编码器的制造方法

编码器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种编码器，被配置为检测旋转轴（20）相对于机器的一部分的旋转移动，并提供一种方法用于通过编码器生成参考信号。
【专利说明】编码器【技术领域】
[0001]本发明涉及一种编码器设备。本发明还涉及一种利用编码器设备来生成参考信号的方法。
【背景技术】
[0002]在许多工业应用中，需要监测移动部件的移动。这样的监测需要传递指示移动或指示移动部件的位置的编码器输出信号。
[0003]众所周知，提供了一种编码器装置，其中编码器输出信号根据所检测的磁场来生成。磁编码器可以包括可安装在机器的旋转轴上的磁标尺。US 2010/0207617 Al公开了一种用于检测轴的移动的增量编码器，其包括安装在轴的圆周上的、具有一系列隔开的磁标记的标尺。读出磁头安装在另一个机器部件上以便沿标尺前行，读出磁头包括第一组检测器16-1，用于感测标尺标记，并响应于轴和标尺相对于读出磁头的旋转移动而生成脉冲信号。为了能够生成不仅指示轴的增量移动而且还提供位置输出信号的编码器输出信号，使用计数器用于对脉冲信号的脉冲进行计数，计数器值指示位置。为了使计数器值反映轴在单次旋转中的位置，已知提供具有磁参考标记的磁标尺。通过这种方式，参考标记用于响应于经过设置在读出磁头中的单独的第二组参考感测器16-2的磁参考标记，轴每旋转一次就生成参考信号，如US 2010/0207617 Al中所公开的。在标尺附近设置单独的参考标记需要额外的空间，这可能是不可取的，如US 2010/0207617 Al中所指出的。作为解决该问题的一种方法，US 2010/0207617 Al教导通过使现有磁极距之一的区域中的标尺进一步磁化来提供参考标记以便产生参考信号。进一步磁化仅在标尺的一部分宽度上延伸，覆盖了不到二分之一的宽度，因此可以无干扰读出增量信号，如US 2010/0207617 Al所述。
[0004]本发明的目的是提供一种改进的编码器系统。另一个目的是提供一种利用编码器系统来生成参考信号的方法。

【发明内容】

[0005]上述目的是通过根据权利要求1所述的用于检测旋转轴相对于机器的一部分的旋转移动的编码器以及根据权利要求15所述的利用编码器来生成参考信号的方法来实现。
[0006]该编码器包括:附接至轴的圆周的标尺装置，该标尺装置具有宽度和长度。该标尺装置包括第一磁标尺图案，该第一磁标尺图案包括在该长度方向上以第一预定分度设置的多个磁极元件以便在距该标尺装置的表面的第一距离处生成第一磁场图案。信号发生器被设置用于安装在该机器部分上，该信号发生器包括外壳。该信号发生器还包括适用于提供指示该信号发生器与该标尺装置之间的相对位置变化的编码器输出信号的第一输出端子。该信号发生器包括适用于提供指示该轴的旋转位置的参考信号的第二输出端子。该信号发生器进一步包括具有第一磁电传感器(magneto-electirc transducer)的第一磁电传感器磁头，该第一磁电传感器适于响应于该磁场图案的检测来生成第一电信号，使得该第一电信号根据该第一磁场图案而周期性变化，以便在第一磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该变化表现出取决于该第一预定分度的第一波长。该信号发生器还包括具有第二磁电传感器的第二磁电传感器磁头，该第二磁电传感器适于响应于该第一磁场图案的检测来生成第二电信号，使得该第二电信号根据该第一磁场图案而周期性变化，以便在第二磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该变化表现出取决于该第一预定分度的第一波长。该信号发生器还包括第一信号处理单元，其包括:第一装置，适于根据该第一电信号生成周期性变化的第一数字信号，以便在第一磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该第一数字信号的变化表现出第一波长；以及第二装置，适于根据该第二电信号生成周期性变化的第二数字信号，以便在第二磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该第二数字信号的变化表现出第一波长。该标尺装置包括该第一磁标尺图案的端部之间的至少一个间隙。该信号生成器进一步包括分析器，该分析器适于根据以下各项生成该标尺间隙指示信号:涉及该第一数字信号的分析，或涉及该第二数字信号的分析、和/或涉及该第一数字信号和该第二数字信号的比较分析。此外，该信号生成器包括适于根据第一数字信号和第二数字信号产生该编码器输出信号的输出信号产生器，并且该输出信号产生器适于根据该标尺间隙指不信号产生该参考信号。
[0007]该配置至少在旋转轴每旋转一次就提供参考信号，同时消除了使标尺宽到允许提供单独的磁参考标记的需要。因此，尽管美国专利申请公开第2010/0207617号描述为单独的磁参考标记保留几乎一半标尺宽度，这在也需要第一套检测器16-1无干扰地从另一半宽度读取增量信号的情况下似乎需要相当宽的标尺，本文所描述的标尺装置的宽度可实现为更窄。编码器输出信号可以是指示位置变化的增量信号。编码器输出信号还可以指示轴的旋转位置。
[0008]此外，还可以相对于平行于轴的旋转轴的方向上的物理扩展来使信号发生器的外壳变小，由于与美国专利申请公开第2010/0207617号不同，这消除了对定位成从一半标尺宽度读取磁参考标记的单独的第二组参考感测器的需要，同时允许第一组检测器无干扰地从另一半标尺宽度读取增量信号。
[0009]此外，要注意的是，大型轴(例如直径为50cm以上的轴)可以具有轴向间隙，即，在操作过程中，轴可能不经意地在平行于轴旋转的轴的方向(其也是标尺装置的宽度方向)上移动。如果出现此移动，磁电传感器磁头的位置也可能相对于标尺的宽度移动。本文描述的配置允许将包括磁电传感器磁头的信号发生器安装在机器部分上，以便允许轴向间隙将标尺装置移动基本上等于标尺装置的一半宽度的的距离，同时在将信号发生器已安装在最佳位置上时保持磁电检测。
[0010]磁标尺图案在与该标尺装置的表面相距第一距离处生成磁场图案，结合磁电传感器响应于磁场图案的检测生成电信号的能力，可以实现非接触式检测。实际上，编码器的所有移动部件都不与编码器的任何其他部件物理接触，由此(例如)实现没有机械磨损的编码器。因此，本文描述的配置可以提供一种使用寿命长，甚至无限的使用期限的编码器。非接触式检测的长寿命特征与难以维护或者维护很麻烦的机器(例如，风力发电站)中的编码器结合使用尤其有利。在风力发电站中，编码器可以被安装从而检测在高海拔的风力发电站上的转轴的移动，而维修人员难以获得编码器用于维修的目的。
[0011 ] 根据示例性实施方式，标尺装置可以由挠性带(例如可弯曲的钢带)制成，设置有可开启锁紧装置，以使挠性带打开从而可以将挠性带置于轴上所需的测量路径位置。当定位在轴上所需的测量路径位置时，可以关闭并锁紧挠性标尺带的锁紧装置以便附接至轴上所需的测量路径位置。锁紧装置然后可以被用作标尺装置的间隙部分。
[0012]根据示例性实施方式，标尺装置可以包括可分刻度环。该可分刻度环的内径基本上可以对应于可分刻度环打算附接的轴的外径。可分刻度环然后可以具有至少两个开口以便允许该环分为至少两个部分。因此，可分刻度环的开口可以设置有可开启锁紧装置以便允许打开可分刻度环，使得可以将其放置在轴上所需的测量路径位置。当定位在轴上所需的测量路径位置时，可以关闭并锁紧可分刻度环的锁紧装置以便附接至轴上所需的测量路径位置。锁紧装置然后可以被用作标尺装置的间隙部分。
[0013]根据本发明的不例性实施方式，一种用于检测旋转轴相对于机器的一部分的旋转移动的编码器，包括:附接至该轴的圆周的标尺装置，该标尺装置具有宽度和测量路径长度。该标尺装置包括第一磁标尺图案，该第一磁标尺图案包括在该长度方向上以第一预定分度设置的多个磁极元件以便在与该标尺装置的表面相距第一距离处生成第一磁场图案。信号发生器被设置用于安装在该机器部分上，该信号发生器包括外壳。该信号发生器还包括用于提供指示该信号发生器与该标尺装置之间的相对位置变化的编码器输出信号的第一输出端子，以及第二输出端子。该信号发生器包括具有第一磁电传感器的第一磁电传感器磁头，该第一磁电传感器适于响应于该第一磁场图案的检测来生成第一电信号，使得该第一电信号根据该第一磁场图案周期性变化，以便在第一磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该变化表现出取决于该第一预定分度的第一波长。该信号发生器还包括具有第二磁电传感器的第二磁电传感器磁头，该第二磁电传感器适于响应于该第一磁场图案的检测来生成第二电信号，使得该第二电信号根据该第一磁场图案周期性变化，以便在第二磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该变化表现出取决于该第一预定分度的第一波长。该信号发生器还包括第一信号处理单元，其包括:第一装置，适于根据该第一电信号生成周期性变化的第一数字信号，以便在第一磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该第一数字信号的变化表现出第一波长；以及第二装置，适于根据该第二电信号生成周期性变化的第二数字信号，以便在第二磁电传感器沿该第一磁标尺图案移动时该第二数字信号的变化表现出第一波长。该标尺装置包括该第一磁标尺图案的端部之间的至少一个间隙。该信号生成器进一步包括分析器，该分析器适于根据以下各项生成该标尺间隙指示信号:涉及该第一数字信号的分析，或涉及该第二数字信号的分析、和/或涉及该第一数字信号和该第二数字信号的比较分析。此外，该信号生成器包括适于根据第一数字信号、第二数字信号和标尺间隙指不信号产生该编码器输出信号的输出信号产生器。
[0014]该配置可以提供一种标尺间隙指示信号，由此根据标尺间隙指示信号提供(例如)轴每旋转一次就可以重置一次的绝对位置信号，同时消除了使标尺宽到允许提供单独的磁参考标记的需要。因此，该配置允许通过提供标尺图案中的间隙来提供绝对位置信号输出，以结合同样提供参考信号的示例性实施方式实现上述优点。
[0015]标尺装置可以适于附接在直径大于50cm的轴上。
[0016]在信号发生器外壳内，第一磁电传感器磁头可以设置成距第二磁电传感器磁头预定距离，以便可以安装信号发生器，使得在操作中，定位第一和第二磁电传感器磁头中的至少一个以便检测第一磁场图案。[0017]间隙可以包括没有第一磁标尺图案的测量路径长度的至少一部分。
[0018]间隙可以具有间隙宽度，这取决于第一磁标尺图案的端部之间的距离。
[0019]在第一和第二磁电传感器磁头是磁阻传感器磁头的情况下，第一磁电传感器磁头与第二磁电传感器磁头之间的预定距离可以长于间隙宽度和至少一个第一预定分度之和。
[0020]在第一和第二磁电传感器磁头是霍尔传感器传感器磁头时，第一磁电传感器磁头与第二磁电传感器磁头之间的预定距离可以长于间隙宽度和至少两个第一预定分度之和。
[0021]本文描述的配置可以确保存在覆盖至少一个波长距离的过渡期，以便结合间隙跨界(gap cross-over)从依赖后者传感器磁头切换至依赖最先的传感器磁头。因此,在最先的传感器磁头跨过间隙之后且在输出信号被切换以便根据最先的传感器磁头生成之前，该配置允许后者的传感器磁头和最先的传感器磁头两者同时检测至少一个全电信号波长，即，第一预定波长λ:。
[0022]第一磁电传感器磁头可以包括第一延迟磁电传感器，适于响应于该磁场图案的检测来生成第一延迟电信号，使得该第一延迟电信号根据该磁场图案而周期性变化，以便在第一延迟磁电传感器沿该磁标尺图案移动时该变化表现出取决于该第一预定分度的第一波长。该第一延迟磁电传感器相对于该第一传感器定位，以便在操作中，当该轴沿顺时针转动方向旋转时，该第一延迟电信号相对于该第一电信号以第一延迟变化，当该轴沿逆时针转动方向旋转时，该第一延迟电信号相对于该第一电信号以第二延迟变化，该第二延迟不同于该第一延迟。
[0023]第二磁电传感器磁头可以包括第二延迟磁电传感器，适于响应于该磁场图案的检测来生成第二延迟电信号，使得该第二延迟电信号根据该磁场图案而周期性变化，以便在第二延迟磁电传感器沿该磁标尺图案移动时该变化表现出取决于第一预定分度的第一波长。该第二延迟磁电传感器相对于该第二传感器定位，以便在操作中，当该轴沿顺时针转动方向旋转时，该第二延迟电信号相对于第二电信号以第一延迟变化，当该轴沿逆时针转动方向旋转时，该第二延迟电信号相对于该第二电信号以第二延迟变化。
[0024]第一延迟基本上可以对应于第一波长的四分之一，第二延迟基本上可以对应于第一波长的四分之三。
[0025]第一延迟磁电传感器和第一磁电传感器可以是磁阻传感器，并且一个第一波长可以按照一个第一预定分度的距离生成。
[0026]具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器可以定位在与同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器相距一定几何距离处。第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器可以经设置使得它们各自的灵敏度方向基本上平行，并且第一延迟可以取决于该几何距离。
[0027]几何距离可以是第一预定分度的四分之一。
[0028]当磁电传感器是磁阻传感器时，本文描述的配置可以使第一延迟变成四分之一波长。
[0029]具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器可以定位成几何接近同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器。第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器可以经设置使得它们各自的灵敏度方向之间具有几何角度，并且第一延迟可以取决于该几何角度。
[0030]本文描述的配置可以使第一延迟独立于标尺装置的第一预定分度。因此，具有第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器的第一磁电传感器磁头可以与具有相互不同的第一预定分度的不同标尺装置一起使用。类似地，可以通过对第一磁电传感器磁头描述的相同方式来制造具有第二磁电传感器和第二延迟磁电传感器的第二磁电传感器磁头。通过该方式，可以实现灵活的信号发生器，由此利用具有相互不同的第一预定分度的不同磁标尺装置来呈现可用性。
[0031]几何角度基本上可以为45度。
[0032]本文描述的配置可以使磁电传感器磁头的第一延迟变成四分之一波长，而不考虑
第一预定分度距离。
[0033]几何接近可以经选择使得第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器设置在大致相同的位置，例如第一延迟磁电传感器与第一磁电传感器之间基本上没有距离。
[0034]第一延迟磁电传感器和第一磁电传感器可以是霍尔传感器传感器。一个第一波长可以按照两个第一预定分度的距离生成。
[0035]几何角度基本上可以为90度。
[0036]第一信号处理单元可以包括现场可编程门阵列电路，适于同时对第一数字信号和第二数字信号进行处理。
[0037]周期变化可以设置成周期振荡。
[0038]信号发生器可以包括适于检测周期性变化的第一数字信号中的信号边沿的装置，以及用于生成指示检测到的信号边沿数目的第一计数值使得第一计数值指示标尺装置相对于信号发生器的第一旋转位置估算的第一计数器。
[0039]信号发生器可以包括适于检测周期性变化的第二数字信号中的信号边沿的装置，以及用于生成指示检测到的信号边沿数目的第二计数值使得第二计数值指示标尺装置相对于信号发生器的第二旋转位置估算的第二计数器。
[0040]信号发生器可以适于安装在机器部分上，使得在操作中，第一磁电传感器定位成与标尺装置的表面相距第二距离，第二距离基本上等于第一距离或小于第一距离。
[0041]信号发生器可以包括适于包围第一磁电传感器磁头和第二磁电传感器磁头的外壳。外壳可以包括面向机器部分的壁以及面向轴的前壁。前壁可以具有在平行于轴延伸的方向上的物理扩展、在正交于轴延伸的方向上的物理扩展以及在正交于轴延伸的方向上的凹入弯曲形状。第一磁电传感器磁头可以相对于第二磁电传感器磁头定位，以便在操作中，第一和第二磁电传感器磁头中的至少一个将被定位使得检测第一磁场图案。
[0042]根据本发明的示例性实施方式，一种安装在机器部分上且与标尺装置协作的信号发生器，包括:外壳；第一输出端子，用于提供指示该信号发生器与该标尺装置之间的相对位置变化的编码器输出信号；第二输出端子；第一装置，适于生成周期性变化的第一数字信号，以便在信号发生器沿该标尺装置的第一磁标尺图案移动时该第一数字信号的变化表现出第一波长；以及第二装置，适于生成周期性变化的第二数字信号，以便在信号发生器沿该标尺装置的第一磁标尺图案移动时该第二数字信号的变化表现出第一波长。
[0043]第一装置还适于生成周期性变化的第一延迟数字信号，以便在操作中，当该轴沿顺时针转动方向旋转时，该第一延迟数字信号相对于该第一数字信号以第一延迟变化，当该轴沿逆时针转动方向旋转时，该第一延迟电信号相对于该第一电信号以第二延迟变化，该第二延迟不同于该第一延迟。该第二装置还适于生成周期性变化的第二延迟数字信号，以便在操作中，当该轴沿顺时针转动方向旋转时，该第二延迟数字信号相对于该第二数字信号以第一延迟变化，当该轴沿逆时针转动方向旋转时，该第二延迟数字信号相对于该第二电信号以第二延迟变化。
[0044]根据本发明的示例性实施方式，编码器包括信号发生器。
[0045]该编码器可以包括:第一位置值估算器，用于根据周期性变化的第一数字信号以及周期性变化的第一延迟数字信号中的至少一个生成第一位置值估算；以及第二位置值估算器，用于根据周期性变化的第二数字信号以及周期性变化的第二延迟数字信号中的至少一个生成第二位置值估算。
[0046]第一位置值估算器可以包括第一计数器模块，适于根据周期性变化的第一数字信号以及周期性变化的第一延迟数字信号中的至少一个通过计算第一波长的周期来生成第一计数值。第一位置值估算器可以适于根据第一计数值生成第一位置值。第二位置值估算器可以包括第二计数器模块，适于根据周期性变化的第二数字信号以及周期性变化的第二延迟数字信号中的至少一个通过计算第一波长的周期来生成第二计数值。第二位置值估算器可以适于根据第二计数值生成第二位置值估算。
[0047]第一位置值估算器可以适于根据计数值生成第一位置值估算，该计数值是通过计算周期性变化的第一数字信号的第一波长、周期性变化的第一延迟数字信号的第一波长、或响应于周期性变化的第一数字信号和周期性变化的第一延迟数字信号之一或两者生成的周期性变化的信号的第一波长的周期而生成的。第二位置值估算器可以适于根据第二计数值生成第二位置值估算，该计数值是通过计算周期性变化的第二数字信号的第一波长、周期性变化的第二延迟数字信号的第一波长、或响应于周期性变化的第二数字信号和周期性变化的第二延迟数字信号之一或两者生成的周期性变化的信号的第一波长的周期而生成的。
[0048]第一位置值估算器可以包括第一反正切函数发生器模块，适于根据周期性变化的第一数字信号和周期性变化的第一延迟数字信号生成第一电角值，以便第一电角值指示第一磁电传感器磁头在对应于一个第一预定波长的距离内的位置。第一位置值估算器可以适于根据第一电角值生成第一位置值估算。第二位置值估算器可以包括第二反正切函数发生器模块，适于根据周期性变化的第二数字信号和周期性变化的第二延迟数字信号生成第二电角值，以便第二电角值指不第二磁电传感器磁头在对应于一个第一预定波长的距离内的位置。第二位置值估算器可以适于根据第二电角值生成第二位置值估算。
[0049]第一位置值估算器可以包括第一旋转方向检测器模块，该模块被设置为生成指示轴旋转的当前方向的第一旋转方向信号。第二位置值估算器可以包括第二旋转方向检测器模块，该模块被设置为生成指示轴旋转的当前方向的第二旋转方向信号。
[0050]第一计数器模块可以适于根据第一旋转方向信号对第一计数值进行调整，和/或第二计数器模块可以适于根据第二旋转方向信号对第二计数值进行调整。
[0051]第一位置值估算器可以适于根据第一电角值和/或第一旋转方向信号和/或第一计数值生成第一位置值估算。第二位置值估算器可以适于根据第二电角值和/或第二旋转方向信号和/或第二计数值生成第二位置值估算。
[0052]该编码器可以包括信号处理模块，具有:适于生成指示第一磁电传感器磁头的位置的第一磁头位置值的装置；以及适于生成指示第二磁电传感器磁头的位置的第二磁头位置值的装置。[0053]该编码器可以包括分析器，适于响应于检测到由第一磁电传感器磁头感测的磁场图案与由第二磁电传感器磁头感测的磁场图案之间的偏差来生成标尺间隙指示信号；和/或响应于检测到由第一磁电传感器磁头感测的磁场图案或由第二磁电传感器磁头感测的磁场图案的变化来生成该标尺间隙指示信号。
[0054]该编码器可以包括分析器，适于响应于检测由第一磁电传感器磁头借助从指示无相位误差的状态切换至指示检测相位误差的状态的相位误差信号感测的磁场图案来生成标尺间隙指示信号。
[0055]提供此相位误差信号可以用于指示相应检测器磁头刚进入检测器磁头逗留的位置的标尺中的间隙。
[0056]该编码器可以适于存储当前第一磁头位置值，作为针对检测器磁头的标尺边沿位置值。
[0057]该编码器可以包括分析器，适于响应于检测由第一磁电传感器磁头借助从指示检测相位误差的状态切换至指示无相位误差的状态的相位误差信号感测的磁场图案的变化生成标尺间隙指示信号。
[0058]提供此相位误差信号可以用于指示相应检测器磁头刚离开间隙部且进入检测器磁头逗留位置处的标尺。
[0059]该编码器可以包括分析器，适于根据以下项生成该标尺间隙指示信号:涉及该第一数字信号和该第二数字信号的比较分析，和/或涉及该第一位置值估算和该第二位置值估算的比较分析。
[0060]该分析器可以适于根据涉及该第一位置值估算和该第二位置值估算的比较分析来生成标尺间隙指示信号。该分析器可以适于生成指示当第一位置值估算和第二位置值估算对检测到的位置或检测到的移动量的看法一致时第一磁电传感器磁头和第二磁电传感器磁头都在检测标尺的位置上的Both_0n_SCale信号。该分析器可以适于生成指示当第一位置值估算和第二位置值估算对移动量的看法不一致时一个磁电传感器磁头不在检测标尺的位置上的信号。
[0061]该分析器可以适于生成指示当该第二位置值估算指示一定程度的移动而该第一位置值估算指示移动少或基本上没有移动时该第一磁电传感器磁头不在检测标尺的位置上的 First_off_Scale 信号。
[0062]该分析器可以适于生成指示所检测出的移动的差的值，该差值指示该第二位置值估算与该第一位置值估算之间的差。
[0063]该输出信号产生器可以包括同步模块，用于使第二位置值估算和第一位置值估算同步以便使差值为预定值，例如零。
[0064]该分析器可以适于响应于Both_0n_SCale信号读取差值，并且该分析器可以适于存储该差值作为指示标尺边沿之间的间隙宽度的值。
[0065]该布置可以允许编码器测量间隙宽度，如磁电检测器磁头所体验到的。
[0066]该分析器可以适于响应于达到预定值的差值生成标尺间隙指示信号。
[0067]该分析器可以适于响应于达到预定值(例如，对应于间隙宽度值的一定比例)的差值生成标尺间隙指示信号。
[0068]该分析器可以适于响应于达到预定值(例如，大致是间隙宽度值的二分之一)的差值生成标尺间隙指示信号。
[0069]该编码器的输出信号产生器可以适于根据标尺间隙指示信号生成输出参考信号。
[0070]该分析器可以适于响应于First_Off_Scale信号生成标尺间隙指示信号。
[0071 ] 该第一延迟基本上可以对应于第一波长的四分之一，第二延迟基本上可以对应于第一波长的四分之三。
[0072]第一延迟磁电传感器和第一磁电传感器可以包括磁阻传感器，并且一个第一波长可以按照一个第一预定分度的距离生成。
[0073]具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器可以定位在与同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器相距一定几何距离处。第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器可以经设置使得它们各自的灵敏度方向基本上平行，并且第一延迟可以取决于该几何距离。
[0074]几何距离可以是第一预定分度的四分之一。因此，第一延迟可以变成四分之一波长。
[0075]具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器可以定位成几何接近同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器。第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器可以经设置使得它们各自的灵敏度方向之间成几何角度，并且第一延迟可以取决于该几何角度。
[0076]该布置可以使第一延迟独立于标尺装置的第一预定分度。因此，具有第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器的第一磁电传感器磁头可以与具有相互不同的第一预定分度的不同标尺装置一起使用。类似地，可以通过对第一磁电传感器磁头描述的相同方式来制造具有第二磁电传感器和第二延迟磁电传感器的第二磁电传感器磁头。通过该方式，可以实现灵活的信号发生器，由此利用具有相互不同的第一预定分度的不同磁标尺装置来呈现可用性。
[0077]几何角度基本上可以为45度。因此，磁电传感器磁头的第一延迟可以变成四分之一波长，而与第一预定分度距离无关。
[0078]几何接近可以经选择使得第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器设置在大致相同的位置，例如第一延迟磁电传感器与第一磁电传感器之间基本上没有距离。
[0079]第一延迟磁电传感器和第一磁电传感器可以包括霍尔感测器传感器，并且一个第一波长可以按照两个第一预定分度的距离生成。
[0080]几何角度基本上可以为90度。
[0081]当第一磁电传感器磁头沿第一磁标尺图案移动时，周期性变化的第一数字信号和周期性变化的第一延迟数字信号可以由第一磁电传感器磁头生成。该分析器可以适于根据周期性变化的第一数字信号和周期性变化的第一延迟数字信号的振幅分析利用当第一磁电传感器沿第一磁标尺图案移动时这两个信号基本上是正交信号的事实来生成标尺间隙指示信号。
[0082]由于这两个信号基本上是正交信号，因此陈述Sqr (A)+Sqr (B)是常数的毕达哥拉斯关系导致以下效应:当第一磁电传感器磁头沿第一磁标尺图案移动时，平方和基本上为常数。然而，当第一磁电传感器磁头越过标尺边沿时，平方和变小，这可能是由于磁场在标尺的间隙部分中变弱造成的。这可以用于检测磁标尺的边沿。
[0083]当第二磁电传感器磁头沿第一磁标尺图案移动时，周期性变化的第二数字信号和周期性变化的第二延迟数字信号可以由第二磁电传感器磁头生成。该分析器可以适于根据周期性变化的第二数字信号和周期性变化的第二延迟数字信号的振幅分析利用当第一磁电传感器沿第一磁标尺图案移动时这两个信号基本上是正交信号的事实来生成标尺间隙指示信号。
[0084]该分析器可以适于根据周期性变化的第一数字信号的平方与周期性变化的第一延迟数字信号的平方之和来设置第一振幅参考值。该分析器可以适于根据周期性变化的第二数字信号的平方与周期性变化的第二延迟数字信号的平方之和来设置第二振幅参考值。
[0085]该分析器可以适于根据第一振幅参考值与第二振幅参考值之间的关系生成标尺间隙指示信号。
[0086]该编码器可以包括分析器，适于响应于检测到由第一磁电传感器磁头借助从指示无相位误差的状态切换至指示检测相位误差的状态的相位误差信号而感测的磁场图案的变化来生成标尺间隙指示信号。
[0087]提供此相位误差信号可以用于指示相应检测器磁头刚进入检测器磁头逗留位置处的标尺中的间隙。
[0088]该编码器可以包括分析器，适于响应于检测到由第一磁电传感器磁头借助从指示无相位误差的状态切换至指示检测相位误差的状态的相位误差信号感测的磁场图案的变化生成标尺间隙指示信号。
[0089]提供此相位误差信号可以用于指示相应检测器磁头刚进入检测器磁头逗留位置处的标尺中的间隙。
[0090]具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器可以定位在与同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器相距一定几何距离处。第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器可以经设置使得它们各自的灵敏度方向基本上平行，并且第一延迟可以取决于该几何距离。
[0091]几何距离基本上可以对应于第一预定分度的二分之一，并且第一磁电传感器和第一延迟磁电传感器可以包括霍尔传感器传感器。
[0092]该布置可以使第一延迟变成四分之一波长。
[0093]该编码器可以包括信号处理模块，具有:适于生成指示第一磁电传感器磁头的位置的第一磁头位置值的装置；以及适于生成指示第二磁电传感器磁头的位置的第二磁头位置值的装置。
[0094]该编码器可以包括分析器，适于根据响应于源自第一磁电传感器头的信号生成的延迟值，或响应于源自第二磁电传感器头的信号生成的延迟值生成指示旋转方向的方向信号。在第一旋转方向期间，在第二磁电传感器磁头穿过标尺的某个位置之前，第一磁电传感器磁头穿过标尺的该位置。在第二旋转方向期间，在第二磁电传感器磁头穿过标尺的某个位置之后，第一磁电传感器磁头穿过标尺的该位置。
[0095]该编码器可以包括信号处理模块，其包括用于在第一状态与第二状态之间切换的装置，其中在第一状态期间依赖第二磁头位置值来传递编码器输出信号，在第二状态期间依赖第一磁头位置值来传递编码器输出信号。该信号处理模块可以适于根据分析器生成指示当第一位置值估算和第二位置值估算对检测到的位置或检测到的移动量的看法一致时第一磁电传感器磁头和第二磁电传感器磁头都在检测标尺的位置上的Both_0n_Scale信号来选择第一状态，并且方向信号可以指示第一旋转方向。
[0096]在第一状态期间，当方向信号仍然指示第一旋转方向时:信号处理模块可以适于响应于标尺间隙指示信号推断出第一磁电传感器磁头位于间隙内，然后信号处理模块可以适于保持第一状态，以便依赖第二磁头位置值来传递编码器输出信号。
[0097]在第一状态期间，当方向信号仍然指不第一旋转方向时:信号处理模块可以适于响应于达到预定值的差值来推断出第一磁电传感器磁头位于间隙内，该预定值例如大致为间隙宽度值的二分之一；当方向信号仍然指示第一旋转方向且差值达到第二预定值时，信号处理模块可以适于推断出第一磁电传感器磁头和第二磁电传感器磁头位于间隙的对侧，第二预定值基本上对应于间隙宽度值或对应于超过间隙宽度值的值。
[0098]当第一和第二磁电传感器磁头是磁阻传感器磁头时，第一磁电传感器磁头与第二磁电传感器磁头之间的预定距离可以大于间隙宽度与至少一个第一预定分度之和。当第一和第二磁电传感器磁头是霍尔感测器传感器磁头时，第一磁电传感器磁头与第二磁电传感器磁头之间的预定距离可以大于间隙宽度与至少两个第一预定分度之和。
[0099]该布置可以确保存在覆盖至少一个波长距离的过渡期，以便结合间隙跨界从依赖后缘感测器磁头切换至依赖前缘感测器磁头。因此，在前缘感测器磁头跨过间隙之后，且在输出信号被切换以便根据前缘感测器磁头生成之前，该布置允许后缘感测器磁头和前缘感测器磁头同时检测至少一个全电信号波长，即，第一预定波长。
[0100]当第一和第二磁电传感器磁头是磁阻传感器磁头时，第一磁电传感器磁头与第二磁电传感器磁头之间的预定距离可以大于间隙宽度与至少三个第一预定分度之和。当第一和第二磁电传感器磁头是霍尔感测器传感器磁头时，第一磁电传感器磁头与第二磁电传感器磁头之间的预定距离可以大于间隙宽度与至少六个第一预定分度之和。
[0101]该布置可以为结合间隙跨界从依赖后缘感测器磁头过渡至依赖前缘感测器磁头留有余地，以便发生在使第一磁场图案比存在于磁标尺图案边沿的磁场图案更可靠的标尺上的位置。在磁标尺图案的边沿附近，第一磁场图案显示当定位在磁标尺图案的边沿附近时可能会对感测器产生的电信号的质量有负面影响的边缘效应。换句话说，第一磁场图案的标尺图案质量在与磁标尺图案的边沿相距一定距离处较好。
`[0102]信号处理模块可以具有第一状态和第二状态。在第一状态期间，可以依赖后缘第二磁头位置值来传递编码器输出信号，在第二状态期间，可以依赖前缘第一磁头位置值来传递编码器输出信号。信号处理模块可以适于在过渡期间导致第一状态与第二状态之间的切换，过渡期可以取决于按照第一预定波长测得的移动距离。
[0103]信号处理模块可以适于允许过渡期在至少一个第一预定波长上延长。
[0104]当可靠的后缘第二磁头位置值指示后缘第二磁头定位在与标尺边沿相距对应于至少一个半第一预定分度的距离处时，信号处理模块可以适于使过渡期开始。
[0105]当两个磁头在磁头正跨越间隙时出现的过渡期间都定位在与磁标尺的边沿相距至少1.5* △ i的距离时，该布置可以从可靠的后缘第二磁头位置值过渡至前缘磁头位置值，由此避免在过渡期间发生磁场图案边缘效应。例如，由于第一和第二磁头位置值的同步产生在与磁标尺的边沿相距一定距离处更可靠的结果，因此这可以导致提高的测量精度。此外，当后缘第二磁头位置值指示后缘第二磁头定位在与标尺边沿相距对应于至少一个半第一预定分度的距离处时，在后缘磁头通过间隙之后，还可以开始下一次从依赖前缘磁头至依赖后缘磁头的过渡。
[0106]当可靠的后缘第二磁头位置值指示后缘第二磁头定位在与标尺边沿相距对应于至少六个第一预定分度的距离处时，信号处理模块可以适于使过渡期开始。
[0107]当可靠的后缘第二磁头位置值指示后缘第二磁头定位在与标尺边沿相距对应于至少八个第一预定分度的距离处时，信号处理模块可以适于使过渡期开始。
[0108]信号处理模块可以适于在过渡期间导致第一状态与第二状态之间的切换，其中过渡期取决于按照第一预定波长测得的移动距离。
[0109]信号处理模块可以具有第一状态和第二状态。在移动中，相对于标尺装置，一个磁电传感器磁头可以具有前缘位置，另一个磁电传感器磁头可以具有后缘位置。在第一状态期间，信号处理模块可以适于依赖后缘感测器磁头位置值来传递编码器输出信号，在第二状态期间，信号处理模块可以适于依赖前缘感测器磁头位置值来传递编码器输出信号。信号处理模块可以适于在过渡期间导致第一状态与第二状态之间的切换，过渡期可以取决于按照第一预定波长测得的移动距离。
[0110]在这一点上，切换不是时间控制的，但可利用在感测器磁头移动期间产生的程序来执行。
[0111]在某些情况下，由磁电传感器生成的信号可与理想的正弦波形和/或余弦波形有些偏差。当第一位置值估算器和/或第二位置值估算器产生的位置估算利用反正切函数生成时，如上所述，由此产生的位置估算可能与真实的相对位置稍有偏差。偏差或位置误差波动变化。偏差或位置误差以波动周期波动变化，此波动周期与磁电传感器信号的第一预定波长的周期一致。
[0112]在过渡期间，信号处理模块可以适于接收多个后缘感测器磁头位置值和多个前缘感测器磁头位置值。可以收集该值作为信号对，每个对包括一个后缘感测器磁头位置值和一个前缘感测器磁头位置值。在大致相同的情况下可以收集成对的这两个值。
[0113]信号处理模块可以适于计算后缘感测器磁头位置值与前缘感测器磁头位置值之间的平均差值，在过渡期间算出平均差值。
[0114]信号处理模块可以适于收集至少j个信号对，以便计算平均差值，j是整数，例如大于4,优选大于7。
[0115]信号处理模块可以适于在过渡期间执行同步处理以便提供切换，使得从依赖后缘感测器磁头位置值大致平稳过渡至依赖前缘感测器磁头位置值以传递编码器输出信号。
[0116]偏差值可以用于实现从依赖检测器组平稳过渡至依赖检测器组。
[0117]该编码器可以包括编码器用户界面，适于允许用户选择使用可选标尺间隙指示信号。该编码器可以允许设置偏移参数值，该偏移值指示标尺装置的生成所选的标尺间隙指示信号的位置至可以牢固附接至轴的标尺装置的位置的距离。编码器可以适于识别由反正切函数发生器模块生成的信号中的参考振幅值。在位于与生成所选的标尺间隙指示信号的位置相距基本对应于偏移参数值的距离的位置处可以出现该参考振幅值，编码器可以适于存储该参考振幅值作为参考振幅值。
[0118]如上所述，生成所选的标尺间隙指示信号。
[0119]根据本发明的示例性实施方式，在一种借助例如如上所述的编码器来生成参考信号的方法中，其中所选的标尺间隙指示信号每次旋转就出现一次，响应于所选的标尺间隙指示信号的接收来启动测距仪。当测距仪指示与所选的标尺间隙指示信号出现的偏移距离时，对周期性变化的数字信号的当前值与所存储的参考振幅值进行比较；响应于等于所存储的参考振幅值的当前值，编码器适于生成固定点参考信号。
[0120]可以响应于固定点参考信号生成编码器输出参考信号。
[0121 ] 如上所述，数字信号可以是编码器生成的信号。
[0122]可以希望提供一种增量输出信号，其中增量均匀分布在旋转范围内，而不必执行任何分度计算。
[0123]例如，标尺装置可以具有203.64个第一预定分度Λ i的圆周，g卩，使得感测器可以在轴旋转一次时提供203.64个信号周期。
[0124]可以提供2048ppr的增量信号。这可以通过识别第η个信号边沿来实现，条件是位置值 >n*step_length，其中 st^_length=203.64/(4*2048) =0.02485839844 并且 η 为 I至 8192。[0125]当位置值超过值8191*skp_length=203.6151416时，倒数第二个旋转边沿应出现。
[0126]不幸的是，可能在FPGA电路中缓慢计算多个小数。
[0127]可以设置为在四位小数之后截断，使得Skp_length=0.0248。截断值可以产生甚至在第一个小数点上就不正确的8191*0.0248=203.1368的边沿位置值。
[0128]另一种可能性是例如利用下式计算边沿位置:
[0129](n*L)/8192
[0130]对于每个步骤来说以免积累截断误差。
[0131]如果每转的脉冲数属于2~N型，则可以更容易执行，其中N为自然数。然而，如果脉冲率为其他，则计算要花费一些时间，由此延迟增量脉冲。对于表示足够数量的小数所需的大量位，难以在FPGA中实现除法。
[0132]可以使用以下条件:
[0133]位置*8192>η*203.64。
[0134]根据该布置的条件可以避免截断和时间延迟。通过这种方式，例如，根据以下条件算出第8191个侧面:
[0135]位置*8192>8191*203.64=1.366437888*10~ 10。
[0136]是较大的数，因此要求将被表示的大量位。但这很容易处理，原因是可能不需要进行进一步计算例如除法运算。
[0137]增量指数脉冲(Nullimpulse)可以响应于η=1来生成。
[0138]根据不例性实施方式,一种用于检测旋转轴相对于机器的一部分的旋转移动的编码器，包括:附接至该轴的圆周以便提供测量路径的标尺装置。该标尺装置具有宽度和长度且包括磁标尺图案，该磁标尺图案具有沿该长度方向以第一预定分度设置以便在离该标尺装置的表面第一距离处生成磁场图案的多个磁极元件。信号发生器被设置用于安装在该机器部分上，该信号发生器包括外壳，该外壳具有在平行于轴的旋转轴的第一方向上的物理扩展以及在正交于第一方向的方向上的物理扩展。该信号发生器包括用于提供指示该信号发生器与该标尺装置之间的相对位置变化的编码器输出信号的第一输出端子。该信号发生器还包括适于提供参考信号的第二输出端子，以及具有第一磁电传感器的第一磁电传感器磁头，该第一磁电传感器适于响应于该第一磁场图案的检测来生成第一电信号，使得该第一电信号根据该磁场图案周期性变化，以便在第一磁电传感器沿该磁标尺图案移动时该变化表现出取决于该第一预定分度的第一波长。该信号发生器还包括第一信号处理单元，具有:第一装置，适于根据该第一电信号生成周期性变化的第一数字信号，以便在第一磁电传感器沿该磁标尺图案移动时该第一数字信号的变化表现出第一波长，以及用于检测周期性变化的第一数字信号中的信号边沿的装置。该信号发生器此外还包括用于生成指示检测到的信号边沿数目的计数值的计数器、具有某个数据值的存储器位置的存储器以及适于根据计数值与某个数据值(例如，每轴旋转一次)之间的比较生成指示信号的分析器。该信号发生器还包括适于根据第一数字信号、第二数字信号和标尺间隙指示信号产生该编码器输出信号的输出信号产生器。该输出信号产生器根据标尺间隙指不信号产生参考信号。
【专利附图】

【附图说明】
[0139]在结合附图阅读时，参照以下详细描述对本发明进行更好的理解，其中类似参考标号在几个示图中指的是类似部分，其中:
[0140]图1示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统及编码器系统适用的机器部分的透示图；
[0141]图2示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统的框图；
[0142]图3A示意性地示出了根据本发明实施方式的磁带的一部分的平面图；
[0143]图3B示意性地示出了根据本发明实施方式的应用于轴的磁带的一部分的透示图；
[0144]图3C示意性地示出了根据本发明实施方式的应用于轴的磁带的一部分的透示图；
[0145]图4示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统的框图；
[0146]图5A示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统的框图；
[0147]图6A示意性地示出了根据本发明一个实施方式的磁编码器的信号生成；
[0148]图6B示意性地示出了根据本发明另一个实施方式的磁编码器的信号生成；
[0149]图6C示意性地示出了根据本发明再一个实施方式的磁编码器的信号生成；
[0150]图6D示意性地示出了根据本发明又一个实施方式的磁编码器的信号生成；
[0151]图7A示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统的部分及编码器系统适用的测量对象的透示图；
[0152]图7B示意性地示出了向根据本发明实施方式的图2和/或图5A、图5B的信号处理组件呈现的信号波形；
[0153]图7C示意性地示出了根据本发明实施方式的信号解释器的框图；
[0154]图7D示意性地示出了根据本发明实施方式的位置估算信号的生成；
[0155]图7E示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统及编码器系统适用的机器部分的另一透示图；
[0156]图8A示意性地示出了根据本发明实施方式的所应用的具有间隙的标尺装置，其中标尺装置适用于测量对象；
[0157]图SB示意性地示出了根据本发明实施方式的响应于通过标尺装置中的间隙在两个检测器组之间切换的过程；
[0158]图SC示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统的框图；[0159]图8D示意性地示出了根据本发明实施方式的编码器系统的框图；
[0160]图9A是示出了如何利用根据本发明实施方式的编码器系统执行间隙检测的图示；
[0161]图9B是示出了与两个检测器组之间的切换相关的同步的一种实现的图示；
[0162]图9C是示出了与两个检测器组之间的切换相关的同步的另一实现图示；
[0163]图1OA示意性地示出了根据本发明实施方式的具有适用于测量对象的固定点或固定点区域的标尺装置的剖面图；
[0164]图1OB示意性地示出了根据本发明实施方式的用于生成参考脉冲的波形；
[0165]图11示意性地示出了根据本发明实施方式的利用固定点生成参考脉冲的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0166]图1是示出了具有旋转轴20的机器10的框图。标尺装置30可以紧固到轴20上，使得标尺装置30在旋转轴20相对于机器部分40旋转时移动。信号发生器45可以附接至机器部分40。信号发生器45可以适于生成指示标尺装置30相对于信号发生器45的位置的信号，和/或指示信号发生器45与标尺装置30之间的相对位置变化的信号。
[0167]机器10可以按照风力发电站10来体现，如图1所示。因此，风力发电站10的轴20可以附接至一个或多个涡轮/转子叶片80，该涡轮/转子叶片适于响应于由风导致的空气运动来使轴20旋转以便借助与轴20耦接的发电机发电。风力发电站可以是齿轮传动风力发电站、直接驱动(无齿轮)风力发电站或混合动力驱动风力发电站。
[0168]根据本发明的解决方案包括多个实施方式，该多个实施方式本身就是有利的并且可以通过有利方式相互组合。下面将讨论这些实施方式及与其相关的优点。
[0169]图2是示出了用于检测旋转轴(例如，图1的轴20)的移动和/或位置的系统90的实施方式的示意性框图。编码器系统90可以包括标尺装置30和信号发生器45。当编码器系统90在运转时,信号发生器45和标尺装置30可相对于彼此移动。信号发生器45包括适于响应于检测器装置50与标尺装置30之间的相对位置变化来生成至少一个感测器信号的检测器装置50。
[0170]检测器装置50与信号处理装置100耦接，该信号处理装置适于根据至少一个感测器信号生成至少一个输出信号。将至少一个输出信号传递至输出端110。因此，信号发生器45可以适于响应于信号发生器45与标尺装置30之间的相对位置变化来生成至少一个输出信号。输出信号可以是方波信号或正弦信号、单信道或多信道信号或表示数字编码增量位置的信号。或者，输出信号可以是直接来自这些信号中的一个或这些信号的组合的信号。
[0171]根据实施方式，标尺装置30可以包括可绕轴20圆周附接的编码带条(encodingband)30，该编码带条30可提供由检测器装置50检测的信息。或者，标尺装置30可以包括编码环30或编码带(encoding tape) 30。
[0172]要注意的是，系统90可以包括除参照图2的例示组件之外的额外组件。例如，系统90可以包括模数(A/D)转换器，其被设置为将所生成的至少一个感测器信号转换为数字表示。此外，系统90可以包括数模(D/A)转换器(参见图4)，其被设置为将来自信号处理装置的所生成的至少一个输出信号转换为模拟表示。[0173]标尺装置30可以通过至少一个编码带(例如具有一个或多个磁标尺磁道的至少一个磁编码带)来实现。标尺装置30可替代地可通过至少一个磁编码器环或编码器带(encoder belt)来实现。检测器装置50可以包括磁编码器检测器，例如磁阻传感器(MR)、巨磁阻传感器(GMR)、庞磁阻传感器(CMR)、隧道磁阻传感器(TMR)或其他合适的检测器。
[0174]图3A示出了具有磁标尺图案35的标尺装置30的示例性实施方式。磁标尺图案35可以包括多个连续等距的磁极元件120。
[0175]根据实施方式，标尺装置30被提供有磁标尺图案35形式的信息。磁标尺图案35包括设置有连续等距的磁极元件120形式的刻度的磁介质。因此，磁标尺图案35表现出增量刻度。标尺的增量刻度可以包括具有第一预定分度Al的磁图案，该分度对应于沿着箭头Z方向的路径的相邻磁极元件120之间的距离(参见图3A)。当此标尺装置30与磁阻感测器单元一起使用时，第一预定分度Λ I产生具有波长(B卩，与第一预定分度Λ I相对应的第一预定波长λ I)的电信号，如结合图6Α所讨论的。
[0176]图3Β是在应用于轴20圆周的情况下标尺装置30的实施方式30Β的一部分的透示图。标尺装置实施方式30Β具有多个等距磁极元件，其中相邻磁极元件120经定位使得相同的磁极面向彼此。磁极元件120经定位使得磁极基本上平行于标尺装置30Β附接在其上的轴20的表面并平行于标尺装置30Β的伸长方向，同时磁极元件120基本上正交于轴20的半径方向。一个磁极元件的磁北极面向相邻磁极元件的磁北极，如图3Β所示。标尺装置30Β的磁极元件120有利地产生具有以下磁通线的磁场，该磁通线进入从安装有标尺装置30，30Β的轴20 (参见图1，并结合图3Β)的半径方向的空间。
[0177]图3C是在应用于轴20圆周的情况下标尺装置30 (如图3Α所示)的另一实施方式30C的一部分的透示图。标尺装置的实施方式30C具有多个等距磁极元件120，其中所有磁极元件120经定位使得磁极在相对于轴20的大致径向方向上定向。磁极元件120被定位，因此每隔一个磁极元件120具有从轴20的中心出发的沿径向方向定向的磁极，剩余的磁极元件具有沿径向方向朝轴20的中心定向的磁极，如图3C所示。
[0178]尽管标尺装置的实施方式30Β和30C都生成可以被用作增量编码器标尺的磁场，图3C的实施方式有利地允许将带子切割成所需的长度，避免产生磁极长度λ较短的磁极。
[0179]图4是示出了用于检测旋转轴(例如图1的轴20)的移动和/或位置的检测器90的实施方式90Β的框图。
[0180]参照图4，编码器90可以包括标尺装置30和信号发生器45。当编码器系统90在运转时，信号发生器45和标尺装置30可相对于彼此移动，如结合上述图1和图2所讨论的。信号发生器45包括第一检测器组50:1和第二检测器组50:2。第一检测器组50:1包括适于生成第一电信号Al的第一传感器50:1Α,以及适于生成第二电信号BI的第二传感器50:1Β,该第一传感器50:1A和该第二传感器50:1Β。第一电信号Al和第二电信号BI构成第一信号对AlBl。
[0181]第一传感器50:1A可以I禹接以将模拟的第一电信号Al传递至第一 A/D转换器125:1Α,该第一 A/D转换器可以适于响应于模拟的第一电信号Al生成数字信号A1D。类似地，第二传感器50:1B可以耦接以将模拟的第二电信号BI传递至第二 A/D转换器125:1B，该第二 A/D转换器可以适于响应于模拟的第二电信号BI生成数字信号B1d。
[0182]检测器元件的第二组50:2可以包括适于生成第三电信号A2的第三传感器50: 2A，以及适于生成第四电信号B2的第四传感器50: 2B。
[0183]第三传感器50:2A可以耦接以将模拟的第三电信号A2传递至第三A/D转换器125:2A,该第三A/D转换器可以适于响应于模拟的第三电信号A2生成数字信号A2D。类似地，第四传感器50:2B可以耦接以将模拟的第四电信号B2传递至第四A/D转换器125:2B，该第四A/D转换器可以适于响应于模拟的第二电信号B2生成数字信号B2d。
[0184]A/D转换器125: 1A、125:1B、125: 2k、125: 2B的每一个以预定采样率fs分别对各自的信号A1、B1、A2、B2进行采样。
[0185]信号发生器45还可以包括能够根据程序代码来控制信号发生器45的操作的数据处理单元100。数据处理单元100还可以与存储该程序代码的存储器102耦接。根据实施方式，数据处理单元100可以适于接收数字信号A1d、B1d、A2d和B2d。
[0186]程序存储器102优选是非易失性存储器。存储器102可以是读/写存储器，即，能够从存储器中读取数据并将新数据写入存储器102。根据实施方式，程序存储器102通过FLASH存储器来实现。根据实施方式，程序存储器102在数据处理单元100中集成，以便将要由数据处理单元100执行的程序功能存储在数据处理单元100自身内部。
[0187]数据处理单元100还可以与读/写存储器104耦接，便于存储数据。根据实施方式，读/写存储器104是非易失性存储器。有利地，这意味着即使当存储器104没有被供电时，也可保留被写入非易失性读/写存储器104中的数据。
[0188]当下文描述数据处理单元100执行某个功能时，要理解的是，数据处理单元100执行存储器102中存储的程序的某一部分。
[0189]数据处理单元100还可以经由数据总线180与用户界面170耦接。用户界面180可以包括显示器182和/或数据输入装置184，例如适于让用户经由显示器182编码器的按键184和/或触摸屏182/184将数据传入，编码器在显示器上提供用户信息输出。
[0190]编码器90的用户可以借助显示器182上显示的字符获得信息。可响应于某个事件显示特定消息。
[0191]数据处理单元100可以借助数据总线耦接至存储器102，并借助其他数据总线耦接至读/写存储器104。数据处理单元100还可以借助数据总线210与数据端口 200通信。
[0192]词语“可加载到编码器的数字存储器的计算机程序产品”是指可以将计算机程序引入编码器90的数字存储器(例如存储器102)以便得到编程为能够或适于执行该文献中提及的方法的编码器。术语“加载到条件分析装置的数字存储器”是指如此编程的编码器能够或适于执行上述这种方法。
[0193]上文提及的计算机程序产品还可以加载到计算机可读介质，例如光盘或DVD或USB记忆棒。此计算机可读介质可以用于将程序传递至客户端，原因是该程序可以经由端口200等从计算机可读介质加载到程序存储器102中。
[0194]数据处理单元100可以包括中央处理单元，或微处理器，用于控制编码器90的操作。或者，数据处理单元100可以包括数字信号处理器(DSP)。
[0195]根据实施方式，数据处理单元100包括现场可编程门阵列电路100，也称为FPGA。现场可编程门阵列电路100有利地为编码器90提供组合的灵活性和极高性能，原因是大量数据可以借助现场可编程门阵列电路相对快速地进行处理。这个解决方案有利地对两个、三个或四个检测器信号(例如数字信号同时进行信号处理。此外，由FPGA执行的功能可以通过软件控制并且FPGA允许进行真正的并行处理，这同样有助于提高编码器90的性能。因此，FPGA100可以耦接以实时接收数字信号A1d、BId, A2d和B2D，所
有数字信号都是采样率为fs的数字信号。
[0196]数据处理单元100可以设置为运行存储器102中存储的程序代码以使编码器90执行一个或几个程序，从而执行该文献中描述的任何过程。
[0197]图5A是示出了用于检测旋转轴(例如图1的轴20)的移动和/或位置的系统90、90B的实施方式的框图。
[0198]系统90可以包括附接至机器10的轴20的标尺装置30，如结合上述图1至4所讨论的。
[0199]系统90C还可以包括具有第一检测器组50:1和第二检测器组50:2的检测器装置50。第一检测器组50:1可以包括第一传感器50:1A和适于生成数字信号AId的第一 A/D转换器125:1A，以及第二传感器50:1B和适于生成数字信号BId的第二 A/D转换器125:1B，如上文结合图4所述的。
[0200]类似地，第二检测器组50:2可以包括与第三A/D转换器125: 2A耦接的第三传感器50:2A,该第三A/D转换器可以适于响应于模拟的第二电信号BI生成数字信号A2SD ;以及第四传感器50: 2B和可以适于生成数字信号B2d的第四A/D转换器125: 2B，如上文结合图4所述的。
[0201 ] A/D转换器125: 1A、125: 1B、125: 2A、125: 2B的每一个以预定采样率fs分别对各自的信号Al、B1、A2、B2进行采样，以便生成相应的数字信号A1D、B1D、A2D和B2D。
[0202]将数字信号传递至数据处理单元100。数据处理单元100，在执行存储器102中存储的程序时，如上文结合图4所述的，将执行参照图5A的框图描述的功能。因此，根据实施方式，由参考编号150:1、150:2、220、230表示的区块表示可以由数据处理单元100执行的功能。如上所述，数据处理单元100可以包括现场可编程门阵列电路100。
[0203]参照图1和图5A，应理解的是，当轴20旋转时，磁标尺装置30将相对于检测器单元50移动。
[0204]参照图5A,编码器90,90B可以包括用于根据数字信号AId和BId中的至少一个生
成第一位置值估算Zesti的第一位置值估算器150:1。
[0205]系统90，90B还可以包括用于根据数字信号A2D和B2D中的至少一个生成第二位置值估算Zest2的第二位置值估算器150:2。
[0206]根据实施方式，第一位置值估算器150:1通过适于接收数字信号AId和BId的第一信号对解释器150:1来实现。第一信号对解释器150:1适于根据所接收的信号对来生成第
一估算位置信号Zestl。
[0207]系统90，90B还可以包括适于接收第二信号对A2D和B2D的第二信号对解释器150:2。第二信号对解释器150:2适于根据所接收的信号对A2B2来生成第二估算位置信号U。这将结合例如图7C进行更详细的描述。
[0208]标尺分度与传感器输出波长之间的相关性
[0209]图6A是示出了图5A的传感器50:1A和具有磁标尺图案35的标尺装置30的图示，如结合图3A、图3B和/或图3C所讨论的。
[0210]图6A示出了相对于标尺装置30沿箭头方向(也表示为Z)上与标尺装置30的表面相距距离Ds的测量路径Z移动的传感器50:1A。因此，在图6A中，传感器50:1A的行进方向在图6A中为从左至右。
[0211]如图6A所示，磁极元件120产生形成与磁标尺图案35相对应的磁场图案240的磁场。磁场图案240可以在与标尺装置30的表面相距距离Ds处检测出。在图6A中，磁场用磁通线250示出。
[0212]磁阻传感器输出波长
[0213]根据实施方式，传感器50:1A包括磁阻传感器，其电阻取决于穿过磁阻传感器本体的磁场的方向。当磁阻传感器沿测量路径ζ (在如图6A所示的箭头ζ的方向上)移动时，磁阻传感器的电阻将随磁场图案240变化，并且检测信号的振幅可以改变如图6A上部分的图160所示。因此，当传感器50:1A被供有预定电压时，流过传感器50:1A的电流也会根据信号发生器45与标尺装置30之间的相对位置变化而改变，如图6A上部分的图160所示。根据优选实施方式，磁阻传感器50:1A实际上可以连接在桥接电路，例如惠斯通电桥或凯雷福斯脱电桥中。这有利地提高了可以检测磁阻传感器的电阻变化的准确性。
[0214]如结合图3A和图3B所讨论的，标尺的增量刻度可以包括具有第一预定分度Al的磁图案，该分度对应于沿箭头Z方向上的路径的相邻磁极元件120之间的距离(参见图3A和/或图6A)。当此标尺装置30与磁阻感测器单元一起使用时，第一预定分度Λ I可以使具有振幅的电信号Al以对应于第一预定分度Λ I的第一预定波长λ I改变，如图6Α所示。因此，当磁阻感测器单元沿测量路径ζ移动第一预定距离△ I时，模拟电信号Al将表现出一个第一预定波长入I。
[0215]因此，当标尺的增 量刻度包括具有第一预定分度Al的磁图案时，磁阻传感器50:1A在沿测量路径Z移动时可以响应于检测到的磁场图案240生成振荡信号Al。实际上，振荡模拟电传感器信号Al可以取决于传感器在标尺方向Z上的移动，以便响应于移动一个分度Λ I而表现出一个第一预定波长λ I。
[0216]霍尔传感器输出波长
[0217]根据编码器90，90Β的实施方式，传感器50:1A可以是霍尔传感器。图6Β是当传感器50:1A是霍尔传感器时磁标尺图案35与传感器输出信号波长之间的相关性。
[0218]霍尔传感器可以包括铟化合物半导体晶体，例如锑化铟。当霍尔传感器经定位使得磁场线以直角穿过霍尔传感器时，传感器可以提供指示磁通密度的值的输出。电流通过霍尔传感器的晶体，当置于磁场中时，该霍尔传感器具有由于“霍尔效应”而在其上出现的电压。霍尔效应是由于电导体穿过均匀磁场而导致的。当霍尔传感器沿方向ζ上的测量路径移动时，霍尔传感器的输出将改变，如图6Β上部分的图160所示。
[0219]如结合图3Α和图3Β所讨论的，标尺的增量刻度可以包括具有第一预定分度Al的磁图案，该分度对应于沿箭头Z方向上的路径的相邻磁极元件120之间的距离(参见图3Α和/或图6Α)。当此标尺装置30与霍尔传感器单元一起使用时，来自霍尔传感器单元的电输出信号的第一预定波长λ I对应于2* A1，如图6Β所示。因此，当霍尔传感器单元沿测量路径ζ移动的距离是第一预定距离Al的两倍时，模拟电信号Al将表现出一个第一预定波长λ 1°
[0220]图6C是当传感器50:1A和50:1B是磁阻传感器时磁标尺图案35与传感器输出信号的波长以及相位之间的相关性的图示。[0221 ] 根据实施方式，具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器(50: 1B)定位在与同样具有灵敏度方向的该第一磁电传感器(50:1A)相距一定几何距离处，其中该第一磁电传感器(50: 1A)和该第一延迟磁电传感器(50: 1B)可以经设置使得它们各自的灵敏度方向基本上平行，并且其中该第一延迟(PD)取决于该几何距离。根据实施方式，两个传感器之间的几何距离是该第一预定分度(A1)的四分之一。这种解决方案有利地使第一延迟(PD)变成四分之一波长。然而，如果使用具有不同的预定分度A3 (其与第一预定分度A1有偏差)的不同标尺装置，则电信号Al和BI将具有另一相位关系。
[0222]根据另一实施方式，具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器(50:1B )可以定位成几何接近同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器(50:1A),其中该第一磁电传感器(50:1A)和第一延迟磁电传感器(50:1B)经设置使得它们各自的灵敏度方向之间具有几何角度，并且其中该第一延迟(PD)可以取决于该几何角度。
[0223]这种解决方案有利地使第一延迟(PD)独立于标尺装置的第一预定分度(A1X因此，具有该第一磁电传感器(50:1A)和该第一延迟磁电传感器(50:1B)的第一磁电传感器磁头(50:1)可以与具有相互不同的第一预定分度(A1)的不同标尺装置30—起使用。类似地，可以通过对第一磁电传感器磁头(50:1)描述的相同方式来制造具有该第二磁电传感器(50:2A)和第二延迟磁电传感器(50:2B)的第二磁电传感器磁头(50:2)。通过该方式，可以有利地实现灵活的信号发生器(45，50)，由此利用具有相互不同的第一预定分度(A1)的不同磁标尺装置来呈现可用性。根据实施方式，几何角度基本上为45度，如图6C所示，这种解决方案有利地使磁电传感器磁头的第一延迟(PD)变成四分之一波长，而不考虑第一预定分度(A1)距离。
[0224]根据实施方式，几何接近使得该第一磁电传感器(50:1A)和该第一延迟磁电传感器(50:1B)设置在大致相同的位置,例如该第一延迟磁电传感器(50:1B)与该第一磁电传感器(50:1A)之间基本上没有距离。
[0225]图6D是当传感器50:1A和50:1B是霍尔传感器时磁标尺图案35与传感器输出信号的波长之间的相关性的图示。
[0226]参照图6D，第一延迟磁电传感器(50:1B)和该第一磁电传感器(50: 1A)可以是霍尔感测器传感器，并且一个该第一波长((λ P λ1ΜΕ, λ 1Η)然后可以通过沿着该两个第一预定分度(A1)的距离的相对移动来生成。根据实施方式，具有灵敏度方向的第一延迟磁电传感器(50:1Β)定位成几何接近同样具有灵敏度方向的第一磁电传感器(50:1Α),其中该第一磁电传感器(50:1Α)和该第一延迟磁电传感器(50:1Β)经设置使得它们各自的灵敏度方向之间具有几何角度，并且其中该第一延迟(PD)可以取决于该几何角度。
[0227]根据实施方式，几何角度基本上为90度。当使用霍尔感测器传感器时，这种解决方案有利地使磁电传感器磁头的第一延迟(PD)变成四分之一波长，而不考虑第一预定分度(A1)距离。
[0228]图7Α是应用于测量对象20 (例如沿方向Z轴向旋转的转轴)的编码器系统的部分的示例性配置的图示。
[0229]如图7Α所示，例如磁编码带形式的标尺装置30可以绕测量对象20圆周地应用。标尺装置30如上文结合图3Α、图3Β和/或图3C所述。因此，标尺装置30包括大量磁北极和磁南极，磁标尺装置的磁北极和磁南极沿圆周方向交替设置。磁北极和磁南极进一步按等间隔的预定距离(第一预定分度A1)设置。第一检测器组50:1和第二检测器组50:2可以经设置使得两个检测器组50:1和50:2的每一个都定位在标尺装置30上方并基本上平行于此。第一和第二检测器组50:1，50:2可以设置为感测由标尺装置的磁极产生的磁场，如参照图6A所讨论的。
[0230]每个磁极形成增量，使得检测器组(第一检测器组50:1和第二检测器组50:2中的一个)经过时，可以生成脉冲，其中该增量脉冲指示增量轴旋转，即，测量对象的增量旋转，如结合图6A和图6B所讨论的。
[0231]在所示的实例中，参照图7A,磁极的数量(也称为磁极数量PN)为32。这意味着当使用磁阻传感器时，转轴每转就可以产生PN个增量。因此，当PN=32时，在使用磁阻传感器时，转轴每转将产生32个增量。在使用霍尔传感器时，转轴每转增量的数量为PN/2。因此，当PN=32时，在使用霍尔传感器时，转轴每转将产生16个增量。
[0232]应注意的是，与参照图7A所示的实例相比，磁极的数量可以不同。例如，更少或更多的磁极可通过在标尺装置中形成更多或更少的磁交变磁极来实现。例如，作为替代，磁极的数量在2至100000的范围内，例如1024或2048。标尺装置30中实际使用的磁极的数量可以取决于应用，轴直径和编码器输出信号中实现的所需分辨率。
[0233]图7B是示出了由越过移动标尺装置的检测器组50:1，50:2 (例如参照图7A举例说明的)产生的信号生成的图示。
[0234]如图7B所示，正弦和余弦信号形式的波形由越过沿方向Z移动的标尺装置的每个检测器组生成，例如参照图7A所示。
[0235]根据实施方式，第一检测器组50:1和第二检测器组50:2的每一个包括两个磁阻传感器。第一检测器组可以包括第一传感器50:1A,其适于生成第一电信号Al,使得该信号根据在与标尺装置30相距一定距离处方向Z上的移动而振荡，第二传感器50:1B可以适于生成第二电信号BI，使得该信号根据在与标尺装置30相距一定距离处方向Z上的移动而振荡。信号Al和BI的波形实例在图7B上部分中可见。第二传感器50:1B适于按相对于第一电信号Al的一定延迟来生成第二电信号BI。换句话说，生成第一和第二电信号使得第一电信号Al与第二电信号BI之间存在相位偏差H)。相位偏差H)的符号可以指示轴20的移动方向。
[0236]第二检测器组包括适于生成第三电信号A2的第三传感器50:2A，以及适于生成第四电信号B2的第四传感器50:2B。信号A2和B2的波形的实例如图7B下部分中所示。
[0237]如上所述，第一检测器组的第一传感器和第二传感器相互配置使得信号Al与BI之间存在相位延迟H)。根据实施方式,第一电信号Al基本上可以形成正弦波,第二电信号BI基本上可以形成余弦信号。因此，根据实施方式:
[0238]Al=sin (ζ),并且
[0239]Bl=Cos(Z),
[0240]其中
[0241]ζ表示沿着测量路径的距离。
[0242]因此，根据该实施方式，第二电信号BI可以与第一电信号Al异相90度。参照图7A，结合图7B，应理解的是，当轴20顺时针(B卩，沿箭头Z的方向)旋转时，信号Al与BI之间的相位偏差可以为+90度，相反，当轴20逆时针(S卩，沿箭头Z的相反方向)旋转时，信号Al与BI之间的相位偏差可以为-90度。因此,信号Al与BI之间的相位偏差的符号(+或_)可以用于确定轴20的旋转方向。
[0243]因此，第二电信号BI可以是第一电信号Al的正交信号。例如，这可以通过配置第一检测器组的第一和第二传感器之间的相对定位或角位移来实现。
[0244]通过类似方式，第二检测器组的第三传感器的第三信号A2基本上可以形成正弦信号，第二检测器组的第四传感器的第四电信号基本上可以形成余弦信号。因此，第四电信号B2基本上可以是第三电信号A2的正交信号。这意味着第一与第二电信号以及第三与第四电信号之间的相位差H)为90度。因此，根据实施方式:
[0245]A2=sin(z),并且
[0246]B2=cos (ζ),
[0247]其中
[0248]ζ表示沿着测量路径的距离。
[0249]因此，信号Α2与Β2之间的相位偏差的符号(+或_)也可以用于确定轴20的旋转方向。
[0250]图7C是示出了第一信号解释器150:1的框图的图示。
[0251]参照图5Α且如图7C所示，来自第一检测器组50:1的正弦和余弦信号形式的信号AId和BId (例如图7Α，7Β举例说明的)被馈入与第一检测器组相关的信号解释器150:1。
[0252]根据实施方式，信号解释器150:1包括反正切函数生成器模块260:1，其设置为通过执行反正切计算函数来对信号AId和BId进行处理。由反正切函数生成器模块260:1生成的输出值Sea可以表示电角(EA, electrical angle),即,根据信号AId和BId从零发展到2Π的值。因此，参照图6A或6B，结合图7B，输出信号Seai指示传感器50:1A信号在一个波长λ I内的相对位置。
[0253]信号解释器进一步包括旋转方向检测器模块270:1，设置为检测标尺装置的旋转方向的RDM。旋转方向检测器模块270:1可以设置为根据信号Al和BI之间检测到的相位关系检测当前旋转方向(顺时针，逆时针)。根据实施方式，当第二电信号BId为第一电信号AId的正交信号时，旋转方向检测器模块270:1可以设置为检测信号AId与BId之间的相位偏差的符号(+或_)，以便生成可以指示轴20的旋转方向的输出信号RD115
[0254]根据实施方式，旋转方向检测器模块270:1包括具有用于接收信号AId与BId的输入端的相位偏差分析器272:1。相位偏差分析器272:1可以适于建立指示信号AId与BId之间的当前相位偏差的值roEST1。分析器还可以具有用于接收指示“正常”相位偏差PDncm的至少两个值的输入端。当信号AId和BId是正交信号时，“正常”相位偏差PDncm值可以分别为+90度和-90度，每个值对应于轴20的两个旋转方向中的一个。
[0255]相位偏差分析器272:1可以适于比较所建立的值TOesti与指示“正常”相位偏差PDnom的两个值。当比较指示所建立的值PDesti基本上对应于指示“正常”相位偏差PDmjem的两个值时，被解释为指示相应检测器磁头50:1定位在标尺图案35上方。
[0256]当相位偏差分析器272:1执行的比较指示所建立的值TOesti与指示“正常”相位偏差PDraffl的两个值都有偏差时，相位偏差分析器272:1可以适于生成相位误差信号PDEl。该信号可以用于检测标尺边沿，如结合下面的图8B所讨论的。
[0257]标尺边沿检测[0258]参照图7C，由相位偏差分析器272:1生成的相位误差信号TOEl可以用于指示检测器磁头50:1定位在标尺图案35上方的效果。因此，出现相位误差信号TOEl的位置Z可以指示检测器磁头50:1正在该位置经过标尺边沿。因此，出现相位误差信号TOEl可以指示检测器磁头50:1刚进入标尺在位置Z处的间隙。因此，从“无相位误差”切换至“相位误差指示”的相位误差信号TOEl可以指示检测器磁头50:1刚进入标尺在位置Z处的间隙。
[0259]当出现这种情况时，编码器可以适于存储该位置值Z，即，220生成的位置值Z，作为用于检测器磁头50:1的标尺末端边沿位置值ZSE:1。
[0260]类似地，当相位误差信号TOEl从“相位误差指示”切换至“无相位误差”时，可以指示检测器磁头50:1在位置Z处刚经过标尺起始边沿，即，检测器磁头50:1刚开始读取由标尺图案35导致的磁场图案240。因此，当相位误差信号TOEl从“相位误差指示”切换至“无相位误差”时，可以指示检测器磁头50:1刚离开间隙340并进入标尺图案35的区域。[0261 ] 信号解释器150:1进一步包括计数器模块280:1，其可以设置为计算由反正切函数发生器260:1传递的信号SEA:1中出现的上升边沿或下降边沿的数量。由于计数器模块280:1最后重置，因此所产生的计算上升边沿或下降边沿的计数值PN可以指示第一检测器组已经经过的标尺装置的磁极数量。因此，计数器模块280:1所传递的输出信号PN可以传递值PN，如上文针对图7A所讨论的。
[0262]计数器模块280:1还可以设置为接收来自旋转方向模块270:1的、与旋转方向相关的信息，以便使计数器模块280:1能够(例如)通过响应于轴20的顺时针旋转增加计数器值PN并响应于轴20的逆时针旋转减少计数器值PN来处理顺时针和逆时针的旋转方向(参见图7C，结合图7A和图1)。
[0263]信号解释器150:1进一步包括存储器部分285 (其可以称为波长存储模块λΜ)。波长存储模块可以设置为存储与磁极元件的物理波长相对应的参数D。参照结合图6Α、图6Β和图3C的讨论，波长存储模块λ M可以适于传递指示第一预定分度Λ I与第一预定波长I之间的关系的信息D。根据实施方式，信息D可以具有尺寸_/ (电角EA度数)。
[0264]波长存储模块λ M可以与分数距离值模块290连接，该分数距离值模块可以设置为处理反正切函数生成器模块260:1传递的值Sea和波长存储模块提供的参数D。
[0265]分数距离值模块290可以设置为将参数D与反正切函数生成器260:1传递的最近接收值SEA:1相乘，以便生成分数λ值λ F1，其中该分数λ值λ F1可以表示一个波长内的当前物理距离。因此，例如，如果使用MR传感器，则我们可以参阅图6A:如果第一预定分度Λ i为5mm，且当前值SEA1=n或180度，则值D为5mm/ λ 1，并且分数距离值模块290传递的分数λ值λ F1可以表示2.5mm,即，物理距离Λ I的二分之一。
[0266]信号解释器150:1还可以包括位置估算模块300，该位置估算模块设置为产生标尺装置30的当前位置相对于检测器装置50的第一估算ZEST1(参见图1，结合图7A和图7C)。位置估算模块300可以设置为根据分数距离值模块290的分数λ值λ F1和从计数器模块280:1接收的计数值PN来生成当前位置的第一估算ZEST1。
[0267]参照图5A和图7C，第二信号解释器150:2可以按照如针对第一信号解释器150:1描述的相同方式进行操作。因此，第二信号解释器150:2可以包括位置估算模块300:2，该位置估算模块设置为根据A2d和B2d信号产生标尺装置30的当前位置相对于检测器装置50的第一估算Zest2 (参见图5A，结合图1、7A和图7C)。因此，第二信号解释器150:2还可以包括旋转方向检测器模块270: 2，该模块可以设置为根据A2与B2信号之间检测到的相位关系来检测当前旋转方向(顺时针，逆时针)。根据实施方式，当电信号B2D为电信号A2d的正交信号时，旋转方向检测器模块270:2可以设置为检测信号A2d与B2D之间的相位偏差的符号(+或_)，以便生成可以指示轴20的旋转方向的输出信号RD2。
[0268]此外，第二信号解释器150:2还可以包括与如上所述的相位偏差分析器272:1相对应的相位偏差分析器272:2。
[0269]图7D是示出了由越过移动标尺装置的检测器组中的一个(例如参照图7A举例说明的)产生的信号的处理的图示。
[0270]如图7D上部分所示，波形acrtanfl通过处理由第一检测器组(例如参照图7B举例说明的)生成的电信号Al和BI来生成。该处理可以由处理装置100执行，如参照图2和/或图4和图5A所示。
[0271 ] 根据实施方式，由第一检测器组50:1生成的第一 Al和第二 BI电信号通过利用符合以下方程式I的反正切函数来处理。
[0272](备)
【权利要求】
1.一种用于检测旋转轴(20)相对于机器(10)的一部分(40)的旋转移动的编码器(90)，所述编码器包括: 标尺装置(30)，附接至所述轴的圆周，所述标尺装置(30)具有宽度(W)和长度(Z，L)，其中，所述标尺装置(30)包括第一磁标尺图案(35，140)，所述第一磁标尺图案包括沿所述长度(Z，L)方向以第一预定分度(A1)设置的多个磁极元件(120)以便在与所述标尺装置(30)的表面相距第一距离处生成第一磁场图案(240)； 信号发生器(45，50)，安装在机器的所述部分(40)上，所述信号发生器(45，50)包括外壳，所述信号发生器(45, 50)进一步包括: 第一输出端子，适用于提供指示所述信号发生器(45，50)与所述标尺装置(30)之间的相对位置变化的编码器输出信号； 第二输出端子，适用于提供指示所述轴的旋转位置的参考信号； 具有第一磁电传感器(50:1A)的第一磁电传感器磁头(50:1),所述第一磁电传感器适于响应于所述磁场图案(240)的检测来生成第一电信号(Al),使得所述第一电信号(Al)根据所述第一磁场图案(240)来周期性变化，以便在第一磁电传感器(50:1A)沿所述第一磁标尺图案(35，140)移动时所述变化表现出取决于所述第一预定分度(A1)的第一波长 (入 I，入 1MR，入 1H); 具有第二磁电传感器(50:2A)的第二磁电传感器磁头(50:2)，所述第二磁电传感器适于响应于所述第一磁场图案(240)的检测来生成第二电信号(A2),使得所述第二电信号(A2)根据所述第一磁场图案(240)来周期性变化，以便在第二磁电传感器(50:2A)沿所述第一磁标尺图案(35，140)移动时所述变化表现出取决于所述第一预定分度(A1)的所述第一波长(λ丨，λ腫，λ 1Η)； 第一信号处理单元(125:1Α，100)，包括: 第一装置(125: 1A，260:1,150:1)，适于根据所述第一电信号(Al，BI)生成周期性变化的第一数字信号(A1D, Seai),以便在第一磁电传感器(50:1A)沿所述第一磁标尺图案(35,140)移动时所述第一数字信号(A1D, Seai)的变化表现出所述第一波长(λ P λ 1ΜΕ, λ1Η);以及 第二装置(125:2Α，260:2,150:2),适于根据所述第二电信号(Α2)生成周期性变化的第二数字信号(A2D，Sea2),以便在所述第二磁电传感器(50:1A)沿所述第一磁标尺图案(35，140)移动时所述第二数字信号(A2D, Sea2)的变化表现出所述第一波长(λ P λ 1ΜΕ, λ 1Η);其中 所述标尺装置(30)在所述第一磁标尺图案(35，140)的端部之间包括至少一个间隙(340);并且其中 所述信号生成器(45，50)进一步包括: 分析器，适于根据所述间隙的检测生成标尺间隙指示信号；以及 输出信号产生器(220，230)，适于根据以下各项产生所述编码器输出信号: 所述第一数字信号(A1D, Seai), 所述第二数字信号(A2D，SEA2)，并且其中 所述输出信号产生器(220，230)适于根据所述标尺间隙指示信号产生所述参考信号。
2.根据权利要求1所述的编码器，其中所述分析器适于根据以下各项生成所述标尺间隙指示信号: 涉及所述第一数字信号(A1D，Seai)的分析，或 涉及所述第二数字信号(A2D，Sea2)的分析和/或 涉及所述第一数字信号(A1D，SeaI)和所述第二数字信号(A2D，Sea2)的比较分析。
3.根据权利要求1所述的编码器，其中 所述分析器适于响应于检测以下各项之间的偏差生成所述标尺间隙指示信号: 由所述第一磁电传感器磁头(50:1)感测的所述磁场图案(240，340 )以及 由所述第二磁电传感器磁头(50:2)感测的所述磁场图案(240，340 ); 和/或响应于检测(272:1)以下各项的变化生成所述标尺间隙指示信号: 由所述第一磁电传感器磁头(50:1)感测的所述磁场图案(240，340 )或 由所述第二磁电传感器磁头(50:2)感测的所述磁场图案(240，340 )。
4.根据权利要求1所述的编码器，其中 所述分析器适于响应于检测以下各项的变化生成所述标尺间隙指示信号: 由所述第一磁电传感器磁头(50:1)借助从指示无相位误差的状态切换至指示检测到相位误差的状态的相位误差信号(PEDl)感测的所述磁场图案(240，340)， 和/或 由所述第一磁电传感器磁头(50:1)借助从指示相位误差的状态切换至指示无相位误差的状态的相位误差信号(PEDl)感测的所述磁场图案(240，340)。
5.根据权利要求1所述的编码器，其中 所述分析器适于根据涉及所述第一位置值估算(Zesti)和所述第二位置值估算(Zest2)的比较分析来生成所述标尺间隙指示信号。
6.根据权利要求1所述的编码器，其中 所述分析器适于在所述第二位置值估算(Zest2)指示一定程度的移动而所述第一位置值估算(Zesti)指示移动较少或基本上未移动的情况下，生成指示所述第一磁电传感器磁头(50:1)不在检测所述标尺的位置上的First_off_Scale信号，以及 所述分析器适于响应于所述First_0ff_SCale信号生成所述标尺间隙指示信号。
7.根据权利要求1所述的编码器，其中 所述分析器适于生成指示所检测出的移动的差值(e)，所述差值(e)指示所述第二位置值估算(Zest2)与所述第一位置值估算(Zesti)之间的差。
8.根据权利要求7所述的编码器，其中 所述分析器适于响应于达到预定值的所述差值(e)生成所述标尺间隙指示信号。
9.根据权利要求7所述的编码器，其中 所述分析器适于响应于达到预定值的所述差值(e)生成所述标尺间隙指示信号，所述预定值对应于所述间隙的宽度值(a)的一定比例。
10.根据权利要求7所述的编码器，其中 所述分析器适于响应于达到预定值的所述差值(e)生成所述标尺间隙指示信号，所述预定值大致为所述间隙的宽度值(a)的二分之一。
11.根据权利要求1所述的编码器，其中所述第一磁电传感器磁头(50:1)进一步包括:第一延迟磁电传感器(50:1B)，适于响应于所述磁场图案(240)的检测来生成第一延迟电信号(BI)，使得所述第一延迟电信号(BI)根据所述磁场图案(240)来周期性变化，以便在第一延迟磁电传感器(50:1B)沿所述磁标尺图案(35，140)移动时所述变化表现出取决于所述第一预定分度(A1)的所述第一波长(λ 17 λ 1ΜΕ, λ 1Η)； 所述第一延迟磁电传感器(50:1Β)相对于第一传感器(50: ΙΑ)定位为使得在操作中，当所述轴沿顺时针转动方向(+Ζ)旋转时，所述第一延迟电信号(BI)相对于所述第一电信号(Al)以第一延迟(PD)进行变化，当所述轴沿逆时针转动方向(-Ζ)旋转时，所述第一延迟电信号(BI)相对于所述第一电信号(Al)以第二延迟(-PD)进行变化，所述第二延迟(-PD)不同于所述第一延迟； 所述第一装置(125:1Α，260:1,150:1)还适于生成周期性变化的第一延迟数字信号(B1D)，使得在操作中，当所述轴沿顺时针转动方向(+Ζ)旋转时，所述第一延迟数字信号(BI)相对于所述第一数字信号(AId)以第一延迟(PD)进行变化，当所述轴沿逆时针转动方向(-Z)旋转时，所述第一延迟电信号(BId)相对于所述第一电信号(AId)以第二延迟(-PD)进行变化，所述第二延迟(-PD)不同于所述第一延迟； 其中 所述分析器适于根据以下各项的振幅分析生成所述标尺间隙指示信号: 周期性变化的所述第一数字信号(Aid)以及 周期性变化的所述第一延迟数字信号(B1D)，利用当第一磁电传感器(50:1A)沿第一磁标尺图案(35，140 )移动时这两个信号基本上是正交信号的事实。
12.根据权利要求1所述的编码器，其中所述第二磁电传感器磁头(50:2)进一步包括: 第二延迟磁电传感器(50:2B)`，适于响应于所述磁场图案(240)的检测来生成第二延迟电信号(B2)，使得所述第二延迟电信号(B2)根据所述磁场图案(240)来周期性变化，以便在第二延迟磁电传感器(50:2B)沿所述磁标尺图案(35，140)移动时所述变化表现出取决于所述第一预定分度(A1)的所述第一波长(λ 17 λ 1ΜΕ, λ 1Η)； 所述第二延迟磁电传感器(50: 2Β)相对于所述第二传感器(50: 2Α)定位为使得在操作中，当所述轴沿顺时针转动方向(+Ζ)旋转时，所述第二延迟电信号(Β2)相对于所述第二电信号(Α2)以第一延迟(PD)进行变化，当所述轴沿逆时针转动方向(-Ζ)旋转时，所述第二延迟电信号(Β2)相对于所述第二电信号(Α2)以第二延迟(-PD)进行变化； 所述第二装置(125:2Α，260:2，150:2)还适于生成周期性变化的第二延迟数字信号(B2D)，使得在操作中，当所述轴沿顺时针转动方向(+Ζ)旋转时，所述第二延迟数字信号(B2D)相对于所述第二数字信号(A2D)以第一延迟(PD)进行变化，当所述轴沿逆时针转动方向(-Z)旋转时，所述第二延迟数字信号(B2d)相对于所述第二数字信号(A2d)以第二延迟(-PD)进行变化； 其中 所述分析器适于根据以下各项的振幅分析生成所述标尺间隙指示信号: 周期性变化的所述第二数字信号(A2d)以及 周期性变化的所述第二延迟数字信号(B2D)，利用当第一磁电传感器(50:1A)沿第一磁标尺图案(35，140 )移动时这两个信号基本上是正交信号的事实。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的编码器，其中 所述分析器适于根据以下各项的和来设置第一振幅参考值(Cl): 周期性变化的所述第一数字信号(Aid)的平方以及 周期性变化的所述第一延迟数字信号(Bid)的平方；并且 所述分析器适于根据以下各项的和来设置第二振幅参考值(C2): 周期性变化的所述第二数字信号(A2d)以及周期性变化的所述第二延迟数字信号(B2d)的平方，并且 所述分析器适于根据所述第一振幅参考值(Cl)与所述第二振幅参考值(C2)之间的关系生成所述标尺间隙指示信号。
14.根据任一前述权利要求所述的编码器，其中 编码器用户界面适于允许用户选择使用可选标尺间隙指示信号(S200); 编码器允许设置偏移参数值(FPOFFSET)，所述偏移值指示所述标尺装置的生成所选的所述标尺间隙指示信号的位置至可以牢固附接至所述轴的所述标尺装置(30)的位置的距离； 所述编码器适于识别(S220)由反正切函数发生器模块(260:1)生成的信号(Seai)中的参考振幅值(FP);在位于与生成所选的所述标尺间隙指示信号的位置相距基本上相当于所述偏移参数值(FPOFFSET)的位置(Z)处出现所述参考振幅值(FP)； 编码器适于存储(S230)所述参考振幅值(FP)作为参考振幅值(Afp)。`
15.—种借助如前述权利要求中任一项所定义的编码器来生成参考信号的方法,其中每转出现一次所选的标尺间隙指示信号，包括: 响应于接收到所选的标尺间隙指示信号来启动测距仪； 如果所述测距仪指示距所选的标尺间隙指示信号出现的偏移距离(FPOFFSET)，则比较周期性变化的数字信号(A1D，Seai)的当前值与所存储的参考振幅值(Afp)； 响应于所述当前值(A1D，Seai)等于存储的所述参考振幅值(AFP)，利用所述编码器生成固定点参考信号；以及 响应于所述固定点参考信号生成所述编码器输出参考信号。
【文档编号】G01D5/245GK103528602SQ201310275091
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月2日 优先权日:2012年7月2日
【发明者】弗雷德里克·古斯塔夫松, 拉尔斯·彼得·约翰·谢尔奎斯特 申请人:莱纳林德有限公司