专利名称：电磁感应式绝对位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁感应式绝对位置传感器，其中取决于标尺上的位置的信号强度的变量较小。更具体地讲，本发明涉及电磁感应式绝对位置传感器，包括具有多个起线圈作用的标尺回路的标尺，标尺回路具有包含至少两个回路部分的一组回路部分，按不同波长间隔沿测量轴布置，构成一系列按不同波长沿测量轴布置的磁轨，和连接图形部分，使对应的两个回路部分相互连接。电磁感应式绝对位置传感器适合用于电子测径仪、电子测微仪、指示器、线性标尺、线性量规等。
现有技术的说明本发明的受让人已经在日本专利申请未审查公开2000-180209(基于美国专利申请09/213268提交的申请)中，提出具有不同波长的N个(N≥2)磁轨的电磁感应式绝对位置传感器。如
图10所示，提出的传感器具有标尺10和可沿测量轴X相对移动的读取头20。读取头20包括至少一个磁通传感元件(接收线圈22和24)。标尺10具有沿测量轴延伸的多个闭环耦合回路(以下称为标尺回路)。标尺回路起线圈作用。每个标尺回路包括第一回路部分12、第二回路部分14、和使第一和第二回路部分相互连接的连接图形部分16。沿测量轴按对应于第一波长λ1的间隔布置第一回路部分12。按对应于第二波长λ2的间隔布置第二回路部分14，第二波长λ2不同于第一波长λ1。
图10中，驱动电路30向第一发射线圈26或第二发射线圈28选择地输出时变驱动信号。放大电路32放大来自接收线圈22和24的信号。计算装置34对放大电路32的输出进行A/D转换，并且由磁轨之间的相差计算绝对位置。
图10中，第一回路部分12布置在第二回路部分14的一侧。第一回路部分12可以交替地布置在第二回路部分14的两侧，如图11所示。
图12放大地展示了图10的标尺回路中的第0个和第n个第一回路部分12和第二回路部分14的连接状态。图13展示了信号强度随标尺回路长度(以下称为标尺长度)的变化。如图12和13所示，在现有技术的电磁感应式绝对位置传感器中，连接标尺10中的每个标尺回路的回路部分(第一回路部分12和第二回路部分14)的连接图形部分16，当标尺长度更长时也会更长。因此，如果标尺回路的图形宽度(第一和第二回路部分的图形宽度A，连接图形16的图形宽度B)沿测量轴保持恒定，如图12所示，则随着标尺长度的增大，读取头20的输出信号的强度降低，如图14中的实线所示。亦即，随着读取头移动，远离具有最短长度连接图形部分(以下称为第0个标尺回路)的标尺回路的位置，读取头的输出信号强度降低。这里，第0个标尺回路的标尺图形称为最短连接图形。
如上所述，当信号强度根据标尺位置变化时，为了保证即使在信号强度降低时也有足够的信号强度，标尺与读取头之间的间隙的设定范围不可避免地要变窄。因此，必须提高部件和组装工艺的精度。而且，在本发明的受让人在美国专利申请09/804300中提出的情形中，根据信号强度检测出例如读取头或者标尺破裂，而导致错误操作，检测灵敏度不能设得较高。
发明概述为了解决现有技术的问题，完成了本发明。本发明的目的在于提供一种电磁感应式绝对位置传感器，其中取决于标尺上的位置的输出信号的变量较小。
为了实现本发明的上述目的，提供一种电磁感应式绝对位置传感器，包括具有多个起线圈作用的标尺回路的标尺，标尺回路具有包含两个回路部分的一组回路部分，按不同波长间隔沿测量轴布置，构成一系列按不同波长沿测量轴布置的磁轨，和连接图形部分，使对应的两个回路部分相互连接。
在电磁感应式绝对位置传感器中，构成标尺回路的图形宽度的至少一部分，根据连接图形部分的长度(以下称为连接图形长度)而变化。采用这种结构，可以防止由于连接图形长度的改变而使信号强度变化。
在电磁感应式绝对位置传感器中，随着连接图形长度相对于最短连接图形而变长，至少部分图形宽度最好逐渐增大。
而且，根据本发明，提供一种位置测量装置，使用上述电磁感应式绝对位置传感器。
在根据本发明的电磁感应式绝对位置传感器和使用该传感器的位置测量装置中，在按恒定节距布置回路部分(在现有技术中，第一回路部分按节距λ1布置，第二回路部分按节距λ2布置)的标尺图形中，构成标尺回路的图形宽度的至少一部分，是根据连接图形长度而变化的，不改变第一和第二回路部分的节距和回路中心距离。例如，随着连接图形长度相对于最短连接图形(在本例中第0个标尺回路也称为标尺线圈)而变长，至少部分图形宽度逐步地(渐渐地)增大。根据这种结构，通过增大流过标尺回路的电流，可以对例如图14的实线A所示的标尺长度增加所导致的信号强度的衰减量予以补偿。因此，防止了取决于连接图形长度增大的信号强度的衰减，从而读取头的输出信号强度可以保持恒定，如图14的实线B所示。
附图的简要说明图1是根据本发明第一实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的平面图。
图2是图1的标尺回路的主要部分的放大图。
图3是第一实施例的图形宽度随标尺位置的变化状态的实例曲线图。
图4A是根据本发明第二实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的放大平面图。
图4B是根据本发明第二实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形另一实例的放大平面图。
图5是根据本发明第三实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的放大平面图。
图6是根据本发明第四实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的放大平面图。
图7是根据本发明第五实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的放大平面图。
图8是展示读取头和标尺之间的间隙与信号强度的相互关系实例的曲线图。
图9是根据本发明的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的另一实施例的平面图。
图10是现有技术的电磁感应式绝对位置传感器的结构平面图。
图11是图10的标尺图形变形的平面图。
图12是图10的标尺回路的部分放大图。
图13是现有技术中信号强度相对于标尺回路长度变化的曲线图。
图14是现有技术和本发明中信号强度随标尺位置的变化状态的曲线图。
发明的详细说明以下，将参考附图详细说明本发明的实施例。
图1是根据本发明第一实施例的电磁感应式绝对位置传感器的标尺图形的平面图。图2是放大展示第0个和第n个标尺图形的放大图。根据本发明第一实施例的电磁感应式绝对位置传感器，具有与图10或11所示现有技术的传感器相同的结构，只是标尺回路的图形宽度不同。在根据本发明第一实施例的传感器中，如图1和2所示，第一回路部分12和第二回路部分14的图形宽度，相对于是最短连接图形的第0个标尺回路，顺序地增大αn，所以第n个标尺回路的图形宽度是A+αn。这里，第0个标尺回路的第一回路部分12和第二回路部分14的图形宽度是A，第0个标尺回路的连接图形部分16的图形宽度是B。亦即，当标尺长度变长时通过增大标尺回路的图形宽度，由此增加流过标尺回路的电流。采用这种方式，增加流过标尺回路的电流，可以对例如图14的实线A所示的标尺长度增加所导致的信号强度的衰减量予以补偿。因此，防止了取决于连接图形长度增大的信号强度的衰减，从而读取头的输出信号强度可以保持恒定，如图14的实线B所示。
第一实施例中图形宽度A+αn的例子如图3所示，其中图形宽度线性近以为函数f1(n)＝A+αn。
在第一实施例中，第一回路部分12和第二回路部分14的宽度增大了。因此，利用图形宽度相对小的增量(或者相对小的值αn)可以保证信号强度。
图4A展示了根据本发明第二实施例的电磁感应式绝对位置传感器。在本发明的第二实施例中，如图4A所示，第一回路部分12和第二回路部分14只是在测量轴X方向的宽度顺序地增大Xn(＞αn)，所以第n个标尺回路的宽度是A+Xn。
根据第二实施例，不增大在垂直于测量轴X的方向的图形宽度，也可以保证信号强度。
相反，如图4B所示，第一回路部分12和第二回路部分14只是在垂直于测量轴X的方向的宽度顺序地增大Xn(＞αn)，所以第n个标尺回路的宽度是A+Xn。采用这种结构，不增大在测量轴X的方向的图形宽度，也可以保证信号强度。
图5展示了根据本发明第三实施例的电磁感应式绝对位置传感器。在本发明第三实施例中，如图5所示，只有第一回路部分12的宽度顺序地增大βn(＝f2(n)＞αn)，所以第n个标尺回路的宽度是A+βn。
根据第三实施例，不改变第二回路部分14和连接图形部分16的宽度，也可以保证信号强度。
图6展示了根据本发明第四实施例的电磁感应式绝对位置传感器。在本发明第四实施例中，如图6所示，只有第二回路部分14的宽度顺序地增大βn(＝f2(n)＞αn)，所以第n个标尺回路的宽度是A+βn。
根据第四实施例，不改变第一回路部分12和连接图形部分16的图形宽度，也可以保证信号强度。
图7展示了根据本发明第五实施例的电磁感应式绝对位置传感器。在本发明第五实施例中，如图7所示，第一回路部分12、第二回路部分14和连接图形部分16的宽度全部顺序地增大γn(＝f3(n)＜αn)，所以第一回路部分12和第二回路部分14的图形宽度是A+γn，第n个标尺回路的连接图形部分16的图形宽度是B+γn。
根据第五实施例，图形宽度的增大量可以最小化。
在上述所有实施例中，实施例的图形是独立采用的。另外，各实施例的图形可以根据标尺位置组合地使用。例如，标尺图形可以这样地形成，在中央侧回路部分的测量轴方向的图形宽度顺序地增大，同时在垂直于外侧回路部分的测量轴方向的图形宽度顺序地增大。图9展示了第一回路部分12交替地布置在第二回路部分14两侧的标尺图形。在这种标尺图形中，在垂直于第一回路部分12(外侧回路部分)的测量轴的方向，图形宽度顺序地增大Cn(＞αn)，所以第n个标尺回路的图形宽度是A+Cn。相反，在第二回路部分14(中央侧回路部分)的测量轴方向的图形宽度顺序地增大Cn(＞αn)，所以第n个标尺回路的图形宽度是A+Cn。采用这种结构，可以防止发生因在垂直于中央侧回路部分的测量轴的方向的图形宽度的增大而引起的相邻线圈的干扰。而且，可以防止发生因在外侧回路部分的测量轴方向的图形宽度的增大而引起的外侧回路部分从标尺基片的宽度突出。
在所有实施例中，可以在全部标尺位置获得现有技术仅在中央区域能够获得的信号强度。在现有技术中，根据依赖于从实线B(中央区域)到实线A(端部区域)的标尺位置而变化的信号强度的变化宽度C，读取头和标尺之间的间隙可允许范围也受到限制，如图8的区段D所示。相反，采用本发明之后，获得例如由实线B所示的信号强度而与标尺位置无关，因此能够扩宽间隙可允许范围，如区段E所示。
在所有实施例中，磁轨数量是两个，并且配置两相接收线圈。本发明的应用并不限于此。本发明也可以用于具有三个或更多磁轨、或者单相接收线圈的传感器。
本发明可以用于使用电磁感应式绝对位置传感器的位置测量装置整体，具有两个或更多波长的磁轨，例如电子测径仪、电子测微仪、指示器、线性标尺、线性量规。可以单独地使用传感器。
根据本发明，无论标尺位置如何，都可以获得与在中央区域获得的相同的信号强度，因此间隙设定范围可以扩宽，如图8所示。由于无论标尺位置如何信号强度是恒定的，所以能够容易地进行放大电路的放大设定(例如自动增益)，以使信号强度位于最佳信号强度的中央。而且，可以稳定精度。此外，在例如由于读取头的误操作或者根据信号强度检测到标尺破裂的情形，正如本发明的受让人在美国专利申请09/804300中提出的，可以把判定标准设定得比现有技术更为严格。因此，甚至可以高灵敏度地准确检测准确度的微小变化。
权利要求
1.一种电磁感应式绝对位置传感器，包括具有多个起线圈作用的标尺回路的标尺，所述标尺回路包括包含至少两个回路部分的一组回路部分，按不同波长间隔沿测量轴布置，构成一系列按不同波长沿测量轴布置的磁轨；和连接图形部分，使对应的两个回路部分相互连接，其中构成所述标尺回路的图形宽度的至少一部分，根据连接图形部分的长度而变化。
2.根据权利要求1的电磁感应式绝对位置传感器，其中，随着连接图形部分的长度相对于连接图形部分的最短长度而变长，至少部分所述图形宽度逐渐增大。
3.根据权利要求2的电磁感应式绝对位置传感器，其中，该组回路部分的图形宽度逐渐地增大。
4.根据权利要求3的电磁感应式绝对位置传感器，其中，在垂直于该组回路部分的测量轴的方向的图形宽度逐渐地增大。
5.根据权利要求2的电磁感应式绝对位置传感器，其中，该组回路部分的至少一个回路部分的图形宽度逐渐地增大。
6.根据权利要求2的电磁感应式绝对位置传感器，其中，该组回路部分和连接回路部分的图形宽度逐渐地增大。
7.一种位置测量装置，使用根据权利要求1的电磁感应式绝对位置传感器。
全文摘要
根据本发明的电磁感应式绝对位置传感器具有多个起线圈作用的标尺回路。标尺回路具有第一和第二回路部分以及使第一和第二回路部分相互连接的连接图形部分。按不同波长节距沿测量轴布置第一和第二回路部分。随着连接图形部分的长度变长,至少部分的构成标尺回路的图形宽度逐渐地增大。
文档编号G01D5/245GK1367370SQ0210470
公开日2002年9月4日 申请日期2002年1月22日 优先权日2001年1月22日
发明者佐佐木康二, 白石吉昭, 林伸行 申请人:株式会社三丰