专利名称：编码器读取头的制作方法
技术领域：
本发明涉及编码器装置，并且具体地说，涉及一种用来读取无源磁性刻度尺轨道的编码器读取头，该刻度尺轨道将绝对数据编码。
背景技术：
各种磁编码器系统是已知的，在这些磁编码器系统中，相关刻度尺的不同磁特性由读取头读取，该读取头包括一个或多个磁性(例如，霍尔)传感器。这样的磁编码器系统允许测量刻度尺相对于读取头的绝对位置或位置的增量变化。绝对位置磁编码器的例子在US7148817中描述，并且用于升降机设备的这样一种编码器的一种用途在US6874244中概述。US7148817的磁编码器包括有源磁性刻度尺，该有源磁性刻度尺由交变(北/南)极性的一系列磁体或磁化区域形成，这一系列磁体或磁化区域使用所谓的Manchester码将信息的数据位编码。提供读取头，以读取在刻度尺中编码的信息的数据位，由此提取数据字，由这些数据字可确定读取头相对于刻度尺的绝对位置。US7148817的读取头包括代码扫描传感器(即，五个间隔开的霍尔传感器对)，这些代码扫描传感器用来从磁性刻度尺抽取绝对代码的数据位。由每个代码扫描传感器产生的信号与阈值相比较，以确定北(N)或南( 磁极在与该传感器相邻的磁性刻度尺中是否存在。六个另外的霍尔传感器(所谓的精密内插传感器)提供成与代码扫描传感器相邻， 以提供所谓的内插或增量信号。内插信号的最高有效位(MSB)用来选择每个霍尔传感器对的哪个传感器与刻度尺的磁性数据位适当地对准。内插信号也提供分辨率比通过只读取绝对数据位可实现的分辨率更高的位置信息。光学绝对位置编码器也是已知的；这样一种光学编码器的例子在US2003/014M79中描述。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供有一种用来读取绝对刻度尺的读取头，该绝对刻度尺将一系列数据位编码，该读取头包括多个传感器，用来产生多个传感器信号；多个信号组合器，每个信号组合器布置成接收传感器信号的至少两个，并由此产生组合传感器信号； 以及多个数据位抽取器，其中，每个数据位抽取器布置成接收至少两个组合传感器信号，并且确定在相关绝对刻度尺中编码的数据位的值，其特征在于，读取头包括增量信号发生器， 该增量信号发生器用来从由多个信号组合器产生的组合传感器信号产生至少一个增量信号。本发明因而提供一种用于编码器系统的绝对位置读取头，该编码器系统包括多个间隔开的传感器。有利地，提供用来读取绝对磁性刻度尺的读取头。优选地，多个传感器包括多个磁性(例如，霍尔)传感器，这些磁性传感器每个产生传感器信号，该传感器信号指示测量的磁场强度。在这样一个例子中，传感器信号例如可以是电压信号，该电压信号指示在每个相应磁体传感器处磁场的强度。也提供多个信号组合器，以接收多个传感器信号的至少一些，并且优选地接收其全部，并且由这样的信号(例如，通过将选中集的传感器信号彼此相加和/或彼此相减)产生多个组合传感器信号。下面更详细地概述各种适当的信号组合器布置。为了抽取在相关绝对(例如，磁性)刻度尺中编码的数据位的值，还提供多个数据位抽取器。每个数据位抽取器接收组合传感器信号的至少两个，并且确定数据位值。如下面更详细描述的那样，每个数据位抽取器可以是信号选择器，该信号选择器通过将它接收的组合传感器信号中的选中一个与预定阈值相比较而确定相关数据位的值。由多个数据位抽取器抽取的数据位优选地提供代码字，该代码字定义在相关绝对刻度尺上的绝对位置。换句话说，多个数据位抽取器方便地提供读取头相对于相关绝对刻度尺的绝对位置的测量。不像在US7148817中所述类型的读取头，本发明的读取头不会分离地将由每个 (例如，磁性)传感器产生的信号与阈值相比较并随后选择哪个集的数字数据位适于从刻度尺抽取代码字。相反，本发明使用多个信号组合器合并(例如，相加/相减)来自多个 (例如，磁性)传感器的传感器信号，并且选择性地使用合成的组合传感器信号以确定数据位，这些数据位共同地提供绝对位置信息。已经发现本发明的读取头与在US7148817中所述类型的装置相比，提供改进的绝对数据抽取可靠性，而组合传感器信号也可用来产生增量位置信号。本发明因而也消除对于辅助磁性传感器的需要，由此允许提供更紧凑的读取头，在US7148817中所述类型的装置中，为了测量增量位置需要这些辅助磁性传感器。本发明的读取头也包括增量信号发生器。增量信号发生器优选地根据由多个信号组合器产生的组合传感器信号产生至少一个增量信号。由多个信号组合器产生的组合传感器信号的全部或仅仅一些，用来产生所述至少一个增量信号。所述至少一个增量信号可以包括一个信号或多个信号，该一个信号或多个信号指示读取头的(例如，磁性)传感器相对于相关刻度尺的磁性标记的相对位置或相位。这样的增量信号(一个或多个)优选地允许例如使用下面所述类型的内插过程来确定读取头和刻度尺的相对位置，其分辨率小于相关绝对刻度尺的一个位长度。有利地，增量信号发生器在产生至少一个增量信号时对多个组合传感器信号施加加权。具体地说，增量信号发生器可以将不同组合传感器信号的相对影响加权，这些不同组合传感器信号用来产生一个或多个增量信号的每一个。施加加权可以减小从在传感器阵列的边缘附近的传感器取得的组合传感器信号的影响。换句话说，从在传感器阵列的中部附近的传感器取得的组合传感器信号，优选地给予比从在阵列的边缘附近的传感器取得的那些组合传感器信号更高的加权。施加加权可以采取窗口函数的形式。例如，可以使用 Hamming, Harm、Gauss或三角形窗口函数。已经发现，组合传感器信号按这种方式的加权， 在内插合成增量信号时减少细分误差(SDE)；这种改进由减小高阶谐波的影响而产生。有利地，至少一个增量信号包括一对正交相位信号。例如，至少一个增量信号可以包括一对(周期性)正弦/余弦信号。这样的正弦/余弦信号可以使用下面在公式(4)和 (5)中或在公式(6)和(7)中定义的方案而产生。本发明因而使用组合传感器信号，不仅用于通过数据位抽取器的分析以抽取绝对数据位值，而且也产生增量信息。在这样一种布置中，使用来自共用(例如，磁性)传感器的传感器信号，以提供增量和绝对位置测量。这优于在US7148817中所述类型的编码器系统，在该编码器系统中，分离阵列的(不同间隔的)霍尔传感器用来获得绝对和增量测量。本发明的读取头，凭借能够使用由(例如，磁性)传感器的全部产生的传感器信号，也可产生至少一个增量信号，该增量信号与如在US7148817中描述的那样当使用有限数量的专用、增量霍尔传感器时可得到的增量信号相比，具有改进的质量。本发明也优于在 US2003/0145479中描述的类型的系统，该类型的系统要求辅助光学传感器，以产生增量信号，并且在该类型的系统中，单独的电路被用来由传感器信号产生绝对和增量位置数据。至少一个增量信号可以被内插，以提供内插位置信息，该内插位置信息具有比相关绝对磁性刻度尺的位长度更精密的分辨率。有利地，提供第一内插器或内插器单元，用来内插至少一个增量信号，以提供第一内插信号。这个第一内插信号可以提供低分辨率、或粗略的相对位置信息。例如，第一内插信号可以采取四种可能的状态之一，并由此指示读取头和刻度尺的相对位置，其分辨率是绝对刻度尺的位长度的四分之一。如以上概述的那样，每个数据位抽取器接收至少两个组合传感器信号。更优选地， 每个数据位抽取器接收至少四个组合传感器信号。优选地，每个数据位抽取器通过分析它接收的至少两个组合传感器信号的选中一个来确定数据位值。每个数据位抽取器通过将选中组合传感器信号与阈值相比较，可以分析该选中组合传感器信号，如下面描述的那样。有利地，每个数据位抽取器基于接收的输入而选择待被分析的组合传感器信号， 该接收输入指示在读取头内的多个传感器相对于在相关刻度尺中编码的数据位的对准。有利地，每个数据位抽取器接收第一内插信号(即，来自第一内插器)，并且基于第一内插信号，选择要分析组合传感器信号的哪一个。换句话说，由第一内插器提供的粗略相位或相对位置信息能允许每个数据位抽取器选择它接收的组合传感器信号的哪一个包含来自相对于绝对刻度尺适当对准的传感器的信息。然后可从适当对准的组合传感器信号抽取必需的数据位值。应该注意，每个数据位抽取器可以由适当编码的绝对(例如，磁性)刻度尺产生二进制数据位或多水平数据位。优选地，每个数据位抽取器布置成确定二进制数据位。因此由每个数据位抽取器读取的数据位值可以依据组合传感器信号位于阈值的哪侧而包括二进制数据值(例如，逻辑“1”或“0”)。每个数据位抽取器可以包括数据位输出线以输出数据位值。除以上提到的第一内插器之外或代替它，可以提供第二内插器或内插器单元，用来内插至少一个增量信号，以提供第二内插信号。如果也提供第一内插器，则第二内插器可以使用比第一内插器更高的内插因子，由此提供关于读取头和刻度尺的相对对准的更精密或更高分辨率的位置信息。这种更精密分辨率的内插位置信息可以与绝对位置信息组合， 以提供绝对位置的更高分辨率(例如，子位长度)的测量。绝对位置信息可以由多个数据位直接提供，这些数据位由数据位抽取器产生。方便地，由多个数据位抽取器产生的数据位提供独特代码字。然后可以提供绝对位置计算单元，该绝对位置计算单元包括查阅表或其他已知方法，以将这种代码字转换成绝对位置值。 有利地，绝对位置计算单元将来自第二内插信号的增量或相对位置数据与来自多个数据位抽取器的绝对位置数据相组合。绝对位置计算单元因而可以产生绝对位置数据，该绝对位置数据具有比由读取头读取的相关绝对磁性刻度尺的位长度更精密的分辨率。因而每当需要时，例如当启动等并且无需相对于刻度尺移动刻度尺读取器单元时，可确定刻度尺的绝对位置。方便地，多个传感器大致均勻地彼此间隔开。例如，可以提供磁性传感器规则或周期性阵列。这样一种阵列优选地包括线性阵列。如果要读取其他类型的刻度尺(例如，光学绝对刻度尺)，则可以可选择地提供其它类型的传感器(例如，光学检测元件)。读取头可以适于读取绝对(例如，磁性)刻度尺，该绝对刻度尺包括一系列数据位，每个数据位具有位长度L。在这样一个例子中，读取头的多个(例如，磁性)传感器便利地间隔开，从而每位长度L提供M个传感器。M优选地是整数值。有利地，M具有至少二个甚至更优选地至少四，及甚至更优选地至少八个的值。优选地，M取四的值或是四的倍数的值。读取头有利地适于读取绝对(例如，磁性)刻度尺，该绝对刻度尺包括一系列代码字，这些代码字由N个数据位形成，其中N是二或更大的整数值。在这样一个例子中，读取头优选地包括J个传感器，其中J大于或等于N和M的乘积。换句话说，优选地提供足够的传感器，以同时从相关绝对刻度尺读取至少N个数据位。为了保证可读取代码字而与刻度尺和读取头的对准无关，优选的是，传感器的数量J大于N和M的乘积。例如，J可以等于N 和M的乘积加上比如3的整数。绝对刻度尺可以按不同方式将要求的代码字编码。代码字例如可以是由N个相邻位形成的离散(非重叠)或重叠的独特代码字。可以提供Manchester码、伪随机码或任何其它已知类型的绝对代码。每个代码字可以是至少2位长，更优选地至少4位长，更优选地至少8位长，更优选地至少10位长，及更优选地至少13位长。如以上提到的那样，读取头可以包括绝对位置计算单元，该绝对位置计算单元可以包括查阅表或其它装置，用来将从绝对刻度尺读取的代码字转换成绝对位置值。有利地，读取头包括至少4个传感器，更优选地至少8个传感器，更优选地至少16 个传感器，更优选地至少20个磁性传感器，及更优选地至少31个传感器。优选地，多个传感器包括多个磁性传感器。有利地，多个磁性传感器包括多个霍尔传感器。例如，每个磁性传感器可以包括霍尔效应磁场检测元件，该霍尔效应磁场检测元件产生输出或霍尔传感器信号。磁性传感器可以提供或形成在共用基片上，如在硅晶片上。每个信号组合器可以按各种方式由传感器信号的至少两个产生组合传感器信号。 例如，使用信号组合器可以彼此相加和/或相减传感器信号，这些信号组合器处于下面详细描述的求和装置的形式。在这样一个例子中，每个组合传感器信号是求和信号。多个信号组合器可以作用在互不相交的传感器信号集上。有利地，由每个信号组合器接收的至少两个传感器信号的集是不同的，但重叠。有利地，由每个信号组合器产生的组合传感器信号从在一对传感器信号之间的差取得，这对传感器信号由多个传感器的选中对产生。有利地，每个这样的选中对的传感器间隔开相关绝对刻度尺的数据位系列的位长度L的一半。用来产生组合传感器信号或求和信号的这样一种方案的例子下面在公式O)中数学地描述，并且用来实施这样一种方案的适当电子电路下面参照图7描述。有利地，每个信号组合器通过组合来自多个相邻传感器的传感器信号而产生其组合的传感器信号。不同的信号组合器优选地通过组合来自相邻传感器的不同集的传感器信号而产生它们相应的组合传感器信号。优选地，每个信号组合器从多个相邻传感器接收传感器信号，这些相邻传感器跨过相关绝对刻度尺的一个位长度L散布。有利地，多个信号组合器按照下面在公式(3)中提供的求和方案，由多个传感器信号(Hi)产生多个组合传感器信号(Si)，这些传感器信号(Hi)由多个传感器产生。在这样一个例子中，读取头优选地包括4N+3个传感器，将传感器间隔成使得相关绝对刻度尺的每个位长度L提供四个传感器。下面参照图8描述用来实施这样一种方案的适当电子电路。读取头可以包括多个磁性传感器。读取头可以适于供所谓的有源磁性刻度尺使用，在这些有源磁性刻度尺中，一系磁(北/南)极提供要求的刻度尺标记。优选地，读取头适于供所谓的无源磁性刻度尺使用，在这些无源磁性刻度尺中，刻度尺标记由刻度尺的磁导率的局部差别提供。读取头优选地包括一个或多个磁体。磁体(一个或多个)可以包括永久(例如，稀土)磁体和/或电磁体。有利地，这样一种读取头的多个磁性传感器位于由磁体(一个或多个)产生的磁场内。优选地，相关刻度尺可放置成与多个磁性传感器相邻，并且也在由磁体产生的磁场内。按这种方式，刻度尺的磁导率的变化改变磁场强度，该磁场强度由多个磁性传感器探测。无源磁性刻度尺具有如下优点它们不像有源磁性刻度尺那样，将在使用中被去磁。无源磁性刻度尺因而典型地更适于用在苛刻环境中。下面更详细地描述各种合适的无源磁性刻度尺。有利地，在读取头中传感器的节距与绝对刻度尺的刻度尺标记的节距相匹配，该绝对刻度尺由该读取头读取。因而可以提供编码器装置，该编码器装置包括这里所描述的读取头(或刻度尺读取器单元)和绝对(例如，磁性)刻度尺。绝对刻度尺可以包括位长度L的一系列数据位，并且读取头每个位长度L可以包括整数个(例如，磁性)传感器。有利地，编码器装置包括无源绝对磁性刻度尺。无源绝对磁性刻度尺可以包括刻度尺部件和多个刻度尺标记，这些刻度尺标记用来将一系列数据位编码。刻度尺标记优选地具有与刻度尺部件不同的磁导率。例如，刻度尺标记可以包括在刻度尺部件中形成的凹槽、和/或与刻度尺部件不同的磁导率的材料的区域。无源绝对磁性刻度尺可以包括多个凹槽形式的刻度尺标记。沿刻度尺在周期性重复位置处凹槽的存在或缺少可以将数据位编码，这些数据位提供绝对位置信息。有利地，多个凹槽包括至少第一凹槽类型和第二凹槽类型的凹槽。在第一凹槽类型的凹槽地点中的无源绝对磁性刻度尺的磁导率，与在第二凹槽类型的凹槽地点中的无源绝对磁性刻度尺的磁导率是不同的。第一凹槽类型的凹槽可以指示具有第一值的数据位，而第二凹槽类型的凹槽指示具有第二值的数据位。在刻度尺部件中形成的不同凹槽类型可以用来将在刻度尺部件中的不同数据位值(例如，逻辑“1”和“0”)编码。按这种方式，刻度尺的每个凹槽定义数据位，如果凹槽是第一凹槽类型的，则数据位取第一值(例如，“0”)，并且如果凹槽是第二凹槽类型的，则数据位取第二值(例如，“1”)。一系列或序列的这样的数据位(即，一系列凹槽)可以用来形成代码字(即，通过形成不同类型凹槽的适当图案)，该代码字描述在刻度尺部件上的独特或绝对位置。沿刻度尺部件可以形成多个这样的代码字。按这种方式，绝对位置数据可嵌在刻度尺中，而凹槽的一般重复图案允许由读取头测量增量位置数据。绝对磁性刻度尺能是线性的或扁平的刻度尺。优选地，绝对磁性刻度尺包括杆。有利地，刻度尺的刻度尺部件包括杆或金属丝，该杆或金属丝具有大致圆形横截面。多个凹槽可以方便地绕杆或金属丝圆周地延伸。按杆(例如，钢杆)的形式提供本发明的刻度尺部件允许其用在液压缸等中。有利地，刻度尺的多个凹槽的中点沿刻度尺部件的长度大体等距地间隔开。按这种方式，重复性图案的凹槽形成在刻度尺部件上，从该刻度尺部件可抽取增量(正弦/余弦)信号。优选地，第一凹槽类型的凹槽具有与第二凹槽类型的凹槽不同的深度。有利地， 第一凹槽类型的凹槽具有与第二凹槽类型的凹槽不同的宽度。方便地，第一凹槽类型的凹槽具有与第二凹槽类型的凹槽不同的横截面轮廓。换句话说，第一凹槽类型的凹槽对施加的磁场具有与第二凹槽类型的凹槽不同的影响，因而允许检测不同的凹槽类型。方便地，磁性刻度尺包括多个二进制数据位。第一凹槽类型的凹槽可以定义一种二进制数据位，该二进制数据位具有逻辑“1”的值。第二凹槽类型的凹槽可以定义一种二进制数据位，该二进制数据位具有逻辑“0”的值。与具体凹槽类型相关的逻辑值可任意地选择。按这种方式，不同的凹槽类型用来将二进制数据编码。刻度尺可以由一系列至少两个(例如，相邻)二进制数据位提供二进制代码字形式的至少一个代码字。有利地，多个这样的二进制代码字由一系列至少两个二进制数据位形成。每个二进制代码字方便地描述在磁性刻度尺上的独特位置。换句话说，代码字可以提供绝对位置信息。代码字可以是离散的(即，非重叠的)代码字，或者可以形成为伪随机代码，在该伪随机代码中，独特的代码字重叠。应该注意，尽管以上描述提到第一和第二凹槽类型，该第一和第二凹槽类型允许将二进制数据编码，但本发明可利用第三凹槽类型或另外凹槽类型的凹槽。按这种方式，每个凹槽可以定义三种或更多种不同状态的任一种。这样一种布置可用来减小定义绝对位置所需的代码字的长度。刻度尺可以包括未填充或空的多个凹槽。换句话说，可能不使用固体材料来填充凹槽。有利地，提供多个凹槽，这些凹槽至少部分地填充有一种或多种材料。优选地，填充凹槽的任何材料具有与刻度尺部件的磁特性不同的磁特性。例如，非磁性材料可以用来填充在磁性(例如，铁磁性)刻度尺部件中形成的凹槽。优选地，刻度尺部件包括磁性材料。 例如，刻度尺部件可以由铁磁性材料形成，如由钢形成。根据本发明的另外方面，提供有一种用来读取绝对磁性刻度尺的读取头，该绝对磁性刻度尺将一系列数据位编码，该读取头包括多个磁性传感器，用来产生多个传感器信号；多个信号组合器，每个信号组合器布置成接收传感器信号的至少两个并由此产生组合传感器信号；及多个数据位抽取器，其中，每个数据位抽取器布置成接收至少两个组合传感器信号，并且确定在相关绝对刻度尺中编码的数据位的值。这里也描述的是一种用来读取绝对(例如，磁性)刻度尺的读取头，在该绝对刻度尺中，将一系列数据位编码，该读取头包括多个(例如，磁性)传感器，用来产生多个传感器信号；绝对位置模块，用来使用多个传感器信号的至少一个来确定在相关绝对刻度尺中编码的至少一个数据位的值；及增量信号发生器，用来使用多个传感器信号的至少一个来产生至少一个增量信号，其中，由绝对位置模块使用的至少一个传感器信号也由增量信号发生器使用。这里也描述的是一种用来读取绝对刻度尺的读取头，该绝对刻度尺将一系列数据位编码，该读取头包括多个传感器，用来产生多个传感器信号；多个信号组合器，每个信号组合器布置成接收传感器信号的至少两个，并由此产生组合传感器信号；及多个数据位抽取器，其中，每个数据位抽取器布置成接收至少两个组合传感器信号，并且确定在相关绝对刻度尺中编码的数据位的值。读取头可以包括上述特征的任一个或多个。应该注意，本领域的技术人员知道各种方式，按这些方式，可修改这里描述的信号和电子装置以提供本发明。具体地说，各种信号和产生这样的信号的电子元件可以包括数字或模拟电子装置，如要求的那样。例如，传感器信号、组合传感器信号及第一和第二内插信号等等可以按数字和/或模拟形式提供。尽管这里主要描述磁性例子，但也应该注意，本发明也可应用于其他类型的编码器装置，如光学编码器装置。
现在参照附图，仅作为例子将描述本发明，在附图中图1表明磁性刻度尺读取器单元和磁性刻度尺或载体，图2表明刻度尺，该刻度尺具有两种不同凹槽深度的一系列凹槽，图3表明31个霍尔传感器，这些霍尔传感器布置成读取图2的刻度尺，图4表明刻度尺，该刻度尺具有两种不同凹槽宽度的一系列凹槽，图5表明刻度尺，在该刻度尺中，省去一定凹槽以定义绝对位置信息，图6表示形成刻度尺的杆，该刻度尺具有两种不同凹槽深度的一系列凹槽，图7表明第一读取头电路，及图8表明第二读取头电路。
具体实施例方式参照图1，示意地表明一种编码器装置2，该编码器装置2包括铁磁性刻度尺或载体4和磁性刻度尺读取器单元6，该铁磁性刻度尺或载体4具有一系列标记或凹槽(未表示)。刻度尺读取器单元6包括永久磁体8和传感器基片10，该传感器基片10携带多个 (例如，31个)霍尔传感器。霍尔传感器按直线沿χ轴均勻地间隔开，并且传感器基片10布置成与刻度尺4大体平行。刻度尺读取器单元6也包括电子处理电路，为了清楚在图1中未表示该电子处理电路。图2是刻度尺4的一段的放大图，该刻度尺4示意地表明在图1中。刻度尺4包括由铁磁性材料形成的基片，该铁磁性材料包括一系列凹槽。凹槽沿刻度尺4的长度按大体相等距离间隔开。全深度凹槽16和减小(半)深度凹槽18形成在基片中，以定义二进制数据的不同位。例如，全深度凹槽可以定义逻辑“1”，而半深度凹槽定义逻辑“0”。凹槽具有位长度L，该位长度L可定义为在两个凹槽的中心之间的最小距离。(字长度N的)二进制字那么可从N个(例如，七个)全和半深度凹槽的适当序列建造。刻度尺4因而包括一系列这样的字，这些字优选地布置成使得定义字长度的位的任何子序列在刻度尺4上仅出现一次。本领域的技术人员知道可用来形成凹槽的多种工艺，例如，蚀刻、切割、激光束蒸发等等。参照图3，表明当与刻度尺4的一段相邻时的刻度尺读取器单元的31个霍尔传感器30。传感器30按直线均勻地排列，并且探测相关永磁体(在图3中未表示)的磁场的变化，这些变化由在基片中形成的凹槽16和18引起。在图3中表示的传感器布置包括刻度尺的每个位长度L有四个霍尔传感器。对于在图3中表示的传感器和刻度尺的对准，从刻度尺可读取八个数据位。31个霍尔元件的提供保证始终能从刻度尺读取至少七个数据位 (即，在这个例子中的一个整字)，而与读取头单元相对于刻度尺的位置无关。按这种方式， 对于刻度尺和刻度尺读取头单元的任何相对位置，可测量绝对位置。
读取头单元的电子装置评估来自霍尔传感器30的每一个的信号，这些电子装置在下面参照图7和8更详细地描述。因而可确定不同凹槽类型的序列-这些凹槽类型在与读取头单元相邻的刻度尺段上存在，允许确定二进制数据序列或字。对于在图2和3中表示的刻度尺段，读取头单元因而抽取二进制代码序列“ 1100101”。然后将这个子序列与查阅表相比较，并因而提供刻度尺相对于读取头的绝对位置的测量，该查阅表存储关于在刻度尺上各种位图案的位置的信息。按这种方式确定的绝对位置的基本分辨率等于一个位长度 (L)，并且在最好情况下，它可增大到传感器的间距。为了解释读取头的操作，来自各个霍尔传感器的每一个的信号可表示为
权利要求
1.一种用来读取绝对刻度尺的读取头，该绝对刻度尺将一系列数据位编码，该读取头包括多个传感器，用来产生多个传感器信号；多个信号组合器，每个信号组合器布置成接收传感器信号的至少两个，并由此产生组合传感器信号；以及多个数据位抽取器，其中，每个数据位抽取器布置成接收至少两个组合传感器信号，并且确定在相关绝对刻度尺中编码的数据位的值，其特征在于，所述读取头包括增量信号发生器，该增量信号发生器用来从由多个信号组合器产生的组合传感器信号产生至少一个增量信号。
2.根据权利要求1所述的读取头，适于读取绝对磁性刻度尺，其中，所述多个传感器包括多个磁性传感器。
3.根据任一以上权利要求所述的读取头，其中，所述至少一个增量信号包括一对正交相位信号。
4.根据任一以上权利要求所述的读取头，其中，所述增量信号发生器在产生至少一个增量信号时，对所述多个组合传感器信号施加加权。
5.根据任一以上权利要求所述的读取头，包括第一内插器，该第一内插器用来内插所述至少一个增量信号，以提供第一内插信号。
6.根据权利要求5所述的读取头，每个数据位抽取器通过分析由其接收的至少两个组合传感器信号的选中一个而确定数据位值，其中，每个数据位抽取器接收第一内插信号，并且基于所述第一内插信号选择要分析哪个组合传感器信号。
7.根据任一以上权利要求所述的读取头，包括第二内插器，用来内插所述至少一个增量信号，以提供第二内插信号；和绝对位置计算单元，用来将来自第二内插信号的增量位置数据与来自所述多个数据位抽取器的绝对位置数据相组合，其中，所述绝对位置计算单元产生绝对位置数据，该绝对位置数据具有比由读取头读取的相关绝对刻度尺的位长度更精密的分辨率。
8.根据任一以上权利要求所述的读取头，其中，所述多个传感器大体均勻地彼此间隔开。
9.根据任一以上权利要求所述的读取头，用来读取绝对刻度尺，该绝对刻度尺包括位长度L的一系列数据位，其中，读取头的所述多个传感器间隔开，从而每一位长度L提供M 个传感器，其中，M是2或更大的整数。
10.根据权利要求9所述的读取头，用来读取绝对刻度尺，该绝对刻度尺包括一系列代码字，这些代码字由N个数据位形成，N是2或更大的整数值，其中，读取头包括J个传感器， J大于或等于N和M的乘积。
11.根据任一以上权利要求所述的读取头，其中，由每个信号组合器产生的组合传感器信号从一对传感器信号之间的差取得，这对传感器信号由多个传感器的选中对产生，其中， 每个这样的选中对的传感器大致间隔开相关绝对刻度尺的数据位系列的位长度L的一半。
12.根据任一以上权利要求所述的读取头，其中，每个信号组合器通过组合来自多个相邻传感器的传感器信号而产生其组合传感器信号。
13.根据权利要求12所述的读取头，其中，所述多个信号组合器按照如下求和方案，由多个传感器信号(Hi)产生多个组合传感器信号(Si)，这些传感器信号(Hi)由多个传感器产生Si = Η +Η +3 ； i = 1- (4 · N)其中，N是在由相关绝对刻度尺编码的每个代码字中的数据位的数量，其中，读取头包括4N+3个传感器，其中，传感器间隔成使得相关绝对刻度尺的每个位长度L提供四个传感器。
14.根据任一以上权利要求所述的读取头，其中，所述多个传感器包括多个磁性传感器，并且读取头还包括磁体。
15.一种编码器装置，包括根据任一以上权利要求所述的读取头以及绝对刻度尺，其中，绝对刻度尺包括位长度L的一系列数据位，并且读取头包括每个位长度L有整数个传感器。
16.根据权利要求15所述的编码器装置，包括无源绝对磁性刻度尺，该无源绝对磁性刻度尺包括刻度尺部件和多个刻度尺标记，这些刻度尺标记用来将一系列数据位编码，其中，刻度尺标记具有与刻度尺部件不同的磁导率。
17.根据权利要求16所述的编码器装置，其中，所述无源绝对磁性刻度尺包括多个凹槽形式的刻度尺标记，多个凹槽包括至少第一凹槽类型和第二凹槽类型的凹槽，在第一凹槽类型的凹槽地点中的无源绝对磁性刻度尺的磁导率，与在第二凹槽类型的凹槽地点中的无源绝对磁性刻度尺的磁导率是不同的，其中，第一凹槽类型的凹槽指示具有第一值的数据位，并且第二凹槽类型的凹槽指示具有第二值的数据位。
18.根据权利要求15至17任一项所述的编码器装置，其中，所述绝对刻度尺包括杆。
19.一种用来读取绝对磁性刻度尺的读取头，该绝对磁性刻度尺将一系列数据位编码， 该读取头包括多个磁性传感器，用来产生多个传感器信号；多个信号组合器，每个信号组合器布置成接收传感器信号的至少两个，并由此产生组合传感器信号；以及多个数据位抽取器，其中，每个数据位抽取器布置成接收至少两个组合传感器信号，并且确定在相关绝对刻度尺中编码的数据位的值。
全文摘要
描述了一种用来读取绝对刻度尺(4；40；50；80)的读取头(6；76)，该绝对刻度尺(4；40；50；80)选择性地是无源磁性刻度尺，并将一系列数据位编码。读取头包括多个传感器，诸如霍尔传感器(30；82)的阵列，用来产生多个传感器信号(H)。也提供多个信号组合器(84)，以接收传感器信号的至少两个，并由此产生组合传感器信号(S)。多个数据位抽取器(86)布置成接收至少两个组合传感器信号(S)，并且确定在相关绝对刻度尺(4；40；50；80)中编码的数据位的值。读取头(6；76)也包括增量信号发生器(88，90)，该增量信号发生器(88，90)用来从由多个信号组合器(84)产生的组合传感器信号(S)产生至少一个增量信号(正弦/余弦)。按这种方式，测量绝对和增量位置。
文档编号G01D5/249GK102341675SQ201080010461
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月2日
发明者格雷戈尔·多尔萨克, 贾兹·奥格林, 马特贾兹·亚内日奇 申请人:Rls梅里那技术公司, 瑞尼斯豪公司