用于测量旋转的可移动部件的轴向移动的系统和方法

专利名称：用于测量旋转的可移动部件的轴向移动的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量^走转的可移动部件的移动的系统和用 于实施该系纟充的方法。
更具体地，本发明涉及对可移动部件围绕轴线^:转时并沿着平 ^亍于^走转轴线的轴线平移时的轴向移动的测量。
背景技术：
为适当地操作，铰接接合(pin j oint)需要轴向的操作间隙。但 是，该间隙一^L随着导向部件和轴7fc的状况而变化。因此，有必要 测量轴向间隙，所述轴向间隙为轴承磨损的良好指标。例如，在铁 路客车轴箱中，轴承受到摩〗察腐蚀，当轴承环磨损时以及随着轴承
环的磨损，其导致轴向间隙可能超过1 mm。
在现有冲支术中， -使用编码器和传感器测量旋转部件的移动的石兹 系统是已知的。编码器一4殳为》兹环，该》兹环与^走转部件结合为一体 并包4舌环形》兹道(magnetic annular track),在》兹道上以才目同3巨离分 布的多个南、北,兹极对被》兹化。固定传感器径向设置在》兹道的相对 侧，并由对磁场每丈感的元件组成。传感器发出》兹信号，更具体地， 磁信号的频率使得可以确定旋转部件的转速。但是，这种系统不允 许测量S走转的可移动部件的轴向移动。乂>知的是，^寻传感器与石兹环相^H殳置，并测量》兹场强度的变4匕 以便确定旋转部件的轴向移动。但是，由于磁场强度的测量显示出 明显的温度漂移，所以这种测量不可靠。因此，该系统不能应用到 具有明显温度变化的严酷环境中。
为确定孔中的轴的轴向移动，也存在"轴端"解决方案，其中， 位置传感器或近程式传感器与轴端相对地安装。但是，该方案除了 因整体尺寸而在某些情况下行不通的事实外，轴端有时具有返回当 前圓锥形小齿轮的作用，这^f吏得该方案行不通。
另外，专利申请EP 1 875 422公开了一种用于检测轴向移动的 系统。该系统使用与旋转部件结合成一体的多招J兹环以及径向相对 设置且距石兹环圓周一读数距离(reading distance )的固定传感器。环 的外围上，具有相对于旋转部件的旋转轴线倾斜的特另的磁跃迁 (magnetic transition )。当4t4争部4牛轴向移动时，该系统4企测到该特 性任一侧的磁极长度的改变。因此，可以从其中推导出旋转部件的 轴向移动。但是，每次旋转只能进行一次轴向移动的测量，并且在 该^t极上的速度测量是不真实的。因此，该方案不适于高分辨率速 度测量。
日本专利申"i青JP 2006201157 />开了一种可以测量^:專#的可移 动部件的轴向移动的系统。该测量系统包括与球轴7 义的内环构造成 一体的环形编码器、以及固定至该轴承的外环并与传感器的环形编 石马》兹道(annular encoding track ) 4圣向才目^H殳置的 一个或两个传感器。
在专利申请JP2006201157的图10中示出的一个实施例中，编 码器包括两个编码万兹道。两个》兹道具有这样的图案，其具有沿相对 的三角方向的恒定角螺;旋形状。两个,兹道中的每一个均相对i殳置有 一传感器，并且计算单元根据传感器发出的信号之间的相差确定轴
向移动。但是，该文件没有公开确定由传感器发出的信号之间的相位移 的方法。如今，确定相位移值的精确性对于获得旋转中的可移动部 件的轴向移动的可靠值是非常重要的。
另外，由于可移动部件的转速显示出才及大的变化，所以精确i也 确定相位移值更加困难。

发明内容
本发明旨在通过提供用于测量旋转的可移动部件的轴向移动的 系统和方法来克服这些问题，使得可以可靠且精确的方式测量所述
部^f牛的4由向移动。
为此目的且4艮据第一个方面，本发明提供了一种用于测量沿轴
线A旋转的可移动部件的轴向移动的系统，包括
-箱玄编；马装置，包4舌至少一个5不形》兹道，在该环形A兹道上以^目 同的距离分布的有多个南北石兹才及对#皮》兹化，所述箱t极呈具有轴线A 的螺S走形；
-用于检测》兹场的装置，至少包括第一和第二固定》兹传感器， 所述第一和第二固定磁传感器以彼此相距非零的轴向距离d设置， 与所述编码装置的外围》兹道径向相对并且与所述编码装置的外围万兹 道相距一读数距离，并且该固定》兹传感器对编码装置所感生的石兹场 变4匕每文感。
测量系统的特征在于，第一传感器包括
-第一多个对准每文感元件，，敏感元件:帔分成至少两个第一子组
件；以及-电子电路，被布置成用于根据由第一子组件发出的信号而发
出在正交的且具有相同幅度的两个;f莫拟信号SIN1和COSl;并且 其特征在于，测量系统进一步包括
-第一空间分辨率倍增器，用于从两个正交的^^莫拟信号SIN1 和COSl产生至少一个第一数字信号，该第一数字信号的状态每个 磁周期改变N1次，Nl是大于或等于4的整数；以及
-计算器，用于根据所述第一数字信号来确定通过第一传感器 所才企测到的石兹场和通过第二传感器所4企测到的；兹场之间的瞬时角相移。
因此，第 一和第二传感器所发出的信号之间的相位移可与可移 动部件的旋转速度的变化无关地测量，因为^t字信号的状态改变的
次数代表了传感器在所考虑的磁极对上的位置。因此，通过根据本 发明的系统获得的轴向移动的测量具有减小的误差范围。
另外，由于测量系统使用两个传感器，所以获得两个重复的速 度测量结果是可能的。那么，测量的重复确保了速度测量中的安全 性增加，当速度测量用于ABS或防滑系统中时，这一点尤其有利。
有利地，第 一空间分辨率倍增器能够从两个正交的模拟信号 SIN1和COS1产生两个正交的数字信号，这两个数字信号的状态每 个》兹周期改变Nl次。那么，两个正交的数字信号的存在^f吏得获得 轴旋转的方向是可能的。
有利地，第二传感器包括
-第二多个对准壽文感元件，，敏感元件浮皮分成至少两个第二子组 件；以及-电子电路，被布置成根据第二子组件所发出的信号而发出正
交的且具有相同幅度的两个模拟信号SIN2和COS2。
在一个实施例中，计算器包括至少一个第一计数器，其用于通 过计算在通过信号SIN1的阈值与通过信号SIN2的阈值之间第一数 字信号的状态的改变次lt来确定相位移。
在另一实施例中，测量系统包才舌
第二空间分辨率倍增器，用于从所述两个正交的模拟信号SIN2 和COS2产生至少一个第二数字信号，该第二数字信号的状态每个 磁周期改变N2次，N2是大于或等于4的整数；以及
计数器，用于确定瞬时角相移，其4皮布置成通过第一或第二倍 增器所发出的数字信号中的一个而增量，而通过另一数字信号而减量。
因此，第二传感器发出的信号是高分辨率信号。
在一个实施例中，第二传感器仅包括一个传感器，该传感器对 万兹场每文感并发出信号REF，计算器包括至少一个计凄t器，该计数器 用于通过计算在经过信号SIN1的阈值与经过信号RET的阈值之间 第 一数字信号的状态的改变次数来确定相位移。
有利地，该系统进一步包括用于存储相位移的4及值的存储器以 及用于从中推导出编码装置与检测装置之间的轴向间隙的分析器。
有利地，第一传感器和第二传感器处于共用的定制ASIC集成 电路中。因此，这种检测系统的总尺寸被限制，从而更易于对其进行集 成。另外，两个传感器集成到同一个集成电路上使得大大降低测量 系统的制造成本是可能的。
在一个实施例中，所述外围万兹道的》兹极均呈螺旋形，该螺旋形
具有轴线A和螺旋角a,螺旋角a根据函数a-f(x)而变化，其中，x 表示轴线B上所考虑的点的轴向坐标。
因此，根据本发明的编码装置仅需要一个磁环，并且，监控外 围》兹道的传感器能够^皮分组。另夕卜，由于螺旋角4艮据确定的函凄史变 4匕，所以编石马装置能够4又具有一个由两个传感器读取的》兹道，以确 定部件的轴向移动。因此，减小了磁环的总尺寸。因此，便于集成 才艮据本发明的》兹编码装置。
有利地，螺旋角a可才艮据函数a二f(x"arctan(2Kx)而变化，其
中，K表示非零比例常凄t。
因此，旋转时可移动部件的轴向移动是相位移的线性函H因 此，这种编码装置使得容易地确定轴向移动是可能的。
在另一实施例中，所述外围万兹道的石兹极具有恒定的螺旋角a， 编码装置包括具有轴线A的第二环形磁道，该第二环形磁道与可移 动部4牛成一体，在该第二环形》兹道上，以相同的i 巨离分布的多个南 北》兹才及对祐^兹4匕，并且所述多个南北石兹才及对相对于第一外围》兹道的 磁极倾斜。
根据第二方面，本发明涉及一种用于测量围绕轴线A旋转的可 移动部件相对于固定参考系的轴向移动的方法，至少包4舌以下步艰A:
-利用至少一个环形》恭磁道产生相对于所述可移动部件的固定 -磁场，在与所述可移动部件(1 )有关的一参考系统中距离所述轴线A预定的径向距离的位置处，所述^兹场的径向分量中的一个为所述 A兹道上所考虑的角位置G)和所述石兹道上所考虑的轴向位置X的函 数F ( 、 X),即
牟义)=Ksin{>.[ + G(jc)]J
其中，P是整数，K是常数，G是X的给定单调函数，
-才艮据代表由与所述参考系统相关且与环形石兹道相对i殳置的第 一固定传感器所检测到的磁场变化的信号，发出正交的且具有相同 幅度的两个才莫拟信号SIN1和COS1,
-,人两个正交的才莫拟信号SIN1和COS1产生至少一个第一凄t字 信号，该第一数字信号的状态每个磁周期改变N1次，其中，Nl是 大于或等于4的整数；
-发出参考信号REF,所述参考信号是通过相对于固定参考系 并且与第一传感器隔开轴向距离d的第二固定传感器检测到的由磁 道产生的^兹场变4匕的函lt，以及
-根据所述第一数字信号、所述参考信号REF和所述信号 SIN1,确定通过第一传感器4企测到的》兹场变化与通过第二传感器检 测到的f兹场变4匕之间的瞬时相4立移；以及
-才艮据所述瞬时相位移，确定》兹道相对于传感器的轴向移动。
因此，才艮据本发明的测量方法4吏得获得轴向移动的准确测量结 果是可能的，其不受可移动部件的旋转速度的变化影响。
有利;也，本方法包4舌以下步骤-根据代表通过所述第二传感器检测到的磁场变化的信号，发
出正交的且具有相同幅度的两个才莫拟信号SIN2和COS2, -根据SIN2和/或COS2,确定信号REF。 在一个实施例中，本方法包4舌以下步-骤
-根据代表通过所述第二传感器检测到的磁场变化的信号，发 出正交的且具有相同幅度的发出两个模拟信号SIN2和COS2,
-从两个正交的才莫拟信号SIN2和COS2确定至少一个第二数字 信号，该第二数字信号的状态每个磁周期改变N1次，其中，Nl是 大于或等于4的整数，第二数字信号构成参考信号REF，
-根据所述第二数字信号与所述第一数字信号S之间的差，确
定瞬时相^f立移。
有利地，信号REF与信号SIN2或与信号COS2成比例。 有利地，函数G是非零常数R的线性函数，即


在参照附图阅读以下描述时，本发明的其他目的和优点将显而 易见，附图中
图l是#4居第一实施例的用于测量轴向移动的系统的示意图； 图2是组成图1的测量系统的其中一个》兹环的详细示意图；图3是4艮据第二实施例的用于测量轴向移动的系统的示意图3'是示出了当磁极呈螺旋形时》兹环的一个磁极的》兹3夭迁的形 状的曲线图，其中，螺旋形的螺旋角a4艮据函数a-f(x)-arctan2Kx 而变4匕；
图4是根据图1的实施例的测量系统的示意图，其设置有根据 实施例的第 一可替代解决方案的检测装置；
图5是才艮据图1的实施例的测量系统的示意图，其i殳置有4艮据 实施例的第二可替代解决方案的4企测装置；
图6示出了两个正交的凄t字信号(信道A和信道B)，其由空 间分辨率倍增器/人两个正交的才莫拟信号SIN1和COS1产生，并且 其状态每个;兹周期改变Nl次，并且示出了通过4吏用所述两个正交
的数字信号的所有跃迁而获得的数字信号。
具体实施例方式
在下面的描述中，轴沿其旋转轴线A的移动被称为"轴向移动"。 X指的是轴线B ("编码"环的轴线)上的一个所考虑的点的轴向坐
标，Y指的是在垂直于轴线B的平面上测量的环的外围万兹道上的一 点的曲纟戈坐才示。
另外，"极长(polar length) Lp"表示沿轴线Y测量的磁极的 长度。
另外，螺旋角在本说明书的意思中表示由磁极的螺旋线的切线 相对于轴线X形成的角。此处，霍耳效应纟笨针表示包括至少一个感应元件(通常为板形 的半导体)的传感器，从而当电流I流过传感器时，并且当传感器
还受到与该电流形成角度e的电》兹感应b时，沿着垂直于电流i并
垂直于电》兹感应B的方向产生电压V ( V = K.I.B. sine ), K^皮称为 "霍耳常数，，且是感应元件的材料特性和几何学特性，并且K随温
度变化。
此处，"磁致电阻"表示对磁场强度敏感的变阻器，即，由半导 体材料制成的电阻，当垂直于流经该电阻的电流的方向施加的单向 石兹场的强度改变时，其欧姆^直改变。
才艮据本发明的系统和方法旨在测量i者如图1和3示出的轴1的 可移动部件围绕轴线A^走转以及平^f于于轴线A的平移的移动。
用于测量移动的系统包括称为编码装置的磁脉沖发生器、用于
冲全测,兹场的装置、以及4言号处理装置8,该信号处理装置可以处理 由检测装置发出的信号以获得期望的信息，更具体地是获得轴1的 轴向移动。
图1示出的测量系统包括也称为"编码器"的编码装置，其由 具有轴线B的两个多才及f兹环2、 7组成。环2、 7相对于轴1的旋转 轴线A与轴1同心J也构造成一体。
磁环2、 7包括设置在环2、 7的圆周上并形成外围磁道的北极 和南极3、 4。》兹极3、 4以相同距离分布在环2、 7的外围上，且具
有恒定4及长Lp。
例如，环2、 7可以是这样的部件，其由掺有钡铁氧体纟鼓粒或锶 铁氧体微粒的合成材料或任何其它硬铁》兹材料制成，形成有多个邻4妄;兹场形成，形成有相反的^兹化方向，相^"于两个邻接v磁场形成有 给定磁场。
第一环2的外围》兹道的》兹才及为具有轴线B的螺旋形，其螺旋角 a为常数。对于第二环7,其也称为"参考"环，其外围磁道的磁 才及沿着平4于于旋转轴线A的方向延伸。
在有关轴的参考系统中，在距轴线A预定的径向距离处，由具 有轴线B及恒定螺旋角oc的螺旋形第一环2产生的》兹场的径向分量 中的一个为》兹道上所考虑的角位置€)和》兹道上所考虑的轴向位置 X的函凄史F (O、 X)，即
<formula>formula see original document page 18</formula>
其中，P为整数，G为X的给定的严4各递增函数，且m/为周
期为2兀的周期函凄t;并且<formula>formula see original document page 18</formula>
磁场检测装置由相对于轴1固定的两个传感器5、 6组成，其读 lt坐标轴(也称为al和a2 )间隔恒定长度d,并相对于轴1的S走转 轴线A径向定位。每个传感器5、 6都与多极环2、 7中的一个的外 围磁道相对设置并相距一读数距离。传感器5、 6例如选自包括霍耳 效应探针、磁致电阻、隧穿》兹电阻或巨》兹电阻的组群，并设置在距 外围磁道一读数距离的位置处，以便他们可以发出表示由所考虑的 气隙处的环2、 7产生的》兹感应的信号。
因此，当轴l旋转时，传感器5、 6发出与由所考虑的气隙处的 多极环2、 7产生的磁强度成比例的正弦模拟信号。当然，正弦信号 的时间革殳与》兹才及的4及长Lp以及轴1的i走转速度成比例。当轴1轴向移动时，/磁环2、 7相对于读凄t坐标轴al和a2移动 (参见图l底部的图示)。因此，由与第一环2相对"^殳置的传感器5 发出的信号Sl因第一环2的磁极的螺旋形状而经历一次相位移，但 是，由于第二环7的；兹才及平行于轴1的旋转轴线A而定位，所以由 第二传感器6发出的信号S2的相位不改变。
因此，根据两个传感器发出的信号之间的相位移和第一环的螺 旋角a ，信号处理单元8可确定该部件的轴向移动。
事实上，可以直接从第一信号S1、 Sl'经历的相位移A(J)推导出 轴向移动。当轴1处于其初始位置以及处于其轴向移动的位置时， 轴向移动Ax (参见图2)与螺旋角ot以及Ay成比例，Ay代表分 别位于第一传感器的读凄t平面上的》兹平移的两点的曲线坐标差。关 系如下:
△x = Ay/tan oc
现在，Ay直4妄与相位移A4)成比例。因此，轴向移动Ax可如 下表示
△x = (△(() * Lp)/(180 * tan ot)
其中，Lp:才及长，△({)以度表示，oc以f瓜度表示。
在图3示出的另一实施例中，编码装置只包括一个具有轴线B、 也称为"编码器"的多极磁环2。环2与轴1构造成一体并与轴的 ^走转轴线A同心。环2的夕卜围》兹道的》兹极3、 4为具有轴线B的螺 旋形，其螺旋角a根据函数a-f(x)变化，其中，x表示轴线B上 的戶斤考虑、的点(point considered )的4由向坐才示。在其它条件中，在与轴有关的参考系统中，在3巨轴线A预定的 径向3巨离处，由环2产生的^兹场的径向分量中的一个为^兹道上所考 虑的角位置 和磁道上所考虑的轴向位置X的函数F (G)、 X), 即
F(0,X)= K冲.[G) +
其中，P为整数，G为X的给定的严格递增函数，且M/为周 期为2tt的周期函凄史。
像在前面的实施例中一样，石兹场检测装置包括与环2的外围》兹 道径向相对设置的两个固定的》兹传感器5、 6。传感器5、 6的标示 为al和a2的读H坐标轴间隔恒定长度d,并相对于于轴1的4t转 轴线A径向定4立。
在这种情况下，检测装置可以集成的方式应用在硅基板或例如 AsGa的等同物上，以^更形成用于特定用途的定制集成电^各，且该电 路有时称为ASIC (特定用途集成电^各)，指的是部分或全部地根据 所需功能设计的集成电路。因此，在图3示出的实施例中，第一传 感器5和第二传感器6集成在ASIC 9上。
当轴1轴向移动时，石兹环2相对于读凄丈坐标轴al和a2移位， 并且由第一和第二传感器发出的信号之间的相位移(()被更改。事实 上，由于环2的磁极3、 4具有螺旋形状，其螺旋角a可以改变，由 第 一传感器5和第二传感器6发出的信号之间的相位移随着轴向移 动的幅度而改变。
因而，信号处理单元8可根据由两个传感器发出的信号之间的 相位移以及函凄ta = f(x)确定该部件的轴向移动。该方案的主要^L点在于，其只需要一个多4及环6。而且，两个 传感器5、 6可以只结合在一个集成电^各7上。因此，该系统在成本 和/或整体尺寸有限的应用中尤其有利。
在示出的实施例中，环的i兹极3、 4具有根据函数y = Kx2 (参 见图3，)的螺旋形。换句话说，螺旋角可根据函数a = f(x)= arc tan 2Kx变4匕，其中K表示非零比例常凄史。
在这种情况下，函数G(产生石兹场的且在上文中已描述的函数F ( , X)的参数)使得常数R和Xo的存在构成以下公式
<formula>formula see original document page 21</formula>
相位移小为Ay的线性函凄丈，Ay示出了分别位于第一和第二传
感器的读数平面上的磁跃迁的两点的曲线坐标差。
另外，当环的石兹才及3、 4具有才艮才居函凄ty = x2的螺i走形时，当 Ay等于(X2-(X+d)2) =-2Xd-d2 2Xd时，Ay为轴向移动X(参见图 3，)的线性函凄丈。因此，相位移(j)的值为轴向移动的线性函凄t。因 此，相位移的测量4吏得可知道轴1的绝对位置。
最后，在图4和5示出的本发明的另一实施例中，编码装置由 具有轴线B的两个多相J兹环2、 7组成，其》兹才及3、 4为具有轴线B 的螺旋形，其螺旋角a和P为常数，4旦具有相对的三角方向。因 此，当轴1轴向移动时(图4和图5),在由传感器5、 6发出的信 号SIN1和REF或SIN2之间记录的相位移更大，并且轴向移动的 测量的灵敏度加倍。随后将结合图4和5的实施例描述根据本发明的传感器、信号 处理单元和测量方法。但是，以下详细描述的传感器、处理单元以 及测量方法也可以应用于图1至3中示出的测量系统。
在图4示出的本发明的实施例中，第一传感器5为这样一种传 感器，其包括多个对准元件，对》兹场每文感、并分成至少两个子组 件；以及电子电路，设置成根据由这些子组件发出的信号而发出基 本理想正交的(perfect quadrature )且具有相同幅度的两个才莫拟4言号 SIN1和COSl。
这种传感器在例如由申请人提出的申请FR 1 790 827中描述。
另外，该系统包括空间分辨率倍增器，其/人两个正交的才莫拟信 号SIN1和COS1产生至少一第一二进制数字信号，该数字信号的 状态每个磁周期改变N1次，Nl是大于或等于4的整数。例如，本 申请人:名下的文献EP 0 929 795中描述了这种分辨率倍增器电路。 空间分辨率倍增器可集成到信号处理单元8中或集成到传感器5中。
在优选实施例中，空间分辨率倍增器乂人两个才莫拟信号SIN1和 COS1产生两个正交的数字信号，如图6中的信道A和信道B所示。 于是，当使用上述两个正交的数字信号的边缘时，可以获得如图4、 图5中以及图6的下部中所示的高分辨率数字信号，表现出每个所 述正交数字信号的两倍的灵敏度。
如图4所示，第二传感器6发出伪正弦冲莫拟信号REF。
为了确定相位移，信号处理单元8包括计算器，其可以根据第 一^t字信号来确定通过第 一传感器4企测到的；兹场与通过第二传感器 才企测到的i兹场之间的瞬时角相位移是可能的。为了此目的，计算器 包括计数器，该计数器能够计算通过信号SIN1的阈值与通过参考信号REF的阈值之间的状态的改变次数，即，高分辨率边缘的数量。 在优选实施例中，通过计算与两个正交凄t字信号的边纟彖相应的高分 辨率数字信号的边缘的数量来测量相位移。
例如，假设高分辨率信号提供了在磁周期上以相同的距离分布 的128个边缘，那么，两个边缘之间的距离等于360/128=2.81》兹度。 于是，当信号SIN1和信号REF移动17个高分辨率边缘时，相位移 则^1夺等于17 x 2.81=47.8》兹度。
本方法的优点是，其非常准确，并且能够与速度变化无关地测
量相位移。
在图5所示的实施例中，第二传感器也是包括多个对准元件和 电子电^各的传感器，所述^"准元4牛^^磁场每丈感并#:分成至少两个子 组件，所述电子电路根据这些子组件所发出的信号而发出基本上完
全正交的且具有相同幅度的两个才莫拟信号SIN2和COS2。
在一个实施例中，计数器能够计算信号SIN1经过阈值与参考 信号SIN2经过阈值之间的状态的改变次数。
在另一实施例中，测量系统包4舌第二分辨率4咅增器，该第二分 辨率〗告增器乂人两个正交的才莫拟^言号SIN2和COS2产生至少一个凄t 字信号，该数字信号的状态每个磁周期改变N2次，N2是大于或等 于4的整lt,并等于N1。
另夕卜，第二分辨率倍增器乂人两个正交的才莫拟信号SIN2和COS2 产生两个正交的数字信号，以便使用这两个正交的数字信号的边缘 来获得具有更高灵敏度的数字信号。为了测量相位移并据此推导出轴向移动的幅度，信号处理单元
8包括数字计数器，该数字计数器通过第一传感器所发出的高分辨 率边缘而增量，而通过第二传感器所发出的高分辨率边》彖而减量。
当轴相对于传感器处于初始位置时(参照图5的上部)，计数器 保持接近于零，因为增量边缘(incrementing edge)和减量边缘 (decrementing edge) —样多。然而，当轴移动时(参照图5的下 部)，信号相位的变化导致计数器上显示的值的增加或减小。
因此，本方法使得通过测量计数器中变化的幅度而可以更准确 地知道轴向移动的幅度。另外，本方法还与可移动部件的S走转速度 的变化无关。
在本发明的优选实施例中，本系统设置有用于存储相位移的极 值的存储器和用于据此推导出编码装置与检测装置之间的轴向间隙
的分析器。
已将本发明作为实例进行了描述。应该注意，本领域的技术人 员在不背离本发明的范围的前4是下能够对本发明的实施例进行各种 改变。
权利要求
1.一种用于测量沿轴线A旋转的可移动部件(1)的轴向移动的系统，包括-磁编码装置，包括至少一个环形磁道，并且所述环形磁道上以相同距离分布的多个南北磁极对(3、4)被磁化，且北极和南极为具有轴线A的螺旋形；-用于检测磁场的装置，至少包括第一固定磁传感器(5)和第二固定磁传感器(6)，所述第一和第二固定磁传感器以彼此相距非零的轴向距离d设置，与所述编码装置的外围磁道径向相对并且与所述编码装置的外围磁道相距一读数距离，并对由所述编码装置感生的磁场的变化敏感；其特征在于-第一传感器(5)包括-第一多个对准敏感元件，所述敏感元件分成至少两个第一子组件；以及-电子电路，设置成用于根据由所述第一子组件发出的信号而发出在正交的且具有相同幅度的两个模拟信号SIN1和COS1；并且-所述测量系统包括-第一空间分辨率倍增器，用于从所述两个正交的模拟信号SIN1和COS1产生至少一第一数字信号，所述第一数字信号的状态每个磁周期改变N1次，N1是大于或等于4的整数；-计算器，用于根据所述第一数字信号来确定由所述第一传感器检测到的磁场与由所述第二传感器检测到的磁场之间的瞬时角相位移。
2. 4艮据-f又利要求1所述的测量系统，其特4正在于，所述第一空间分辨率倍增器用来从所述两个正交的模拟信号SIN1和COS1产生两个正交的数字信号，所述数字信号的状态每个》兹周期改变N1次。
3. 根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述第二传感器(4)包括-第二多个每丈感元件，所述壽文感元件浮皮分成至少两个第二子纽 f牛；以及-电子电路，被布置成根据所述第二子组件所发出的信号而发出正交的且具有相同幅度的两个模拟信号SIN2和COS2。
4. 根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述计算器包括至少一个第一计数器，所述第一计数器用于通过计算在经过所述信号SIN1的阈值与经过所述信号SIN2的阈值之间所述第 一数字信号的状态的改变次数来确定所述相位移。
5. 根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于，其包括-第二空间分辨率倍增器，用于从所述两个正交的模拟信号SIN2和COS2产生至少一个第二数字信号，所述第二数字信号的状态每个》兹周期改变N2次，N2是大于或等于4的整数；以及-计凄t器，用于确定所述瞬时角相位移，所述计凄史器#:布置成通过所述第一或第二倍增器所发出的数字信号中的一个而增量，而通过另一^:字信号而减量。
6. 才艮据权利要求5所述的系统，其特4i在于，所述第二空间分辨率倍增器能够从所述两个正交的模拟信号SIN2和COS2产生两个正交的凄t字信号，所述lt字信号的状态每个》兹周期改变N2次。
7. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第二传感 器仅包括一个传感器，所述传感器对所述磁场敏感并发出信号 REF,所述计算器包括至少一个计^t器，所述计^t器用于通过 计算在经过所述信号SIN 1的阈值与经过所述信号RET的阈值 之间所述第 一数字信号的状态的改变次数来确定所述相位移。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系 统进一步包括用于存储所述相位移的极值的存储器以及用于 /人中推导出所述编码装置与所述才企测装置之间的轴向间隙的分析器。
9. 4艮据前述权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，所 述第一传感器和所述第二传感器处于共用的定制ASIC集成电路中。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述外 围磁道的磁极为具有轴线A的螺旋形，所述螺旋形的螺旋角a 根据函数a-f(x)而变化，其中，x表示轴线B上所考虑的点的4由向坐才示。
11. 根据权利要求io所述的系统，其特征在于，所述螺旋角可根据函数a-f(x"arctan(2Kx)而变化，其中，K表示非零比例常数。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的测量系统，其特征在于， 所述第一外围磁道的磁极具有恒定的螺旋角a,所述编码装置 包4舌具有轴线A的第二环形》兹道，所述第二环形》兹道与所述可移动部件为一体，并且所述环形》兹道上多个南北；兹才及乂于^皮》兹化，所述多个南北》兹极对以相同的距离分布且相对于所述第一夕卜围》兹道的；兹才及倾杀牛。
13. —种用于测量围绕轴线A J走转的可移动部件相对于固定参考系的轴向移动的方法，其特4正在于，所述方法至少包4舌以下步骤-利用至少一个环形^兹,兹道产生相对于所述可移动部件的固定》兹场，在与所述可移动部件(1)有关的一参考系统中距离所述轴线A预定的径向距离的位置处，所述》兹场的径向分量中的一个为所述f兹道上所考虑的角位置 和所述》兹道上所考虑的轴向位置X的函凄史F (0、 X),即<formula>formula see original document page 5</formula>其中，P为整数，G为X的给定的严格递增函数，且为周期为2兀的周期函^:,-才艮据代表由与所述参考系统相关且与环形磁道相对设置的第 一 固定传感器所检测到的磁场变化的信号，发出正交的且具有相同幅度的两个^t拟信号SIN1和COSl，-从两个正交的才莫拟信号SIN1和COS1产生至少一个第一数字信号，所述第一lt字信号的状态每个;兹周期改变Nl次，其中，Nl是大于或等于4的整凄丈；-发出参考信号REF,所述参考信号是通过相对于固定参考系并且与第一传感器隔开轴向距离d的第二固定传感器检测到的由》兹道产生的石兹场的变化的函数，以及-根据所述第一数字信号、所述参考信号REF和所述信号SINl,确定通过所述第一传感器^r测到的》兹场与通过所述第二传感器4企测到的》兹场变4匕之间的瞬时角相4立移；以及-根据所述瞬时相位移，确定所述》兹道相对于所述传感器 的寿由向^多动。
14. 根据权利要求13所述的用于测量移动的方法，其特征在于， 从两个正交的模拟信号SIN1和COS1产生两个正交的数字信 号，所述凄t字信号的状态每个》兹周期改变Nl次。
15. 根据权利要求13或14所述的用于测量移动的方法，其特征在 于，所述方法包4舌以下步艰《-根据代表通过所述第二传感器检测到的磁场变化的信 号，发出正交的且具有相同幅度的两个才莫拟信号SIN2和 COS2,-根据SIN2和/或COS2,确定所述信号REF。
16. 根据权利要求15所述的用于测量移动的方法，其特征在于， 所述信号REF与所述信号SIN2成比例，或与所述信号COS2
17.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法包 4舌以下步-骤-才艮据代表通过所述第二传感器4企测到的》兹场变化的信 号，发出正交的且具有相同幅度的两个才莫拟信号SIN2和 COS2,-乂人两个正交的才莫拟信号SIN2和COS2确定至少一个第 二数字信号，所述第二数字信号的状态每个磁周期改变N2次， 其中，N2是大于或等于4的整数，所述第二数字信号是所述 参考信号REF,-根据所述第二数字信号与所述第 一数字信号之间的差， 确定所述瞬时相位移。成比例。
18. 才艮据一又利要求17所述的用于测量移动的方法，其特4正在于， /人所述两个正交的才莫拟〗言号SIN2和COS2产生两个正交的凄丈 字信号，所述数字信号的状态每个磁周期改变N2次。
19. 根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，函 数G是非零常^tR的线性函H即
全文摘要
一种用于测量沿轴线A旋转的可移动部件(1)的轴向移动的系统，包括磁编码装置；用于检测磁场的装置，包括至少一个第一固定磁传感器(5)和第二固定磁传感器(6)。第一传感器(5)包括第一多个对准敏感元件，敏感元件被分成至少两个第一子组件；以及电子电路，被布置成根据由第一子组件所发出的信号而发出正交的且具有相同幅度的两个模拟信号SIN1和COS1。并且测量系统包括第一空间分辨率倍增器，用于从两个正交的模拟信号SIN1和COS1产生至少一个第一数字信号，该第一数字信号的状态每个磁周期改变N1次，N1是大于或等于4的整数；计算器，用于根据第一数字信号确定通过第一传感器检测到的磁场与通过第二传感器检测到的磁场之间的相位移。
文档编号G01B7/02GK101660891SQ20091017160
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者帕斯卡尔·德比奥勒, 艾蒂安·旺达姆 申请人:S.N.R.鲁尔门斯公司