CN101218512A - 电容传感技术 - Google Patents

Abstract

传感器(100)包括具有多个彼此分开的轨道(120)的面(112)。这些轨道(120)中的一个轨道具有被电绝缘的间隙(132)隔开的第一电极(134)和第二电极(136)。传感器(100)还包括延伸跨过所述轨道的检测装置(114)，用于通过电容性耦合来接收信号。电耦合到轨道(120)和检测装置(114)的传感电路(110)，被构造成根据所建立的序列来生成施加到轨道(120)的连续信号图的多个第一位。电路(110)还被构造成响应于来自检测装置(114)的信号图而生成多个第二位。所述第一位和第二位表示检测装置(114)沿着轨道(120)的位置，与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

Description

电容传感技术

相关申请的交叉引用

本申请要求于2004年6月23日提交的第60/582,205号美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明总的来说涉及位置传感器领域，具体地但非排他地，涉及用于在预定的旋转范围内感测结构的绝对位置的，无接触式旋转或线性位置编码器。

背景技术

位置传感器包括基于结构(例如操作地耦合到传感器的制动轴)的移动，来改变电子询问的物理参数的装置。对于无接触式传感器来说，这种改变是在没有物理接触的情况下实现的，因而对于某些应用来说可以根据需要减少由传感阻力或噪声而引起的疲劳失效或系统退化。在编码设备中，物理参数移动导致代表位置或移动的电子码的生成。

在大多数无接触式传感器的应用中，通常希望一通电就可以在预先限定的测量范围内获得被询问的结构的绝对位置。还希望位置信息是准确的，并且希望增量是公知的线性形式。许多电子询问的无接触特性已经被用来实现这种位置感测，其中包括例如光检测、磁力、电容、感应系数和RF传输。

在旋转位置感测区域中、特别是在360°的测量范围内，光学编码器是常见的。基于光学的传感器通常采用照明源、反射或透明的编码段的阵列、以及相应的光敏探测器。光学传感器通常会受到工作温度、对污染的敏感性和光源老化的限制。此外，为了可以访问与电功率的施加相当的位置信息，复杂的编码器结构或多路传感器导致成本和传感器封装的整体尺寸的增大。因此，光学方案通常被执行为增量编码器，一旦在编码模式内检测到已知的位置，所述增量编码器便以精确的单位计数。这一类传感器通常不能提供希望的直观的位置信息，除非通过电子存储器、辅助的绝对位置传感器输入或类似的装置对其进行改进。

因此，仍然需要在该技术领域做出进一步的贡献。

发明内容

本发明的一个实施方式是一种独特的传感技术。其他的实施方式包括独特的、检测位置的方法、设备、系统和装置。在一种形式中，非接触的位置编码器包括由电容耦合的电极装置跨越的多轨道电极图案。在另一种形式中，一个电极与传感器轨道的至少两个电极电容地耦合，所述的至少两个电极相隔有介入间隙。两个电极接收相互反相的电压波形。在本发明的另一种形式中，提供了上述形式的混合组合。

在本发明的另一种形式中，通过静态元件上的有源驱动的空间编码段到移动部件上的窄拾取器的电容性耦合的AC特性来实现数字编码器。在一个实施例中，旋转传感器的静态元件包含导电编码段，导电编码段具有交替的环形实和补部分，这些部分以不导电基底上的多位的格雷码图案的形式径向地、或横跨(transverse)传感器的移动方向设置。所得到的同心环形的环段表示用于格雷码的位序列，并具有最内的环位置处的MSB或LSB，以及以向外的径向顺序方式处理的适当段配置结构。各个位环的交替的环形实段和补段电连接到两个公共的输入节点，一个用于实，而另一个用于补。

实段用正脉冲图案来驱动，而补段同时地用负脉冲图案来驱动。这些脉冲图案被连续地以横跨传感器的移动方向的方向，从MSB朝向LSB(反之亦然)施加到径向隔开的环形图案。窄可移动导电拾取器(其宽度由传感器系统所要具有的分辨率决定)被保持在静态编码图案和基底的上方的固定距离处，并径向(横向于传感器的移动方向)地从内位环向外位环延伸。静态编码段和重叠的拾取器表面的组合形成了两个电容板，并用作从静态编码段(拾取器位于其上)接收的电容性耦合脉冲的加法元件和位置检测元件。静态编码器基底和旋转的拾取器之间的空气和其他一些材料起到了介电媒介的作用，通过这些媒介电容地传输脉冲。拾取器的加法作用提供了一种边缘检测的方式，这在许多实现中是期望的。拾取信号被通过电容发射器和接收器板连接到处理电路。

在这里描述的旋转传感器实施方式中，电容发射器能够通过与旋转轴线同心的导电环来实现，并附着到拾取器的一端。复制的环被直接设置在静态编码器基底的旋转环的对面，其中各个环形成了与编码/拾取器电容器结构电串联的电容器板。电容地耦合的信号通过传感器的处理电路放大，主要的脉冲利用自参考比较器来检测，以产生一系列的真(true)或假(false)数字信号，在与施加到静态编码器图案上的驱动信号同步时，真或假数字信号能够以同步的格雷-至-二进制变换电路来解码，以准确地表示相对于静态编码器结构的移动的拾取器结构。

在本发明的另一种形式中，以检测的方向将正、负向脉冲顺序地施加到大小相等的相邻导电图案上。以上述形式描述的拾取器结构(其被修改以使得宽度大约等于相邻的一个图案)被用来将脉冲耦合到采样和保持电路，该采样和保持电路测量所接收到的实和补脉冲的连续振幅。所得到的振幅对应于在实或补图案段上方的拾取器的相对位置、或得到的重叠区域。如果比例地(ratiometrically)比较实和补振幅，则所得到的值将准确地表示拾取器在相邻图案限定的距离内的绝对位置。

另一实施方式包括：限定有多个相互隔开的轨道的第一传感器部件、包括电容电极区域的第二传感器部件、以及包括电信号源、逻辑和检测电路的电路。所述多个轨道中的每一个包括多个隔有相应的不导电间隙的电容电极段。第二传感器部件的电极区域跨过所述轨道以相应地重叠各个所述轨道的一个或多个段。所述电信号源在一序列的时间周期内生成信号图，以根据建立的各个时间周期的序列，向多个段中的每一个提供变压。第二传感器部件的电极区域与所述多个轨道中每一个轨道的一个或多个电极段电容耦合，以检测响应所述信号图发射的一序列信号。所述检测电路与所述电极区域和逻辑电路电耦合。所述逻辑响应于所述信号源和所述检测电路，以确定所述电极区域相对于所述多个轨道的位置的相应信息。

另一实施方式包括传感装置，包括限定有多个轨道的面，所述多个轨道相互电绝缘。所述多个轨道中的一个包括第一组电极，所述第一组电极由一组相应的不导电间隙相互隔开。所述第一组电极包括所述电极与第一电节点耦合的第一子集，以及与第二电节点耦合的第二子集。所述第一子集的电极和所述第二子集的电极沿着所述轨道相互交替。在一种形式中，该实施方式包括：电信号电路，其具有耦合于所述第一节点的非反相输出，以及耦合于所述第二节点的反相输出；以及电极设备，其位置与传感装置的所述面相对，以电容地耦合到轨道电极上。

另一个实施方式包括：生成信号图以重复地向传感器的两个或多个轨道中的每一个提供变压；使所述传感器的电极与所述轨道电容地耦合，以通过检测响应于所述信号图发射的第一组信号，来确定沿着所述轨道的第一电极位置；相对于所述电极和轨道中的一个，移动所述电极和轨道中的至少另一个，以使得沿着所述轨道的第二电极位置不同于所述第一电极位置；以及通过电容性地耦合到所述多个轨道的电极，检测响应于所述信号图发射的第二组信号，以确定所述第二电极的位置。

在另一种实施方式中，提供传感器轨道，所述传感器轨道包括第一电极和与所述第一电极由不导电的间隙分隔开的第二电极。还提供位置与所述轨道相对的第三电极。向所述第一电极施加第一电压波形以及向所述第二电极施加第二电压波形。电容性地将所述第三电极耦合到轨道，以响应所述第一电压波形从所述第一电极检测第一信号，以及响应所述第二电压波形从所述第二电极检测第二信号。作为第一信号和第二信号的函数，确定表示第三电极沿着传感器轨道的位置的信息。

另一个实施方式包括：传感器对多个第一位进行编码，所述传感器包括多个传感器轨道和电极，所述第一位中的每一个对应于所述多个传感器轨道中的不同的一个；向所述多个轨道中的一个轨道的第一电极段施加第一电压波形，以及向该轨道的第二电极段施加第二电压波形，所述第一段和第二段由不导电的间隙分隔开；使所述电极与所述段电容性地耦合，以响应所述波形提供一组信号；以及通过传感器将一组第二位确定为所述信号的函数，所述第一位和第二位表示被检测到的位置，并且与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

另一个实施方式包括：提供传感器，所述传感器具有第一部件和第二部件，所述第一部件包括第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开，所述第二部件包括第三电极，并设置于与所述第一部件相对；顺序地向所述第一电极施加第一电压波形和向所述第二电极施加第二电压波形；电容性地将所述第三电极耦合到所述第一部件，以响应所述第一电压波形的应用提供第一信号，以及响应所述第二电压波形的应用提供第二信号；将所述第一信号和所述第二信号相对于彼此进行评估，以判定所述第三电极的位置。

另一个实施方式包括：向传感器轨道施加电压波形序列，所述轨道包括第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开，第三电极被设置为与所述轨道相对；使所述第三电极与所述第一电极和第二电极电容性地耦合，以响应所述波形序列提供检测信号序列；处理所述检测信号序列以对信号和与信号差进行比较；以及相对于沿着所述第一电极、所述间隙和所述第二电极的范围，插入所述第三电极的位置。

在另一个实施方式中，一种装置，包括：包括轨道的传感器面，其具有第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开；检测设备，与所述轨道隔开，以通过电容性的耦合，从所述第一电极和第二电极接收信号；以及传感器电路，与所述轨道和所述检测设备电耦合。所述电路包括用于向所述第一电极和第二电极提供电压波形序列的装置，以及响应所述波形序列，处理来自所述检测设备的检测信号序列的装置。所述处理装置包括用于比较信号和与信号差的装置，以相对于沿着所述第一电极和第二电极的位置范围，插入所述检测设备的位置。

另一个实施方式包括：提供传感器轨道，所述轨道包括第一电极、第二电极和第三电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开，所述第三电极定位于与所述第一部件相对的位置；向所述第一电极施加第一电压波形和向所述第二电极施加第二电压波形，所述第二波形与所述第一波形不同；以及电容性地将所述第三电极耦合到轨道，以确定表示第三电极相对于第一电极、第二电极和间隙的位置的两个二进制状态中的一个状态。

本发明的一个目的在于提供一种独特的检测技术。可选地或附加地，本发明的其他目的在于提供独特的方法、装置、系统或设备用于检测位置。在参照本文中的附图和说明书后，本发明的其他目的、形式、实施方式、特征、有益效果以及方面将变得显而易见。

附图说明

图1是传感器的示意图；

图2是包括图1中传感器的电路的选定方面的示意图；

图3是进一步显示图1和2所示的、基于时间的发生器的细节示意图；

图4是示出由图1-3中的发生器生成的变压脉冲的时序图；

图5是包括在图1的传感器中的处理电路的示意图；

图6是进一步示出图5中的电路的一个实现的示意图；

图7是显示图6的比较器的输入的时序图；

图8A-8C示出了图6中的比较器在不同的输入情况下的不同输出；

图9是示出了在图5和6中显示的同步寄存器和解码器的一个实现的示意图；

图10是另一种类型的传感器的示意图；

图11是示出了图10的传感器操作的比较时序图；

图12是表示图10的传感器的另一方面的示意图；

图13是另一种传感器的局部示意图；

图14是另一种传感器的局部示意图；

图15是另一种传感器的局部示意图；

图16是另一种传感器的平面图；

图17是在图16中显示的传感器(包括拾取电极的细节)的局部图；

图18是一种类型的单一轨道位置传感器的局部示意图；

图19是另一种类型的单一轨道位置传感器的局部示意图；

图20是扭矩传感器的侧视示意图；

图21是用于图20的扭矩传感器的定子的局部示意图；

图22是图20的扭矩传感器的编码器转子的局部示意图；以及

图23是图20的扭矩传感器的拾取转子的局部示意图。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，将参照附图中示出的实施方案，并且将采用特定的语言来描述这些实施方案。然而，应当理解的是，不希望因此而限制本发明的范围，对描述的实施方案的改变或进一步的修改和/或本文中示出的本发明的原理的进一步应用，是本发明所涉及的技术领域的技术人员通常可以想到的。

在本发明的一种形式中，提供了一种电容性耦合的位置编码器。该编码器检测元件上的电容极板相对于相对元件上的编码段的位置。编码器元件之间的移动可以是旋转移动和/或线性移动。在一种实现中，所述数字编码器包括绝对位置编码器，而不包括增量编码系统。对于这种配置来说，系统响应于功率的施加来报告正确的位置。

在一种实施中，为了实现低成本生产，所述数字编码器基于被蚀刻的印刷电路板(PCB)技术。对于一种旋转移动形式来说，在例如定子的一个部分上，所述编码设备包括一组编码的角形扇区(sector)，其中在该扇区上施加连续形式的变化的电压脉冲。位于移动部分(例如转子)上的窄电容耦合拾取器覆盖所述编码的扇区，拾取器与编码的扇区之间由较小的空气隙或其他适当的电介质隔开。当所述转子移动时，拾取器根据编码方法的分扇区几何学来从所述定子接收不同形式的脉冲，所述编码方法对应于转子相对于定子的角度。采用格雷编码方案设计所述定子上的编码弧。格雷码在一个时间仅产生一位编码转换，避免了可能由多位转换而引起的二重性。然而，应当理解的是，如本领域的技术人员可以想到的那样，可以采用其他的编码格式。

如上所述，所述转子容纳窄的放射状的导电条或指示器，其中所述导电条或指示器覆盖定子上的编码段，并且所述导电条与所述编码段被较小的空气隙或其他类型的电介质隔开。该导电条的角形宽度与所述编码器的分辨率有关。在该实施例中，9位编码器(512个值)对应于360/512或者约0.703度宽的最低有效位(LSB)的角表示。在一种格雷码实现中，最小的段的宽度是LSB角形扇区宽度的两倍，或者约为1.406度。对于该编码器的设置，编码元件的边沿转换往往确定传感器的分辨率。拾取宽度可以为同样大小，因为位置准确度不是由拾取宽度决定的，而是由感测相邻的实(T)码段到补(C)码段之间的边沿转换的能力决定的。拾取器对两种信号求和，并且在大致位于转换的中心点时，输出便改变状态。

对于利用PCB蚀刻技术和/或光刻技术限定的图案来说，系统的准确度取决于如何较好地检测边沿/转换，以及图案的准确度。在定子的一个圆盘实施方案中，内部的弧形段对应于最高有效位(MSB)，而外部的弧形段对应于最低有效位(LSB)(或者反之亦然)，并且所述内部的弧形段和所述外部的弧形段被连续地施加窄的电压脉冲。对于该实施方案来说，与定子之间被电绝缘的间隙隔开的可移动的拾取转子，通过电容性的耦合，在定子的编码弧内拾取对应于拾取器位置的脉冲。最终获得的编码脉冲序列通过位于转子和定子上的相邻的“发射器”环和“接收器”环，耦合回定子板上的放大和处理电路。由于耦合环围绕轴线具有大致相同的半径和高度，因此耦合电容不会不希望地随着旋转角变化。

对于该圆盘实施方案来说，根据径向位置的函数来确定定子上的每个格雷编码弧的尺寸，以便在编码拾取的情况下，对于每个位产生近似相等的表面积。利用对于每个位相等的面积，接收的信号的幅度在名义上是相等的。除了由正向脉冲来驱动的定子的主要(实)编码段之外，利用负向(补)脉冲来同时驱动交替的等长度的编码段。所述负脉冲对应于来自编码阵列的二进制“0”返回值，而所述正脉冲对应于编码阵列的二进制“1”。当拾取器接近编码转换时，它会覆盖实(实)码段和补(补)码段的一部分。在电容性耦合的拾取面上，信号是加性的，因而在从“0”到“1”(或者反向)的编码转换的边沿，信号互相抵消。定子上的处理电路检测所述转换点，并相应地改变输出。当转子相对于定子移动时，即使定子和转子之间的间隙会发生变化，拾取器的窄的角形覆盖区(angular footprint)仍使得信号的相对幅度具有基本上均一的比例。

编码条(定子段)驱动电路产生一系列短的高频逻辑电平脉冲，以便提供穿过定子-至-转子电路的较小的电容量的足够耦合。用于回波信号的圆形的耦合电容极板被设计成面积基本大于任何单独的拾取位信号的面积，以便降低返回到检测电路的耦合损耗。传感器的拾取器在格雷编码的实和补段生成的空间脉冲图上的求和操作可以提高准确度。提供给定子段的每个脉冲都跟随有足够的停滞时间，以便允许拾取放大器的输入级下降到稳定电平。

在一个9位数字编码器的实施方案中，实脉冲序列来源于产生0-5伏窄脉冲的逻辑驱动级，其中所述窄脉冲被施加到格雷码弧的实码段。补脉冲序列产生于具有5-0伏负向脉冲的反相逻辑驱动级，其中所述负向脉冲被施加到格雷码弧的补码段。由于信号是电容链路上的交流耦合信号，因此在拾取放大器端接收的信号为以局部虚地为中心的正负向脉冲。几乎在任何角度，拾取信号都覆盖实和补码信号的混合信号。所述脉冲序列的占空因数较低，因而可以配置简单的低通滤波，以提供拾取信号的平均电平，其中所述拾取信号的平均电平被施加到高速比较器的参考输入端。放大的实与补混合脉冲序列被施加到比较器的另一个输入端。

比较器的逻辑电平输入被载入具有驱动器定时逻辑所产生的同步脉冲的寄存器级中，其中该同步脉冲与接收的编码脉冲的中心重合。采用同步检测时，只选取有效的脉冲采样，这样可以减少噪声或信号不定性。例如，逻辑“0”脉冲回波为负，并且在同步脉冲的时间内肯定小于比较器参考阈值，而逻辑“1”脉冲回波为负，并且基本大于比较器参考阈值。在一个实施方案中，信号通过反相放大器之后再被施加到比较器，因此信号被反相。在所有其他时间，比较器的输出可能是不确定的，因此可以将其忽略。

在编码边沿转换时，来自相同编码扇区半径的实脉冲和补脉冲，通过拾取器耦合到接收器电路中。当由于拾取元件的求和特性而通过段边沿时，拾取脉冲输出的相对大小和极性发生会发生改变。当拾取器的中心大致位于边沿时，信号会相互抵消。比较器电路包括较小的滞后元件，而所述滞后元件在该点会产生急剧的状态转换。此外，定时的采样脉冲可以确保有效的比较器输出被施加到传感器的译码逻辑。通过构造具有MSB前导位的格雷码脉冲连续输出，则可以串行执行向二进制位置字的译码。在该实施方案中，通过一对触发器和异或门，将同步脉冲用作时钟和递归顺序，便可以将格雷编码数据转换成二进制数，并将其载入输出寄存器中。定子上的具有正向实脉冲的实码段与具有负向补脉冲的交替的补码段的组合，往往可以抵消潜在不利的寄生耦合。

在一个实施方案中，定子上的拾取“接收器”环被围绕内外圆周的窄的保护环屏蔽。该保护环连接到第一级拾取放大器的低阻抗输出端。该放大器具有几乎统一的放大器增益，以便使高阻抗的电容性拾取器与低阻抗的处理电路更好地匹配。通过将该低阻抗的输出连接到保护环，保护环便具有与输入信号几乎相同的信号幅度，从而潜在地降低寄生电容和提供屏蔽。

在本发明的另一个实施方案中，模拟和数字接地电路的布图和间距被配置成提供较大的导电区域，以便使放大器和逻辑级去耦。在比较器的接地端，优选在处理电路的共同的直流返回端，提供单个点的公共连接。在多层定子板中，接地屏蔽插入于定子表面上的外部编码段与驱动器和接收器电路的内层之间。连续的编码脉冲的产生、信号同步以及译码逻辑可以全部并入单个微处理器的程序中。放大器和比较器优选为由公共的+5.0伏电源供电的单个设备。电源还可以用来给所述微处理器供电。

在又一个实施方案中，数字编码器包括具有单独的耦合环的辅助拾取器。所述辅助拾取器被隔开一定的偏移角，所述偏移角包括附加的半个最低有效位的偏移。利用适当的译码和处理，该实施方案可以使传感器的分辨率加倍。所述辅助拾取器可以起到针对可靠性和故障检查/探测的重复拾取器的作用。所述辅助拾取器可以被设置成相对于主拾取器翻转180度(或者任何其他方便的相位角度)，并且可以减去固定的偏移量，以便得到与主拾取器基本匹配的输出。如果主拾取器和辅助拾取器的输出不匹配，则会发出警告。在另一个实施方案中，可以采用三个拾取器，并且可以采用三中取二输出信号表决(two-out-of-three output signal vote)来保证有效的输出。

在再一个实施方案中，仅实现了定子上的主实格雷码段，并且该主实格雷码段与接地极板交替。该技术可以与双重拾取设置一起使用。主实拾取器可以包括直的径向元件，而辅助补拾取器则采用较小面积的段，其中所述较小面积的段被互连且被隔开，以覆盖每个位相对于定子编码段的相应的补位置。在放大器中可以将两个拾取通道的输出合并，以使得实和补信号在编码段边沿相互抵消，从而提供与上述系统类似的感测结果。

在描述了与落在本发明的范围内的数字编码器的几种实施方案有关的各种元件和特征之后，现在参照图1至9中示出的实施方案。结合图1的传感器100来描述无接触编码器和编码技术的一个实施方案。传感器100包括电路110，而电路110与传感器面112和检测装置114相连。所示出的技术是基于以下方面的：将来自电路110的数字信号发生器10的时基脉冲序列施加到一组导电极板1上，其中导电极板1被设置为面112的固定表面上载有的轨道120的格雷码二进制图116。为了保持清晰，仅给几个极板1指定了参考标记。电路110还包括脉冲编码接收和处理电路150。适当尺寸的较窄的拾取器2安装在转子部件13上，转子部件13相对于定子部件12载有的编码图案(codepattern)116移动。拾取器2与编码图案116被小的电绝缘的间隙122隔开。拾取器2限定出与面112相对的面224。面124限定出贯穿轨道120的导电电极226，其中轨道120大致横穿在面112与面124之间相对移动的方向。尽管在图1中图116被示意性地表示成直线形式，但是图案116在物理上被设置成近似圆形的图案，如下面更加详细的描述的图13的实施方案所示。对于这种配置来说，轨道120可以围绕枢轴点同心地定向，并且转子部件13(包括拾取器2)被配置成一边扫描轨道120，一边围绕所述枢轴点旋转。然而，在其他的实施方案中，可将例如图案116、轨道120以及拾取器2等各种特征进行不同地设置。

拾取器2接收与编码段电容性耦合的脉冲，其中所述编码段位于拾取器2的下方。所述编码条除了被分成例如位n(MSB)、位n-1等二进制加权的区域外，还被分成实(T)扇区3和补(C)扇区4。实扇区3和补扇区4分别对应于数字编码信号的1和0。在一个实施方案中，实脉冲信号为正向信号，而补脉冲信号为负向信号。然而，应当理解的是，也可以预期其他的配置。

具体参照图2，轨道120被分割成弓形的电极段130，为了提高清晰度，仅给其中的几个电极段指定了参考标记，并且在该实施方案中轨道120与极板1是相同的。在图2中，相同的特征由先前结合图1所描述的相同的附图标记表示。段130中的每一个均由导电材料组成，并且沿着给定的轨道120，段130被电绝缘的间隙132中的相应的间隙彼此隔开。在一种形式中，采用标准的光刻技术由金属化层沿着面112形成段130。

电极段130包括分别与扇区3和扇区4相同的实(T)电极134的子集和补(C)电极136的子集。当检测装置114沿着轨道120移动时，电极134和136非常接近与拾取器2的电极226电容性耦合的设备114。该电容性关系被示意性地表示为图2中的平行的电容C1和C2。

拾取器2通过该电容性耦合的轨道120完成求和功能，从而有效地将连续的位脉冲合并到对应于格雷码、并表示设备114沿着轨道120的位置的双极串行脉冲序列中。信号耦合极板环14将所述脉冲序列送回到电路110的放大比较器电路15。当拾取器2与一组特定的同时存在的实脉冲扇区3和补脉冲扇区4(或者与电极134和136)重叠时，较大的信号将占支配地位。当拾取器2的中央大致位于间隙132之一上方、并且位于扇区3和4(电极134和136)之间时，所述脉冲将近似地相等并且总和将近似为0。该求和运算与交替的正负脉冲共同为传感器100提供相对较高准确度和精度的数字编码。在一种配置中，(图案116的段130的)最小宽度近似为传感器输出的最低有效位的大小的两倍。这种设置是格雷码的特征，格雷码有时被称作反射二进制码。拾取器2还可以将宽度限定为最低有效位的大小的两倍。

参照图2的方框图，其中以示意的形式图解说明了为传感器100提供脉冲生成和定时的数字时基发生器10、与定子12有关的格雷编码的实电极134和补电极136、与转子13有关的窄的0.703度的拾取器2、电容性反馈耦合环14、模拟脉冲放大和比较器15、同步数字采样寄存器16以及数字串行格雷码-至-二进制码译码器17。

参照图3，其中图解说明了时基发生器10的一种形式。可以采用定制的逻辑、具有应用程序专用固件的多用途微控制器和/或采用本领域的技术人员公知的不同技术来实现发生器10。发生器10包括时钟振荡器18，时钟振荡器18用于通过将其输出分成具有用于脉冲序列的占空因数定时的低频来生成脉冲。第一计数器-除法器19确定脉冲之间的定时间隔，并生成施加到随后级的低占空因数的脉冲选通(pulse strobe)PS。同步电路21生成延迟的选通脉冲SP。第二计数器-除法器22具有9种状态，其中4路输出限定传感器位置确定信号的9个连续的位。4-到-9线译码器23由来自除法器19的信号PS选通，以提供9个连续的脉冲信号，其中所述9个连续的脉冲信号的占空因数由时钟18的周期与第一除法器级19之比来确定。由于接收的脉冲信号典型地具有下降沿过冲，并且需要时间来调整到参考电平，因此通常要求有较低的占空因数。计数器23的9个平行输出被提供到9位平行线驱动器级24，各个9位平行线驱动器级24连接到不同轨道120的实段130。脉冲序列还被施加到9位反相并行线路驱动器级25，其中反相并行线路驱动器级25中的每一个都连接到不同的轨道120的补段130。因此，对于给定的轨道120来说，在驱动器24的9个输出端中的相应的一个输出端的相同的同相电节点144处，所有的实电极134都耦合在一起。对于各个不同的轨道120来说，在驱动器25的9个输出端中的相应的一个输出端的相同的反相电节点146处，给定轨道120的所有补电极136都耦合在一起。

参照图4，其中示出了图解说明具有脉冲选通PS的代码脉冲时序和施加到脉冲驱动器24和25的所选的连续输出的图。省略号用于表示位1和位6之间的脉冲，并且位1和位6之间的脉冲从左到右遵循相同的图案。参照图5，其中示出了从定子12的拾取接收器耦合环14到二进制位置输出寄存器34的处理电路150的方框图。转子13的电容性耦合发射器环14和定子12的接收器环26提供大致相同的耦合电容，而不依赖于转子13和定子12之间的旋转位置。在同相单一增益的第一级放大器27中，来自环26的低电平高阻抗的信号被转化成低阻抗信号。该低阻抗输出被施加到导电保护环28，而导电保护环28围绕接收器环26，以使得可能会使放大器的输入降低的局部寄生电容最小，进而在某些情况下使放大器的输出与不需要的寄生信号隔离。所述输出是耦合到第二级反相放大器29的AC信号，其中第二级反相放大器29为电路150的比较器级31提供足以使信号幅度达到有用电平的增益。交流耦合可以降低来自高阻抗的第一级放大器27的直流偏移的影响。此外，放大器29的输出被施加到低通滤波器30，而低通滤波器30通常会削弱信号流中的脉冲，从而只留下平均的直流电平，以用作比较器31的输入参考电压VREF。

从段130到拾取器2的电容性链路的交流耦合的本质，使得所述脉冲序列为双级的。在电路的这一点上，实脉冲回波为负，而补脉冲回波为正。比较器31的数字电平输出被施加到单个位同步寄存器32，并且在来自时基发射器10的脉冲SP的上升沿被载入寄存器32中。脉冲SP被及时定位，以便与接收的实脉冲或补脉冲信号的中心一致。例如，当拾取器2从实码区到达补码区时，拾取器2的求和操作生成第二级放大器29的输出信号，并且该信号在比较器31的输入端相对于所述参考电压从负脉冲变为正脉冲。当所述比较器的输出被载入同步寄存器32中时，其在所述脉冲信号时间(pulse signal time)内发生相应的变化。来自同步寄存器31的、格雷码格式的(MSB前导位)串行数字信号，通过格雷码-至-二进制码译码级33，并且在该转换结束之后，在下一个MSB脉冲节拍移动到9位的并行输出级34中。所述MSB时序脉冲由图3的时基发生器10中的连续脉冲译码器23提供。

参照图6，其中示出了拾取放大器电路160的示意图，其中相同的参考标记指代先前描述的相同特征。电路160包括同相高阻抗单一增益的第一级27、增益为40的第二级反相放大器29以及为比较器31提供参考电压VREF的低通滤波器30，并且在图6中更为详细地示出了比较器31的一种实现。图6还示出了同步寄存器32、译码器33和输出寄存器34。

在图7中，采用典型的信号图示出了第二级拾取放大器输出的模拟示波器表示。在由实线表示的主要轨道中，示出了正向的补脉冲和负向的实脉冲。以虚线形式表示的辅助轨道代表滤波后的参考电平。还示出了典型的脉冲过冲以及信号返回到正常平均电平时的稳定时间。所述脉冲序列的占空因数被选择为使信号在每个脉冲之后稳定下来。图7的说明对应于图6中示出的实现。

参照图8A、8B和8C，其中示出了当一个位经历从实状态到补状态的转换时，信号图的模拟的示波器表示，并且还示出了最终获得的采样输出。在图8A中，实信号大于补信号分量(实＞补)。由于所述信号是加性的，因而此时仍然有足够的实信号来生成数字“1”输出。在图8B中，补信号大致等于实信号(实＝补)，比较器31被偏置成在该电平下进行切换，输出切换为数字“0”。在图8C中，补信号基本上大于实信号(实＜补)，输出为数字“0”。

参照图9，其中示出了实现格雷码-至-二进制码译码器33的逻辑示意图。输入是来自脉冲发生器23的MSB时序脉冲、拾取比较器31的输出信号以及位同步选通脉冲SP。输出为串行的9位二进制字形式，其用于载入串行-至-并行寄存器级34中。该逻辑包括D触发器U1、U2和U5；双输入端的与(AND)门U3以及双输入端的异或(XOR)门U4。

参照图10至12，其中示出了另一个实施方案的比率(ratiometric)采样脉冲电容性耦合位置传感器200。用于有限范围绝对位置传感器的模拟游标编码系统，采用了先前结合图1至9描述的拾取器和实/补码扇区技术的多个方面。已经发现当拾取器2通过实和补扇区边界时，拾取放大器的脉冲幅度以相对线性的方式来作出响应。传感器200包括实码电极扇区210和补电极扇区220，其中实码电极扇区210和补电极扇区220可以分别与实电极134和补电极136相同。传感器200还包括检测装置230，其中拾取电极232具有电极区234(参照图11)。传感器200的范围从实扇区210的中心附近延伸到补扇区220的中心附近，并且拾取电极232小于或等于扇区的宽度。

传感器200进一步包括时序逻辑240。时序逻辑240连续地产生窄的正向实脉冲和窄的负向补脉冲。这些脉冲被顺次施加到指定的扇区210和220。如图11所示，所述拾取器用作来自编码扇区的回波脉冲的求和元件。拾取脉冲信号放大器250与传感器200的拾取器2所采用的配置类似。在一个实施方案中，位置传感器包括两个快速的模拟采样-保持电路和乘法模数(A/D)转换器270，其中所述采样-保持电路具有用于处理模拟信号的附加的和差放大器(采样电路260)，而模数转换器270输出与位置对应的距离值。当所述拾取器穿越被间隙215电隔开的实扇区210和补扇区220时，所述拾取器的求和操作通过对所接收脉冲的振幅进行采样来提供“游标”类型的内插。在所述拾取反相增益放大器的输出端，当所述拾取器完全位于补段上方时，所述脉冲达到其最大的正向幅度，而当所述拾取器完全位于实段上方时，所述脉冲达到其最大的负向幅度。所述实脉冲回波被单独采样和保持，直到所述补脉冲被采样为止。然后，两种信号被施加到电路200的和差放大器，以便向乘法A/D转换器270提供输入。

所述和(实+补)信号被用作A/D转换器的参考电压，而所述差(实-补)信号为被转换的变量。通过将所述和信号作为转换的参考，所述转换的比例本质保留了位移的绝对值，并且不会受到机械或环境的影响。转换器270的输出被施加到处理器或控制器(未示出)，以便进一步处理和/或发送到应用程序主机(未示出)。

在另一个实施方案中，同时的双极脉冲被施加到实扇区和补扇区，随后同时的正脉冲被施加到上述两个扇区。这种可选的内插技术将和差函数并入所述拾取器固有的求和特性中。经采样的和信号与差信号然后可以直接施加到所述A/D转换器。利用这些游标内插电压波形序列中的任意一个，可以将位置转变成相对于范围R1的几个可能的位置之一，其中范围R1从实扇区210上的点P1延伸到补扇区220上的相应的点P2，如图12象征性地表示的。在一个优选的形式中，位置被转变成沿着范围R1的至少4个位置之一。在较为优选的实施方案中，位置被转变成沿着范围R1的至少8个位置(3位)之一。在更为优选的实施方案中，位置被转变成沿着范围R1的64个位置(6位)中的至少之一。

在再一个实施方案中，传感器100的配置被用来提供多位被感测的位置值，并且相对于被拾取器2叠盖的最低有效位(LSB)轨道120的段130，采用结合传感器200来描述的游标内插技术。该LSB轨道游标内插提供了一组第二位，在利用相同的传感器面112和检测装置114时，所述第二位提高了上述两种技术的分辨率。对于该配置来说，信号处理包括用于实现传感器100的传感技术的运算逻辑和/或电路110，以及用于实现传感器200的传感技术的运算逻辑和/或电路240。例如，可以将采样电路260和转换电路270添加到传感器100中，以便在LSB轨道上执行游标内插，并且采用适当的脉冲序列调整和已由传感器100提供的多轨道位置感测。因此，对于综合了传感器100和传感器200的方法的传感器配置来说，可以采用两组位来共同定义位置：第一组中的每一位都对应于不同的轨道，而第二组中的每一位都相对于LSB轨道上的特殊的实和补电极对而被确定。

参照图13至15，其中根据不同的物理配置描述了该方法的几种可选的实现。图13图解说明了盘形传感器300，其中盘形传感器300包括通过转动连接器306轴接在一起的定子302和转子304。转子304围绕枢轴C1转动，并且由于枢轴C1垂直于图13的视平面，因此由十字线来表示。电路310包括电路110和240的多个方面，以执行如前所述的电路110和240的组合技术。具体地，粗略的位置测量由一组第一位限定，其中所述一组第一位中的每一位都对应于一个不同的轨道；较为精确的、最低有效位的值由不如所述第一位重要的一组第二位所代表的传感器200的游标内插技术来确定。应当理解的是，利用传感器200的处理方法，根据单个轨道LSB来确定所述第二位。

传感器300包括位于传感器表面312上的圆形分段轨道311。轨道311相对于彼此和轴C1是同心的。轨道311限定出交替的实和补弓形电极320的格雷码电极图案316。为了保持清晰，采用省略号来表示在图13中没有具体示出的图案元件的部分。图案316与图1中示意性示出的图基本相同，都具有圆形的形状。传感器300还包括检测装置330，其中检测装置330具有跨越轨道311延伸的检测电极332。电极332按照先前结合传感器100和200描述的方式，与电极320电容性地耦合。具体地，检测装置330被附带为转子304的一部分，而定子302则承载表面312。装置330和轨道311在双头箭头T1所指示的方向上相对于彼此移动。检测装置330和电极图案316电耦合到电路310，以便利用如前所述的传感器100和200的组合特征操作。

图14图解说明了圆柱形传感器400，其中传感器400包括通过转动连接器(未示出)轴接在一起的定子402和转子404。转子404围绕旋转轴R转动。电路410还结合了电路110和240的多个方面，以便整体地执行先前结合传感器300描述的共同的技术。传感器400包括位于传感器表面412上的圆形的分段轨道411。轨道411近似地具有相对于轴R的相同的半径，并且围绕轴R具有相同的路径长度。轨道411限定出交替的实和补弓形电极420的格雷码图416。为了提高清晰度，采用省略号来表示没有具体示出的图案元件的部分。传感器400还包括检测装置430，其中检测装置430具有跨越轨道411的检测电极432。定子402载有检测装置430，而转子404载有表面412。装置430和轨道411在双头箭头T2所指示的方向上相对于彼此移动。检测装置430和电极图案416耦合到电路410，以便按照结合传感器300所描述的方式工作。

图15图解说明了线性传感器500，其中传感器500包括耦合到轨道部件506的电路510，以及检测装置530。部件506和检测装置530被配置成其中至少之一相对于另一个移动，以便沿着部件506改变检测装置530的位置。部件506包括位于传感器表面512上的线性分段轨道511。轨道511沿着如图所示的纵向轴线L延伸。轨道511限定出交替的实和补电极520的格雷码电极图案516。为了提高清晰度，采用省略号来表示没有示出的图案的部分。检测装置530和轨道511在双头箭头T3所指示的方向上相对于彼此移动。检测装置530包括检测电极532，其中检测电极532跨越轨道511延伸，以便与其所盖叠的电极320电容性耦合。检测装置530和电极图案516耦合到电路510，以便按照与先前结合传感器300和400所描述的方式相同的方式工作。电路310、410和510包括微处理器或微控制器，其中所述微处理器或微控制器具有用于执行希望的操作的、编程指令形式的运算逻辑。可选地或附加地，可以采用数字信号处理器(DSP)和/或特定用途集成电路(ASIC)，以及/或者可以采用对应于结合传感器100和200示意性地表示的元件的、离散的、专用的逻辑元件。

图16和17示出了传感器600。传感器600包括检测装置630。装置630可以用作图13中示出的传感器300的检测装置330的替换物。装置630被设置为平面的盘形形状，以便与例如传感器300的表面312的、承载同心轨道的编码传感器表面相对并隔开。图17示意性地描述了编码传感器表面620的部分覆盖，其中编码传感器表面620具有典型的电极轨道622，并且电极轨道622可以被设置成与在前描述的传感器的外部LSB轨道和LSB-I轨道相同。应当理解的是，为了保持清晰仅示出了两种轨道。装置630包括导电电极632，其中导电电极632作为绝缘衬底636上携带的电导体图案634的一部分。电极632被构造成与轨道622电容性耦合。可以采用标准光刻技术来形成图案634。图案634包括电连接到电极634的电容耦合环638。电容耦合环638可以用来将装置630检测到的信号，发送到先前结合例如传感器300的、其他实施方案描述的类型的处理电路(未示出)。

电极632包括多个不同的部分640。部分640包括中心电极部分642，中心电极部分642被设置成从环638开始，贯穿编码传感器表面620的所有同心轨道622(参照图17)。部分640还包括多个单轨道部分644和双轨道部分646，其中单轨道部分644从环638开始，仅仅完全贯穿单个轨道622(LSB轨道)，而双轨道部分646则仅仅完全贯穿对应于LSB轨道和LSB-I轨道的两个轨道622。部分644的角间距被设置成部分644与同时以相同的方式施加有脉冲的LSB轨道622的编码电极电容性耦合。部分646的角间距被设置成部分646与同时以相同的方式施加有脉冲的LSB和LSB-I轨道622的编码电极电容性耦合。部分640像公共电节点648那样操作，以使电脉动为加性的，从而有效地增加LSB和LSB-I轨道622的信号强度。

图18示出了传感器700。像传感器600一样，传感器700包括圆形编码的传感器表面720。表面720包括轨道722，而轨道722包括交替的实(T)和补(C)电极724，图中示出了电极724的部分扇形区域(为了保持清晰，仅给几个扇区指定了参考标记)。电极724彼此之间被相应的电绝缘的间隙726隔开(为了保持清晰，仅给几个间隙指定了参考标记)。实电极和补电极724，按照先前分别描述的与实和补电极有关的方式被施加有正负向脉冲。检测装置730覆盖表面720。装置730设有作为导电图案734的一部分的电极732。电极732被设置成与轨道722相对，并且在径向跨越轨道722。图案734进一步包括电容性耦合环738。电容性耦合环738可以用来将装置730检测到的信号发送到先前结合其他实施方案描述的类型的处理电路(未示出)。在一种操作模式中，传感器700检测实电极和补电极724之间的转换，以便相应地确定两种二进制状态之一。通过计算状态中变化的数量，可以确定表面720与装置730之间的角位移的相对变化。相应地，角速度、加速度的变化等可利用上述操作、通过与时基进行比较来确定。可选地或附加地，可以采用先前描述的游标内插技术，对电极732相对于给定的实和补电极对724的位置进行判断。应当理解的是，可以采用一个以上的电极732。

图19示出了传感器800。像传感器700一样，传感器800包括圆形编码的传感器表面820。传感器表面820包括两个电极824，其中一个电极被当作实类型的电极来驱动，而另一个电极被当作补类型的电极来驱动，并且图中示意性地示出了电极824的部分扇形区域。电极824彼此之间被电绝缘的间隙隔开，其中所述间隙被图19中的另一特征(电极832之一)遮住。检测装置830被设置成与表面820相对并与其隔开。装置830设有多个有角度地隔开的电极832，其中电极832作为导电图案834的一部分。为了保持清晰，仅给电极832中的几个电极指定了参考标记。电极832中的每一个都具有一定的尺寸，以便在与电极824对准时跨越电极824。图案834进一步包括电容性耦合环838。电容性耦合环838可以用来将装置830检测到的信号发送到处理电路(未示出)。在一种操作模式中，当各个电极832排列为与电极824电容性耦合时，传感器800检测实电极和补电极824之间的转换，以便可以相应地确定两种二进制状态之一。通过计算状态中变化的数量，可以确定表面820与装置830之间的角位移的相对变化。同样地，角速度、加速度的变化等可利用上述操作、通过与时基进行比较来确定。可选地或附加地，可以采用先前描述的游标内插技术，对电极832相对于电极824的位置进行判断。应当理解的是，可以采用多个实和补电极对。

图20至23图解说明了扭距传感器900。传感器900包括轴902和904，其中轴902和904通过校准扭转棒906连在一起。轴902和904以及棒906具有共同的中心轴线908，因而在使用时轴902和904以及棒906中的一个或多个可以围绕中心轴线908转动。由于图21至23的视平面垂直于图20的视平面，因此在这些图中轴线908用十字线表示。传感器900包括定子910，定子910包括孔911，轴902穿过孔911延伸。定子910被设置成相对于轴902的转动保持静止。定子910操作地耦合到处理电路990，处理电路990可以是结合图10至12描述的类型的电路，以便执行游标内插位移处理。

定子910包括图21中示出的电容性耦合表面912。表面912包括电容性耦合图案914，其中图案914具有三个同心的导电环916。外部的导电环916a被设置成接收器环，以便将检测信号电容性地发送到电路990，在下文中将对此进行进一步的描述。内部的驱动器环916b和916c被配置用来提供对应于实电极和补电极的正负向脉冲。

传感器900还包括编码传感器转子920。转子920固定于轴902上并围绕其转动，并且转子920被设置成与定子910相对。转子920包括与电容性耦合面920b相对的电极面920a。电容性耦合面920b包括三个同心的导电环，所述导电环与图21中示出的导电环外观相同，并且与其大小相同以便与其对准。图22图解说明了电极面920a。电极面920a包括外部的耦合环922，其中耦合环922通过贯穿转子920的一个或多个导电通孔与面920b上的相同的环相连。面920a还包括多个交替的实电极和补电极924，其中实电极和补电极924被电绝缘的间隙926彼此隔开(为了保持清晰，仅给几个间隙指定了参考标记)。电极924和间隙926被设置成近似圆形的图案。实电极924通过贯穿转子920的导电通孔与面920b上的内同心环之一电连接，以便通过与环916b和916c之一电容性耦合来接收相应的实脉冲。补电极924通过贯穿转子920的导电通孔与面920b上的内同心环中的另一个电连接，以便通过与环916b和916c中的另一个电容性耦合来接收相应的补脉冲。

传感器900还包括拾取传感器转子930。转子930固定于轴904上，以便与其一起转动。如图23所示，转子930包括面930a，其中面930a具有与电容性耦合环938电连接的拾取电极934。环938被构造成电容性耦合到环922，而环922被构造成电容性耦合到环916a。环916a与电路990电接触。

参照图20至23，接下来描述各种操作特征。当在轴902和/或904上施加扭距时，扭转棒906选择性地允许轴902和904之间的相对转动。作为响应，转子920和转子930之间出现表示所述转矩量的转动位移。当将实和补脉冲经由电容性耦合环916施加到实和补电极924上时，采用拾取电极934来检测最终获得的来自转子920的电容性发射信号。将这些检测到的信号，通过环938到环922的电容性耦合以及环922到环916a的电容性耦合提供给电路990。电路990处理从环916a接收的信号，以执行先前描述的游标内插技术中的一个或多个，从而将位置确定为对应于范围R2的多个位置之一，其中范围R2是从沿着电极924之一的一点穿过分离间隙926到相邻的电极924的范围。在一个优选的形式中，位置被确定为沿着范围R2的至少4个位置之一。在较为优选的实施方案中，位置被确定为沿着范围R2的至少8个位置之一。在更为优选的实施方案中，位置被确定为沿着范围R2的64个位置中的至少之一。

可以想象许多其他的实施方案。例如，编码传感器装置的另一个实施方案包括：

(1)

a.)在绝缘衬底上由导电图案形成的静止编码器。所述导电图案由电隔离的扇区配置成多位编码，从而产生位图，其中所述位图用于唯一地识别沿着传感器移动方向的位置，而所述扇区被排列成横穿传感器移动方向的单一序列。相邻的电隔离的导电图案使所述横向的位编码在传感器移动方向上扩展(propagate)。在传感器移动方向上，交替的相邻的扇区电连接到公共节点，从而为每个横向位创建两个电连接点。所得到的图案中的每个导电扇区组成电容器结构的一个极板。

b.)可移动的拾取结构，其由导电材料构成并且在长度方向上延伸，从而在横穿测量方向的方向上覆盖编码图案，所述可移动的拾取结构由编码器的位编码的长度决定，并且其在测量装置移动方向上的宽度由传感器的分辨率决定。所述拾取结构与编码图案表面之间保持固定距离，以便在具有编码图案的重叠区域中创建电容器结构的第二极板。

c.)电容性传输结构，其由导电材料制成并且电连接到所述可移动的拾取结构。所述电容性传输结构包括电容性结构的一个极板和位于静止的绝缘衬底上的第二匹配导电图案，以便使所述拾取连接结构总是被严密地设置成与所述第二导电图案平行，从而创建电容器结构的第二极板。

d.)电子电路，其连接到所述编码图案并且能够同时生成一系列的正向脉冲和负向脉冲，而所述正向脉冲和所述负向脉冲被分别施加到测量装置移动方向上的导电编码图案的相邻的图案。所述电路然后按照顺序连续地对位于横穿传感器测量方向的方向上的邻近的编码图案施加后续脉冲。

e.)检测电路，其连接到所述传输结构的静止极板，并且可以感测被发送的正向脉冲或负向脉冲的存在，其中通过被施加的脉冲的电容性耦合，将所述正向脉冲和所述负向脉冲从编码图案发送到拾取结构、然后再发送到可移动的传输结构。

f.)译码电路，其可以将一系列的正负脉冲事件翻译成一系列的二进制状态，其中所述二进制状态唯一地代表拾取器相对于编码图案的位置。

在本发明的另一个实施方案中，无接触的位置传感器包括两个或多个可移动的拾取结构，所述拾取结构与相等数量的传输结构和检测电路隔开预定的距离。在另一个实施例中，提供了一种传感器，其包括以下元件和特征中的一个或多个：

(2)

a.)在绝缘衬底上由导电图案形成的静止编码器。所述导电图案由电隔离的扇区配置成多位编码，从而产生位图，所述位图用于唯一地识别沿着传感器移动方向的位置，而所述扇区被排列成横穿传感器移动方向的单一序列。相邻的电隔离的导电图案使所述横向的位编码在传感器移动方向上扩展。在传感器移动方向上，交替的相邻的扇区电连接到公共节点，从而为每个横向位创建两个电连接点。这些电连接节点中的一个连接到电路的接地端。所得到的图案中的每个导电扇区组成电容器结构的一个极板。

b.)可移动的拾取结构，其由导电材料构成并且在长度方向上延伸，从而在横穿测量方向的方向上覆盖编码图案，所述可移动的拾取结构由编码器的位编码的长度决定，并且其在测量装置移动方向上的宽度由传感器的分辨率决定。所述拾取结构与编码图案表面之间保持固定距离，以便在具有编码图案的重叠区域中创建电容器结构的第二极板。

c.)电容性传输结构，其由导电材料制成并且电连接到所述可移动的拾取结构。所述电容性传输结构包括电容性结构的一个极板和位于静止的绝缘衬底上的第二匹配导电图案，以便使所述拾取连接结构总是被严密地设置成与所述第二导电图案平行，从而创建电容器结构的第二极板。

d.)电子电路，其连接到所述编码图案并且能够生成一系列的正向脉冲或负向脉冲，而所述正向脉冲或所述负向脉冲被施加到测量装置移动方向上的导电编码图案的非接地连接点。所述电路然后按照顺序连续地对位于横穿传感器测量方向的方向上的邻近的编码图案施加后续脉冲。

e.)检测电路，其连接到所述传输结构的静止极板，并且可以感测被发送的正向脉冲或负向脉冲的存在，其中通过被施加的脉冲的电容性耦合，将所述正向脉冲和所述负向脉冲从编码图案发送到拾取结构、然后再发送到可移动的传输结构。

f.)译码电路，其可以将一系列的正脉冲或负脉冲事件翻译成一系列的二进制状态，其中所述二进制状态唯一地代表拾取器相对于编码图案的位置。

(3)

在又一个实施例中，提供了一种传感器，其包括以下元件和特征中的一个或多个：

a.)在绝缘衬底上由导电图案形成的静止编码器。所述导电图案由电隔离的扇区配置成多位编码，从而产生位图，所述位图用于唯一地识别沿着传感器移动方向的位置，而所述扇区被排列成横穿传感器移动方向的单一序列。相邻的电隔离的导电图案使所述横向的位编码在传感器移动方向上扩展。在传感器移动方向上，交替的相邻的扇区电连接到公共节点，从而为每个横向位创建两个电连接点。这些电连接节点中的一个连接到电路的接地端。所得到的图案中的每个导电扇区组成电容器结构的一个极板。

b.)主要的可移动的拾取结构，其由导电材料构成并且在长度方向延伸，从而在横穿测量方向的方向上覆盖编码图案，所述可移动的拾取结构由编码器的位编码的长度决定，并且其在测量装置移动方向上的宽度由传感器的分辨率决定。所述拾取结构与编码图案表面之间保持固定距离，以便在具有编码图案的重叠区域中创建电容器结构的第二极板。

c.)辅助的可移动的拾取结构，其由导电材料构成并且在径向长度方向延伸，从而在横穿测量方向的方向上覆盖编码图案，所述可移动的拾取结构由编码器的位编码的长度决定，并且其在测量装置移动方向上的宽度由传感器的分辨率决定。所述拾取结构被分割成与位编码长度相等的多个段。对于转动传感来说，每个段的角坐标在空间上被补偿，或者对于线性传感来说，每个段的直线坐标在空间上被补偿，从而使最终获得的具有静止的编码图案的重叠码，与被主要的拾取结构覆盖的图案逐位地相对。所述拾取结构与编码图案表面之间保持固定距离，以便在具有编码图案的重叠区域中创建电容器结构的第二极板。

d.)两个电容性传输结构，所述电容性传输结构由导电材料形成并且其中的每一个都电连接到所述两个可移动的拾取结构之一。所述电容性传输结构中的每一个都包括电容性结构的一个极板和位于静止的绝缘衬底上的两个匹配的导电图案，以便使所述拾取连接结构总是被严密地设置成与所述第二导电图案平行，从而创建电容器结构的第二极板。

e.)电子电路，其连接到所述编码图案并且能够生成一系列的正向脉冲或负向脉冲，而所述正向脉冲或所述负向脉冲被施加到测量装置移动方向上的导电编码图案的非接地连接点。所述电路然后按照顺序连续地对位于横穿传感器测量方向的方向上的邻近的编码图案施加后续脉冲。

f.)两个检测电路，其连接到所述传输结构的静止极板，并且可以感测被发送的正向脉冲或负向脉冲的存在，其中通过被施加的脉冲的电容性耦合，将所述正向脉冲和所述负向脉冲从编码图案发送到拾取结构、然后再发送到可移动的传输结构。

g.)译码电路，其可以将来自所述主要的拾取结构和所述辅助的拾取结构的两个脉冲序列合并，以便生成一系列正脉冲或负脉冲事件，以作为一系列的二进制状态，其中所述二进制状态唯一地代表拾取器相对于编码图案的位置。

(4)

在又一个实施例中，提供了一种传感器，其包括以下元件和特征中的一个或多个：

a.)在绝缘衬底上由两个导电图案形成的静止编码器。所述导电图案被配置成将待测量的距离二等分，其中各个图案用于创建导电结构的一个极板。

b.)可移动的拾取结构，其由导电材料构成并且在长度方向上延伸，从而在横穿测量方向的方向上覆盖编码图案，所述拾取结构在测量装置移动方向上的宽度由传感器的分辨率决定，并且所述宽度近似等于测量距离的一半。所述拾取结构与编码图案表面之间保持固定距离，以便在具有编码图案的重叠区域中形成电容器结构的第二极板。

c.)电容性传输结构，其由导电材料形成并且电连接到所述可移动的拾取结构。所述电容性传输结构包括电容性结构的一个极板和位于静止的绝缘衬底上的第二匹配导电图案，以便使所述拾取连接结构总是被严密地设置成与所述第二导电图案平行，从而创建电容器结构的第二极板。

d.)电子电路，其连接到所述编码图案并且能够连续生成一系列交替的正向脉冲和负向脉冲，而所述正向脉冲和所述负向脉冲被分别且连续地施加到测量装置移动方向上的导电编码图案的相邻的图案。

e.)检测电路，其电连接到所述传输结构的静止极板，并且可以捕获和存储被发送的正向脉冲和负向脉冲的幅度，其中通过被施加的脉冲的电容性耦合，将所述正向脉冲和所述负向脉冲从编码图案发送到拾取结构、然后再发送到可移动的传输结构。

f.)译码电路，其可以利用所述比率形式的幅度值，在感测范围内确定所述拾取结构的相对位置。

(5)

在再一个实施例中，提供了一种传感器，其包括以下元件和特征中的一个或多个：

a.)在绝缘衬底上由导电图案形成的静止编码器。所述导电图案被配置成将待测量的距离二等分，其中一个图用于形成导电结构的一个极板。

b.)可移动的拾取结构，其由导电材料构成并且在长度方向上延伸，从而在横穿测量方向的方向上覆盖编码图案，所述拾取结构在测量装置移动方向上的宽度由传感器的分辨率决定，并且所述宽度近似等于测量距离的一半。所述拾取结构与编码图案表面之间保持固定距离，以便在具有编码图案的重叠区域中创建电容器结构的第二极板。

c.)电容性传输结构，其由导电材料形成并且电连接到所述可移动的拾取结构。所述电容性传输结构包括电容性结构的一个极板和位于静止的绝缘衬底上的第二匹配导电图案，以便使所述拾取连接结构总是被严密地设置成与所述第二导电图案平行，从而创建电容器结构的第二极板。

d.)电子电路，其连接到所述编码图案并且能够同时将正向脉冲施加到一个编码图案，而将负向脉冲施加到另一个编码图案，随后将单极脉冲(正脉冲或负脉冲)同时施加到两个编码图案。该图案是连续重复的。

e.)检测电路，其电连接到所述传输结构的静止极板，并且可以通过所施加脉冲从编码图案到拾取结构、再到移动传输结构的电容性耦合，捕获并存储同时的所接收的双极脉冲和发送的单极脉冲。

f.)译码电路，其可以利用所述比率形式的幅度值，在感测范围内确定所述拾取结构的相对位置。

另一个实施例是一种装置，所述装置包括：用于提供传感器面的装置，其包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极被沿着所述传感器面的电绝缘的间隙隔开；用于将第一电压波形施加到所述第一电极、以及将第二电压波形施加到所述第二电极的装置，其中所述第二电压波形近似地与所述第一电压波形反相；用于响应于所述施加装置，从所述第一电极发射第一信号和从所述第二电极发射第二信号的装置；用于利用与所述传感器面相对并且电容性耦合到所述第一电极和所述第二电极的第三电极，将所述第一信号和所述第二信号合并的装置；以及用于将与所述传感部件相对于所述第一电极和所述第二电极的位置对应的信息，确定为所述组合信号的函数的装置。

另一个实施例包括：用于生成信号图以重复地向传感器的两个或多个轨道中的每一个提供变压的装置；用于使所述传感器的电极与所述轨道电容地耦合，以确定第一电极位置的装置；用于相对于所述电极和轨道中的一个，移动所述电极和轨道中的至少另一个，以使得第二电极位置不同于所述第一电极位置的装置；以及用于通过电容性地耦合到所述多个轨道的电极，检测响应于所述信号图发射的第二组信号，以确定所述第二电极的位置的装置。

在另一种实施方式中，提供了一种传感器，其包括传感器轨道，所述传感器轨道包括第一电极和与所述第一电极由不导电的间隙分隔开的第二电极，以及与所述轨道相对的第三电极。所述传感器还包括用于向所述第一电极施加第一电压波形以及向所述第二电极施加第二电压波形的装置，所述波形彼此不同。所述传感器还包括用于电容性地将所述第三电极耦合到轨道，以响应所述第一电压波形从所述第一电极检测第一信号，以及响应所述第二电压波形从所述第二电极检测第二信号的装置，以及用于作为第一信号和第二信号的函数，确定表示第三电极沿着传感器轨道的位置的信息的装置。

此外，应当理解的是，在本发明的实施方式中采用的电路可以具有许多不同的形式。例如，可以采用具有以软件编程指令、固件和/或专用的硬件逻辑的形式实现的某些或全部运算逻辑的、一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、应用程序专用的集成电路、专用的电路等来实现这种电路的一部分或全部。可选地或附加地，根据本发明的实施方案的传感器可以确定一个部件保持固定时另一个移动部件的相对位置，和/或通过使两个或多个部件相对于彼此移动来导致位置改变。同样，从传感器500与传感器300和400的比较中可以看出，转动、平移或者转动和平移的组合可以导致位置改变。此外，利用相应的运算逻辑也可以确定除位置之外的位移信息，例如速度、速率、加速度等。

虽然已经在附图和前面的说明中详细示出和描述了本发明，但是附图和前面的说明应当被认为是对特征的说明而不是限定。应当理解的是，虽然仅示出和描述了所选的实施方案，但是希望保护落在本文所描述的或者由下面的权利要求所限定的本发明的范围内的所有变换、等价物和修改。本文中提供的任何实验、实验性的实施例或实验结果都旨在说明本发明，因此不应当将其解释为限制或约束本发明的范围。此外，本文中陈述的任何理论、操作机理、论据或结论都有意要进一步增强对本发明的理解，而不是打算以这种理论、操作机理、论据或结论的方式来限制本发明。在阅读权利要求时，例如“一个”、“至少一个”和“至少一部分”的措词都不是旨在将权利要求仅限于一件物品，除非进行相反地明确声明。另外，当使用文字“至少一部分”和/或“一部分”时，权利要求可以包括一部分和/或全部物品，除非进行相反地明确声明。

Claims (64)

1.一种方法，包括：

提供传感器，所述传感器具有第一部件和第二部件，所述第一部件包括第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开，所述第二部件包括第三电极，所述第三电极被设置为与所述第一部件相对；

顺序地向所述第一电极施加第一电压波形和向所述第二电极施加第二电压波形；

使所述第三电极与所述第一部件电容性地耦合，以响应所述第一波形的施加提供第一信号，以及响应所述第二波形的施加提供第二信号；以及

将所述第一信号和所述第二信号相对于彼此进行评估，以将所述第三电极的位置判定为，与从所述第一电极上的第一点开始沿着所述间隙到达所述第二电极上的第二点的范围相对应的四个或多个不同位置中的一个位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二波形与所述第一波形反相，所述评估包括：

从所述第一信号和所述第二信号确定出和；

从所述第一信号和所述第二信号确定出差；

从所述和与所述差确定出比率；以及

作为所述比率的函数确定所述四个或多个不同位置中的一个位置。

3.如权利要求1所述的方法，包括：

在向所述第一电极施加所述第一电压波形期间向所述第二电极施加第三电压波形，所述第一信号对应于所述第一电极对所述第一电压波形的响应以及所述第二电极对所述第三电压波形的响应；

在向所述第二电极施加所述第二电压波形期间向所述第一电极施加第四电压波形；所述第二信号对应于所述第一电极对所述第四电压波形的响应以及所述第二电极对所述第二电压波形的响应；

从所述第一信号和所述第二信号确定出比率，所述第一信号和所述第二信号中的一个对应于和，而所述第一信号和所述第二信号中的另一个对应于差；以及

作为所述比率的函数确定所述四个或多个不同位置中的一个位置。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一波形和所述第三波形基本相同，所述第四波形基本与所述第二波形反相。

5.如权利要求3所述的方法，其中，述所述第一波形基本与所述第三波形反相，所述第二波形与所述第四波形基本相同。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述四个或多个位置的个数至少为八个，所述评估包括：作为所述第一信号和所述第二信号之间关系的函数插入所述位置中的一个，所述第一部件包括多个分段轨道，所述电极和所述第二电极被包括在从所述多个轨道中选择出的一个轨道中，所述第二部件跨过所述多个轨道延伸，所述方法进一步包括：

确定一组第一位，所述第一位中的每一个对应于所述多个轨道中的不同的一个；以及

根据所述评估确定一组第二位，所述多个第二位对应于所述位置中沿所述范围的、用于所述多个轨道的一个选定轨道的位置，与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第三部件包括具有第一部分和第二部分的电极，所述第一部分的大小被设置为跨过所有的所述轨道，所述第二部分的大小和形状被设置为跨过所述多个轨道中的所述选定轨道，并小于所有所述多个轨道。

8.一种方法，包括：

向传感器轨道施加电压波形序列，所述轨道包括第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开，第三电极被设置为与所述轨道相对；

使所述第三电极与所述第一电极和第二电极电容性地耦合，以响应所述波形序列提供检测信号序列；

处理所述检测信号序列以对信号和与信号差进行比较；以及

相对于沿着所述第一电极、所述间隙和所述第二电极的范围，插入所述第三电极的位置。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述施加电压波形序列包括：在电压波形序列期间的不同时刻，向所述第一电极施加第一波形，以及向所述第二电极施加第二波形，所述第二波形大致与所述第一波形反相。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述检测信号序列包括来自所述第一电极的第一信号，以及来自所述第二电极的第二信号，所述处理包括：从所述第一信号和所述第二信号确定出所述信号和与信号差。

11.如权利要求8所述的方法，其中，所述施加电压波形序列包括：在所述波形序列的第一周期，同时向所述第一电极和第二电极施加第一对电压波形，以及在所述波形序列的第二周期，同时向所述第一电极和第二电极施加第二对电压波形，并且还包括：

从所述第一对电压波形和所述第二对电压波形的一个中确定出所述信号和；以及

从所述第一对电压波和所述第二对电压波形的另一个中确定出所述信号差。

12.如权利要求8所述的方法，其中，所述插入将所述位置判定为沿着所述范围的八个或多个位置中的一个，所述传感器轨道为从多个传感器轨道中选择出的一个，并且所述第三电极延伸跨过所述多个轨道，所述方法进一步包括：

确定一组第一位，所述第一位中的每一个对应于所述多个轨道中的不同的一个；以及

根据所述插入确定一组第二位，与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述第三部件包括具有第一部分、第二部分和第三部分的电极，所述第一部分的大小被设置为跨过所有的所述轨道，所述第二部分的大小和形状被设置为仅跨过所述多个轨道中的两个轨道，所述两个轨道包括所述选定轨道，所述第三部分的大小和形状被设置为仅跨过所述选定轨道。

14.一种装置，包括：

包括轨道的传感器面，其具有第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开；

检测设备，与所述轨道隔开，以通过电容性耦合从所述第一电极和第二电极接收信号；以及

传感器电路，与所述轨道和所述检测设备电耦合，所述电路被构建为向所述第一电极和第二电极提供电压波形序列，并通过比较信号和与信号差，处理来自所述检测设备的、响应于所述波形序列的检测信号序列，以相对于沿着所述第一电极和第二电极的位置范围，插入所述检测设备的位置。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述传感器面被安装成随着第一轴转动，所述检测设备被安装成随着第二轴转动，并且所述装置被构建为基于所述位置，提供对应于扭矩的输出。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述传感器面和所述检测设备通过电容耦合被操作地耦合到所述传感器电路。

17.如权利要求14所述的装置，其中，所述传感器面包括多个其他的轨道，所述检测设备延伸跨过所述其他的轨道。

18.如权利要求14所述的装置，其中，所述电路包括用于确定比率并基于所述比率插入所述位置的装置，该装置具有确定八个或更多可能位置中的任意一个的分辨率。

19.如权利要求14所述的装置，其中，所述检测设备包括这样的电极，其第一部分延伸通过所述轨道和所述其他轨道，其第二部分延伸通过所述轨道，并且未通过其他所有轨道。

20.如权利要求18所述的装置，其中，所述电极包括第三部分，所述第三部分的大小和位置被设置为仅延伸通过所述轨道，并且所述第二部分的大小和位置被设定为仅延伸通过所述轨道，以及延伸通过所述其他轨道之一。

21.一种方法，包括：

用传感器对多个第一位进行编码，所述传感器包括多个传感器轨道和电极，所述第一位中的每一个对应于所述多个传感器轨道中的不同的一个；

向所述多个轨道中指定的一个的第一电极段施加第一电压波形，以及向多个轨道中指定的一个的第二电极段施加第二电压波形，所述第一段和第二段由不导电的间隙分隔开；

使所述电极与所述第一段电容性地耦合，以响应所述第一电压波形提供第一信号，以及使所述电极与所述第二段电容性地耦合，以响应所述第二电压波形提供第二信号；以及

通过传感器将多个第二位确定为所述第一信号和第二信号的函数，所述第一位和第二位表示被检测到的位置，并且与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述多个传感器轨道中的各个被分割以提供多个电极段，用于各个传感器轨道中的每一个的电极段数量彼此不同，所述传感器轨道中被指定的一个具有比其他传感器轨道多的电极段，所述第一电极段和第二电极段都属于所述传感器轨道中被指定的一个轨道的电极段。

23.如权利要求21所述的方法，其中，所述确定包括：

生成所述第一信号与第二信号之间的差，以及所述第一信号与所述第二信号绝对值的和；以及

作为所述差与所述和的函数，插入所述第二位。

24.如权利要求21所述的方法，包括：

在所述检测设备上提供延伸跨过所述轨道的电极；

使所述检测设备与一对电极轨道段相重叠，所述一对电极轨道段属于除了所述传感器轨道中指定的一个轨道之外的其他传感器轨道中的一个；

同时使所述检测设备与所述一对电极轨道段电容地耦合；

提供在所述耦合期间从所述一对电极轨道段接收的一对信号的总和。

25.如权利要求21所述的方法，包括：

在所述传感器面上承载所述传感器轨道；

在延伸跨过所述传感器轨道的检测设备上承载所述电极；以及

相对于所述传感器面和检测设备中的一个，移动所述传感器面和检测设备中的至少另一个。

26.如权利要求25所述的方法，其中，所述传感器轨道中的每一个都遵循大致为圆形的路径，所述移动包括旋转所述传感器面和检测设备中的一个或多个。

27.如权利要求25所述的方法，包括：根据建立的序列施加多个变压信号，以执行所述编码。

28.一种装置，包括：

包括多个轨道的传感器面，所述轨道相互分隔开，并且所述轨道中指定的一个轨道包括第一电极和第二电极，所述第二电极与所述第一电极由不导电的间隙分隔开；

检测设备，与所述轨道分隔开，并延伸跨过所述轨道，以通过与所述轨道中的一个或多个的电容性耦合来接收信号；以及

传感器电路，与所述轨道和所述检测设备电耦合，所述电路被构建为，响应根据建立的序列而施加到所述多个轨道的不同轨道上的变压，从所述检测设备检测到的连续信号图中生成多个第一位，所述电路还被构建为，作为第一信号和第二信号的函数生成多个第二位，所述第一信号由与所述第一电极电容性耦合的所述检测设备检测，并响应于第一电压波形生成，所述第二信号由与所述第二电极电容性耦合的所述检测设备检测，并响应于第二电压波形生成，所述第一位和第二位表示所述检测设备被检测到的沿着所述轨道的位置，并且与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

29.如权利要求28所述的装置，其中，所述电路至少部分地被提供为微处理器，并包括可由所述微处理器执行的编程指令限定的操作逻辑。

30.如权利要求28所述的装置，其中，所述电路包括操作逻辑，所述逻辑中的至少一部分是硬连线的形式。

31.如权利要求28所述的装置，其中，所述传感器面和所述检测设备通过旋转耦合被相互耦合在一起，所述耦合被构建为用于相对于所述传感器面和检测设备中的一个，移动所述传感器面和检测设备中的至少另一个，所述传感器面包括承载有各个所述轨道的不导电基底，各个所述轨道都遵循大致为圆形的路径。

32.如权利要求28所述的装置，其中，所述电路包括信号源，所述信号源具有反相输出节点和非反相输出节点，所述轨道中的第一个包括第一组导电电极，各个所述的第一组导电电极由第一组不导电间隙中的相应间隙相互隔开，所述轨道中的第二个包括第二组导电电极，各个所述的第二组导电电极由第二组不导电间隙中的相应间隙相互隔开，所述第一组电极包括电耦合于所述非反相输出节点的第一子集，以及电耦合于所述反相输出节点的第二子集，所述第一子集和第二子集中的电极沿着所述第一轨道相互交替。

33.如权利要求32所述的装置，其中，所述轨道中的第三个包括第三组导电电极，各个所述的第三组导电电极由第三组不导电间隙中的相应间隙相互隔开，所述轨道中的第四个包括第四组导电电极，各个所述的第四组导电电极由第四组不导电间隙中的相应间隙相互隔开，所述第一组电极的个数多于所述第二组电极的个数，所述第二组电极的个数多于所述第三组电极的个数，所述第三组电极的个数多于所述第四组电极的个数，所述第四组电极中的每一个沿着第四个所述轨道延伸的距离，大于所述第三组电极中的每一个沿着所述第三个轨道延伸的距离；所述第三组电极中的每一个沿着所述第三个轨道延伸的距离，大于所述第二组电极中的每一个沿着所述第二个轨道延伸的距离；以及所述第二组电极中的每一个沿着所述第二个轨道延伸的距离，大于所述第一组电极中的每一个沿着所述第一个轨道延伸的距离。

34.一种装置，包括：

用于对多个第一位进行编码的装置，所述多个第一位中的每一个对应于由传感器面承载的多个传感器轨道中不同的一个，所述编码装置包括检测设备，所述检测设备被设置为与所述传感器面相对以延伸跨过所述多个轨道，并与所述传感器面隔开，所述检测设备包括电极；

用于向所述多个轨道中指定的一个的第一电极段施加第一电压波形，以及向所述多个轨道中指定的一个的第二电极段施加第二电压波形的装置，所述第一段和第二段由不导电的间隙分隔开；

用于使所述电极与所述第一段电容性地耦合以响应所述第一电压波形提供第一信号、以及响应所述第二电压波形提供第二信号的装置；以及

用于通过传感器将多个第二位确定为所述第一信号和第二信号的函数的装置，所述一组第二位和第二位表示被检测到的位置，并且与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

35.一种装置，包括：

第一轴；

第二轴；

扭转部件，将所述第一轴和第二轴耦合在一起；

第一转子，固定于所述第一轴以和其一起转动，所述第一转子包括具有第一电极和第二电极的第一面，所述第一电极和第二电极由不导电的间隙分隔开；

第二转子，固定于所述第二轴以和其一起转动，所述第二转子包括与所述第一面相对并隔开的第二面，所述第二面包括第三电极；以及

传感器电路，与所述第一电极、第二电极和第三电极耦合，所述传感器电路被构建为：向所述第一电极和第二电极提供电压波形序列，所述电压波形序列包括与其他信号反相的至少一个信号；以及处理通过所述第三电极与所述第一电极和第二电极的电容耦合检测到的信号序列，以确定所述第三电极相对于所述第一面的位置。

36.如权利要求35所述的装置，其中，所述第一面包括可操作地耦合于所述传感器电路的第一导电环，所述第二面包括与所述第三电极电连接的第二导电环，所述第一导电环和第二导电环彼此相对排列，以使得来自于所述第三电极的检测信号电容耦合到所述传感器电路。

37.如权利要求36所述的装置，还包括与所述传感器电路的至少一部分连接的定子，所述定子包括被构建为与所述第一导电环电容耦合的第三导电环。

38.如权利要求35所述的装置，其中，所述传感器电路包括用于将所述位置判定为至少八个可能的位置中的一个的装置。

39.如权利要求35所述的装置，其中，所述传感器电路包括用于将所述位置判定为至少六十四个可能的位置中的一个的装置。

40.如权利要求35所述的装置，其中，所述第一电极和第二电极属于由所述第一面承载的电极轨道，所述第二面具有包含所述第三电极在内的多个拾取电极。

41.一种装置，包括：

第一传感器部件，限定有多个相互隔开的轨道，所述多个轨道中的每一个包括多个电容电极段，所述电极段由相应的不导电间隙彼此隔开；

第二传感器部件，包括电容电极，所述电极与所述多个轨道隔开并跨过所述轨道，以相应地重叠所述各个轨道的一个或多个段；以及

电路，包括电信号源、逻辑和检测电路，所述电信号源在一系列的时间周期生成信号图，在各个所述的时间周期，所述信号图分别向所述多个轨道中每一个轨道的多个段中的每个段提供变压，所述检测电路与所述电极电耦合，所述电极与所述多个轨道中每一个轨道的一个或多个电极段电容耦合，以检测一系列与所述信号图对应的发射信号，所述逻辑响应于所述信号源和所述检测电路，以确定所述电极相对于所述多个轨道的位置的相应信息。

42.如权利要求41所述的装置，其中，所述电路至少部分被提供为微处理器，所述逻辑至少部分地被提供为可由所述微处理器执行的编程指令。

43.如权利要求41所述的装置，其中，所述逻辑的至少一部分是硬连线离散的形式，所述电路的至少一部分由专用的电路组件来提供。

44.如权利要求41所述的装置，其中，所述第二部件和所述第一部件通过旋转耦合被耦合在一起，并被构建成其至少相对于所述第一部件和第二部件的一个来移动另一个，所述第一部件包括承载各个所述轨道的不导电基底，各个所述轨道遵循大致为圆形的路径。

45.如权利要求44所述的装置，其中，分别用于所述多个轨道中的每一个的段由第一子集和第二子集构成，所述第一子集的段耦合于第一电节点，所述第二子集的段耦合于第二电节点，所述第一电节点与所述信号源的反相输出电连接，所述第二电节点与所述信号源的非反相输出电连接，所述第一子集的段与所述第二子集的段交替。

46.如权利要求44所述的装置，其中，所述轨道中的每一个具有不同的长度，并对应于多个半径中的不同一个，所述多个半径中的每一个从共同的基准点延伸，并具有不同的长度。

47.如权利要求41所述的装置，其中，所述段由在基底上形成的金属镀层构成，所述轨道中一个轨道的多个段中的每个段具有的长度是所述轨道中的另一个轨道的多个段中的每个段的至少两倍，用于所述多个轨道的每一个的多个段数量是不同的。

48.如权利要求47所述的装置，其中，所述多个轨道中每个轨道具有的长度大约相等。

49.如权利要求41所述的装置，其中，所述第一部件和所述第二部件中的至少一个被构建成能够移动，以相对于所述轨道改变所述电极的位置，所述电路包括这样的装置，其用于在第一时间顺序地向所述多个轨道中指定的一个轨道的多个段中的第一个段提供第一电压波形，以及在第二时间向所述多个轨道中指定的一个轨道的多个段中的第二个段提供第二电压波形，并且所述电路包括这样的装置，其用于响应所述提供装置，从所述发射的信号序列确定多个第一位，以及从所检测到的信号中确定多个第二位；与所述第二位相比，所述第一位是较高有效位。

50.一种装置，包括：

传感设备，包括限定有多个轨道的面，所述多个轨道相互电绝缘，所述多个轨道中的第一个包括第一组电极，所述第一组电极由第一组不导电间隙中的各个相应间隙相互隔开；所述多个轨道中的第二个包括第二组电极，所述第二组电极由第二组不导电间隙中的各个相应间隙相互隔开；所述第一组电极包括所述电极与第一电节点耦合的第一子集，以及与第二电节点耦合的第二子集，所述第一子集的电极和所述第二子集的电极沿着所述多个轨道中的第一个轨道相互交替；

电信号电路，包括耦合于所述第一节点的非反相输出，以及耦合于所述第二节点的反相输出；以及

电极设备，其被设置为与所述面相对，以与所述第一组电极和第二组电极中的一个或多个电极电容性耦合，所述电极设备可操作以提供所述电极设备相对于所述多个轨道的位置的相应信号。

51.如权利要求50所述的装置，其中，所述第一组电极中每一个的长度大于所述第二组电极中的每一个，所述第一组电极的个数小于所述第二组电极的个数。

52.如权利要求51所述的装置，其中，所述第一组电极的每一个与所述第二组电极中的至少两个电极以及所述第二组间隙中的至少一个间隙重叠，所述第二组电极中的每一个与所述第一组电极中的两个电极以及所述第一组间隙中的一个相应间隙重叠。

53.如权利要求50所述的装置，其中，所述轨道中的第三个包括第三组电极，各个所述的第三组电极由第三组不导电间隙中的相应间隙相互隔开，所述轨道中的第四个包括第四组电极，各个所述的第四组电极由第四组不导电间隙中的相应间隙相互隔开，所述第一组电极的个数多于所述第二组电极的个数，所述第二组电极的个数多于所述第三组电极的个数，所述第三组电极的个数多于所述第四组电极的个数，所述第四组电极中的每一个沿着第四个所述轨道延伸的距离，大于所述第三组电极中的每一个沿着所述第三个轨道延伸的距离；所述第三组电极中的每一个沿着所述第三个轨道延伸的距离，大于所述第二组电极中的每一个沿着所述第二个轨道延伸的距离；以及所述第二组电极中的每一个沿着所述第二个轨道延伸的距离，大于所述第一组电极中的每一个沿着所述第一个轨道延伸的距离。

54.如权利要求53所述的装置，其中，所述轨道段对应于格雷码图案，以对所述检测设备相对于所述多个轨道的位置进行编码。

55.如权利要求50所述的装置，其中，所述多个轨道中的每一个具有不同的长度，并相互同心。

56.如权利要求50所述的装置，其中，所述电极设备包括大致连续的电极，所述大致连续的电极跨过所述多个轨道，并被构建为通过电容耦合检测发射信号图，所述发射信号图对应于由所述电信号电路向所述多个轨道提供的信号，并表示所述检测设备相对于所述多个轨道的位置。

57.如权利要求50所述的装置，其中，所述第二组电极包括第一电极子集和第二电极子集，所述第一电极子集和第二电极子集具有相互交替的部件，所述第二组电极具有的电极数量大于所述第一组电极具有的电极数量；

所述信号电路包括用于同时向所述第一电极子集中的各个电极施加第一电压波形、以及向所述第二电极子集中的各个电极施加第二电压波形的装置，所述第二电压波形大约与所述第一电压波形反相；

所述信号电路包括这样一种装置，其用于在第一时间向所述第一组电极的部件提供第一变压，以及用于在第一时间之后的第二时间向所述第二组电极的部件提供第二变压；以及

还包括响应于所述同时施加装置、基于电极设备提供的信号图确定粗略位置的装置，以及响应于所述顺序提供装置、基于电极设备提供的另一信号图细化粗略位置的装置。

58.一种方法，包括：

生成信号图以重复地向传感器的两个或多个轨道中的每一个提供变压；

使所述传感器的电极与所述轨道电容地耦合，以通过检测响应于所述信号图发射的第一组信号，来确定沿着所述轨道的第一电极位置；

相对于所述电极和轨道中的一个，移动所述电极和轨道中的至少另一个，以使得沿着所述轨道的第二电极位置不同于所述第一电极位置；以及

通过电容性地耦合到所述多个轨道的电极，检测响应于所述信号图发射的第二组信号，以确定所述第二电极的位置。

59.如权利要求58所述的方法，其中所述移动包括旋转所述轨道和所述电极至少其一，并且所述多个轨道都是封闭环路的形式。

60.如权利要求58所述的方法，其中，所述多个轨道中的第一个包括第一组电极段，各个所述第一组电极段由第一组不导电间隙中的相应间隙相互隔开；所述多个轨道中的第二个包括第二组电极段，各个所述第二组电极段由第二组不导电间隙中的相应间隙相互隔开；所述第一组电极段包括第一电极子集和第二电极子集，所述第一电极子集中的每个部件与所述第二电极子集中的每个部件沿着所述第一个轨道相互交替。

61.如权利要求60所述的方法，其中，所述生成包括：

向所述第一子集中的多个电极段中的一个提供第一电压波形，以使得从属于所述第一组电极段的电极发射第一信号；

向所述第二子集中的多个所述电极段中的一个提供第二电压波形，以使得从属于所述第一组电极段的电极发射第二信号；

当处于所述第一电极位置时，所述电极重叠所述第一子集中的多个电极段中的一个、所述第二子集中的多个电极段中的一个、以及位于它们之间的不导电间隙；以及

作为所述第一信号和所述第二信号的函数确定所述第一电极的位置。

62.如权利要求61所述的方法，其中，所述第一电压波形被提供到所述第一子集的电极段之一，而所述第二电压波形被提供到所述第二子集的电极段之一，所述第二信号大约与所述第一信号反相，所述电极提供表示所述第一信号与第二信号的和的输出信号。

63.如权利要求61所述的方法，包括：

根据建立的序列在不同的时间施加所述第一电压波形和所述第二电压波形；

为所述第一信号和所述第二信号中的每一个从所述电极提供输出信号；以及

作为所述第一信号和第二信号的函数插入所述第一电极的位置，所述多个轨道中的所述第一个轨道具有比所述轨道中的所述第二个轨道多的电极段。

64.如权利要求60所述的方法，其中，所述第二组电极段的各个电极沿着所述多个轨道中第二个轨道的长度大于所述第一组电极段的各个电极沿着所述多个轨道中所述第一个轨道的长度。

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