附加模式(25)的周期性过渡，该第一附加模式的周期等于该目标 模式的最小周期。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，它还包括第二附加检测器(69)，该第二附 加检测器能够检测从所述第一附加模式(62)移相的第二附加模式(63)的周期性过渡。
4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述相移是四分之一周期。
5.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，源自所述附加检测器(28)的信号馈送所 述移位寄存器(24)的时钟(29)。
6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述目标模式(41)是一种双相代码。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述双相代码是曼彻斯特型代码或者双 频相干相位代码。
8.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述目标模式被线性地记录在支撑它的 所述构件上。
9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述目标模式以循环环路的方式被记录 在支撑它的所述构件上。
10.一种为测量电机驱动的转向齿条的绝对线性位置而对如以上权利要求之一所述的 传感器的使用。
11.一种为测量车辆方向盘的角度位置而对如权利要求1至9之一所述的传感器使用。
全文摘要
本发明涉及一种具有串行读取的绝对位置传感器(10)，该绝对位置传感器包括能够检测目标模式(2)的过渡的至少一个检测器(3)，该目标模式存在于相对所述检测器(3)可移动的构件(1)上。该传感器的特征在于，包括能够存储来自所述检测器(3)的预定数目的连续数据的移位寄存器，以及用于将所述寄存器的值(5)与一组预定值(6)相比较的装置，该组预定值每个都对应于该检测器(3)相对于该目标模式(2)的一个位置。
文档编号G01D5/249GK101802558SQ200880107295
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月16日 优先权日2007年9月20日
发明者C·当万年, L·阿尔伯特 申请人:雷诺股份公司