专利名称：双色扩展频谱光编码器的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及光编码器，且更具体地，涉及光正交编码器。
背景技术：
持续旋转装置(诸如电马达等)的角位置必须被感测，以便恰当地控制所述装置。旋转装置常常包括旋转编码器，以感测旋转轴的角位置和/或速度。在一些类型的装置(诸如但不限于车辆变速器)中，流体可以存在和/或悬浮在围绕旋转编码器的空气中，旋转编码器可以包括霍尔效应传感器，或某种其它类似的磁场型编码器。然而，这些磁场型旋转编码器可以被在强劲电马达/发电机的端部绕组附近产生的强磁通量负面地影响。
发明内容
提供了一种光编码器。该光编码器包括带有槽的轮。带有槽的轮限定多个槽，所述槽从带有槽的轮的中心径向向外延伸，并绕带有槽的轮的中心成角度地布置。第一信号二极管配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第一波长的光。第一传感器二极管布置为与第一信号二极管相对地对着带有槽的轮。第一传感器二极管配置为用于通过所述多个槽接收第一信号二极管发出的光。第二信号二极管配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第二波长的光。第一波长不同于第二波长。第二传感器二极管布置为与第二信号二极管相对地对着带有槽的轮。第二传感器二极管配置为用于通过所述多个槽接收第二信号二极管发出的光。带有槽的轮可相对于第一信号二极管、第二信号二极管、第一传感器二极管和第二传感器二极管旋转。还提供了一种光编码器。该光编码器包括壳体。带有槽的轮可相对于该壳体旋转。带有槽的轮限定多个槽，所述槽从带有槽的轮的中心径向向外延伸，并绕带有槽的轮的中心成角度地布置。第一信号二极管附连到壳体。第一信号二极管配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第一波长的光。第一波长包括七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)范围的波长。第一传感器二极管布置为与第一信号二极管相对地对着带有槽的轮。第一传感器二极管配置为用于通过所述多个槽接收第一信号二极管发出的光。第一传感器二极管包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器配置为用于滤去具有七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)范围之外的波长的光。第二信号二极管附连到壳体。第二信号二极管配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第二波长的光。第二波长包括四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)范围的波长。第二传感器二极管布置为与第二信号二极管相对地对着带有槽的轮。第二传感器二极管配置为用于通过所述多个槽接收第二信号二极管发出的光。第二传感器二极管包括第二带通滤波器，所述第二带通滤波器配置为用于滤去具有四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)范围之外的波长的光。还提供了一种组件。该组件包括外壳，所述外壳限定封闭的内部。外壳可旋转地支撑在封闭的内部内的轴。流体被布置在封闭的内部内。光编码器也被布置在封闭的内部内。光编码器联接到轴，用于感测轴的位置。该光编码器包括带有槽的轮。带有槽的轮限定多个槽，所述槽从带有槽的轮的中心径向向外延伸，并绕带有槽的轮的中心成角度地布置。带有槽的轮可与轴一起旋转。光编码器还包括第一信号二极管。第一信号二极管配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第一波长的光。第一波长包括七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)范围的波长。光编码器还包括第一传感器二极管。第一传感器二极管布置为与第一信号二极管相对地对着带有槽的轮。第一传感器二极管配置为用于通过所述多个槽接收第一信号二极管发出的光。第一传感器二极管包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器配置为用于滤去具有七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)范围之外的波长的光。光传感器还包括第二信号二极管。第二信号二极管配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第二波长的光。第二波长包括四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)范围的波长。光编码器还包括第二传感器二极管。第二传感器二极管布置为与第二信号二极管相对地对着带有槽的轮。第二传感器二极管配置为用于通过所述多个槽接收第二信号二极管发出的光。第二传感器二极管包括第二带通滤波器，所述第二带通滤波器配置为用于滤去具有四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)范围之外的波长的光。 相应地，光编码器适于用在非密封和/或湿的环境中，诸如混合车辆的变速器或电马达/发电机，且不被电马达/发电机的端部绕组产生的磁通量不利地影响。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
图I是具有用于感测轴的位置的光编码器的组件的示意性平面图。图2是光编码器的带有槽的轮的示意性平面图。图3是光编码器的放大的示意性平面图。图4是光编码器的替换实施例的示意性平面图。图5是带有槽的轮的替换实施例的示意性平面图，所述带有槽的轮与图4所示的光编码器的替换实施例一起使用。
具体实施例方式具有本领域常规技术的人将认识到，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等的术语用来描述附图，且不表示对本发明的范围的限制，所述范围如由所附的权利要求所限定。参考附图，其中相同的幅图标记在几幅图中指向相同的部件。图I中在20处大致示出了组件。组件20可以包括将光编码器22并入其中的任何装置。例如，组件20可以包括用于车辆的变速器等。参考图1，其中，组件20示意性地示出了用于车辆的变速器，组件20包括外壳24。外壳24限定封闭的内部26，并在该封闭的内部26内可旋转地支撑轴28。流体30，例如，传动液30，被布置在外壳24的封闭内部26内。光编码器22被布置在外壳24的封闭内部26内。光编码器22联接到轴28,用于感测轴28的位置。光编码器22被联接到控制器32。控制器32可与光编码器22构成一体并附连到光编码器22，或可以远离光编码器22定位。控制器32将电压源提供到光编码器22，以及接收来自光编码器22的感测信号。控制器32解释来自光控制器32的感测信号，以确定轴28在任何给定时间的位置和/或速度。控制器32可以包括任何合适的装置，包括但不限于计算机、控制模块、或一些其他类似的装置。光编码器22包括壳体34。如所示的，壳体34固定地附连到组件20的外壳24。但是，应意识到，壳体34可以由组件20的外壳24形成和与其成为一体。壳体34限定通道36。通道36包括第一侧部分38和第二侧部分40。第二侧部分40与第一侧部分38平行并与第一侧部分38相隔有通道宽度42。优选地，通道宽度42处于4毫米(4mm)至8毫米(8mm)的范围。更优选地,通道宽度42约等于六毫米(6mm)。带有槽的轮44相对于壳体34和/或组件20的外壳24被可旋转地支撑。带有槽的轮44被旋转地固定，用于绕轴28的纵向轴线46与轴28 —起旋转。如所示的，带有槽的轮44包括平板。但是，应意识到，带有槽的轮44可以包括任何形状，诸如但不限于圆柱形。参考图2，带有槽的轮44限定多个槽48。槽48从带有槽的轮44的中心50径向向外延伸，并绕带有槽的轮44的中心50成角度地布置。随着带有槽的轮44相对于壳体34与轴28 —起旋转，带有槽的轮44中的槽48旋转通过通道36。所述多个槽48包括第一组槽52和第二组槽54。第一组槽52布置为比第二组槽54更加径向地远离带有槽的轮44的中心50。 而且，第一组槽52相对于第二组槽48绕带有槽的轮44的中心50成角度地偏移。应意识至IJ，带有槽的轮44可以配置为包括槽48的不同于在此所示和所描述的取向。例如，多个槽48可以全部布置为距带有槽的轮44的中心50径向等距，诸如图4和5所示的以及如下描述的。如图I至3所不,光编码器22包括第一信号二极管56和第二信号二极管58。如图I至3所示，光编码器22还包括第一传感器二极管60和第二传感器二极管62。如所示的，第一信号二极管56布置为比第二信号二极管58更加径向地远离带有槽的轮44的中心50。而且，第一信号二极管56布置为沿径向延伸穿过带有槽的轮44的中心50的线而与第二信号二极管58共线。类似地，第一传感器二极管60布置为比第二传感器二极管62更加径向地远离带有槽的轮44的中心50。而且，第一传感器二极管60布置为沿径向延伸穿过带有槽的轮44的中心50的线而与第二传感器二极管62共线。然而，应意识到，传感器二极管和信号二极管可以以不同于在此所示和所描述的构造取向。例如，第一信号二极管56和第二信号二极管58可以从带有槽的轮44的中心50径向地等距隔开，并彼此成角度地隔开，第一传感器二极管60和第二传感器二极管62可以从带有槽的轮44的中心50径向地等距隔开，并彼此成角度地隔开。带有槽的轮44中的槽48提供第一信号二极管56和第一传感器二极管60之间的、以及第二信号二极管58和第二传感器二极管62之间的开闭信号状态。这样，光编码器22能够提供两个输出，即，一个来自第一传感器二极管60，而另一个来自第二传感器二极管62。光编码器22因此可称为正交编码器(quadrature encoder)。还参考图3，第一信号二极管56附连到壳体34。更具体地，第一信号二极管56附连到壳体34的第一侧部分38。第一信号二极管56配置为用于发出垂直于带有槽的轮44的第一波长64的光。相应地，随着带有槽的轮44旋转经过壳体34和第一信号二极管56，从第一信号二极管56发出的光穿过带有槽的轮44中的槽48。第一传感器二极管60布置为与第一信号二极管56相对地对着带有槽的轮44。第一传感器二极管60附连到壳体34。更具体地，第一传感器二极管60附连到壳体34的第二侧部分40。第一传感器二极管60配置为用于通过所述多个槽48接收第一信号二极管56发出的光。因为第一传感器二极管60直接对着第一信号二极管56，当槽48中的一个直接位于第一信号二极管56和第一传感器二极管60之间时，第一传感器二极管60仅接收来自第一信号二极管56的光。如所示的，第一信号二极管56和第一传感器二极管60布置为跨过第一组槽52，使得从第一信号二极管56发出的光必须穿过第一组槽52，以到达第一传感器二极管60。第一信号二极管56可以包括但不限于发光二级管(LED)。第一信号二极管56发出红外光，该红外光具有七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)的波长。优选地，第一信号二极管56发出具有约等于八百七十纳米(870nm)波长的光。第一传感器二极管60包括PIN 二极管。第一传感器二极管60进一步包括波长滤波器，诸如但不限于，第一带通滤波器66。第一带通滤波器66配置为滤去红外线范围之外的光。优选地，第一带通滤波器66滤去具有七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)范 围之外的波长的光。相应地，仅具有七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)范围的波长的光可以通过第一带通滤波器66并到达第一传感器二极管60的PIN 二极管。第二信号二极管58附连到壳体34。更具体地，第二信号二极管58附连到壳体34的第一侧部分38。第二信号二极管58配置为用于发出垂直于带有槽的轮44的第二波长68的光。相应地，随着带有槽的轮44旋转经过壳体34和第二信号二极管58，从第二信号二极管58发出的光穿过带有槽的轮44中的槽48。第二传感器二极管62布置为与第二信号二极管58相对地对着带有槽的轮44。第二传感器二极管62附连到壳体34。更具体地，第二传感器二极管62附连到壳体34的第二侧部分40。第二传感器二极管62配置为用于通过所述多个槽48接收第二信号二极管58发出的光。因为第二传感器二极管62直接对着第二信号二极管58，当槽48中的一个直接位于第二信号二极管58和第二传感器二极管62之间时，第二传感器二极管62仅接收来自第二信号二极管58的光。如所示的，第二信号二极管58和第二传感器二极管62布置为跨过第二组槽54，使得从第二信号二极管58发出的光必须穿过第二组槽54，以到达第二传感器二极管62。第二信号二极管58可以包括但不限于发光二级管(LED)。如上所述，第二信号二极管58发出第二波长68的光。第二波长68不同于第一波长64。优选地,第二信号二极管58发出可见蓝光，可见蓝光具有四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)的波长。更优选地，第二信号二极管58发出具有约等于四百七十纳米(470nm)波长的光。第二传感器二极管62包括PIN 二极管。第二传感器二极管62进一步包括波长滤波器，诸如但不限于，第二带通滤波器70。第二带通滤波器70配置为滤去可见蓝光范围之外的光。优选地，第二带通滤波器70滤去具有四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)范围之外的波长的光。相应地，仅具有四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)范围的波长的光可以通过第二带通滤波器70并到达第二传感器二极管62的PIN二极管。如上所述，第一信号二极管56和第二信号二极管58附连到第一侧部分38，第一传感器二极管60和第二传感器二极管62附连到第二侧部分40。带有槽的轮44可相对于第一信号二极管56、第二信号二极管58、第一传感器二极管60和第二传感器二极管62旋转。在操作中，带有槽的轮44绕纵向轴线46与轴28 —起旋转，使得第一组槽52旋转经过第一信号二极管56和第一传感器二极管60，而第二组槽54旋转经过第二信号二极管58和第二传感器二极管62。第一传感器二极管60的波长滤波器，即，第一带通滤波器66，滤去所有从第二信号二极管58发出的杂散光，使得第一信号二极管60仅接收从第一信号二极管56发出的光。类似地，第二传感器二极管62的波长滤波器，即，第二带通滤波器70，滤去所有从第一信号二极管56发出的杂散光，使得第二信号二极管62仅接收从第二信号二极管58发出的光。因为来自第一信号二极管56的杂散光被滤去以不影响第二传感器二极管62,以及来自第二信号二极管58的杂散光被滤去以不影响第一传感器二极管60,此处描述的光编码器22适于用在开放或湿的环境中，诸如在图I中所述的变速器组件20内，且不需要被密封在干净的环境内。参考图4和5，光编码器的替换实施例大致在图4中的80处示出。光编码器80包括如上参考图I至3所描述的第一信号二极管56、第二信号二极管58、第一传感器二极管60和第二传感器二极管62。光编码器80将第一信号二极管56、第二信号二极管58、第一传感器二极管60和第二传感器二极管62全部定位为距带有槽的轮82的中心86径向等距。 参考图5，带有槽的轮82限定多个槽84。槽84从带有槽的轮84的中心86径向向外延伸，并绕带有槽的轮84的中心86成角度地布置。带有槽的轮82中的槽84旋转穿过通道88，在图4中示出，经过第一信号二极管56、第二信号二极管58、第一传感器二极管60和第二传感器二极管60。带有槽的轮82中的每一个槽84包括第一边缘100和第二边缘102，该第一边缘100和第二边缘102在它们之间限定槽宽度90。第一信号二极管56和第一传感器二极管60沿第一轴线92跨过通道88彼此相对地对齐。第二信号二极管58和第二传感器二极管62沿第二轴线94跨过通道88彼此相对地对齐。第一轴线92和第二轴线94彼此侧向地隔开有二极管宽度96。槽宽度90和二极管宽度96被配置尺寸为，随着槽84旋转经过二极管，序列被建立。所述序列包括，第一传感器二极管60通过槽84中的一个接收来自第一信号二极管56的信号，同时第二传感器二极管62被带有槽的轮82阻止接收来自第二信号二极管58的信号，这之后，第一传感器二极管60和第二传感器二极管62 二者分别通过槽84中的一个接收来自第一信号二极管56和第二信号二极管58的信号，这之后，第一传感器二极管60被带有槽的轮82阻止接收来自第一信号二极管56的信号，同时第二传感器二极管62通过槽84中的一个接收来自第二信号二极管58的信号。该序列对于带有槽的轮82中的每一个槽84重复进行。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种光编码器，包括 带有槽的轮，限定多个槽，所述槽从带有槽的轮的中心径向向外延伸并绕带有槽的轮的中心成角度地布置； 第一信号二极管，配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第一波长的光； 第一传感器二极管，布置为与第一信号二极管相对地对着带有槽的轮，并配置为用于通过所述多个槽接收第一信号二极管发出的光； 第二信号二极管，配置为用于发出垂直于带有槽的轮的第二波长的光；和 第二传感器二极管，布置为与第二信号二极管相对地对着带有槽的轮，并配置为用于通过所述多个槽接收第二信号二极管发出的光； 其中，带有槽的轮可相对于第一信号二极管、第二信号二极管、第一传感器二极管和第二传感器二极管旋转；且 其中，第一波长不同于第二波长。
2.如权利要求I所述的光编码器，其中，第一信号二极管和第二信号二极管每一个包括发光二级管(LED)。
3.如权利要求2所述的光编码器,其中,第一信号二极管发射红外光。
4.如权利要求3所述的光编码器，其中，第一信号二极管发出具有七百纳米(700nm)至一千四百纳米(1400nm)的波长的光。
5.如权利要求3所述的光编码器，其中，第二信号二极管发射可见蓝光。
6.如权利要求5所述的光编码器，其中，第二信号二极管发出具有四百五十纳米(450nm)至四百九十纳米(490nm)的波长的光。
7.如权利要求5所述的光编码器，其中，第一传感器二极管和第二传感器二极管每一个包括PIN 二级管。
8.如权利要求7所述的光编码器，其中，第一传感器二极管包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器配置为滤去红外范围之外的光。
9.如权利要求8所述的光编码器，其中，第二传感器二极管包括第二带通滤波器，所述第二带通滤波器配置为滤去可见蓝光光谱之外的光。
10.如权利要求I所述的光编码器，其中，壳体限定通道，所述通道具有第一侧部分和第二侧部分，所述第二侧部分平行于第一侧部分并与第一侧部分隔开有通道宽度，第一信号二极管和第二信号二极管附连到第一侧部分，第一传感器二极管和第二传感器二极管附连到第二侧部分。
全文摘要
一种双色扩展频谱光编码器，包括第一信号二极管和第二信号二极管，该第一信号二极管以红外波长发光，该第二信号二极管以可见蓝光波长发光。光编码器还包括第一传感器二极管和第二传感器二极管，该第一传感器二极管具有光波长滤波器，用于滤去具有红外波长之外的波长的光，该第二传感器二极管具有光波长滤波器，用于滤去具有可见蓝光波长谱之外的波长的光。限定多个径向延伸的槽的带有槽的轮旋转经过信号二极管和传感器二极管，使得传感器二极管可以感测穿过带有槽的轮中的槽的光。
文档编号G01D5/26GK102778244SQ20121013900
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月7日 优先权日2011年5月6日
发明者T.R.麦克布莱德, 小马丁.E.罗萨里克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司