CN1026527C - 具有不均匀重复增量间隔的蛇形导体格栅的数字转换器 - Google Patents

具有不均匀重复增量间隔的蛇形导体格栅的数字转换器 Download PDF

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Abstract

一种位置检测设备及其导体结构，每轴的导体结构有一定量的导体，至少一个导体沿蛇形路径以不均匀重复增量延伸。重复增量受最大或最小重复增量、或同一导体相邻段间重复增量的最大变化量、或以上各量的综合限制。实施例中，至少存在对最大重复增量的限制以抑制噪声。每个轴的栅状导体以一种图形布置，使所测得信号经处理后以格雷码形式提供给线圈中心的一个小区间，它限定了线圈中心的粗测位置。区间内的精确位置可用内插法来确定。

Description

在此公开的发明涉及位置测定装置、系统和方法，特别是涉及这样一类数字转换系统，该系统包括具有一种导体结构的图形板，该导体结构和一个运动件或指示器、例如触头或滑块以及类似物相互作用以便向特别是计算机提供表示运动件相对于图形板位置的信号。
具有一个导体结构和一个运动件的数字转换系统可以是电磁型的，即导体结构中的电导体和一个、例如运动件中的一个线圈这样的电导体之间以电磁方式耦合信号;也可以是电容或静电型的，即导体结构中的电导体和例如运动件中的电极这样的电导体之间以电容方式耦合信号;也可以是光学类型的，即分别在光发射或光接收导体结构和运动件的光接收或光发射结构之间以光学方式耦合信号;还可以是声学型的，即借助于声音发送或声音接收导体结构和运动件的声音接收或声音发送结构之间的声波实现信号耦合，如此等等。术语“导体结构”和“导体”用在这里是广义的，而且这样一个导体结构或导体自然可以接收或导通电、磁、光、声等信号。与之相似，“感应”也是广义的，是指利用某种耦合形式在导体中产生信号。
数字转换系统提供特别为计算机所用、表示位置的信号，例如，相对于导体结构有效范围的运动件座标，有效范围不过是图形板表面上的一个区域，在该区域内，数字转换系统以给定的精度、分辨率等参数有效地提供表示位置的信号。在有效范围以外，数字转换系统就不能识别或不处理表示位置信号转换的信号，或不能简而有效地产生 或接收这样的信号，如此等等。一般情况下，数字转换系统对每个座标轴都有一套导体结构。下面介绍的与座标系统中的一个轴对应的导体结构一般地也适用于另一轴上的导体结构。
电磁型数字转换系统已经公开，例如在Ioannou的3873770号美国专利中，其它美国专利有Kamm等人的3944082号、Dovis的4368352号，它们都被转让给本申请的受让人。
一种静电数字转换系统已经公开，例如，在Dhawan的4705919号美国专利中。
这些类型系统中的导体结构，对每个座标轴都包括一定数量的导体，其中每个导体或者将来自运动件由导体所接收的耦合信号转换到公共处理线路中，或则激励导体，以便使公共电源所提供的信号可以耦合到运动件上。因此，每个轴向上的导体结构的每个导体都需要一个开关。虽然必须接入的导体的数目取决于包括所需分辨率和图形板尺寸等因素，但对一个图形板每一轴向上每一英吋长度而言，使用四个或四个以上导体，即相邻导体间隔0.025英吋或更小间隔的情况还是不常见的。因而，一个有效范围仅为12英吋×12英吋的图形板，每一个轴向上可以使用48个或更多个导体，而每一个轴向上需要48个或更多个开关。一般，这些开关都包含在一个多道转换器中，每个轴向上使用6个或更多个8输入或者使用3个或更多个16输入的多道转换器。
减少上述类型的数字转换系统中每个轴上所需全部开关或多道转换器输入同时维持给定的有效范围和给定导体间隔的一种方法是相对于某一特定轴向，用同一导体多次穿过该有效范围，即使导体沿蛇形路径延伸，以便使导体有效部分或段前后弯曲通过由有效范围之外的 连接部份内连接的有效范围。可以找到最近公开的蛇形导体结构，例如，1988年3月29日公布的4734546号美国专利、1989年5月16日公布的4831216号美国专利，这两者都属于Landmeier，以及1989年5月30日公布的Watson的4835347号专利。
然而，使用蛇形导体结构的数字转换系统并不是最近发展研制的，例如在如下美国专利可以看到：1969年9月9日公布的Lewin的3466646号、1972年3月7日公布的Bailey的3647963号，都转让给本申请的受让人;1972年12月12日公布的Dertouzos的3705956号、1974年6月25日公布的Inokuchi的3819857号、1977年6月14日公布的Gordon的4029899号、1983年3月29日公布的Green等人的4378465号和1985年11月12日公布的Hulls的4552991号。
以蛇形布置导体，以便使导体各线段（或线段本身）之间的间隔或区域可以用单值二进制数码，例如格雷码来唯一识别，也并不是一个新发展。例如参阅1969年Lewin的′646号专利、1972年Dertowzos的′956号专利和1974年Inokuchi的1857号专利。
一种在数字转换器中使用蛇形栅状导体的逼进方法是将有效范围连续分隔为越来越小的间隔。例如，一个导体在指定轴向上将图形板分隔为1/2、另一个按1/4分隔，再一个导体按1/8分隔，等等。使用3个导体，根据上述方法，可将一个图形板按1/8进行分隔，使用4个导体按1/16、使用5个导体按1/32分隔。例如， 参阅Inokuchi的′857号专利。
利用上述方法，对一个12英吋的图形板来说，将有效范围按1/2划分的导体，以6英吋间隔将该导体的相邻有效部份或线段分开。对一个24英吋的图形板，以1/2方式分隔该板的导体的有效部份彼此相隔12英吋。在栅状导体或运动件导体中感应清晰信号的同时，为了利用导体有效部分之间的大间隔进行工作，就需要如下一个或多个条件：高的信号电平，运动件中一个大的导体或灵敏的处理电路。
另外一种逼近方法是如上所述将图形板按1/2、1/4等分隔，但是在图形板的每一细分部份使用的是同一导体的许多段而不仅仅是每1/2图形板用一个导体、或每1/4图形板用一个导体，如此等等。参阅上面引用的Lewin的′646号专利。因为在这种逼近方法中，同一导体的各段并不是分隔很宽，数字转换系统并不需要上述方法所讨论的高的信号电平，大的运动件导体或灵敏的处理电路。
然而，所有导体的相邻导体段之间具有的某一给定间隔（所述给定间隔被称为“基本间隔”），在同一个细分的图形板部份中使用一定数量的同一导体段仅仅是减少了利用导体的给定数码能够识别的单值间隔的总数。
一般情况下，用于电磁型数字转换系统的栅状导体结构，每英吋有效范围内有4个或更多个分离的导体或导体的有效部分。因而，沿一个特定轴向上有一个12英吋的有效范围的图形板至少需要48个导体或导体有效部份。接近于上面介绍的使用蛇形导体的图形板，则需要6个蛇形延伸的导体（26＝64）。由于数字电路的一般配置都以4、8、16或32位来处理数据和地址，所以，使用8个导体 或8位多道转换器。
然而，如果按照Lewin的′646号专利中所指出的在特定导体图形中布置8或16个导体则会在一个图形中具有少于最大可能的单个间隔的数目，该间隔能够由一给定的基本导体段间隔和给定的导体数来决定。另一方面，利用Inokuchi的′857号专利所提出的一种图形在一个大的图形板中，则存在上面讨论的非单值性问题，这是由于导体的导体段之间存在较大的间隔所引起的，这些段将有效范围按1/2或1/4等分隔。
在上面引用的Landmeier的′546号专利中公开的逼近方法中，在每个轴向上将16个导体沿蛇形路径连接，以便使图形板仅能唯一地分隔成1/4。运动件中的线圈通过由16个导体上的信号相位得到的单值代码唯一定位在一个图形板1/4的范围内然后通过信号处理来识别两个相邻导体有效部份，线圈中心就落在这部份之间或在其中一个之上。再由进一步信号处理确定线圈中心位置在两个相邻导体有效部份之间还是在其中一个之上。因此，线圈相对格栅位置的测定在每个轴上需要三步过程。参阅Landmeier的′216号和Watson的′347号专利中利用蛇形栅状导体结构的其它方法。
然而，还需要一种数字转换系统和数字转换导体（格栅）结构，这种结构在导体结构和信号处理电路之间使用较少的连接，它的导体图形可以相对容易地确定，利用简化的处理方法就可确定运动元件相对导体的位置，它的实施具有容许的分辨率和精度。
本申请公开的发明的一个目的是简化和/或减少位置测定装置的成本，特别是大范围测定装置。
本发明的另外一个目的是改进和/或简化用于位置测定装置中的导体结构和/或信号处理线路。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于位置检测装置的导体结构，在各个导体结构和信号处理电路或导体激励线路之间，只需要较少数量的开关和多道转换器输入端。
本发明的另一个目的是提供用于大范围位置测定装置的导体结构和信号处理电路，例如这种装置在一个轴向上具有的有效位置测定范围达到48英吋或更大。
本发明的另一个目的是简化与这种导体结构相关的处理信号方法以获得表示运动件相对于导体结构位置的信号。
本发明的另一个目的是提供简化的测定运动件相对于装置的导体结构位置的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于测定这种导体结构的导体图形的方法。
体现本发明的导体结构或系统（下文有时称为格栅），对每一个轴而言，包括一定数量的导体，其中至少一个导体弯延成带有非均匀重复间隔增量的蛇形路径。对每个给定的轴而言在这样一个蛇形路径中的导体段，包括相隔的有效部份或段，它们彼此基本平行，走向基本上平行于该轴，并包括将有效部分内连接的连接部分。重复增量不过是同一蛇形导体的一段和下一段之间的间隔，并且，可以（并不是必须决定于这样一些因素，如抗噪声度和精确位置测定精度）受最大重复增量、或最小重复增量、或同一导体相邻段之间重复增量的最大变化量，或最大重复增量，最小重复增量和相邻重复增量的最大变化量的综合限制。
该导体结构可以包括至少第一、第二和第三导体，其中每个导体都包括多个有效部份，这些有效部份基本上按照第一方向延伸，该第一方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向与所述平面彼此之间基本平行。至少一个导体的重复增量是不均匀的。各导体在电方面是绝缘的，并彼此分开，例如，可以利用在不同的、相互接近而又在整体上绝缘或彼此分开的平面上延伸，和/或通过利用绝缘的相邻导体的交叉点，和/或通过选择导体的图形等等。
导体的重复增量最好这样选择，即最大重复增量小于导体结构长度的大约1/2（导体结构在不同于第一方向的第二方向上有一定长度）。例如，每个导体至少有三个有效部份。
至少一个蛇形导体的重复增量可以是完全不均匀的，或至少在导体结构的位置测定部份中即这样的导体结构部份（运动件相对于该部份的位置是要测定的）带有较好的精度。至少一个导体的重复增量可以在复盖整个导体的长度范围内改变任意次。
在一个优选实施例中，对最大重复增量至少有一个限制，以提供抗噪声度，现介绍如下。
相对于格栅的一个轴将导体以某一图形布置，以使得相对于该轴从导体中或从运动件（即在相关频率下功能像一个线圈）的导体上所得到的信号在经过处理后相对于有效范围的小区域提供各单值二进制数码，运动件的参考点（例如线圈中心）就处在该范围内。反过来说，该信号也可以单值地表示单个导体段，运动件的参考点就处在或接近该导体段上，即导体段接近小区域。给定轴向上的小区间对应于该轴上两个直接相邻的、有效导体部份之间的间隔，有可能是不确定的间隔。
因此，例如在X轴向上，这个小区间是在X轴上两个相邻的有效导体部份之间延伸的一个狭窄矩形或条形。表示给定轴上的相邻小区间（或相邻导体段）的二进制数码不同于单个的二进制“位”，即假如运动件的导体沿着给定的轴向运动，经过一个导体段从一个小间隔到相邻的一个小间隔，只有一“位”变化。因此，二进制数码构成一种带有“一位”不确定的格雷码。相对于X轴格栅确定小间隔和相对于Y轴确定小间隔的二进制数码限定了由各轴向上的导体段相对侧划定的一个较小区间（或二进制数码确定X轴线段和Y轴线段的交叉点）。在每个轴向上的这些小区域，或对于两个轴向上的较小区域确定了运动件的粗略位置。在某一范围内精确位置，可以利用内插法，由在所选择的导体段中感应信号的幅值确定，或由在选择的导体段中感应信号的相位关系来确定。
根据本发明导体结构的导体数量和导体段数量决定于其中包括图形板所希望的有效范围和所希望的分辨率。假如根据本发明进行很好地设计，带有2n个导体段的几个蛇形导体将在相邻导体段之间提供2n-1个单值区间。然而，假如对导体的重复增量硬性提出限制，由给定的导体数量所产生的唯一可识别的区间数将小于2n-1。例如，一个相对大的最小重复增量和/或一个相对小的最大重复增量，即在最小和最大值之间的重复增量的允许变化量是小的，可能导致产生一些实际上小于2n-1的唯一识别区。在最小重复增量等于最大重复增量（即重复增量对所有导体都是相同的或者不变）的情况下，可以确定的只有2n个唯一识别区间。
例如，如果根据本发明设计该导体，具有32（25）个导体有效部份的5个导体将提供31个（25-1）单值区间。导体有效部 份之间的间隔为0.250英吋，可以得到8英吋的格栅幅宽。
相对于最大重复增量，由于在（或利用，取决于系统是运动元件驱动的还是导体结构驱动的）蛇形导体段中感应信号的幅度或幅值（绝对值）随着其在两个方向上离开运动件参考点距离的增加而减少，对一定的信号电平，在相邻的导体段中予期的感应信号电平必须明显地大于予期的噪声电平。因此，要将最大距离作为同一导体相邻段之间的间隔。
相对于最小重复增量，对其提出的主要限制是，同一导体相邻段应当这样分开，使当运动件移动仅经过同一导体的两个相邻段中的一个时，在一个特定导体中信号相位发生变化。另一个最小重复增量标准涉及精确位置测定。例如，对使用数字内插的场合，正如下面所述重复增量应当大到足以提供与用于内插的两个导体段中感应信号之间的距离相比具有良好线性度的信号电平。维持这样的线性关系就可以与首先根据信号值进行数字运算（即求变化率），然后利用数字运算的结果，借助查表得到所插入的精确位置的方法相反而通过对电流幅值直接进行数学运算来直接测定精确位置。
在最大和最小重复增量之间会出现相互矛盾的目标要求，即为了减少误差，最小重复增量要设置的尽可能大和尽可能接近最大重复增量（即减少同一导体相邻段之间重复增量的变化量），而为抑制噪音，最大重复增量要尽可能小。
以下讨论涉及对重复增量的最大变化量的限制。在蛇形栅状图形板的大部份范围内，感应信号的总幅度是多个导体段的各个部份作用所致。对于与运动件的参考点是等距离的导体段而言，所感应的信号相等并反向，因而互相抵消。在这样一种情况下，与运动件参考点等 距离的导体对所感应的总电流就没有影响，不会带来内插误差。因此，通过分隔最接近运动元件参考点且与之等距的线段的各直接相邻导体段，可方便的进行内插法而且可以提高内插精度。然而，由于导体是固定的而运动件是可动的，因此与最靠近运动件参考点的导体段直接相邻的导体段很难做到与参考点等距离。然而，根据本发明，减少不等的间隔或减少两个直接相邻导体段与运动件参考点的不平衡则是可能的。根据本发明，利用限制导体段与段之间重复增量的最大变化量已使上述目标得以实现。
如上所述，利用内插法可以测定精确位置。反过来说，两个栅状导体可以同样的重复间隔延伸，精确位置测定可以利用感应信号的相位，如在上面引用的Bailey的′963号专利中所公开的。利用这样两个导体就可以稍微减轻对最小重复增量的限制。
根据本发明的一种用于位置测定装置的导体结构，所述的装置包括一个运动件并测定运动元件相对于导体结构的位置，而导体结构则包括至少三个导体，每一导体包括多个、最好至少三个有效部分或段，该导体段基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或邻近一个与之彼此之间基本平行的共同的平面。每一个导体具有分隔同一导体相邻有效部分的重复增量;还包括连接装置，使同一导体各个分开的有效部份相串联。导体以这样一种图形布置：所有导体有效部份（或每个导体有效部份）之间的间隔，可以由单值二进制数码唯一识别，每个单值二进制数码的二进制数字对应于各自的导体，因而，依据运动件和各个导体的相互作用，可以得到二进制逻辑信号，与该信号对应的二进制数字指示运动件相对于导体结构的位置;并且至少一个导体的重复增量是不均匀的。
另一种方式是，同一导体相邻有效部份被第一间隔所分开，所有导体相邻有效部份被第二间隔所分开，同一导体被分开的有效部份串联起来。导体以这样一种图形布置：至少一个导体的相邻有效部份之间的至少两个第一间隔是不相同的：所有导体的相邻有效部分之间的每一个第二间隔（或导体段本身）可用单值二进制数码唯一地识别，每个单值二进制数码的各二进制数字与各自的导体相对应，因此，依据运动件和各个导体之间的相互作用，可以得到二进制信号，其相应的二进制数字指示运动件相对于导体结构的位置。
至少一个导体的重复增量或第一间隔可以而不是必须用最大重复增量（第一间隔）、或用最小重复增量（第一间隔）、或用同一导体的相邻段之间的重复增量（各第一间隔）的最大变化量、或所选择的例如，这理所介绍的全部量或各增量的综合来限制。
为了抑制噪声，最好使重复增量（第一间隔）小于导体结构长度的一半。
在优选实施例中，重复增量（第一间隔）由于要抑制噪声而受最大值和最小值限制以便当运动件移动通过一个导体段时使感应信号的相位发生变化。在为进行精确位置测定而使用数字内插的情况下，最小重复增量（第一间隔）进一受到限制以便给内插提供基本线性的信号，而且相邻重复增量中（第一间隔）的最大变化量也被限制。
根据本发明的一种用于位置测定装置的导体系统，其位置测定装置包括一个运动件并测定运动件相对于导体系统的位置，而导体系统在每一个轴向上包括如上所述的第一和第二导体结构。
根据本发明用于测定运动件相对于一给定范围的位置的装置包括：一个如上所述的导体结构或系统，当运动元件处在或接近给定范围， 并且激励导体结构（系统）和元件中的一方时，导体结构或系统和运动元件相互作用;激励装置，用于激励导体结构（系统）和运动件之中的一方，使得在另一方出现位置检测信号;和处理装置，用于处理在导体结构（系统）和运动件之中的另一方的位置检测信号。处理装置包括第一装置，用来从位置检测信号中获取二进制信号，与该信号对应的二进制数字识别所有导体段之间的间隔（第二间隔）或导体段，并指示运动件相对于给定范围的位置。
根据本发明的一种用于位置测定装置的导体系统，其位置测定装置包括一个可动件并测定运动件相对于导体系统的位置，而导体系统在每一轴向上包括上述对第一导体结构而言的第一和第二导体结构。
在优选实施例中，对于每一个第一和第二导体结构，在各导体结构中所有导体的相邻导体有效部份之间的第二间隔（或基本间隔）都是相等的，同一导体的两个相邻有效部份被至少一个其它导体的一个有效部份所分隔;并且，处理装置包括存储装置，它存储与运动件相对于给定范围的位置相对应的各组二进制数码;和比较装置，它比较所存储的多组二进制数码和从二进制信号中所得到的二进制数码以测定运动件相对于给定范围的位置。
根据一个实施例，处理装置的第一装置用二进制数码测定运动件的粗略位置。就每个导体结构而言，粗略位置对应于两个导体有效部份之间，即在第二间隔中运动件的位置。处理装置包括第二装置，它测定运动元件相对于每一个导体结构的精确位置，该位置处于两个导体有效部分之间或在其中一个之上。对每一个导体结构，最佳实施例中的处理装置提供位置检测信号的幅度，第二装置通过选定的位置检测信号来完成数字内插。
按照另一个实施例，第一和第二导体结构的两个导体中的每一个都具有多个有效部份，这些部分相对于两个导体的两个相邻有效部份均匀分隔，并且相对于同一导体的有效部份均匀分隔。第二装置处理第一和第二导体结构每一个中的两个附加导体中的位置检测信号，以确定精确位置。
根据本发明的方法，用以确定具有上述特性的几个导体的导体结构的版式。该方法包括：（1）一次将一个导体引入版式之中，使得至少一个导体的相邻有效部份之间的第一间隔中的至少两个是不相同的;（2）每一个导体被引入版式之后，测定所选择的条件是否得到满足，（3）假如选择的条件在步骤（2）得到满足，对下一个导体重复步骤（1）和（2），直到n个导体都被引入版式中;如果所选择的条件在步骤（2）没有满足，则应移出引入到版式中的最后一个导体，然后对其版式不同于移出导体的另一个导体重复步骤（1）和（2）。
根据本发明提出的用于测定运动件相对于上述类型的导体结构位置的一种方法，当运动件接近导体结构，并且激励导体结构和运动件之中的至少一方时，该导体结构和运动元件相互作用;该方法包括激励导体结构和运动件中的一方，并处理从导体结构和运动件中另一方所测得的信号，以提供一个单值的二进制数码，该数码唯一识别一个间隔或至少一个接近运动件的导体有效部份。精确位置可利用例如幅值内插或导体上的信号相位关系来测定。
结合附图和所提出的权利要求，通过对本发明的优选实施例的描述，本发明的上述或另外的目的、见解、特征和优点，将会更易于得到理解。
通过举例的方式介绍本发明。但本发明并不局限于附图的图示内容，图中相同的参照标号表示相同或相应的部份，其中
图1A和图1B是常规电磁型数字转换格栅示意图，该图表示了线圈对应于格栅的两个位置时在栅状导体中感应的电流相位;
图2A和图2B是常规电磁型数字转换格栅示意图，包括有三个蛇形栅状导体，该图表示了线圈对应于格栅的两个位置时栅状导体中感应电流的相位;
图3是根据本发明每个轴向格栅结构上有五个导体时的两个轴向上的示意图;
图4是表示在蛇形栅状导体中感应的电流示意图，该电流是同一导体的各段至与导体相互作用的线圈中心距离的函数，并涉及如何根据本发明来测定蛇形导体的最大重复增量的有关描述;
图5是表示在蛇形栅状导体中感应的电流示意图，该电流是导体段至和导体相互作用的线圈中心距离的函数，并涉及如何根据本发明来测定蛇形导体的最小重复增量的有关描述;
图6是表示与蛇形导体栅状结构的三个最靠近的导体段有关的感应电流波形的示意图，它涉及线圈中心相对于蛇形栅状导体结构位置的内插的有关描述;
图7是本发明16个导体栅状结构在一个轴向上的示意图;
图8是本发明另一种16个导体栅状结构在一个轴向上的示意图;
图9A是信号处理线路的功能方块图，该线路用于传感器驱动的数字转换系统，该系统将如图8所示的格栅结构在两个轴向上进行综合;
图9B是信号处理线路的功能方块图，该线路用于栅极驱动的数 字转换系统，该系统将如图8所示的格栅结构在两个轴向上进行综合;
图10是解释图9A所示格栅结构和信号处理线路工作的流程图;
图11是解释图10流程图中精确位置内插程序的流程图;
图12是解释图11流程图中用于精确位置测定所选择的栅状导体示意图;
图13是两个蛇形导体精确位置或独立于粗测格栅的第二格栅的示意图;
图14是两个蛇形导体精确位置或与粗测格栅或主格栅相结合的第二格栅的示意图;
图15是根据本发明说明选择蛇形栅状导体图形的流程图。
附图所表示的和如下描述的数字转换系统、导体结构和系统属于电磁型。然而，本发明并不局限于这样的数字转换系统和导体结构及系统。在电磁系统中，导体结构或栅状导体都是电导体，而运动件中的导体是一个感应体或线圈，而运动件中的导体是一个感应体或线圈，运动件的参考点就是线圈的中心。
图1A和图1B描述了常规电磁型格栅10在X轴上的一部分，在这类格栅中的在滑块或触头（未表示）中的线圈12受交流信号激励在各栅状导体14、15、16、17、18、19……N中感应电流。如图所示每个导体14-N都穿过有效范围一次，这就要求导体分隔开。导体14-N中的电流是利用顺序闭合各开关22，以便顺序将每个导体接到处理电路（23）上来检测的。线圈12相对于格栅10的中心的位置可以通过在栅状导体14-N中感应电流的相位（方向）和/或幅值来测定。在这种类型的数字转换系统中，在线 圈12一侧的导体中感应的电流具有某一相位，与此同时，在线圈12另一侧的导体中感应的电流则具有相反的相位。例如，当线圈12中心位于导体16和17之间，和电流在线圈12中逆时针流过时，如图1A中和线圈12相关联的箭头所示，导体14-16中的电流方向向下，而导体17-N中的电流方向向上。如图1B所示，当线圈12的中心介于导体17和18之间而且线圈电流是逆时针方向时，导体14-17中的电流方向向上，导体（18）-N中的电流方向向下。电流的幅值取决于线圈对各个导体的相对接近程度。现有技术已经公开了一些利用这种电流相位和/或幅值单值地测定线圈12相对格栅10的位置的技术。
图1A和图1B（和图2A、2B、3、7和8）为了简化起见表示线圈12的直径小于相邻栅状导体之间的间隔。而特别是当将线圈配置在一个滑块上时，线圈12的直径可以大于相邻栅状导体之间的间隔，电流相位分析相似于上述，可以用于确定线圈中心相对于格栅10的位置。
在图2A和2B中，X轴向格栅25包括三个导体29-31，导体的每一段都在蛇形路径中延伸，而且每一导体段都具有多个相互平行的、分开的有效导体部份或段29a、29b、29d;30a、30b;31a、31b它们反向连接，并由连接部分33、34、35分别进行内连接，连线垂直于有效部份。虽然不同导体的重复增量可以是不同的，但是所有导体段之间的基本导体间隔“W”是均匀的，而且每个导体的重复增量是常数。在图2A和2B中所描述的X轴向格栅25其结构及工作都类似于前述Dertouzos的3705956号美国专利的图7，如上所述，为了确定线圈12相 对于格栅25的位置，除去在图2A和2B中所示结构以外还可以激励线圈12以便在格栅25中感应电流，而在Dertouzos的′956号专利的图7中，格栅被激励而在线圈中产生感应电流。净幅度或在一特定导体中感应的电流量是在各个导体有效部分感应的各电流之和，最接近线圈的导体有效部分对该导体净电流之和的影响最大。
例如在图2A中，线圈12的中心在导体有效部分31a和29b之间的间隔S2中，在导体29中所感应的净电流是导体有效部份29a，29b，29c和29d所感应的各个电流之和。由于导体29的导体有效部份29b最接近线圈12，所以借助导体部份29b提供最大的电流份额。（导体部份29a和29c接近平衡，但对净电流影响相反，导体部份29d相对远离线圈12）。正因如此，在导体29中感应的电流相位由在导体部份29b中的感应电流所决定。与此相似，导体部份30a和31a中感应的电流分别对导体30和31中的净电流的影响最大。在图2B中，线圈12中心处在导体部份29b和31a之间的间隔S3中，导体部份29b、30a、31a对各自的导体的电流影响最大。
当线圈12被激励时，通过在每一个导体中针对净电流的相位指定一个二进制逻辑电平，并通过从所有栅状导体中净电流相位所得的逻辑电平形成二进制码，来获得唯一识别两个导体有效区的二进制数码，此时线圈12处在2个导体有效部份之间或在其中一个之上。（反过来说，二进制数码可以识别导体段）。例如，当线圈12中心位于导体有效部份30a和29b之间的间隔S2中而且在线圈12中有一逆时针方向的激励电流时，如图2A所示，净电流的方向是从 导体29和30中流出，而流入导体31。通过将流出导体的净电流指定为二进制逻辑电平“0”，使各个导体31-29中感应的净电流产生二进制数码“100”，该数码单值地识别导体有效部份30a及29b之间的间隔S2（或导体有效部分30a或29b两者之一）。在图2B中，位于导体有效部份29b与31b之间的间隔S3中，且带有反时针方向激励电流的线圈12的中心产生感应电流以得到二进制码“101”。处理电路37处理从导体29-31所接收的信号并提供代表线圈12的中心相对于X轴向上格栅25位置的信号。
下表Ⅰ给出用格雷码来识别相邻导体有效部份之间7个间隔S1-S7的七个二进制数码（导体顺序是“31、30、29”）
表Ⅰ
间隔    代码
S1110
S2100
S3101
S4001
S5000
S6010
S7011
以上描述说明了用于线圈粗略定位的蛇形格栅数字转换系统的工作。可以利用内插法来确定线圈中心在相邻导体有效部份之间的间隔中或在导体有效部份上的位置。在上述引用专利中可以找到关于蛇形导体栅状结构及其工作和由此获得线圈相对该蛇形导体结构的位置的 描述。然而，正如上面对现有方法叙述所提出来的，当导体的数量和粗测位置的数量增加时，或则单值间隔的数量（它可用给定导体段间隔识别）和给定的导体数要减少，或则导体相邻有效部份之间的距离会变得太大，以至出现信号电平或噪声问题。
根据本发明，将n个蛇形导体设计成带有至少一个不均匀导体重复增量，在一个蛇形格栅系统中，至少在格栅的位置检测部份要提供达2n-1个单值可识别的间隔。
图3表示结合本发明的一种格栅系统40，该系统具有大约6英吋×6英吋的有效范围42。格栅40包括X轴格栅44和Y轴格栅45，每个格栅分别包括5个导体46X-50X和46Y-50Y。导体51X和51Y分别是X轴向格栅44和Y轴向格栅45共同的返回支路。导体46X-50X和46Y-50Y分别接到各多道转换器（未表示）的输入端，在一般的情况下如图9A和9B所示，下面讨论仅涉及图8所示的X轴向格栅。因为X轴向格栅44和Y轴向格栅45可以是相同的，因此对X轴向格栅44的描述同样适用于对Y轴向格栅45。
X轴向导体46X-50X中的每一个都包括多个在Y轴方向上延伸的相互分开的平行的有效部分或导体段53。Y轴向栅状导体的有效部份在X轴的方向上延伸通常达到X轴有效部份，而且X轴向和Y轴向栅状导体相互之间是绝缘的。每个导体的相邻有效部份53是通过连接部份54连接的，它在有效范围42之外的X轴方向上延伸。所有导体46X-50X的有效部份53被间隔58（第二间隔）所分隔。导体46X-50X和46Y-50Y当中的每一个彼此之间电气上都是绝缘的，它们分别在不同的、彼此接近而又分开的平面上 延伸，所述平面用已知方法彼此绝缘。同一轴向上的不同导体可以用其它方法彼此绝缘，例如在立体交叉点和跨越点上。最好是导体的导体段都是均匀隔开的。然而，并不是必须的。均匀间隔是较好的，因为它便于利用内插技术精确测定位置。因此，参照图3，在所有导体46X-50X的各段之间的基本间隔58都是均匀的。每个导体46X-50X都沿蛇形路径从X轴格栅44的一侧向另外一侧延伸（然而，不必使一特定格栅中的所有导体均沿蛇形路径延伸，还可以有非蛇形延伸的导体）。每一个导体46X-50X包括5-8个有效部份53，按图3所示设计的X轴向格栅44总共具有31个有效部份，但只有其中25个处于有效范围42之内。因此，X轴向有效范围仅包括24个间隔58。
为了用格雷码单值识别X轴向格栅44在有效范围42中的每一个间隔58（或导体段），要对根据本发明的每个导体的最大重复增量予以限制，使导体46X-50X当中的至少一个导体在其有效部份53之间具有一个非均匀间隔（第一间隔），即至少一个导体要在蛇形路径中以非均匀重复增量连接。在图3所示特定实施例中，所有导体46X-50X都有一个非均匀重复增量。导体46X-50X的重复增量可以用人工或利用计算机辅助程序，例如图15中所示运算系统的流程图来确定。与图3所示结构不同，由五个受导体的最大重复增量限制的蛇形导体组成的图形将以格雷码提供达31个可单值识别的区间或间隔58（或导体段）。
正如本文讨论的，根据本发明限制最小导体重复增量也可收到较好效果。
根据本发明，限制任何导体中的一段到下一个段所允许的重复增 量的最大变化量也可收到较好的效果。
图3所示实施例的重复增量表示在下表Ⅱ中。最大重复增量是7，最小重复增量是3。为了降低与数字内插有关的非线性，导体段的不平衡要保持最小，即同一导体各相邻段之间重复增量的最大变化量要限制到2，即从任何同一导体的一段到下一个相邻段的重复增量可以改变1个或2个。同一导体相邻有效部份53之间的有效间隔是所有导体相邻有效部份53之间的多个基本间隔58。因此，对0.250英吋的基本间隔58、4个基本间隔的重复增量是一英吋。
表Ⅱ
导体    重复增量
46X    4，4，4，5，4，4，3
47X    5，7，6，7
48X    3，4，5，6，4，3
49X    7，6，7，6
50X    4，4，3，4
根据本发明，对最大和最小重复增量和用于蛇形栅状导体结构的同一导体顺序段之间重复增量的变化量的限制通过以下考虑来确定。
参阅图4，关于最大重复增量，在（线圈驱动）或蛇形导体60（格栅驱动）中感应的电流ID的幅度或幅值（绝对值）随着与线圈12的中心62在两个方向上的距离的增加而减少。如果导体中最靠近的段或有效部份与线圈12的中心62的距离是D，在该导体段中感应的电流幅值｜ID｜，对于给定信号电平必须明显大于可能出现的噪声电平｜ID｜，即｜ID｜必须大于｜IN｜。最大距离D被选择为“单侧电流”，即是在格栅的起始和终止范围部份的导体中所 感应的电流，在该部份线圈中心62可能处在导体某段的一侧而不是在同一导体两段之间。因为在有效范围的大部份区域，线圈12的中心62会位于同一导体的两个线段之间，感应电流将在使线圈中心定位的两段之间的两段中叠加，由此提供了一个更大的噪声余度。
对于最小重复增量的主要限制在于：同一导体相邻段应当这样分隔，使得当线圈12运动仅经过该同一导体两个相邻段的其中一个时，在一个特定的导体中电流相位改变。另外一个最小重复增量界限与精确位置测定有关。例如，在使用下述数字内插法的场合，重复增量应当足够大，以便对于导体的任何两个相邻段之间的距离都能提供具有良好线性度的信号电平。与首先根据电流数值进行数字运算（例如形成一个变化率）并且利用数字运算的结果用查表得到所插入的精确位置相反，保持这样的线性度就能够使精确位置直接根据电流幅值通过数字运算而直接确定。
在较差情况下，用内插法估计相对于｜Imin｜的误差为｜I（max.incr）-I（min    incr）｜。因而，存在相互矛盾的目标要求，即要将最小重复增量设定的尽可能大和尽可能接近最大重复增量（即减少同一导体的相邻段之间重复增量的变化量）以便减小精确位置测量误差;而为了抑制噪声（抗扰度）要将最大重复增量设定的尽可能小。
假如感应电流的幅度是为内插法所用，那么所使用的电流幅度最好是在最靠近线圈中心的导体段中感应的电流幅度并且忽略或排除同一导体相邻段的影响。对此的理由是，在最靠近有关导体段的范围内，电流幅度相对于线圈中心的距离的变化坡度是近于线性的。
参阅图5，蛇形导体64包括导体段C1、C2、和C3;它们 与线圈12的中心62的距离分别为d1、d2和d3，并且，线圈12的中心62位置最靠近导体线段C2。内插的导体64中使用的，其基本上等于各个线段中感应电流之和IT＝I（d1）+I（d2）+I（d3）的总电流，必须与有好线性度的I（d2）近于相等。假如，用于内插的最小电流是Imin，则导体段C2的电流幅度分量I（d2）至少应选为0.9（Imin）。换句话说，导体线段C1和C3的最大值（Id1）和I（d3）分量选择要小于0.1（Imin）。这就对导体段C2到导体段C1和C3的靠近程度要予以限制，即最小重复增量。最小重复增量越大，内插就越精确。
在蛇形栅状图形板的大部份范围内，感应电流TT的总幅度是多个导体段的各分量综合所致即如上述在导体段C1、C2和C3中的I（d1）、I（d2）和I（d3）分量。参阅图5，由I（d2）引入的电流分量与由I（d3）引入的电流分量极性相反。假如，导体线段C1和C3与线圈中心62是等距离的，即d1＝d2，那么导体段C1和C3中的电流则相等并反相，并互相抵消。在这种情况下，导体64中的总电流将是I（d2），它没有引入内插误差。因此，内插法可以方便的进行，而且通过直接分隔最接近线圈中心且与其等距的线段的每一相邻侧的导体段即可提高内插精度。例如，导体段C1和C3与导体线段C2等距离分开即R1＝R2。然而，由于导体是固定的而线圈是运动的，直接与一个最接近线圈中心的导体线段相邻的导体段很难与线圈中心是等距的。而且，对具有非均匀重复增量的蛇形导体的所有段与相邻导体线段等距隔开是不可能的。
然而，减少两个直接相邻导体段与线圈中心的不等距或不平衡是可能的。本发明是通过对导体段之间重复增量的最大变化量予以限制 来实现这一点的。例如，将重复增量的最大变化量限制到2，以此限制与最接近线圈中心的导体线段直接相邻的导体线段相对位置的不平衡，以及，对线圈各变化位置而言，要将直接相邻的导体段放置的与线圈中心近似等距离，以使得在两个直接相邻段中的电流分量基本抵消。
然而，由于重复增量和重复增量的变化量是已知的，而且导体各相邻段的位置也就是已知的，因此格栅上所有各点的不平衡是已知的，并可补偿。最好，根据已知的不平衡，通过改变检测电流的幅度来实现这种补偿。实现补偿的一种方法是利用查表，粗略图形定位要检索该表，然后，提供用于电流幅度的分度系数以补偿不平衡。
根据本发明另一个在设置蛇形栅状结构时要选择的参数是基本导体间隔S，S直接影响粗略位置测定的分辨率和精确位置测定的精度。为了对用于内插的电流提供最小的电流幅度｜Imin｜标准，对用于内插的导体段的选择一定不要限制在线圈中心处于其间的那两个线段上。参阅图6，线圈中心用过零点62（或相位转换点）来表示，用于内插的最小允许电流幅度是｜Imin｜，该值落在从两个方向上的过零点62到给定距离的电流曲线上。可以将导体段B固定以使其比｜Imin｜点更接近过零点62。因而，导体段B中的电流可以不用于内插，内插必须允许利用线段A和C中的电流，而不管过零点62位于导体段B和C之间。
带来了其它相互矛盾的问题。为了使线段B以均匀基本间隔S位于线段A和C之间，导体段A和C之间的间隔L必须两倍于基本间隔S。由于间隔L应当远小于线圈直径以减少非线性，因此这些标准要求相邻导体段的间隔要靠近。然而，对于一个给定的导体间距（图形 宽度），间隔较近的导体段需要大量的导体，因此，产生了附加的相互矛盾的结果。
使用既非最小也非最大重复增量作为标准，N个导体能够布置得产生2n-1个单值的区域。对于整个图形板的长度L，基本导体间隔必须大于或等于L/2n-1。然而由于对重复增量标准的限制，单值识别间隔的合理组合的数量会从_非限制的2n-1组合量上减少。在实行限制的情况下，将最小和最大重复增量设置的彼此相等并等于n＊（基本导体线段间隔），将可能的单值组合数量限制到2n（在平行于X轴的每一个方向上每个导体可伸延一次）。
一般，要将标准或基本导体间隔限制到小于线圈直径的两倍，并且由于人类工程学的原因，动线圈直径一般小于一英吋。因此，标准导体间隔是第一个要设定的参数，其数量级约0.250英吋。最大图形板长度一般按市场标准选择。随着这两个参数的选定，每个轴的单值区域或间隔的数量就可按照式：L/标准导体间隔）来确定。
所需要的单值区间的数量确定了导体最小数量n，这样数量2n大于或等于所需单值区间或间隔的数量。当选择的导体的数量、所要求的精确度和精密度随图形板长度在一定的轴上增加而没有达到时在这个阶段可以修改导体间隔。
一般，将最小/最大重复增量选择在线圈直径的3-5倍的数量级。由于认为误差现象（Phenomeno）是距离的平方律函数，所以在具有这种重复增量限制的同一导体相邻导体段中感应的电流预计小于Imin峰值的0.1。
为了减少内插误差，优先推荐、大约4＊倍线圈直径的最小重复增量和大约线圈直径长度一半的最大基本导体间隔。优选的导体数量 从以下比率求得：最小重复增量/基本导体间隔。因此，最少导体数量优选为8（4D/（D/2）＝8）。这些参数（最小重复增量和基本导体间隔）直接影响所能达到的精度，并且当需要达到经济上合理的导体数量时可以调整这些参数。因为数字电子器件一般流行8输入/输出的多路系统，所以一般选择的导体数在8个或16个之间。假如在一指定的轴向上能够提供所希望的图形板长度L（L＜256个基本导体间隔），并且线圈特性是这样的，由最小重复增量标准所产生的误差是允许的，且当提出最大重复增量标准时，倘若L/（基本导体间隔）组合可以求出则优选装置是8个导体的。
一个16导体装置需要更多的元件，但从多种竞争需要的观点出发，一般更容易设计。一个8导体格栅可以提供达28-1或255个间隔和区间，而一个16导体格栅可以提供216-1或65535个间隔和区间。所提供的单值间隔的实际数量取决于对导体重复增量所给予的限制。
再次参阅图3，处理电路（图3未表示）提供能识别线圈12的中心62对每一个间隔58的位置的单值二进制数码，该数码能识别限定特定间隔58的两个有效导体部分53，线圈中心62就处在该两个有效部分之间。例如，二进制数码“01000”识别（线圈中心62位于）图3的间隔S10;二进制数码“01010”识别间隔S11;二进制数码“01011”识别间隔S12;二进制数码11011识别间隔S13，如此等等。当线圈中心62位于间隔S10时图3中与导体有效区段53相关联的箭头对应于导体有效部份中的电流相位（线圈驱动系统在线圈12中提供逆时针方向的电流）。对于图3中所有间隔58，参照图2A和图2B，根据上 面所述，可获得全部格雷码。
在指定轴向上，图形板的长度决定于相邻导体有效部分之间的基本间隔、导体的数量、和每个导体的重复增量（即每个导体有效部分的数量）。对图3所示的X轴向格栅44，一个基本导体有效部分间隔为0.250英吋，具有5个导体，重复增量为4-8（每个导体具有5-8个有效部分），该格栅提供30个导体有效部分和29个间隔，可以得到7.25英寸的最大图形板长度，有效范围大约6英寸。
同样可以得到能识别Y轴格栅45中的间隔或区间的二进制数码。Y轴格栅45也可以识别对应于X轴格栅的那些量（但是旋转90°），对一个方形有效范围而言，其大或小取决于所希望的有效范围的特定几何形状，因此，Y轴格栅45上可以有等于、大于或小于X轴格栅44的导体数量。
特定轴上的格栅一般包括8或16个导体，正如上述那样，因为多通道变换器和其它数字式电子器件适合于带8或16个输入/输出。图7表示一个X轴格栅70，包括16个导体72-87，每个导体具有3-4有效部分90。导体88是导体72-87共同的返回通路。导体（X轴和Y轴格栅）是互相绝缘的，正如对图3中格栅40所述的那样。在图7的实施例中，导体有效部分90的总数是55个，导体有效部分90间的间隔92的总数是54个。一个基本导体段的间隔92为0.250英寸，X轴格栅70的幅宽是13.5英寸，有效范围83是12英寸。导体72-87以这样一种图形布置，即由中心处在不同间隔92中的线圈12所感应的电流提供一种如上所述的格雷码。例如线圈12的中心62在间隔S34中，从导体72-87所得到的二进制数码是“000 111 111 111 1110”;间隔S35提供“0000 111 111 111 110”;间隔S36提供“00000 111 111 111 10”。
X轴格栅70的导体72-87的重复增量变化从14个变化增量到18个变化增量，相对于0.25英寸的基本间隔92，导体间隔从3.5英寸到4.0英寸。为了降低与数字内插有关的非线性，导体段不平衡要 保持最小，即同一导体的相邻段之间重复增量的最大变化量被限制到2。下面的表3列入了相对于导体72-87中每一个的重复增量。
表Ⅲ
导体    增量间隔
72    15，14，14
73    15，14，15
74    15，16，14
75    16，15，14
76    16，18
77    16，14，16
78    16，18
79    16，14，15
80    16，18
81    16，14，14
82    16，18
83    16，14
84    16，18
85    18，18
86    18，18
87    18，18
图8表示X轴格栅100，它包括16个导体102-117，每个导体具有15-18个有效部份。导体118是导体102-117的共同返回通道。如图3的格栅40所示导体（X轴和Y轴格栅）是互相绝缘的。在图8实施例中，导体有效部份120的总数是256个，导体有效部分间的间隔122的总数是255个。相对于基本间隔122为0.200英吋，X轴格栅100的长度或间距为51英吋，有效范围是48英吋，导体102-117以这样一种图形布置，使得由中心位于不同间隔122中的线圈所感应的电流提供如上所述的格雷码。
X轴格栅100的导体102-117的重复增量从14个变化增量变化到18个变化增量，相对于0.200英吋的基本间隔122，导体间隔从2.8英吋到3.6英吋。如在图3和图7的实施例一样，为了减少与数字内插有关的非线性，同一导体相邻段间重重复增量的最大变化量被限制到2（导体线段不平衡保持最小值）。下表4列出了导体102-117中每一个的重复增量：
表Ⅳ
导体    增量间隔
102    15，14，14，15，15，15，14，
14，15，14，15，14，14，14，
15，15，14
103    15，14，15，14，16，14，16，
14，14，14，14，16，14，16，
15，15，14
104    15，16，14，14，15，15，15，
14，14，15，14，15，14，14，
14，15，15
105    16，15，14，15，14，16，14，
16，14，14，14，14，16，14，
16，15，15
106    16，18，17，15，14，15，15，
15，14，16，14，16，15，17，
18
107    16，14，16，14，14，15，15，
15，14，14，15，14，15，14，
14，14，15
108    16，18，16，18，18，18，18，
18，18，18，17，15，14，14
109    16，14，15，15，14，15，14，
16，14，16，14，14，14，14，
16，14，16
110    16，18，18，18，18，16，18，
18，18，18，16，18，18，18
111    16，14，14，16，14，14，16，
14，15，14，14，15，16，14，
16，14
112    16，18，18，18，18，17，17，
18，18，18，17，16，14，16
113    16，14，16，14，16，14，16，
18，18，18，16，18，18，18
114    16，18，18，18，18，18，18，
18，18，18，18，18，18
115    18，18，18，18，18，18，18，
18，18，18，18，18，18
116    18，18，18，18，18，18，18，
18，18，18，18，18，18
117    18，18，18，18，18，18，18，
18，18，18，18，18，18
相对于前面描述的图8实施例中同一导体的相邻导体有效部分之间的最小间隔是2.8英吋，重复增量是14。
下面参照图9-11说明为得到表示运动件相对于数字转换器有效范围的座标信号而进行的信号测取和处理。首先参阅图9A，根据本发明，线圈驱动数字转换系统130包括：数字转换图形板131 和信号测取和处理线路132，图形板131包括与图8所示X轴格栅100相类似的X轴格栅100、Y轴格栅101。X轴每个栅状导体102X-117X的一端接到X轴多通道转换器133，Y轴每个栅状导体102Y-117Y的一端接到Y轴多通道转换器153。多通道转换器133、153可以是常规的16对1多通道转换器（或两个8对1多道转换器）。X轴栅状导体102X-117X的各个相对端接地，Y轴栅状导体102Y-117Y的各个相对端接地。多通道转换器133的输出端155和多通道转换器153的输出端156都接到电流检测放大器148上。微处理机160经过X/Y选择线路151、152一次接通多道转换器133、153中的一个，并且，经过地址总线154一次选择一个格栅行，该格栅线使多通道转换器133、153的输入端接通到多通道转换器133、153的输出端。
微处理机150接到只读存储器（ROM）160（例如EPROM）上，该存储器包含数字转换系统130的操作程序、与二进制数码相关的查询表，对于粗略图形板的位置，该二进制数码对应于格栅100、101各导体中的感应电流相位;和如上所述用于对内插的电流幅度进行分度的查寻表。微处理机150还包括读写暂存器，用于存储与各个栅状导体中检测的感应电流相对应的数字信号。这样的暂存器可以是一般的寄存器或随机存取存储器（RAM）。
电流检测放大器148接到模数转换器（A/D）62，转换器再接到微处理机150上。如下所述，电流检测放大器148可以包括将直流偏量引入到来自X/Y多通道转换器133、153的 检测电流中的电路。
如上所述，数字转换系统130是线圈驱动的，即线圈12被激励，而且在栅状导体102X-117X及102Y-117Y中所感应的信号被取样和处理，以便得到线圈12相对于图形板131的有效范围172的座标。将线圈12调到所希望的频率并在每一个栅状导体102X-117X和102Y-117Y中感应一个电流，该电流决定于线圈12的位置。微处理机150向驱动器176输出给定频率例如10KHZ到20KHZ的时钟脉冲，驱动器向线圈12提供足够的电流。微处理机150可按已知方式对在栅状导体上取样的电流编程，该电流具有供给线圈12的信号相位。
图9A功能性地表示处理线路132，而且该处理线路可用分立元件或用包括全部或某些所示功能块的微控制器或微处理机来实现。例如，8096系列微控制器（可由英特（Intel）公司得到），与之相关的主要线路可以构成微处理机150、A/D转换器162、ROM160和驱动器176，这取决于所选择的特定微控制器。假如，能得到足够的输入/输出接线管脚，微处理机150还可以实现多道转换器133、153的功能。电流检测放大器148通过常规的运算放大器电路来实现。假如用微处理机150不能实现，则可以用常规的EPROM芯片等实现ROM160的功能。选通信号线、时钟和其它常规元件或处理线路132的部件没有示出，而在现有技术范围这些都是已知的。
参阅下面图10所示流程图，数字转换系统130是根据如下所述的主程序200工作的。根据程序201和202，相对于线圈12在有效范围172上的位置测取X轴栅状导体102X- 117X和Y轴栅状导体102Y-117Y中16个导体的每一个上感应的电流信号的幅值和相位，并将其暂存在微处理机150内部的寄存器中。对于图9A上滑块驱动系统130，每个栅状导体102X-117X和102Y-117Y顺序接到电流检测放大器（148）上，该放大器向检测电流信号引入一个直流偏量和放大所检测的电流信号，放大器提供一个与放大的电流信号成比例的电压输出信号。例如，电压输出信号可以具有2.0伏的直流偏量，使得处于0和2.0伏之间的电压超出2.0伏的电压相位180°。这些电压信号送到A/D转换器162，它把正的模拟电压变成数字信号，并将其输送到微处理机150，将该模拟电压的数字表示量存储到内部的寄存器中。对微处理机150进行编程以便辨别所存储的对应于一个相位格栅电流的低于2.0伏的电压。并辨别所存储的对应于反相电流的高于2.0伏的电压。
上述二进制数码代表线圈12的中心的粗测位置，其中X轴和Y轴上两个直接相邻的导体有效范围之间的一个特定间隔或区间通过微处理机150根据程序204进行测定。微处理机150根据每轴栅状导体的多路传输顺序通过整理所存储电压信号的各相位实现测定。
在程序204中所得到的二进制数码由微处理机150，根据程序206按包括在ROM160中的查寻表进行检索，并提供略粗位置的座标，即线圈12中心所在的各轴向导体有效部分之间的特定区间。假如将数字内插用来测定精确位置，ROM查寻表检索的位置也能识别用于每个轴向精确位置检测的导体。
然而，精确位置能够测定很大程度上不取决于粗略位置测定，即一些技术可以用于精确位置测定，而且微处理机150就能根据程序 208测定精确位置。最好根据例如图11中的程序208利用数字内插来测定线圈12相对于各轴的精确位置。反过来说，也可以按照下述方法测定精确位置，或者利用Bailay′963号专利中所公开的一对导体中的电流相位来测定精确位置。
再次参照图10，微处理机150根据程序210，通过对每轴的粗略和精确位置检测，测定滑块的精确X和Y的座标。
如下所述，可利用内插来测检精确位置。因为可能存在某些非单值性，就此而言，将两个导体用于内插，而且使用最小电流幅值｜Imin｜来完成内插，正如上述那样，主程序200（图10）的步骤206对每个轴而言，用于识别两个以上的导体，例如4个导体。如图12所示，对每个轴而言这4个导体分别标为“A”、“B”、“C”和“D”。参照图11，在主程序208A的步骤212中，测得导体A、B、C、D中的电流的幅值（即绝对值）。在步骤（214）中，将导体B和C中的电流幅值进行比较。假如它们是相同的，那么精确位置就在导体B和C的中间（步骤216）。如果导体C中的电流幅值较大，就将导体A和C中的电流幅值用于内插（步骤218）。假如导体B中的电流较大，就将导体B和D中的电流幅值用于内插（步骤220）。然后实际的内插在步骤218或步骤220通过取两个有关导体中的信号变化率用数学方法完成。例如，假如使用导体B和D，变化率为：｜B｜/｜B｜+｜D｜
另一个测定精确位置的实施例如下。“精确位置”或“第二”导体结构或格栅，或则布置的接近“主要”或“粗略位置”格栅（使它独立于主要或粗略位置格栅），或将精确位置格栅布置成为主要格栅结构的一部分，下面将描述分离、独立的第二双导体蛇形格栅。参阅 图13，蛇形格栅250包括两个蛇形导体252、253，它们中每一个都有恒定的重复增量和具有相等的基本导体段间隔W。当与线圈中心的距离增加时，为了减少非线性误差，不是两个而是3或4个导体可以以相似的蛇形结构进行连接。
在每个导体252和253中的各段中感应的电流是各段导体与产生电流的线圈（未表示）中心的距离的函数。对于均匀的基本导体段间隔W，在每个导体中感应的综合电流大体上是线圈中心距最近的导体段的距离的函数。忽略边缘效应，当线圈进入导体段上方时，感应电流是0;线圈向该导体段的一侧移动时电流增加，移动线圈向另一侧时电流减少。当线圈的边缘与导体段相近相切时，电流到达峰值（即最大正峰值或最大负峰值）。因此，当线圈移动通过第二格栅250的表面时，所感应的电流将似正弦波形，它的精确形状是线圈直径相对于基本导体段间隔的函数。
例如，假如线圈直径远大于基本导体间隔，所感应的电流波形将似三角形（锯齿），因为随着线圈通过格栅有时两个或三个导体段将处在线圈直径范围内，使得所感应的电流彼此矛盾，还有另外一些时刻导体段与线圈边缘相切。假如线圈直径比导体间隔W要少，所感应的电流波形将类似带平峰的正弦（类似梯形）波，该波形有时对应于与导体段所分隔的线圈边缘，并增强了切线效应。
围绕着感应电流的零点（线圈中心在导体段上方），不考虑重复的图形，感应电流相对于到线圈中心的距离大部份是近于线性的。
对照图13可以发现，选择重复增量等于线圈直径，就会产生一系列感应电流，这样｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）得到一个商，其值在0和1之间，该商直接与“a”导体的距离成正比，ia的电流幅 值较小而ib电流幅值较大。
利用比率｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）的优点在于：除法使得该“商”与感应电流幅度无关，并且，感应电流不需要从数字转换图形板到数字转换图形板相协调，并且滑块相对格栅的距离不需固定。为了改进精度，可以使用多项式近似代替上述取样线性模式，即X＝A0+A1〔｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）〕+A2〔｜ia｜/｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）〕2+…+An〔｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）〕n。
从A0到An可以通过建立或模拟一个格栅的模型得到，和汇集格栅（在已知的X位置上）各个点的商｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）得出。然后，可以使用多项式曲线拟合程序，应用（｜X-“a”｜的位置）做为独立变量，｜ia｜/（｜ia｜+｜ib｜）做从属的变量。可以确定多项式的项数，以在保持最大精度时减少计算。
当第二格栅250的增量重复间隔等于线圈12的直径时，精确的周期F（相对于导体252或253的2个重复增量）可以确定为对应于二倍线圈直径的距离。假如粗测栅状导体的最大重复增量为4-8线圈直径数量级（由于噪声抗扰度），粗测栅状导体段的基本间隔等于精测格栅的间隔，那么，对4-16可能的导体段（2n）或8-32个线圈直径的有效区域则需要2-4个导体。将基本粗测位置间隔减少到精测格栅周期的1/2能够用两倍数量的导体，即，对于32-256个线圈直径的有效范围需4-8个导体。减少基本粗测格栅间隔将能同样增加可供选择的数量和整个格栅的尺寸。表Ⅴ表示了各种不同导体和线圈直径的参数。
表Ⅴ
导体    导体段间隔    可能的间隔    有效范围
（n） （以线圈直径） （2n） （以线圈直径）
4    1/4    16    4
6    1/4    64    16
8    1/4    256    64
10    1/4    1024    256
16    1/4    66536    16384
如上所述，精确位置或第二格栅可形成粗测、主栅格的一部分。在这种情况下，如图14和表Ⅴ所示，需限制两个导体使之具有恒定间隔。
然而，任一逼近方法都需要使精测格栅的重复增量两倍于线圈直径以得到最佳的精度。较小的重复增量将使有效率降低和潜在地降低精度，这是由于冲突的电流感应所致。一个较大的精测周期宽度对重复图形的灵敏度降低，随着两个导体“远离”（进入非线性区）线圈中心，测量将会不精确。
还有另外一种方法，它利用两个栅状导线和Bailey的′963号专利所公开的电流相位。
如上所述，满足最小和最大重复增量，而且能够用格雷二进制代码识别导体有效部份间的间隔的特定栅状导体图形可以用人工或计算机辅助设备确定。
图15表示为了设计一个轴向格栅的栅状导体图形的系统流程图。如下参数作为给定量输入，栅状线位置数（或导体段或有效部分）， 叫做“目标栅＃”，它是顺序数码，使得＃1导体有效部分对应于第一栅状线位置，＃2导体有效部分对应于第二栅状线位置，如此等等;栅状导体数，叫到“最大导线＃”，最小重复增量“Rmin”和最大重复增量“Rmax”。
然后用图15中的流程图表示的“生成图形”算法300来测定和打印出满足上述要求的栅状图形。步骤302将栅状线位置置于＃1，即将第一导体有效部份的位置置于第一栅状线位置。步骤304测定是否所指定的最高格栅位置大于还是等于目标栅状线位置（目标栅＃）。假如是这样的，算法系统认为图形已经确定，它满足目标点、最大和最小重复增量，并在步骤306打印该图形并于步骤308停止。假如所指定的最高栅状线位置不是大于或等于目标栅号，算法系统进行步骤310，该步骤中导体数被置为＃1。假如在步骤312，栅状导体数没有超过导体的最大数码（最大导线＃）那么算法系统进到步骤314，在此检测在该点产生的全部图形中的“位组合格式”（二进制数码，在该点上包括了位于所考虑的最后一条栅状线位置上的导体有效部份。
步骤316测定该二进制数码是否是单值的，即该二进制数码在图形先前阶段是否已经产生。假如它是单值的，在步骤318，在最后设置的导体有效部分和同一导体相邻部分之间的距离即那个导体的最后增量就被测定了。假如，该重复增量在最小和最大重复增量的范围之内，在步骤320所测定，然后在步骤322中，导体被选择做为栅状线位置，并且该信息存储起来。然后，在步骤324中栅状线位置增加，算法系统进到步骤304以测定位于下一个栅状线位置上的导体（步骤310-324）或将栅状图形打印和使算法系统终 止（步骤306-308）。
假如，在步骤312中，导体数码超过最大导线＃，则算法系统进到步骤326，在该步骤中栅状线位置数码被确定。如果在步骤（326）中被减少的栅状线数码是0，那么，所希望的栅状图形不可能在目标参数范围之内。在步骤328，导体数码被复归返回到为了减少栅状线位置所选的数码上。然后在步骤330增加导体数，算法系统进到步骤312。由步骤326、328和330所形成的回路是循环的，而且栅状线位置减少到导体数小于最大导线＃，如同在步骤312所测定的那样。该回路能够使算法系统返回跟踪到一个特定点，然后按一个不同的图形向前进行，直到一个所希望的栅状图被确定。因此，算法系统不必予先考虑，而是被允许进行运算，直到它确定所产生的图形，对于没有满足目标的那一点，算法系统返回跟踪。
在步骤320，不满足最小和最大重复增量，导体数码增加，而且下一个导体试图开始执行步骤312。
图15的流程所示的算法系统将提供一个满足目标参数的栅状图形。还可以有其它的图形，它可借助于已产生的栅状图形，或者使用其它算法系统，或修改图15的算法系统来确定。例如，另外，最大和最小重复增量限制了对导体相邻线段之间重复增量的最大变化量的限制，对最大变化量的限制能增强那些邻近最接近线圈中心段的感应电流的抵消效应，正如结合图3和表Ⅲ所描述的那样。如上所述，当使用的导体数量超过所需的绝对最小量时，容易产生所希望的栅状图形。
图9B表示的数字转换系统130B是栅极驱动的，即导体102X-117X和102Y-117Y是顺序激励的，而且对线圈12中的感应电流进行取样。多通道转换器133和153顺序将 每个栅状导体的一端接地，与此同时激励信号从驱动器176b加到另一端，133和153共同接到一起并接到驱动器176b上。接到线圈12上的电流检测放大器148，检测和放大在线圈12中感应的信号，如同上述在系统130的栅状导体中所感应的信号那样。A/D变换器162B将模拟信号转变为数字信号，该信号被送至微处理机150。信号的测取和处理一般像上述图9A的线圈驱动系统130那样，由于线圈和栅极驱动系统的两种不同的性质，会出现明显的变化。正如上面所讨论的，因图9A、图9B是一种功能方块图，或许除了电流检测放大1486以外，都可以利用微控制器（例如Intel    8096系列）或微处计算机来实现。
通常对大多数数字转换栅状结构而言“边缘效应”误差可能出现在靠近导体连接部份的区域和接地区以及导体弯折区。利用确定一个与连接部分、弯折部分和地隔开的有效范围，可以使这种误差避免或降低，换言之，这种“边缘效应”是可以补偿的。
对此处所描述的发明的实施例进行某些改变和变更，在现有技术范围内是容易做到的。而且，除了数字转换系统的座标测定以外，本发明的应用在现有技术范围内也是容易做到的。申请人的发明通过权利要求覆盖了所有这些用途，并且对本发明出于公开的目的，在这里所精选的实施例可能提出的全部变化和变更，均不超出本发明的精神和范围。

Claims (22)

1、一种用于位置测定装置的导体结构，该装置包括一个运动件并测定所说的运动件相对于所说的导体结构的位置；
所说的导体结构包括有：
至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体至少包括三个有效部份，各有效部份基本上沿基本上处在或接近一个共同的平面的第一方向延伸，该方向和平面彼此之间基本上相互平行，所说的导体中每一个都具有分隔同一导体各相邻有效部份的重复增量；和
连接装置，以串联形式连接同一导体被隔开的各有效部分；
所述导体以这样一种图形布置：
(a)所有所述导体的每一个所述有效部份或其间的间隔可以用单值的二进制数码唯一地识别，每个所述单值二进制数码的各二进制数字与各自的导体相对应，因此，根据所述运动件和各个导体的相互作用，可以得到二进制逻辑信号，与该信号对应的二进制数字指示所述运动，件相对于所述导体结构的位置；
(b)至少所述导体中的一个的重复增量是不均匀的。
2、一种用于位置测定装置的导体结构，该装置包括一个运动件并测定所说的运动件相对于所说的导体结构的位置;
所说的导体结构包括有：
至少第一，第二和第三导体，其中每一个导体都包括多个有效部份，各有效部份基本上按照基本上处在或接近一个共同平面的第一方向延伸，该方向与平面彼此之间基本上相互平行，所说的导体中每一个都具有分隔同一导体各相邻部份的重复增量;和
连接装置，以串联形式连接同一导体被隔开的有效部份;
所述导体以这样一种图形布置：
（a）所有所述导体的每一个所述有效部份或其间的间隔可用单值的二进制数码唯一地识别，每个所述单值二进制数码的各个二进制数字与各自的导体相对应，因此根据所述运动件和各个导体的相互作用，可以得到二进制逻辑信号，与该信号对应的二进制数字指示所述运动件相对于所述导体结构的位置;
（b）至少所述导体中的一个的重复增量是不均匀的;和
（c）所述导体的重复增量受最大重复增量的限制，最大重复增量是根据允许的抗噪声干扰度、或最小重复增量、或同一导体的相邻段之间的重复增量的最大变化量、或最大重复增量与最小重复增量、相邻顺序重复增量的最大变化量的综合因素来确定的。
3、如权利要求2所述导体结构，其特征在于，其中的重复增量受一最小值和一最大值所限制。
4、如权利要求2所述导体结构，其特征在于，其中的重复增量受一最小值、一最大值和相邻重复增量的最大变化量所限制。
5、一种用于测定运动元件相对于一给定范围的位置的装置，它包括：
当所述元件处于或接近给定范围和当激励所述导体和所述元件中至少一方时，与所述元件相互作用的导体结构;
所述的导体包括：
至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体都包括许多有效部份，各有效部分基本上沿基本上处在或接近一个共同平面的第一方向延伸，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，所说导体中每一个都具有分隔同一导体各相邻有效部份的重复增量;和
连接装置，以串联形式连接同一导体被隔开的各有效部分;
所述导体以这样一种图形布置：
（a）所有所述导体的每一个所述有效部份或其间的间隔可用单值的二进制数码唯一地识别，每个所述单值二进制数码的各个二进制数字与各自的导体相对应，因此当所述运动件和各个导体的相互作用时可以得到二进制逻辑信号，与该信号对应的二进制数字指示所述运动件相对于所述导体结构的位置;
（b）至少所述导体中的一个的重复增量是不均匀的，并且，至少一个导体的重复增量受最大重复增量、或受最小重复增量或受同一导体的相邻段间的重复增量的最大变化量所限或受最大重复增量、最小重复增量和相邻重复增量的最大变化量的综合限制，
所述装置包括有：
激励装置，激励所述导体结构和所述运动元件中的一方，使在另一方出现位置检测信号;
处理装置，处理在所述导体结构和所述运动件中的另一方中的所述位置测定信号，所述处理装置包括用于从所述位置测定信号中测取二进制信号的第一装置，所述二进制信号对应的二进制数字识别所述导体段并指示所述运动件相对于所述给定范围的位置。
6、一种用于位置测定装置的导体系统，所述装置包括一个运动件并测定所述运动件相对于所述导体系统的位置;
所述导体系统包括第一和第二导体结构;
所述第一导体结构包括：
至少第一、第二和第三导体，其中每一导体都包括许多有效部份，各有效部份基本上沿基本上处在或接近一个共同平面的第一方向延伸，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，所述导体中每一个都具有分隔同一导体各相邻有效部份的重复增量;还有
连接装置，以串联形式连接同一导体被隔开的各有效部分;
所述第二导体结构包括：
至少第四、第五和第六导体，其中每一个导体都包括许多有效部份，各有效部分基本上沿基本上处在或接近一个共同平面的第一方向延伸，该方向和上述平面彼此之间基本上相互平行，所述第四、第五和第六导体，其中每一个导体都具有分隔同一导体各相邻有效部份的重复增量;和
连接装置，以串联形式连接相同的第四、第五和第六导体被隔开的各有效部分，
所说第一导体结构的所述导体和所述第二导体结构的所述导体，以各自的图形进行布置，使得每个图形成为：
（a）所有所述导体的每一个所述有效部份或每一个导体结构其间的间隔，可以用单值的二进制数码唯一地识别，所述单值的二进制数码的各个二进制数字对应于各自的导体，因此，当所述运动件和各个导体之间相互作用时可以得到二进制逻辑信号，与该信号对应的二进制数字指示所述运动元件相对于所述导体结构的位置;
（b）至少所述导体中的一个的重复增量是不均匀的，并且，至少一个导体的重复增量受最大重复增量、或受最小重复增量或受同一导体的相邻段间的重复增量的最大变化量所限制，或受最大重复增量、最小重量增量和相邻顺序重复增量的最大变化量的综合限制。
7、一种用于测定运动件相对于一给定范围的位置的装置包括：
一个导体系统，当所述运动件处在或接近所述给定范围和激励所述导体结构和所述运动件中的至少一方时，该系统和所述运动件相互作用;
所述导体系统包括第一和第二导体结构;
所述第一导体结构包括：
至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体包括许多有效部份，各有效部份基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同平面，该方向和上述平面彼此之间基本上相互平行，所述导体中的每一个都具有分隔同一导体各相邻有效部分的重复增量;和
连接装置，以串联形式连接同一导体被隔开的各有效部份，
所述第二导体结构包括：
至少第四、第五和第六导体，其中每一个导体都包括许多有效部份，各有效部分基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，所述第四、第五和第六导体中的每一个导体都具有分隔同一导体各相邻有效部分的重复增量;和
连接装置，以串联形式连接相同的第四、第五和第六导体被隔开的各有效部份，
所说第一导体结构的所述导体和所述第二导体结构的所述导体，以各自的图形布置，以使每一图形成为：
（a）每一个导体结构的所述导体的所有的所述有效部分中的每一个或其间的间隔，可以用与导体结构相关的单值二进制数码唯一地识别，所述单值的二进制数码的各个二进位数字对应于各自的导体，因此根据所述运动件和各个导体之间的相互作用，可以得到二进制逻辑信号，与该信号对应的二进制数字指示所述运动件相对于所述导体结构的位置;
（b）至少所述导体中的一个的重复增量是不均匀的，并且，至少一个所述导体的重复增量受最大重复增量，或受最小重复增量，或受同一导体的相邻段间的重复增量的最大变化量所限制，或受最大重复增量、最小重复增量和相邻重复增量的最大变化量综合限制;
所说装置包括：
激励装置，激励所述导体系统和所述运动件中的一方，使在另一方出现位置检测信号;
处理装置，处理在所述导体系统和所述运动件中的另一方中的位置测定信号，所述处理装置包括用于从所述位置测定信号中获取二进制制信号的第一装置，与所述二进制信号对应的二进制数字识别导体有效部分和指示运动件相对于所述给定范围的位置。
8、一种用于位置测定装置的导体结构，所述装置包括一个运动件并测定所述运动件相对于所述导体结构的位置;
所述导体结构包括：
至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体都包括多个有效部份，各有效部分基本上沿第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部分被第一间隔所分隔并且所有所述导体的各相邻有效部分被第二间隔所分隔;和
连接装置，以串联形式连接同一导体的各被分隔的有效部分;
所述导体结构在不同于所述第一方向的第二方向上有一定长度;
所述导体以这样一种图形布置：
（a）在所述导体中至少一个的各相邻有效部分之间至少有两个所述第一间隔是不同的;
（b）同一导体的任何两个相邻有效部份之间的最大第一间隔小于所述导体结构的所述长度的1/2;
（c）所有所述导体的各相邻有效部分或所述有效部分之间的每一个所述第二间隔可以用单值的二进制数码唯一地识别，每一个所述单值二进制数码的各个二进位数字对应于各自的导体，因此根据所述运动件和各个导体之间的相互作用，可以产生二进制逻辑信号，与该信号相对应的二进制数字指示所述运动件相对于所述导体结构的位置。
9、用于测定运动件相对于一给定范围的位置的装置包括：
一个导体结构，当所述运动件处在或接近所述给定范围和激励所述导体结构和所述元件中的至少一方时，该导体结构和所述运动件相互作用;
所述导体结构包括：
至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体包括许多有效部分，各有效部分基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同平面，该方向与所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部分被第一间隔所分隔并且所有所述导体的各相邻有效部分被第二间隔所分隔;和
连接装置，以串联形式连接同一导体被分隔的各有效部份;
所述导体结构在与所述第一方向不同的第二方向上有一定长度;
所述导体以这样一种图形布置：
（a）所述导体中至少一个的相邻有效部分之间的至少两个所述第一间隔是不同的;
（b）同一导体的任何两个相邻有效部分之间的最大第一间隔小于所述导体结构的所述长度的1/2;
（c）所有所述导体的各相邻有效部分或各所述有效部份之间可以用单值的二进制数码唯一地识别，所述的单值二进制数码的各二进制数字与各自的导体相对应;
所述装置包括：
激励装置，激励所述导体结构和所述运动件中的一方，使在另一方出现位置检测信号;
处理装置，处理在所述导体结构和所述运动件中的另一方中的所述位置检测信号。所述处理装置包括用于从所述位置检测信号中测取二进制信号的第一装置，与所述二进制信号对应的二进制数字指示所述运动件相对于所述给定范围的位置。
10、如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述处理装置包括存储装置，存储对应于所述元件相对所述给定范围的位置的二进制数码;和比较装置，将所述已存储的各组二进制数码和从所述二进制信号所得二进制数码进行比较，以测定所述元件相对于所述给定范围的所述位置。
11、如权利要求9所述的装置，其特征在于：其中所说的处理装置的所述第一装置，由所述二进制数码，测定所述运动件相对于所述给定范围的一个粗略位置，所述粗略位置指的是所述运动件处于两个导体有效部分之间的一个位置，所述处理装置包括用于检测所述运动件相对于所述给定范围的一个精确位置的第二装置，所述精确位置指的是所述两个导体有效部分之间或在其中一个之上的位置。
12、如权利要求11所述的装置，其特征在于，其中所述处理装置提供所述位置检测信号的幅度，并且，所述第二装置由所选择的位置检测信号的选定幅度进行数字内插。
13、如权利要求11所述的装置，其特征在于，其中所述的导体结构包括两个附加的导体，每一个导体都有很多有效部份，各有效部份基本上按照所述第一方向延伸，该方向基本上处于或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，所述两个附加导体的所述有效部份相对于所述两个导体的两个相邻有效部份等距分隔，并相对于同一导体相邻有效部份等距分隔，所述第二装置处理所述两个附加导体中的位置检测信号以确定所述精确位置。
14、一种用于位置测定装置的导体系统，所述装置包括一运动件并测定所述运动件相对于所述导体系统的位置;
所述导体系统包括第一和第二导体结构;
所述第一导体结构包括：
至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体包括许多有效部份，这些有效部分基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部份被第一间隔所分隔并且所有所述导体的各相邻有效部份被第二间隔所分隔;和
连接装置，以串联形式连接同一导体被分隔的各相邻有效部份;
所述第一导体结构在不同于所述第一方向的第二方向上有一定长度;
所述第二导体结构包括：
至少第四、第五和第六导体，其中每一个导体都包括许多有效部份，各有效部分基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部分被第一间隔所分隔并且所有所述导体的各相邻有效部分被第二间隔所分隔;和
连接装置，以串联形式连接第四、第五和第六导体中相同的各分隔有效部分;
所述第二导体结构在所述第一方向上有一定长度;
所述第一导体结构的导体和所述第二导体结构的导体以各自的图形进行布置，以便使图形成为：
（a）所述导体中至少一个的各相邻有效部分之间的至少两个所述第一间隔是不同的;
（b）同一导体的任何两个相邻有效部份之间的最大第一间隔小于所述导体结构的所述长度的1/2;
（c）所有所述导体的各相邻有效部份或各所述有效部份之间的每一个所述第二间隔可以用单值的二进制数码唯一识别，每一个所述二进制数码对应于各自的导体。
15、一种用于测定一运动件相对于一给定范围的位置的装置包括：
一个导体系统，当所述运动件处在或接近所述给定范围并激励所述导体系统和所述运动件中的一方时，该导体系统和所述运动件相互作用;
所述导体结构包括第一和第二导体结构;
所述第一导体结构包括：
至少第一、第二和第三导体，每一个导体都包括许多有效部份，各有效部分基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部分被第一间隔所分隔，所有所述导体的各相邻有效部分被第二间隔所分隔;和
连接装置，以串联形式连接同一导体的各被隔开的有效部分;
所述第一导体结构在不同于所述第一方向的第二方向上有一定长度，
所述第二导体结构包括：
至少第四、第五和第六导体，每一个导体都包括许多有效部份，各有效部分基本上按第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部分被第一间隔所分隔，所有所述导体的各相邻有效部分被第二间隔所分隔，和
连接装置，以串联形式连接所述第四、第五和第六导体中相同的各被隔开的有效部份;
所述第二导体结构在所述第一方向上有一定长度;
所述第一导体结构的导体和所述第二导体结构的导体，以各自的图形布置，以便使各图形成为：
（a）所述导体中至少一个的各相邻有效部分之间有至少两个所述第一间隔是不同的;
（b）同一导体任何两个相邻有效部分之间的最大第一间隔小于所述导体结构的所述长度的1/2。
（c）所有所述导体的各相邻有效部分或所述有效部份之间的每一个所述第二间隔可以用单值二进制数码唯一地识别，所述单值的二进制数码的各个二进制数字对应于各自的导体;
所述装置包括：
激励装置，激励所述导体系统和所述运动件中的一方，使在另一方出现位置检测信号;
处理装置，处理在所述导体系统和所述运动件中的另一方中的所述位置测定信号，所述处理装置包括用于从所述位置检测信号中测取二进制信号的第一装置，与所述二进制信号对应的二进制数字用于识别所述第二间隔和指示所述运动件相对于所述给定范围的位置。
16、一种制定具有如下特性的几个导体中一个导体结构的版式设计的方法：
所述几个导体中的每一个都包括许多有效部份，各有效部份基本上按照第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，同一导体的各相邻有效部分被第一间隔所分隔，所有所述导体的各有效部分被第二间隔所分隔，同一导体的被分隔的各有效部份进行串联连接;
所述导体以这样一种图形布置使得如下条件得到满足：
（a）所述导体有N个总有效部份;
（b）同一导体的任何两个相邻有效部份之间的第一间隔不超过一个最大值;
（c）所有所述导体的各相邻有效部份或所述有效部份间的所述第二间隔中的每一个可以用单值的二进制数码唯一地识别;
所述方法包括的步骤是：
（1）一次之中将一个所述导体插入所述版式中，使至少一个所述导体的各相邻有效部份之间的至少两个所述第一间隔是不同的;
（2）在每一个导体被插入所述版式以后，测定条件（a）-（c）是否满足;
（3）假如条件（a）-（c）在步骤（2）是满足的，对下一个导体，重复步骤（1）和（2），直到n个导体都被插入到所述版式中;
（4）假如条件（a）-（c）在步骤（2）没有满足，则要移出插入所述版式的最后一个导体，然后对于设计不同于被移出导体的另一个导体重复步骤（1）和（2）。
17、如权利要求16所述的一种方法，其特征在于：其中步骤（2）附加检测所述导体结构版式是否满足附加条件（d），即同一导体任何两个相邻有效部份之间的第一间隔不小于一个最小值，假如条件（a）-（d）得到满足，进行第（3）步，假如，条件（a）-（d）没有满足，进行第（4）步。
18、一种测定一运动件相对于一导体结构的位置的方法，当所说运动件接近所述导体结构并激励所述导体结构和所述运动件中的一方时，该导体结构和所述运动件相互作用;所述导体结构包括至少第一、第二和第三导体，其中每一个导体至少包括三个有效部份，各有效部分基本上沿第一方向延伸，该方向基本上处在或接近一个共同的平面，该方向和所述平面彼此之间基本上相互平行，所述导体每一个都具有分隔同一导体各相邻有效部份的重复增量，同一导体被分隔的各有效部份串联连接。
所述导体以这样一种图形布置：
（a）所有所述导体的每一个所述有效部份或其间的间隔可以用单值的二进制数码唯一识别，所述的单值二进制数码的各个二进位数字对应于各自的导体，因此，根据所述运动件和各个导体之间的相互作用，可以测得二进制逻辑信号，该信号相对应的二进制数字指示所述运动件相对于所述导体结构的位置;
（b）至少一个所述导体的重复增量是不均匀的;
所述方法包括步骤如下：
激励所述导体结构和所述运动件中的一方，并
处理从所述导体结构和运动件中的另一方所得到的信号以提供单值二进制数码，该数码唯一识别紧靠所述运动件的间隔或导体有效部份。
19、如权利要求1或2所述的导体结构，其特征在于，其中对所述的第一、第二和第三导体的每一个来说，同一导体的各两个相邻有效部分被至少一个另一个导体的有效部份所分隔。
20、如权利要求1或2所述的导体结构，其中对所述第一、第二和第三导体中的每一个来说所述导体有效部份是等距分隔的。
21、如权利要求1或2所述的导体结构，其中所述第一、第二和第三导体中的每一个都具有第一端和第二端，所述导体的第一端是可单值编码的，所述导体的第二端接地。
22、如权利要求8所述的导体结构，其中所述导体以这样一种图形布置，使同一导体的任何两个相邻有效部份之间有一最小间隔，或同一导体的任何两个相邻有效部分之间的第一间隔有一最大变化量，或两者都有，该间隔和变化量的确定考虑了运动件相对于所述导体结构的近似线性的数字内插。
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