CN106152888B - 在堆叠构造中具有各层的绝对位置编码器标尺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝对位置编码器标尺，包括呈堆叠构造的第一层和第二层。读数头沿着测量轴相对于第一(顶)信号层和第二(下)信号层的空间调制图案移动，并且感测部生成一个或多个标尺感测场用以感测各信号层。高频标尺感测场可以提供第一限制感测深度，用以感测相对于顶信号层图案的位置，并且低频场可以提供第二较深感测深度，用以感测相对于下信号层图案的位置。在一些实施例中，第一层和第二层之间的绝缘层可以包括与第一层图案互补的空间调制图案，当使用第二感测深度感测相对于第二层图案的位置时抵消其信号影响。

Description

在堆叠构造中具有各层的绝对位置编码器标尺
技术领域
本发明涉及精密测量仪器，并且涉及可以用在诸如卡尺等手持式仪器中的绝对位置编码器标尺。
背景技术
可得到各种光学、电容、磁性和电感换能器以及移动或位置换能器。这些换能器在读数头中使用各种几何构造的传送器和接收器来测量读数头和标尺之间的运动。磁性和电感换能器相对强力地抵抗污染，但并非如此完美。
美国专利号6,011,389('389专利)描述了可用在高精度应用中的感应电流位置换能器，美国专利号5,973,494('494专利)和6,002,250('250专利)描述了增量位置电感卡尺和线性标尺，包括信号产生和处理电路，而美国专利号5,886,519('519专利)、5,841,274('274专利)和5,894,678('678专利)描述了使用该感应电流换能器的绝对位置电感卡尺和电子卷尺。所有上述全部内容借此通过引用并入本文中。如这些专利描述的，该感应电流换能器可以使用印刷电路板技术制造并且较大程度地免疫污染。
上面提到的换能器可以实施为增量位置编码器或绝对位置编码器中的任一个。沿着标尺从初始点开始，增量位置编码器通过积累位移的增量单位确定读数头相对于标尺的位移。对比之下，在沿着标尺的每个位置，绝对位置编码器提供独特的输出信号，或信号的组合。它们不需要连续功率来恒定地记录增量位移的积累以便识别位置。由此，绝对位置编码器允许节能并且优选用于低功率应用(例如，手持式卡尺)。
除上述'519、'274和'678专利用于绝对感应电流换能器，美国专利号3,882,482、5,965,879、5,279,044、5,237,391、5,442,166、4,964,727、4,414,754、4,109,389、5,773,820和5,010,655公开了与绝对编码器有关的各种编码器构造和/或信号处理技术，并且每个的全部内容借此通过引用并入本文中。然而，所公开的系统限制其提供用户所期望的紧凑大小、高分辨率、污染成本和鲁棒性的组合的能力。提供这样的改进组合的绝对编码器的构造将是可期望的。
发明内容
本发明内容设置为以简化的形式引入一种概念的选择，其在下文的具体实施方式进一步进行描述。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的重要特征，也不意在用作辅助来确定所要求保护的主题的范围。
提供了一种位置感测设备，可用于测量第一构件沿着测量轴关于第二构件的位置。所述位置感测设备包括标尺和读数头。所述标尺包括第一层和第二层，所述第一层和第二层沿着所述测量轴延伸并且沿着大约与所述标尺层呈法向的深度方向堆叠在彼此之上，所述第一层包括形成沿着所述测量轴的第一空间调制图案的材料，并且所述第二层包括形成沿着所述测量轴的第二空间调制图案的材料，所述第二空间调制图案在沿着所述测量轴的绝对范围上不同于所述第一空间调制图案。所述读数头可相对于所述第一层和第二层沿着所述测量轴方向移动，并且包括感测部，所述感测部相对于所述标尺沿着所述深度方向布置并且被构造成生成可以由所述第一标尺层和第二标尺层的所述第一空间调制图案和第二空间调制图案调制的至少一个标尺感测场。所述感测部可以用于提供第一位置信号分量和第二位置信号分量，所述第一位置信号分量和第二位置信号分量基于使用第一电路构造和第二电路构造来提供用于所述至少一个标尺感测场的第一较小信号感测深度和第二较大信号感测深度。所述标尺和读数头具有一构造，其中：所述第一层沿着所述深度方向比所述第二层更靠近所述读数头，并且所述第一层的第一空间调制图案提供使用所述第一电路构造感测的主导的第一位置信号分量；并且所述第二层的第二空间调制图案提供使用所述第二电路构造感测的显著的第二位置信号分量，并且当使用所述第一电路构造时提供较不显著的第二位置信号分量。在一些实施例中，当使用所述第一电路构造时，所述第二层的空间调制图案提供微不足道的第二位置信号分量。在各种实施例中，所述至少一个标尺感测场是变化场，并且所述第一电路构造对应于标尺感测场的较高时间频率或频率范围，并且所述第二电路构造对应于标尺感测场的较低时间频率或频率范围。所述第一电路构造和第二电路构造的各种替代例公开在下文，并且可以分开和/或组合使用。标尺层图案和/或厚度的各种替代例公开在本文中，并且可以分开和/或组合使用，利用趋肤深度效应(skindepth effects)分离使用所述第一电路构造和第二电路构造从不同标尺层得到的信号。在各种实施例中，所述空间调制图案的空间调制可以包括厚度、和/或宽度、和/或材料调制变化。
将要了解的是，本文中公开的构造具有优于现有系统的优点。特别地，可以使用窄标尺提供强大的绝对位置感测设备，在于部分由于使用了用于标尺信号层的公开的堆叠构造，得以根据期望避免共线性并排标尺轨道。
附图说明
图1是包括标尺的手工具类型卡尺的分解等距视图。
图2是图1一部分标尺的等距视图，图示了在堆叠构造中由绝缘层分离的第一信号层和第二信号层。
图3是标尺部的侧视图，图示了关于读数头感测部的操作。
图4是用于感测相对于标尺部位置的读数头感测部的等距视图。
图5A和5B是图示读数头感测部可替代实施例的各种操作原理的示意图。
图6A-6G是标尺部和相应位置信号分量的可替代实施例的视图。
图7是根据本文中公开的原理图示用于操作位置感测设备的流程的一个示例性实施例的流程图，位置感测设备包括在堆叠构造中具有各层的标尺部。
具体实施方式
贯穿该公开的附图，应该认识到，一个或多个标尺特征的z轴尺寸可能出于清晰起见被夸大。附图可以一般被视为部分是代表性的，部分是示意性的。基于该公开将理解的是，由本文中公开的各种标尺层结构实现的信号分离和/或信号绝缘一般可以取决于趋肤深度效应。趋肤深度效应又取决于标尺层材料和读数头操作频率两者。举例来说，但不是限制的方式，在各种实施例中，各种层可以具有一部分趋肤深度或多个趋肤深度量级的厚度(z轴尺寸)。针对实际材料和操作频率，趋肤深度可以是微米至若干毫米的量级。本领域普通技术人员可以确定实际设备的实际z尺寸，基于通过已知的分析和/或测试方法补充的本文中公开的各种操作原理和教导。
图1是手工具类型卡尺100的分解等距视图，包括：标尺构件102，具有包括标尺170的大致矩形横截面的卡柱；和滑动器组件120。如关于图2进一步描述的，标尺170可以包括沿着测量轴方向MA(X轴)延伸的并且沿着大约与标尺层呈法向的深度方向(Z方向)堆叠在彼此之上的各层(例如，信号调制和绝缘层)。已知类型的覆盖层172(例如，100μm厚)可以覆盖标尺170。在标尺构件102第一端附近的钳108和110以及在滑动器组件120上的可移动钳116和118用于以已知的方式测量物体的尺寸。滑动器组件120可以可选地包括深度杆126，由端止动件154约束在标尺构件102下方的深度杆沟槽152中。深度杆接合端128可以延伸到孔中，以测量其深度。滑动器组件120的盖139可以包括打开/关闭开关134和调零开关136以及测量显示器138。滑动器组件120的基部140包括接触标尺构件102侧缘146的引导边缘142，并且螺钉147将弹性压力杆148偏置在标尺构件102的配合边缘上，以确保测量的适当对准，并用于相对于标尺170移动读数头部164。
安装在基部140上的摘除组件160保持读数头部164，在该实施例中，读数头部164包括基板162(例如，印刷电路板)，基板162承载着相对于标尺170沿着深度方向布置的感测部167(例如，场发生和感测绕组构造)，以及信号处理和控制电路166。弹性密封件163可以压缩在盖139和基板162之间，以从电路和连接排除污染。感测部167可以由绝缘涂层覆盖。
在一个具体说明性示例中，感测部167可以布置成与标尺170平行且面向标尺170，标尺170由沿着深度(Z)方向在0.5mm量级的间隙分开。一起地，读数头部164和标尺170可以形成换能器(例如，如将在下面关于图2更详细地描述的，通过产生变化磁场操作的涡流换能器)。
图2是图1标尺170一个实施例的一部分的等距视图，图示沿着深度(Z)方向“堆叠”在(例如，对准且相邻)彼此之上的信号层SIGL1和SIGL2。在一些执行方案中，如下面描述的，该实施例可以解释为包括介于信号层SIGL1和SIGL2之间的可选的绝缘层ISOL。可替代地，绝缘层可以在一些实施例中略去并且标尺的总体厚度减少，或者在其它实施例中层ISOL中示出的材料可以归于层SIGL1和/或层SIGL2，并且其估算厚度尺寸Tiso、T1和T2相应地调整(例如，针对这样的实施例，包括指定Tiso为零厚度，使得层ISOL代表为“缺乏”)。关于以下描述，层SIGL1、ISOL和SIGL2将理解成包括所描述特征的概念层。在各种执行方案中，各层可以分开制造但实际上“被堆叠”，或者可以制造为单件，在这种情况下，它们是其布置对应于“堆叠”的概念层，等等。
第一信号层SIGL1包括沿着测量轴形成第一空间调制图案的材料，其被称为PAT1。从概念上讲，PAT1可以描述为沿着测量轴方向MA与多个第二标尺元件区SZ1-SZ6交错的多个第一标尺元件区FZ1-FZ7，根据波长P周期性地布置。在一个实施例中，每个标尺元件区具有1/2波长P的X尺寸。在其它实施例中，第一标尺元件区和第二标尺元件区的面积和宽度可以不同。PAT1可以最好描述为沿着深度(Z)方向包括材料厚度调制，或者可替代地，可以描述为沿着横向于深度方向和测量轴的方向(Y)包括材料宽度调制(例如，在该实施例中，设置了零宽度板消除特征)。
在图2的示例中，每个第一标尺元件区FZ1-FZ7包括导电板特征P1-P7(在各种实施例中，其可以操作成承载涡流)。每个第二标尺元件区SZ1-SZ6包括“板消除”特征，包括各自无效或凹进面积R1-R6，和/或填充每个第二标尺元件区SZ1-SZ6的不导电材料(在各种实施例中，其可以操作以承载较少的涡流或不承载涡流)。可替代地，“板消除”特征可以包括导电材料，假设它与板特征相比具有不同的电导率和磁导率。类似的标尺操作原理更详细地描述在2014年6月12日提交的标题为“Absolute Position Encoder Scale Having PlatesAlternating With Varying Recesses”('266申请)的共同未决的和共同转让的美国专利申请序列号14/303,266中，其全部内容通过引用借此并入。
通过模拟第一信号层，可以理解第二信号层SIGL2。它包括沿着测量轴形成第二空间调制图案PAT2的材料，第二空间调制图案PAT2在沿着测量轴的绝对范围上不同于第一空间调制图案PAT1。在该实施例中，多个标尺元件区FZ1'-FZ6'承载板特征PX'(X＝1-6)，与承载板消除特征RX'(X＝1-6)的多个标尺元件区SZ1'-SZ5'交错，均根据波长P'沿着测量轴周期性地布置。关于上文引用的绝对范围，在该情况下可以设置大约(P*P')/|P'-P|的绝对范围，因为PAT2可以操作成提供空间周期性的第二位置信号分量(具有周期或波长P')，第二位置信号分量在沿着绝对范围的相应位置相对于空间周期性的第一位置信号分量提供多个独特的相位关系值，其中PAT1操作成提供空间周期性的第一位置信号分量(具有周期或波长P)。独特的相位关系值允许从PAT1构造所得到的周期信号的各自周期彼此区分，以独特地指示沿着绝对信号范围的各自位置，并且根据已知方法(例如，包括正弦正交信号插值方法)进一步插值于各自信号周期内，以提供高分辨率绝对位置测量结果。
更一般地，在可替代的执行方案(例如，如关于图6C、6D、6G描述的)中，第二层的第二空间调制图案可以构造成包括提供第二位置信号分量的变量(例如，线性或非线性变量)，其包括在沿着绝对范围的相应位置相对于第一位置信号分量提供多个独特值(例如，独特的信号振幅或独特的第二位置信号关系值)的信号特性。
在各种执行方案中，标尺170可以由导电散料(例如，铝、钢、铜，等等)形成，使得各层从概念上讲“被堆叠”，或者第一信号层和第二信号层SIGL1和SIGL2(以及层ISOL)可以利用类似或不同的工艺分开制造(例如，印刷电路板中的图案层)，然后层压在一起，等。
图3是图2标尺170的一个实施例的一部分的示意性侧视图，图示了关于包括在感测部167一个实施例中的示意性图示的感测部SN1-SN3的操作和特征。在各种执行方案中，感测部SN1-SN3或“SNX”(X＝1-3)可以分别包括单个感测部SNX'(X＝1-3)，或者可以分别包括差异对感测部SNX'/SNX-D(X＝1-3)，(例如，在下文参考图4提出)。在任何情况下，感测部提供对应于其构造的示意性代表的输出信号SENX(X＝1-3)。
在操作中，一般而言，信号处理和控制电路166以及感测部167被构造成生成至少一个标尺感测场，其可以由第一层和第二层的第一空间调制图案和第二空间调制图案调制，并且基于使用第一电路构造和第二电路构造(例如，包括在信号处理和控制电路166中的第一和第二电路和/或操作构造和/或信号处理流程)来提供第一位置信号分量和第二位置信号分量，以提供用于至少一个标尺感测场的第一较小信号感测深度和第二较小信号感测深度。
在图3中，场FIELDC1或FIELDC1'示意性地代表提供第一较小信号感测深度的场或场分量。因为第一层SIGL1沿着深度方向比第二层SIGL2更靠近读数头和/或感测部167，第一层SIGL1的第一空间调制图案PAT1将提供主导的第一位置信号分量，使用对应于场FIELDC1或FIELDC1'的第一电路构造感测到主导的第一位置信号分量。第二层SIGL2可以设计成部分地或完全超出场FIELDC1或FIELDC1'的感测范围，使得它可以在信号中提供使用第一电路构造感测到的较不显著或微不足道的第二位置信号分量。场FIELDC2示意性地代表提供使用第二电路构造设置的第二较小信号感测深度的场或场分量，并且包括至少一部分第二层SIGL2。在该情况下，第二层SIGL2的第二空间调制图案PAT2提供使用第二电路构造感测到的显著的第二位置信号分量。
在各种执行方案中，第一电路构造可以设计成使得场或场分量FIELDC1或FIELDC1'未到达越过第一层SIGL1的深度，或者至多不越过绝缘层ISOL。在这样的情况下，第一空间调制图案PAT1的信号影响被使用第一电路构造感测到的第一位置信号分量准确地指示，并且读数头位置可以相对于PAT1相对准确地指示(至少在PAT1的局部周期内)。此外，如上面提到的，PAT1的信号贡献使用第一电路构造在读数头的任何特定位置相对于标尺准确地隔离。结果，这提供了信息：允许信号处理和控制电路166预测和/或补偿PAT1信号贡献至使用第二较小信号感测深度确定的信号，其使用第二电路构造设置(例如，基于之前分析和/或校准)。所以，信号处理和控制电路166可以基本隔离由于第二空间调制图案PAT2产生的期望的第二位置信号分量，使得读数头位置可以相对于PAT2相对准确地指示，和/或相对于第一位置信号分量提供多个独特值的第二位置信号分量的信号特性或关系可以沿着绝对范围准确地确定。
在可替代的执行方案中，替代或除了上面提到的预测和补偿，绝缘层ISOL可以形成有第三空间调制(图2或3未示出)，当使用场FIELDC2和第二电路构造时，其意在抵消第一信号层SIGL1第一空间调制的影响。如下面关于图6F描述的，例如它可以包括互补图案特征(例如，具有与PAT1相反的空间相)。
在各种实施例中，上面提到的影响和操作可以通过下面提出的各种构造实现。读数头可以构造成至少提供标尺感测场，标尺感测场是变化场，并且第一电路构造对应于标尺感测场的较高时间频率或频率范围，第二电路构造对应于标尺感测场的较低时间频率或频率范围。在各种执行方案中，第一电路构造和第二电路构造可以根据a)或b)之一的至少一个操作，包括：a)第一电路构造在第一时间以较高时间频率或频率范围提供第一标尺感测场，第二电路构造在第二时间以较低时间频率或频率范围提供第二标尺感测场，并且读数头在第一时间感测第一位置信号分量且在第二时间感测第二位置信号分量，或者b)第一电路构造使用对应于较高时间频率或频率范围的高限或滤波频率范围感测至少一个标尺感测场的调制，并且第二电路构造使用对应于较低时间频率或频率范围的低限或滤波频率范围感测至少一个标尺感测场的调制。在某种意义上，上面提到的操作“a”对应于在“输入”或“传输”标尺感测场期间限制或过滤包括在标尺感测场中的频率，而上面提到的操作“b”对应于在“输出”或“接收”标尺感测场期间限制过滤在标尺感测场中感测的频率。实施这样的限制或过滤的方法是已知的，并且被充分分开，或者可以在一些实施例中组合使用。在一些实施例中，第一电路构造和第二电路构造根据b)操作，并且读数头被构造成产生变化的标尺感测场，其同时包括较高和较低的时间频率或频率范围两者。
将要理解的是，趋肤深度效应可以利用并用在根据本文中公开的原理进行操作的设计中。趋肤深度δ可以近似为
其中，ρ＝材料的电阻率，f＝操作频率(例如，上面提到的时间频率或频率)，μr＝材料的相对磁导率，并且μ0＝自由空间渗透性。
由此，在各种执行方案中，第一电路构造可以实施成使得场或场分量FIELDC1在越过第一层SIGL1的深度不显著。在一个这样的实施例中，第一层具有沿着深度方向的厚度T1，是第一趋肤深度的至少一倍，或两倍及以上，其中此第一趋肤深度基于形成第一空间调制图案PAT1的材料和对应于第一电路构造的较高时间频率或频率范围而确定。当使用第一电路构造时，隔离层ISOL可以(根据期望)用于提供空白来屏蔽掉第二信号层SIGL2的PAT2的信号调制影响。在一个这样的实施例中，隔离层是形成均匀层的材料，并且第一层T1的厚度沿着深度方向加上隔离层Tiso的厚度是第一趋肤深度的至少一倍，或两倍，或更多，其中此第一趋肤深度基于形成均匀层的材料和对应于第一电路构造的较高时间频率或频率范围而确定。
当然，根据上面提到的原理，第二电路构造必须实施成使得场或场分量FIELDC2在超出第一层SIGL1和/或绝缘层ISOL的深度是显著的，并且至少包括第二层SIGL2的空间调制部分。在这样的情况下，第一层SIGL1和/或绝缘层ISOL可不超过与第二电路构造关联的趋肤深度。在一个这样的实施例中，第一层具有沿着深度方向的厚度T1，其至多是第二趋肤深度的0.5倍，或0.3倍，或更少，其中此第二趋肤深度基于形成第一空间调制图案PAT1的材料和对应于第二电路构造的较低时间频率或频率范围而确定。在一个这样的实施例中，如果使用隔离层ISOL，则第一层T1的厚度沿着深度方向加上隔离层Tiso的厚度至多是第二趋肤深度的0.5倍，或0.3倍，或更少。在一些实施例中，形成第二层第二空间调制图案的材料沿着深度方向的厚度T2是沿着形成第一层第一空间调制图案的材料的深度方向的厚度T1的至少两倍，或三倍或以上，相对于第二空间调制图案的影响，使得第一空间调制图案对使用第二电路构造获得的信号的影响减少。
在各种执行方案中，层SIGL1、ISOL和SIGL2的材料可以是导电和/或高磁导率材料。在各种执行方案中，读数头164可以感测由于空间调制图案产生的电感和/或阻抗变化导致的信号变化。在某些执行方案中，如果标尺材料是导电的具有低磁导率，则涡流可以主要负责信号改变，而如果标尺材料具有高磁导率，则磁路影响可以主要负责信号改变。
将要了解的是，具有沿着Z方向对准或堆叠的各层的标尺有利之处在于，与可比较的并排标尺轨道相比，可以实现窄标尺。另外，可以得到不同制造选择。
在各种实施例中，根据基于本文中公开的原理将是显而易见的各种期望的信号处理方案，在测量周期的不同时间，一个或所有各种感测部SNX可以使用上面提到的第一和/或第二电路构造提供信号。在图3示出的实施例中，感测部SN1和SN2沿着测量轴具有间距D1＝5/4P)，并且可以使用第一电路构造操作以提供对应于第一信号层SIGL1波长P的正交信号SEN1和SEN2，这可以根据已知方法处理以确定读数头相对于第一信号层SIGL1特征或周期的位移和/或位置。类似地，感测部SN2和SN3具有间距D2＝5/4P')，并且可以使用第二电路构造和上面提到的相关信号处理操作以提供对应于第二信号层SIGL2波长P'的正交信号SEN2和SEN3，这可以根据已知方法处理以确定读数头相对于第二信号层SIGL2特征或周期的位移和/或位置。如之前提出的，使用第一电路构造和第二电路构造确定的信号之间的相位差可以呈现出这样的相位差：可以被信号处理而提供在大约(P*P')/|P'-P|的绝对范围上的绝对位置测量结果。
图4是示出感测部SNX一个实施例的等距和部分示意图，可用作图3示出的一个或多个感测部SNX(X＝1-3)，或者另外在各种实施例中在该公开的范围内。出于清晰起见，仅单个差异感测部SNX图示在图4中。感测部SNX包括连接到由信号处理和控制电路166和地面终端GND控制的驱动终端DRV的场励磁绕组430A和430B(具有相反的场极性)，以及第一信号绕组和第二信号绕组410A和410B(一起为410)，其分别连接到地面终端并且输出通过终端SL1和SL2连接到信号处理和控制电路166的位置信号分量SENX'和SENX-D'。在一个执行方案中，各种绕组可以制造于印刷电路板(例如，图1的印刷电路板162)的一个或多个金属层中。在各种执行方案中，标尺部170的宽度(Y尺寸)可以大于感测部SNX的宽度，以减少Y方向错位的灵敏度。每个标尺元件(例如，PX和/或RX)的长度(X尺寸)可以大约与410A(或410B)相同(例如，感测部SNX总组合长度的一半，以最大化所得到的信号(例如，由位置信号分量SENX'和SENX-D之间的差确定)。
感测部SNX和标尺部170的电连接和操作的一个实施例示意性地示出在图5A中，并在下面参考图4和5A提出。
当使用第一电路构造(例如，使用第一或较高驱动和/或信号滤波频率)操作时，并且当感测部SNX移动使得第一信号层SIGL1的凹进面积R1-R3之一在信号绕组410A(可替代地，410B)下方主要居中时，由于导电和/或导磁材料的缺少或偏远，励磁绕组430A(可替代地，430B)和信号绕组410A(可替代地，410B)之间的耦合可以程度较轻地受到影响，并且位置信号分量SENX'(可替代地，SENX'-D)将具有相应的第一极性值。相反地，当感测部移动使得第一信号层SIGL1的板面积P1-P3之一在信号绕组410A(可替代地，410B)下方主要居中时，由于导电和/或导磁材料的亲近性，励磁绕组430A(可替代地，430B)和信号绕组410A(可替代地，410B)之间的耦合可以更大程度地受到影响(例如，任一因磁导率提高或者由于涡流影响而减少)，并且位置信号分量SENX'(可替代地SENX-D)将具有相应的第二极性值。相应地，位置信号分量SENX'和SENX-D之间的差可以用以确定标尺部170第一信号层SIGL1图案相对于感测部SNX(至少一个波长内)的位置。通过消除某些共模误差，差分信号可以提供改进的线性度和鲁棒性。如之前提出的，当使用第二电路构造(例如，使用第二或较低驱动和/或信号滤波频率)操作时，与感测部SNX关联的场可以渗透到第二信号层SIGL2，并且提供可以用以确定标尺部170第二信号层SIGL2图案相对于感测部SNX(至少在一个波长内)的位置的信号分量。
在各种执行方案中，励磁绕组430可以被(例如，节点N3处的励磁信号DRV)驱动，具有选定的波形图案(例如，正弦、具有脉冲固有电路的准正弦、或“方波”脉冲，等等)。与图4和图5A示出的感测部和连接结合使用第一电路构造和第二电路构造的各种原理(可以包括各自信号处理电路和/或流程)被公开在本文中，并且可以由本领域普通技术人员基于该公开而实施。
虽然图4和5A所示的执行方案示出了提供分离信号的第一信号绕组和第二信号绕组410A和410B，但应该认识到，在可替代的执行方案中，它们可以连接到具有单个输出的单个线圈中，或者它们可以沿着X方向以适合的间距复制，以提供附加信号，等。此外，在其它实施例中，可以使用其它感测元件(例如，霍尔传感器)来代替绕组410。由此，图示的实施例仅是示例性的，并且不是限制性的。
图5B是图示感测部SNX'和标尺部170的电连接和操作的一个实施例的示意图，其中读数头164'的电路构造用于允许单个绕组或感测部执行励磁部和信号部两者的功能。在各种执行方案中，读数头可以包括一个或多个这样的电路和感测部。出于简化本说明和解释的目的，仅示出接近感测部SNX'的单个标尺元件PX(或者可替代地是RX，或是对应于PX'或RX'的信号产生特征)。如图5B示出的，例如2006年加拿大魁北克城Advances in SignalProcessing for Non Destructive Evaluation of Materials的J.Lefebvre、C.Mandache和J.Letarte的“Pulsed eddy current empirical modeling”中更详细地描述的，感测部SNX'和目标标尺元件“PX”可建模为简单的两部分电路。如其中描述的，影响涡流传感器阻抗的一些关键变量是：传感器线圈(例如，SNX')的物理尺寸和组成；传感器的驱动频率；目标标尺元件PX的电导率和磁导率；目标标尺元件PX的不规则性；以及传感器到目标标尺元件PX的间隙和取向。
如图5B示出的，在左侧包括读数头164'电路感测部SNX'的图示电路充当励磁部和信号部两者，并且具有相等的电感LS、阻力RS，并且由电压源V(t)驱动。右侧的标尺元件“PX”由其有效电感Lt和阻力Rt代表，并且形成与感测部SNX'的互感M。标尺元件“PX”的这些有效阻抗值取决于σ、μ、ω和系统几何结构。两个电路的耦合取决于传感器到目标亲近性(例如，“PX”相对于读数头164'沿着X方向的间隙和位置)，并且反映在互感中。k的值是0≤k≤1并且随着间隙的降低而增加。感测部SNX'由于与标尺元件“PX”取决于位置的联接的信号和/或复杂阻抗的改变可以提供可以用以确定感测部SNX'相对于标尺元件“PX”和相应标尺部170的位置的相应位置信号分量。
图6A-6G是标尺670A-670G和/或其组成层空间调制图案、代表性感测部167以及说明性相应信号分量的各种实施例各部的部分示意性视图。其中出于清晰起见，间隙示出在各层之间，将要理解的是，各层可以彼此抵接没有任何间隙。在图6A中，图示了标尺部670A的侧视横截面视图(沿着Y方向观看)。标尺部670A类似于图2-4的标尺部170，并且其结构和操作可以基于之前的描述理解。第一信号层和第二信号层SIGL1A和SIGL2A由绝缘层ISOLA(例如，作用为各层之间的屏蔽)分开。与形成包括(如将在下面关于图6B和6F更详细地描述的)第三空间调制图案的绝缘层的成形材料或图案化材料比较，绝缘层ISOLA一般是形成矩形和/或均匀层的材料，具有一致的宽度和厚度。关于位置信号分量680A，当感测部167由第一电路构造(例如由“第一电路构造”标记指示)操作时，对应于第一标尺图案PAT1A的第一位置信号分量SSIGL1A可以由各自感测部167及其相应的空间相或偏移(例如提供正交信号)提供。当感测部167由第二电路构造(例如由“第二电路构造”标记指示)操作时，对应于第二标尺图案PAT2A的第二位置信号分量SSIGL2B可以由各自感测部167及其相应的空间相或偏移提供。如之前公开的，第二位置信号分量SSIGL2A可能需要信号处理，当使用第二电路构造时隔离它们受到第一标尺图案PAT1A的影响。信号分量示出空间周期性的变量(例如，由与第一标尺图案和第二标尺图案PAT1A和PAT2A的凹进面积交错的导电板面积产生)。更具体地，在各种执行方案中，每个位置信号分量SSIGL1A和SSIGL2A可以代表读数头164信号处理和控制部的输出。各种特性和信号及相关绝对位置的确定之前已经描述。
在图6B中，标尺部670B的侧视横截面视图类似于标尺部670A，并且其结构和操作可以基于之前的描述理解，除关于绝缘层ISOLB及其信号影响之外。如图6B底部层的平面图示出的，绝缘层ISOLB一般是形成具有渐缩宽度和恒定厚度的第三空间调制图案的材料。当感测部167由第一电路构造(例如，由“第一电路构造”标记指示)操作时，对应于第一标尺图案PAT1B的第一位置信号分量SSIGL1B可以由各自感测部167及其相应的空间相或偏移(例如，提供正交信号)提供。当感测部167由第二电路构造(例如，由“第二电路构造”标记指示)操作时，绝缘层图案PAT3B和图案PAT2B均可以提供信号影响，并且相应的第二位置信号分量SSIGL2B可以由各自感测部167及其相应的空间相或偏移提供。即，隔离层的第三空间调制图案被构造成与第二层的第二空间调制图案组合工作，以提供使用第二电路构造感测到的第二位置信号分量中的第二空间调制图案和第三空间调制图案的组合调制影响。由此，位置信号分量680B图示对应于第一信号层SIGL1B第一标尺图案PAT1B的第一位置信号分量SSIGL1B，以及对应于第二信号层SIGL2B第二标尺图案PAT2B的第二位置信号分量SSIGL2B，包括对应于绝缘层ISOLB第三标尺图案PAT3B影响的第三位置信号影响EISOLB影响。通过解释的方式，在位置信号分量680B的更左边，由于在第二信号层SIGL2B位置提供显著量“屏蔽”和/或信号影响的第三标尺图案PAT3B较宽端的影响，第二位置信号分量SSIGL2B的正弦变化示出为具有低对比度/信号振幅和较高“DC”水平。在位置信号分量680B的更右边，由于在第二信号层SIGL2B位置提供较少量“屏蔽”和/或信号影响的第三标尺图案PAT3B窄端的影响，第二位置信号分量SSIGL2B的正弦变化示出为具有高对比度/信号振幅和较低“DC”水平。应该认识到，信号影响EISOLB示出的目的是为了解释，不必被隔离为信号。此外，如之前公开的，第二位置信号分量SSIGL2B可能需要信号处理，以隔离它受到第一标尺图案PAT1A的影响并且提供类似于使用第二电路构造时示出的位置信号。
在一个执行方案中，在各位置由绝缘层ISOLB第三标尺图案PAT3B造成的信号分量SSIGL2B的信号差异可以进行分析，以指示用于标尺部670B的粗糙的绝对范围，而信号分量SSIGL1B和SSIGL2B之间的长波长差频可以用以指示中间的绝对范围(例如，精确识别特定波长P)，并且第一位置信号分量SSIGL1B可以用以以高分辨率精确度指示特定波长内的增量位置。在各种执行方案中，第三标尺图案PAT3B可以形成为成形导体，例如，形成在印刷电路板上，或者在材料片中印制或蚀刻或形成为较大厚度的凸起部，等。
在图6F中，标尺部670F的侧视横截面视图模拟标尺部670B，并且其结构和操作可以基于之前的描述理解，除关于绝缘层ISOLF及其信号影响的设计之外。特别地，标尺部670F提供实施例的一个示例，其中隔离层的第三空间调制图案相对于第一层的第一空间调制图案进行构造，以当使用第二电路构造时至少部分地抵消第一空间调制图案的调制影响，由此当使用第二电路构造时至少部分地抵消第一位置信号分量。在该特定实施例中，绝缘层ISOLF一般是形成第三空间调制图案的材料，其中第一空间调制图案和第三空间调制图案互补，使得沿着材料深度方向形成第一空间调制图案和第三空间调制图案的组合厚度在读数头和第二层之间额定恒定。在一些实施例中，第一层和第三层由相同材料形成。在各种实施例中，第一层和第三层的互补图案可以是“宽度互补的”，使得第三层图案能够可视化如同第一层图案的照相底片。在本实施例中，图案是“厚度互补的”。即，如侧横截面视图图示的，第一空间调制图案是周期性的并具有波长P的厚度图案，第三空间调制是周期性的并具有波长P的厚度图案，并且第一空间调制图案和第三空间调制图案相对于彼此沿着测量轴移位大约180度的空间相位移。
当感测部167由第一电路构造操作时，可以提供对应于第一标尺图案PAT1F的第一位置信号分量SSIGL1F。当感测部167由第二电路构造操作时，绝缘层图案PAT3F和图案PAT2F均可以提供信号影响。由此，位置信号分量680F图示对应于第一信号层SIGL1F第一标尺图案PAT1F的第一位置信号分量SSIGL1F，以及对应于第二信号层SIGL2F第二标尺图案PAT2F的第二位置信号分量SSIGL2F，其中对应于绝缘层ISOLF第三标尺图案PAT3F的影响有效地抵消PAT1F对使用第二电路构造获得的信号的影响。即，无需信号处理来隔离PAT2F的影响以及提供第二位置信号分量SSIGL2F，因为PAT3F提供此绝缘。重申，因为第一空间调制图案和第三空间调制图案形成厚度互补，它们有效地取消彼此的有效渗透两个图案层的场的空间调制影响。
在图6C中，示出了标尺部670C的侧视横截面视图，其示出的各层类似地于在标尺部670A和670B中的某些层进行操作。其结构和操作可以与以下进一步解释组合基于之前的描述进行理解。第一信号层SIGL1C及其相关的第一位置信号分量SSIGL1C(在位置信号分量680C示出)类似于或相同于第一信号层SIGL1A及其相关的第一位置信号分量SSIGL1A。第二信号层SIGL2C及其相关的第二位置信号分量SSIGL2C类似于或相同于参考图6B提出的绝缘层ISOLB及其相关的信号影响EISOLB。即，它一般是形成具有渐缩宽度和恒定厚度的第二空间调制图案的材料。当感测部167由第一电路构造操作时，可以提供对应于第一标尺图案PAT1C的第一位置信号分量SSIGL1C。当感测部167由第二电路构造操作时，图案PAT2C(类似于图6B的PAT3B)可以提供第二位置信号分量SSIGL2C，如之前公开的，这可能需要信号处理，以当使用第二电路构造时隔离它受到第一标尺图案PAT1A的影响。绝缘层ISOLC(如果存在)一般是以一致宽度和厚度形成矩形和/或均匀层的材料。它可以考虑为可选的，或者作为第一层或第二层的一体部分。
图6E可以理解为标尺部670E的侧视横截面视图，示出的各层可以类似于标尺部670C各层形成和操作，除了图案PAT2E的第二空间调制图案包括厚度调制而非宽度调制。即，它一般是形成具有渐缩厚度和恒定宽度的第二空间调制图案的材料。例如，与层的较薄端比较，层一端的较厚材料可以提供更大的涡流影响，用于渗透整个层的场。当感测部167由第一电路构造操作时，可以提供对应于第一信号层SIGL1E和第一标尺图案PAT1E的第一位置信号分量SSIGL1E(在位置信号分量680E中示出)。当感测部167由第二电路构造操作时，第二信号层SIGL2E和图案PAT2E可以提供第二位置信号分量SSIGL2E，如之前公开的，这可能需要信号处理，以当使用第二电路构造时隔离它受到第一标尺图案PAT1E的影响。绝缘层ISOLE(如果存在)一般是形成具有一致宽度和厚度的矩形和/或均匀层的材料。它可以考虑是可选的，或者作为第一层或第二层的一体部分。
图6D可以理解为标尺部670D的侧视横截面视图，示出的各层可以类似于标尺部670A各层形成和操作，除了第二信号层SIGL2D和图案PAT2D的第二空间调制图案包括厚度调制，类似于沿着其凹进或较薄的标尺元件厚度渐缩。即，它一般是形成了在其凹进类型标尺元件中具有渐缩厚度和恒定宽度的第二空间调制图案的材料。这样的构造更详细地描述在之前并入的'266申请中。与层的凹进深度最大的一端(其中提供了较高的周期信号对比度或振幅)比较，层一端的较薄凹进可以提供更类似于其相邻板类型元件(其中提供了低的周期信号对比度或振幅)的信号。在该实施例中，如之前公开的，第二位置信号分量SSIGL2D(在位置信号分量680D中示出)可能需要信号处理，以当使用第二电路构造时隔离它受到第一信号层SIGL1D和第一标尺图案PAT1D的影响。绝缘层ISOLD(如果存在)一般是形成具有一致宽度和厚度的矩形和/或均匀层的材料。它可以考虑为可选的，或者作为第一层或第二层的一体部分。
图6G示出一实施例，其中与相应的第二标尺调制图案结合使用可替代的读数头构造，以履行本文中公开的绝对位置信号原理。在标尺部670G中，第一信号层SIGL1G和相应的第一标尺图案PAT1G(即，相对于x和z轴示出在侧视图中)类似于标尺部670A。对应于第二标尺图案PAT2G(示出在图6G下部的平面图中，一部分图案PAT1G的平面图以虚线轮廓示出)的第二信号层SIGL2G包括正弦形状面积的两个轨道，其沿着X方向可以具有不同单独长度或“周期”(例如，Pc1、Pc3，等等)。类似于之前堆叠的标尺层，第一信号层堆叠在第二信号层上。覆盖和/或对准两个轨道PAT2G的是包括构件感测部a-h(例如，每个可以类似于之前描述的感测部SNX)的感测部组SNQ1和SNQ2。因为构件感测部(例如，构件a和构件h)之间的间距是固定的，正弦部的不同长度(例如，Pc1)可以提供具有不同相位关系的信号，其可用于识别哪个正弦部被感测。两个轨道PAT2G可以具有延伸绝对范围和/或解决潜在信号模糊的关系。如此，各感测部(例如，一些或所有的感测部a-h)可以使用第一电路构造操作，以提供对应于PAT1G的第一位置信号分量，并且各感测部(例如，一些或所有的感测部a-h)可以使用第二电路构造操作，以提供对应于PAT2G的第二位置信号分量，其中第二位置信号分量包括的信号特性在沿着绝对范围的相应位置提供相对于第一位置信号分量的多个独特值。
图7是图示根据本文中公开的原理的流程700一个示例性实施例的流程图，用于操作包括标尺部的位置感测设备，标尺部具有堆叠构造的各层。如图7示出的，在块710，操作位置感测设备(例如，手工具类型卡尺)，其中第一层的第一空间调制空间地调制标尺感测场，当标尺感测场的参数具有第一值(例如，第一时间频率)时相对更多地提供第一位置信号分量，并且当标尺感测场的参数具有第二值(例如，低于第一时间频率的第二时间频率)时相对更少地提供第一位置信号分量。在块720，操作位置感测设备，其中第二层的第二空间调制空间地调制标尺感测场，当标尺感测场的参数具有第二值(例如，第二时间频率)时相对更多地提供第二位置信号分量，并且当标尺感测场的参数具有第一值(例如，第一时间频率)时相对更少地提供第二位置信号分量。在块730，利用第二位置信号分量的信号特性(例如，独立任一地或与第一位置信号分量的信号特性组合)来确定沿着绝对范围在相应位置的独特位置值。
上文描述的各种器件可以不同地定位并且采取除上面提到的其它形式和组合，这将基于该公开由本领域普通技术人员认识到。例如，所公开的标尺图案可以可替代地以弯曲构造形成沿着圆形测量轴，以形成旋转编码器。如另一示例，虽然若干上述标尺图案包括凹进面积，但可以使用其它类型的板消除特征(例如，非导电面积)。一般情况下，针对板消除特征，可以变化的特性可以包括非导电面积的量、凹进面积的量、凹进面积的凹进深度，等等。针对板特征，可以变化的特性可以包括板面积的量、板高度，等等。
如另一示例，虽然如上面提到的，某些标尺图案可以通过在散料(例如，铝)中制出逐渐更深的切口而形成，但在其它执行方案中，可以利用其它制造技术。更具体地，在各种执行方案中，某些标尺图案可以形成在标尺部中，包括至少一个：印刷电路板；包括去除面积的图案化薄金属片、形成的薄金属片包括因所述薄金属片变形而形成的凹进；金属材料件，包括因去除金属材料而形成的凹进，等等。
如另一示例，可以利用与其它所描述标尺元件类似的技术形成用于绝对信号范围识别部(或者可替代地用于单独标尺图案)的二进制代码元件，并且可以利用多个读数头传感器来读取这样的代码。如另一示例，板面积高度或凹进面积深度的附加变化可以用以实施甚至更高量级的代码(例如，利用3+变化)。
上文描述的各种实施方式可组合以提供其它实施方式。在该说明书中参考的所有的美国专利和美国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。例如，关于示例读数头164和关联的感测部及电路，将要了解的是，在之前并入的'494和'389专利申请中公开的其它读数头、电路和信号处理可以适于与本文中公开的各种标尺构造结合工作。本文中提出的读数头、电路和信号处理仅是示例性的，并且是非限制性的。
一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的具体实施方式，而是应该被解释为包括所有依据本文教导形成的实施方式，连同这样的权利要求所享有的等同物的完全范围。

Claims (20)

1.一种位置感测设备，可用于测量第一构件沿着测量轴关于第二构件的位置，所述位置感测设备包括：
标尺，所述标尺包括第一层和第二层，所述第一层和第二层沿着所述测量轴延伸并且沿着与标尺层呈法向的深度方向堆叠在彼此之上，所述第一层包括形成沿着所述测量轴的第一空间调制图案的材料，并且所述第二层包括形成沿着所述测量轴的第二空间调制图案的材料，所述第二空间调制图案在沿着所述测量轴的绝对范围上不同于所述第一空间调制图案；和
读数头，所述读数头相对于所述标尺沿着所述测量轴方向移动，所述读数头包括感测部，所述感测部相对于所述标尺沿着所述深度方向布置并且被构造成生成能够由所述第一层和所述第二层的所述第一空间调制图案和第二空间调制图案调制的至少一个标尺感测场，所述感测部提供第一位置信号分量和第二位置信号分量，所述第一位置信号分量和第二位置信号分量基于使用第一电路构造和第二电路构造来提供用于所述至少一个标尺感测场的第一信号感测深度和第二信号感测深度；
并且其中：
所述第一层沿着所述深度方向比所述第二层更靠近所述读数头，并且所述第一层的第一空间调制图案提供使用所述第一电路构造感测的第一位置信号分量；
所述第二层的第二空间调制图案提供使用所述第二电路构造感测的显著的第二位置信号分量，并且当使用所述第一电路构造时提供比第一位置信号分量更不显著的第二位置信号分量；并且
所述第一空间调制图案和第二空间调制图案被构造成使得所述第二位置信号分量包括一信号特性，所述信号特性在沿着所述绝对范围的相应位置提供相对于所述第一位置信号分量的多个独特值。
2.如权利要求1所述的位置感测设备，其中，当使用所述第一电路构造时，所述第二层的第二空间调制图案提供不显著的第二位置信号分量。
3.如权利要求1所述的位置感测设备，其中，所述至少一个标尺感测场是变化场，并且所述第一电路构造对应于所述标尺感测场的第一时间频率或频率范围，并且所述第二电路构造对应于所述标尺感测场的第二时间频率或频率范围，第一时间频率或频率范围高于第二时间频率或频率范围，。
4.如权利要求3所述的位置感测设备，其中，所述第一电路构造和第二电路构造根据a)或b)之一的至少一个进行操作，包括：
a)所述第一电路构造在第一时间以第一时间频率或频率范围提供第一标尺感测场，所述第二电路构造在第二时间以第二时间频率或频率范围提供第二标尺感测场，并且所述读数头在第一时间感测所述第一位置信号分量并且在第二时间感测所述第二位置信号分量，或者
b)所述第一电路构造使用对应于第一时间频率或频率范围的第一限制或滤波频率范围感测所述至少一个标尺感测场的调制，并且所述第二电路构造使用对应于第二时间频率或频率范围的第二限制或滤波频率范围感测所述至少一个标尺感测场的调制，第一限制或滤波频率范围高于第二限制或滤波频率范围。
5.如权利要求4所述的位置感测设备，其中，所述第一电路构造和第二电路构造根据b)进行操作，并且所述读数头被构造成产生同时包括第一和第二时间频率或频率范围两者的变化的标尺感测场。
6.如权利要求3所述的位置感测设备，其中，所述第一电路构造和第二电路构造响应于各自涡流，所述各自涡流出现在所述第一空间调制图案和第二空间调制图案的材料中并且调制所述至少一个标尺感测场，以便提供所述第一位置信号分量和第二位置信号分量。
7.如权利要求3所述的位置感测设备，其中，所述第一层沿着所述深度方向的厚度是第一趋肤深度的至少一倍，其中所述第一趋肤深度基于形成所述第一空间调制图案的材料和对应于所述第一电路构造的第一时间频率或频率范围进行确定。
8.如权利要求3所述的位置感测设备，其中，所述第一层沿着所述深度方向的厚度是第二趋肤深度的至多0.5倍，其中所述第二趋肤深度基于形成所述第一空间调制图案的材料和对应于所述第二电路构造的第二时间频率或频率范围进行确定。
9.如权利要求3所述的位置感测设备，其中，形成第二层第二空间调制图案的材料沿着所述深度方向的厚度是形成第一层第一空间调制图案的材料沿着所述深度方向的厚度的至少两倍。
10.如权利要求1所述的位置感测设备，其中，所述标尺进一步包括隔离层，所述隔离层包括a)或b)之一：a)形成均匀层的材料，或b)形成第三空间调制图案的材料，所述隔离层沿着所述测量轴延伸并且位于所述第一层和第二层之间。
11.如权利要求10所述的位置感测设备，其中，所述隔离层是形成均匀层的材料，并且沿着所述深度方向，所述第一层的厚度加上所述隔离层的厚度是第一趋肤深度的至少一倍，其中所述第一趋肤深度基于形成所述均匀层的材料和对应于所述第一电路构造的第一时间频率或频率范围进行确定。
12.如权利要求10所述的位置感测设备，其中：
所述隔离层是形成第三空间调制图案的材料；并且
所述隔离层的第三空间调制图案相对于所述第一层的第一空间调制图案进行构造，当使用所述第二电路构造时至少部分地抵消所述第一空间调制图案的调制影响，由此当使用所述第二电路构造时至少部分地抵消所述第一位置信号分量。
13.如权利要求12所述的位置感测设备，其中：
形成所述第一空间调制图案和第三空间调制图案的材料是相同的材料；并且
所述第一空间调制图案和第三空间调制图案是互补的，使得形成所述第一空间调制图案和第三空间调制图案的材料沿着所述深度方向的组合厚度在所述读数头和所述第二层之间是额定恒定的。
14.如权利要求13所述的位置感测设备，其中，所述第一空间调制图案是周期性的并具有波长P，所述第三空间调制是周期性的并具有波长P，并且所述第一空间调制图案和第三空间调制图案相对于彼此沿着所述测量轴移位180度的空间相位移。
15.如权利要求13所述的位置感测设备，其中，所述第一空间调制图案和第三空间调制图案各包括a)或b)之一：a)沿着所述深度方向的材料厚度调制，或b)沿着横向于所述深度方向和所述测量轴的方向的材料宽度调制。
16.如权利要求10所述的位置感测设备，其中：
所述隔离层是形成第三空间调制图案的材料；并且
所述隔离层的第三空间调制图案被构造成与所述第二层的第二空间调制图案组合工作，以在使用所述第二电路构造感测到的所述第二位置信号分量中提供所述第二空间调制图案和第三空间调制图案的组合调制影响。
17.如权利要求1所述的位置感测设备，其中，所述第一空间调制图案是周期性的并具有第一波长P，并且所述第二空间调制图案包括a)或b)中的至少一个：a)具有不同于波长P的第二波长P'的周期图案，以提供空间周期性的第二位置信号分量，所述空间周期性的第二位置信号分量在沿着所述绝对范围的相应位置提供相对于空间周期性的第一位置信号分量的多个独特的相位关系值，或b)线性或非线性变化的图案，以提供第二位置信号分量，所述第二位置信号分量在沿着所述绝对范围的相应位置提供相对于所述第一位置信号分量的多个独特的信号振幅值。
18.如权利要求1所述的位置感测设备，其中，所述第一空间调制图案或第二空间调制图案各包括a)或b)之一：a)沿着所述深度方向的材料厚度调制，或b)沿着横向于所述深度方向和所述测量轴的方向的材料宽度调制。
19.如权利要求18所述的位置感测设备，其中，所述第一空间调制图案或第二空间调制图案的材料厚度调制或宽度调制通过加工或形成均质材料进行制造，或者使用印刷电路板制造技术在印刷电路板材料中进行制造。
20.如权利要求1所述的位置感测设备，其中，所述第一层和第二层包括单片标尺材料的制造部，或者包括位于多层印刷电路板中的各层。
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