CN107036637B

CN107036637B - 电子绝对位置编码器

Info

Publication number: CN107036637B
Application number: CN201611127626.4A
Authority: CN
Inventors: D.J.卡普纳
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP2017106922A; CN107036637A; DE102016224524B4; DE102016224524A1; US20170167893A1; US9683869B1; JP6791741B2

Abstract

一种电子绝对位置编码器包括标尺、检测器和信号处理配置。标尺包括信号调制标尺图案，其包括具有空间波长λ₁的第一周期图案组成部分、以及具有空间波长λ₂的第二周期图案组成部分。检测器包括一组第一波长感测元件，其包括第一波长感测元件的第一滤波子组和第一波长感测元件的第二滤波子组，包括间隔了空间波长λ₂的180度的整数倍的感测元件的互补对。检测器包括一组第二波长感测元件，其包括第二波长感测元件的第一滤波子组和第二波长感测元件的第二滤波子组，包括间隔了空间波长λ₁的180度的整数倍的感测元件的互补对。

Description

电子绝对位置编码器

技术领域

本发明一般涉及精密测量仪器，具体地涉及绝对位置编码器。

背景技术

各种位置传感器可用，诸如，光学、电容式和电感式传感器。这些传感器可以使用读取头中的发送器和接收器来测量其相对于标尺的移动。某些类型的传感器对污染敏感，使得在制造或车间环境中使用它们是不切实际的。相反，电感式传感器可以免受颗粒、油、水和其它液体污染。美国专利No.6,011,389(’389专利)(通过全文引用将其合并在此)描述了在高精度应用中可用的感应电流位置传感器。美国专利No.5,973,494(’494专利)和No.6,002,250(’250专利)(通过全文引用将它们各自合并在此)描述了增量位置感应式卡尺和线性标尺，包括信号生成和处理电路。美国专利No.5,886,519、No.5,841,274和No.5,894,678(通过全文引用将它们各自合并在此)描述了使用感应电流传感器的绝对位置感应式卡尺和电子卷尺。如在这些专利中所述的，感应电流传感器可以使用已知印刷电路板技术容易地制造。

感应电流传感器(和其它类型的传感器)的不同实施方式可以实施为增量或绝对位置编码器。通常，增量位置编码器利用这样的标尺，其允许读取头相对于标尺的位移通过沿着标尺从初始点开始累积位移的增量单位来确定。然而，在某些应用(诸如编码器用在低功耗设备中的应用)中，更期望使用绝对位置编码器。绝对位置编码器在(读取头)沿着标尺的每个位置提供唯一输出信号或信号的组合。它们不需要连续累积增量位移以识别位置。因此，绝对位置编码器允许各种节电方案、以及其它优点。

美国专利No.6,034,624公开了带有具有两个不同波长的两个周期图案组成部分的标尺，其可适用于绝对位置编码器。然而，在此文献中公开的检测器可能遭受较差的旋转错位容限，这是因为其接收器线圈不围绕整个标尺延伸。此外，如果接收器线圈不围绕整个轨道延伸，则接收器线圈将不能分离对应于两个波长中的每个的信号内容。将期望对对准误差具有鲁棒性的绝对编码器的改进配置。

发明内容

提供此发明内容部分来以简化形式介绍进一步在下面的具体实施方式部分中描述的概念的选择。此发明内容部分不意在确定所主张的主题的关键特征，也不意在用于帮助确定所主张的主题的范围。

提供一种电子绝对位置编码器，其可以例如以高精度电子数字指示器、卡尺、千分尺或线性标尺来实现。编码器包括沿着测量轴方向延伸的标尺、检测器和基于由检测器提供的检测器信号确定检测器沿标尺的绝对位置的信号处理配置。标尺包括信号调制标尺图案，其包括具有空间波长λ₁的作为沿着标尺的位置的函数的第一周期图案组成部分、以及具有空间波长λ₂的作为沿着标尺的位置的函数的第二周期图案组成部分。检测器包括沿着测量轴方向布置的感测元件。感测元件包括：一组第一波长感测元件，被配置为提供响应于信号调制标尺图案的第一组检测器信号；以及一组第二波长感测元件，被配置为提供响应于信号调制标尺图案的第二组检测器信号。该组第一波长感测元件包括各自跨越第一和第二图案组成部分的第一波长感测元件的第一滤波子组、以及各自跨越第一和第二图案组成部分的第一波长感测元件的第二滤波子组。该组第一波长感测元件的第一和第二滤波子组被布置为使得第一滤波子组中的每个感测元件、与第二滤波子组中沿着测量轴方向与其间隔根据空间波长λ₂的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。该组第二波长感测元件包括各自跨越第一和第二图案组成部分的第二波长感测元件的第一滤波子组、以及各自跨越第一和第二图案组成部分的第二波长感测元件的第二滤波子组。该组第二波长感测元件的第一和第二滤波子组被布置为使得第一滤波子组中的每个感测元件、与第二滤波子组中沿着测量轴方向与其间隔根据空间波长λ₁的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。

附图说明

图1是电子绝对位置编码器的第一实施例的示意图。

图2A是图1的电子绝对位置编码器中可使用的检测器的一组第一波长感测元件的示意图。

图2B是图1的电子绝对位置编码器中可使用的检测器的一组第二波长感测元件的示意图。

图3A是电子绝对位置编码器中可使用的检测器的示意图。

图3B是电子绝对位置编码器中可使用的检测器的示意图。

图4是示出电子绝对位置编码器中、响应于沿着标尺的空间波长的检测器的滤波器因子的图表。

图5是示出电子绝对位置编码器中、对于第一信号调制标尺图案和第二信号调制标尺图案的各种波长组合的滤波器因子和合成空间波长的图表。

图6A是电子绝对位置编码器中可使用的检测器的一组第一波长感测元件的示意图。

图6B是图6A中所示的检测器的一组第二波长感测元件的示意图。

图7是示出电子绝对位置编码器的第二实施例中可使用的标尺的构造的示意图。

图8是示出电子绝对位置编码器的第三实施例中可使用的标尺和检测器的图。

具体实施方式

图1是电子绝对位置编码器100的第一实施例的示意图。电子绝对位置编码器100包括沿着测量轴方向MA延伸的标尺110、检测器120、以及基于由检测器120提供的检测器信号确定检测器120沿着标尺110的绝对位置的信号处理配置130。标尺110包括信号调制标尺图案，其包括具有空间波长λ₁的作为沿着标尺110的位置的函数的第一周期图案组成部分111、以及具有空间波长λ₂的作为沿着标尺110的位置的函数的第二周期图案组成部分112。标尺110包括具有与测量轴方向平行对准的圆柱轴的圆柱形，其中，第一周期图案组成部分111形成为在一侧布置的刻痕或凹槽，而第二周期图案组成部分112形成为在另一侧布置的刻痕或凹槽。标尺110可以由诸如铝或钢的材料形成。检测器120包括沿着测量轴方向MA布置的感测元件。感测元件包括环绕标尺的环。感测元件包括：一组第一波长感测元件121，被配置为提供响应于信号调制标尺图案的第一组检测器信号；以及一组第二波长感测元件122，其响应于信号调制标尺图案。该组第一波长感测元件121包括各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第一波长感测元件的第一滤波子组123、以及各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第一波长感测元件的第二滤波子组123’。该组第一波长感测元件121的第一和第二滤波子123和123’被布置为使得第一滤波子组123中的每个感测元件、与第二滤波子组123’中沿着测量轴方向MA与其间隔根据空间波长λ₂的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。为了简化而将每个波长感测元件标记为虚线。该组第二波长感测元件122包括各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第二波长感测元件的第一滤波子组124、以及各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第二波长感测元件的第二滤波子组124’。该组第二波长感测元件的第一和第二滤波子组124和124’被布置为使得第一滤波子组124中的每个感测元件、与第二滤波子组124’中沿着测量轴方向MA与其间隔根据空间波长λ₁的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。在各个实施例中，检测器的感测元件包括电磁绕组，其被配置为提供响应于由电磁绕组感测的、作为沿着信号调制标尺图案的位置的函数的电感(被测量为阻抗)变化的检测器信号。

检测器120和标尺110被配置为涡流传感器，其在一个实施方式中通过生成变化的磁场而操作。变化的磁场在一些实施例中可以通过在每个波长感测元件中提供变化的电流而提供，以在标尺110中包括循环电流(称为涡流)，其根据标尺110中的材料沿着第一周期图案组成部分111和第二周期图案组成部分112的厚度而变化。检测器120的波长感测元件的有效电感受相应涡流影响，以相应地提供具有沿着标尺110的绝对信号范围变化的信号特性的绝对位置检测器信号，以唯一地指示检测器120沿着绝对信号范围的相应位置。替代地，根据这里公开的原理配置的电子绝对位置编码器可以利用具有与’389专利中公开的架构类似的架构的变压器类型，其包括以与检测器120的感测元件类似的方式布置的发送器和接收器。

由单个波长感测元件作为沿着测量轴方向MA的位置x的函数而提供的信号可以被建模为基本信号、二次谐波和恒定偏移的总和：

L₁和L₂项是第一波长λ₁和第二波长λ₂的具有相应的相位偏移θ₁和θ₂的相应的基本信号。L₃和L₄项是第一波长λ₁和第二波长λ₂的具有相应的相位偏移θ₃和θ₄的相应的二次谐波。β项是恒定偏移。

应理解，标尺110是适合于在电子指示器计的柄杆上构造的圆柱形。然而，类似的结构可以用在平面布置中，例如，如图7中所示。

在根据这里公开的原理配置的一些实施例中，信号处理配置130可以被配置为处理第一组检测器信号以提供第一波长空间相位测量信号(其中由于第二周期图案组成部分112导致的信号分量(例如，等式1中的L₂和L₄项)被抑制)，并且处理第二组检测器信号以提供第二波长空间相位测量信号(其中由于第一周期图案组成部分111导致的信号分量(例如，等式1中的L₁和L₃项)被抑制)。在一些实施例中，信号处理配置130可以被配置为处理第一波长空间相位测量信号并确定该组第一波长感测元件121相对于空间波长λ₁的空间相位测量，并且处理第二波长空间相位测量信号并确定该组第二波长感测元件122相对于空间波长λ₂的空间相位测量。

图2A是可用在电子绝对位置编码器100中的检测器220的一组第一波长感测元件221的示意图，其示出了额外细节。该组第一波长感测元件221包括第一波长感测元件的第一滤波子组223和第一波长感测元件的第二滤波子组223’。如图2A中所示，第一波长感测元件的第一滤波子组223包括被配置为沿着测量轴方向MA对相位位置A1、B1、C1和D1采样的感测元件。更具体地，相位信号A1、B1、C1和D1对应于关于第一波长λ₁的0、90、180和270度的相对相位位置。第一波长感测元件的第二滤波子组223’包括被配置为沿着测量轴方向MA对相位A1’、B1’、C1’和D1’采样的感测元件。更具体地，相位信号A1’、B1’、C1’和D1’对应于关于第一波长λ₁的0、90、180和270度的相对相位位置。第一波长感测元件的第一滤波子组223被布置为使得第一滤波子组223中的每个感测元件、与第二滤波子组223’中沿着测量轴方向MA与其间隔根据第二空间波长λ₂的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。更具体地，A1和A1’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_A1*(0.5*λ₂)的互补对，B1和B1’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_B1*(0.5*λ₂)的互补对，C1和C1’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_C1*(0.5*λ₂)的互补对，并且D1和D1’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_D1*(0.5*λ₂)的互补对。值K_A1、K_B1、K_C1和K_D1是整数。在图2A中所图示的实施例中，值K_A1、K_B1、K_C1和K_D1都等于2，尽管如此，应理解，此值是示例性的、而非限制性的。此外，值K_A1、K_B1、K_C1和K_D1不必须是相同的值。

为了提供对应于第一波长相位φ₁的信号，可以在信号处理配置130中将针对每个互补对的信号电子地或数学地相加。这提供由以下表达式给出的正交信号和

在等式2-5中，对于K_A1、K_B1、K_C1和K_D1的偶数值，可以使用差，而对于奇数值，可以使用和。正交信号和然后可以用于通过以下表达式确定第一波长相位φ₁：

应理解，通过将互补对间隔开根据第二空间波长λ₂的180度的整数倍的空间相位差，确定正交信号和的每个减去了对应于空间波长λ₂的共模值。更具体地，对于K_A1、K_B1、K_C1和K_D1的偶数值，由每个互补对提供的信号关于第二波长λ₂具有相同的各自相位，而对于K_A1、K_B1、K_C1和K_D1的奇数值，由每个互补对提供的信号关于第二波长λ₂具有相反的各自相位。

图2B是可用在电子绝对位置编码器100中的检测器220的一组第二波长感测元件222的示意图，其示出了额外细节。该组第二波长感测元件222包括第二波长感测元件的第一滤波子组224和第二波长感测元件的第二滤波子组224’。如图2B中所示，第二波长感测元件的第一滤波子组224包括被配置为沿着测量轴方向MA对相位位置A2、B2、C2和D2采样的感测元件。更具体地，相位信号A2、B2、C2和D2对应于关于第二波长λ₂的0、90、180和270度的相对相位位置。第二波长感测元件的第二滤波子组224’包括被配置为沿着测量轴方向对相位A2’、B2’、C2’和D2’采样的感测元件。更具体地，相位信号A2’、B2’、C2’和D2’对应于关于第二波长λ₂的0、90、180和270度的相对相位位置。第二波长感测元件的第一滤波子组224被布置为使得第一滤波子组224中的每个感测元件、与第二滤波子组224’中沿着测量轴方向与其间隔根据第一空间波长λ₁的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。更具体地，A2和A2’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_A2*(0.5*λ₂)的互补对，B2和B2’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_B2*(0.5*λ₂)的互补对，C2和C2’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_C2*(0.5*λ₂)的互补对，并且D2和D2’是沿着测量轴方向MA间隔距离K_D2*(0.5*λ₂)的互补对。值K_A2、K_B2、K_C2和K_D2是整数。在图2B中所图示的实施例中，值K_A2、K_B2、K_C2和K_D2都等于2，尽管如此，应理解，此值是示例性的、而非限制性的。此外，值K_A2、K_B2、K_C2和K_D2不必须是相同的值。

为了提供对应于第二波长相位φ₂的信号，可以在信号处理配置130中将针对每个互补对的信号电子地或数学地相加。这提供由以下表达式给出的正交信号和

在等式7-10中，对于K_A2、K_B2、K_C2和K_D2的偶数值，可以使用差，而对于奇数值，可以使用和。正交信号和然后可以用于通过以下表达式确定第二波长相位φ₂：

应理解，通过将互补对间隔开根据空间波长λ₁的180度的整数倍的空间相位差，确定正交信号和的每个减去了对应于第一空间波长λ₁的共模值。更具体地，对于K_A2、K_B2、K_C2和K_D2的偶数值，由每个互补对提供的信号关于第一波长λ₁具有相同的各自相位，而对于K_A2、K_B2、K_C2和K_D2的奇数值，由每个互补对提供的信号关于第一波长λ₁具有相反的各自相位。

由第一周期图案组成部分111和第二周期图案组成部分112的波长感测元件提供的模拟信号之间的空间相位差在与波长λ₁和λ₂的积成正比且与它们的差的绝对值成反比的距离上变化360度。此距离可以称为合成波长λ_syn，其大约是电子绝对位置编码器100的绝对测量范围。更具体地，可以通过以下表达式给出合成波长λ_syn的值：

来自第一周期图案组成部分111和第二周期图案组成部分112的相应信号之间的相位差可以与已知合成波长λ_syn结合使用来确定绝对位置。

在一些实施例中，典型的第一波长λ₁可以是2mm，并且典型的第二波长λ₂可以是2.308mm，这提供为15mm的合成波长λ_syn。

在根据这里公开的原理配置的一些实施例中，一组第一波长感测元件可以被配置为提供与间隔了根据空间波长λ₁的360/N度的空间相位差的N个空间相位对应的检测器信号。一组第二波长感测元件可以被配置为提供检测器信号，其包括与间隔了根据空间波长λ₂的360/N度的空间相位差的N个唯一的空间相位对应的第二组N个检测器信号。例如，在图2A和图2B中所示的实施例中，该组第一波长感测元件221被配置为提供包括与间隔了根据空间波长λ₁的90度的空间相位差的4个空间相位对应的第一组4个检测器信号的检测器信号，并且该组第二波长感测元件222被配置为提供包括与间隔了根据空间波长λ₂的90度的空间相位差的4个唯一的空间相位对应的第二组4个检测器信号的检测器信号。在此情况下，N＝4。替代的“3相位”系统在图6A和图6B中所示，其中N＝3。

在一些实施例中，第一波长感测元件的第一子组的感测元件可以间隔开距离λ₁/N，并且第二波长感测元件的第一子组的感测元件可以间隔开距离λ₂/N。例如，在图2A和图2B中所示的实施例中，第一波长感测元件的第一子组包括间隔了λ₁/4的感测元件，并且第二波长感测元件的第一子组包括间隔了λ₂/4的感测元件。在采用三相位编码器的其它实施例中，第一波长感测元件的第一子组包括间隔了λ₁/3的感测元件，并且第二波长感测元件的第一子组包括间隔了λ₂/3的感测元件。应理解，在替代实施例中，感测元件可以包括比λ₁/4或λ₂/4宽的绕组，在该情况下可能需要更宽的间隔。例如，通过全文引用而合并在此的美国专利公布No.2015/___________(序号为14/871,386,于2015年9月30日提交)公开了包括标尺和检测器的四相位编码器，其中所述检测器包括分开了标尺的空间波长的四分之三的空间相位感测元件。

图3A是可以用在与电子绝对位置编码器100类似的电子绝对位置编码器300A中的检测器320A的示意图。更具体地，检测器320A是一组第一波长感测元件321A和一组第二波长感测元件322A的顺序布置。该组第一波长感测元件321A包括第一波长感测元件的第一滤波子组323A和第一波长感测元件的第二滤波子组323A’。该组第二波长感测元件322A包括第二波长感测元件的第一滤波子组324A和第二波长感测元件的第二滤波子组324A’。

图3B是可以用在与电子绝对位置编码器100类似的电子绝对位置编码器300B中的检测器320B的示意图。更具体地，检测器320B是一组第一波长感测元件321B和一组第二波长感测元件322B的交织布置。该组第一波长感测元件321B包括第一波长感测元件的第一滤波子组323B和第一波长感测元件的第二滤波子组323B’。该组第二波长感测元件322B包括第二波长感测元件的第一滤波子组324B和第二波长感测元件的第二滤波子组324B’。沿着测量轴方向MA将第二波长感测元件的第一滤波子组324B布置在第一波长感测元件的第一滤波子组324B与第一波长感测元件的第二滤波子组324B’之间。

在值K_A1、K_B1、K_C1、K_D1、K_A2、K_B2、K_C2和K_D2大的实施例中，检测器320B可能是优选的。更具体地，这发生在如下这样的实施例中：该组第一波长感测元件321B在第一波长感测元件的第一滤波子组323B与第一波长感测元件的第二滤波子组323B’之间具有宽间隔，并且该组第二波长感测元件322B在第二波长感测元件的第一滤波子组324B与第二波长感测元件的第二滤波子组324B’之间具有宽间隔。在这样的情况下，交织布置可以提供更紧凑的检测器320B。

图4是示出在诸如电子绝对编码器100的四相位电子绝对编码器中被配置为响应于沿着标尺的空间波长检测第一波长λ₁的检测器的滤波器因子的图表400。更具体地，滤波器因子可以被理解为代表诸如该组第一波长感测元件221的一组第一波长感测元件中的感测元件的互补对之间的标尺的各个空间波长的空间滤波的传递函数。如图4中所示，在第二空间波长λ₂，滤波器因子为零，或者，更具体地，空间波长λ₂完全衰减，使得其不对由等式6表示的正交关系中的第一波长相位φ₁的确定做出贡献。在第一空间波长λ₁，滤波器因子大约为1.25。在第一空间波长λ₁和第二空间波长λ₂两者的二次谐波(即，λ₁/2和λ₂/2)，滤波器因子为零，或者，更具体地，第一周期图案组成部分111和第二周期图案组成部分112两者的二次谐波完全衰减。

图5是示出对于四相位电子绝对编码器中的标尺的第一周期图案组成部分和第二周期图案组成部分的各种波长组合、以及对于由偶数整数值k表示的感测元件的互补对之间的各种分开程度的滤波器因子和合成空间波长λ_syn的图表500。滤波器因子涉及诸如该组第一波长感测元件221的一组第一波长感测元件。值k可以被理解为类似于值K_A1、K_B1、K_C1和K_D1。应理解，在λ₁的滤波器因子取决于k的值和λ₂/λ₁的比率。这些值的不同组合可以对于λ₁给出更优的滤波器因子，同时波长λ₂、λ₂/2和λ₁/2仍然完全衰减。对于λ₂/λ₁的给定值，k的更高值给出更高的滤波器因子。例如，对于具有比率λ₂/λ₁＝1.1的标尺，k＝2的值提供1.24的滤波器因子。对于相同比率λ₂/λ₁将值k＝2增大至k＝4提供2.35的滤波器因子。

对于给定的k值，比率λ₂/λ₁的更高值给出更高的滤波器因子。然而，比率λ₂/λ₁的更小值给出更大的绝对范围，如由比率λ_syn/λ₁表示的。例如，对于为1.1的比率λ₂/λ₁的值以及为2的k值，滤波器因子是1.24并且比率λ_syn/λ₁是10。对于为1.05的比率λ₂/λ₁的值以及为2的k值，滤波器因子是0.63并且比率λ_syn/λ₁是21。

图6A是电子绝对位置编码器600中可使用的检测器620的一组第一波长感测元件621的示意图。电子绝对位置编码器600是三相位编码器。该组第一波长感测元件621包括各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第一波长感测元件的第一滤波子组623、以及各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第一波长感测元件的第二滤波子组623’。如图6A中所示，第一波长感测元件的第一滤波子组623包括被配置为沿着测量轴方向对相位信号A₁、B₁和C₁采样的感测元件。更具体地，相位信号A₁、B₁和C₁对应于关于第一波长λ₁的0、120和240度。第一波长感测元件的第二滤波子组623’包括被配置为沿着测量轴方向对相位信号A₁’、B₁’和C₁’采样的感测元件。更具体地，相位信号A₁’、B₁’和C₁’对应于关于第一波长λ₁的0、120和240度。第一波长感测元件的第一滤波子组623和第一波长感测元件的第二滤波子组623’包括间隔了距离λ₁/3的感测元件。可以将相位信号A₁、B₁、C₁、A₁’、B₁’和C₁’组合以提供根据以下关系的三个组合相位信号α₁,β₁和γ₁：

α₁＝A₁-A₁′ (13)

β₁＝B₁-B₁′ (14)

γ₁＝C₁-C₁′ (15)

三个组合相位信号可以用于提供根据以下关系的三个星型配置信号S_αβ1,S_βγ1和S_γα1：

S_αβ1＝α₁-β₁ (16)

S_βγ1＝β₁-γ₁ (17)

S_γα1＝γ₁-α₁ (18)

可以根据通过全文引用合并在此的美国专利No.6,005,387中公开的星型配置方法确定相位φ₁。相位φ₁由以下关系给出：

图6B是电子绝对位置编码器600中可使用的检测器620的一组第二波长感测元件622的示意图。该组第二波长感测元件622包括各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第二波长感测元件的第一滤波子组624、以及各自跨越第一和第二图案组成部分111和112的第二波长感测元件的第二滤波子组624’。如图6B中所示，第二波长感测元件的第一滤波子组624包括被配置为沿着测量轴方向对相位信号A₁、B₁和C₁采样的感测元件。更具体地，相位信号A₁、B₁和C₁对应于关于第二波长λ₂的0、120和240度。第二波长感测元件的第二滤波子组624’包括被配置为沿着测量轴方向对相位信号A₁’、B₁’和C₁’以该特定顺序采样的感测元件。更具体地，相位信号A₁’、B₁’和C₁’对应于关于第二波长λ₂的0、120和240度。第二波长感测元件的第一滤波子组624和第二波长感测元件的第二滤波子组624’包括间隔了距离λ₂/3的感测元件。可以将相位信号A₂、B₂、C₂、A₂’、B₂’和C₂’组合以提供根据以下关系的三个组合相位信号α₂,β₂和γ₂：

α₂＝A₂-A₂′ (20)

β₂＝B₂-B₂′ (21)

γ₂＝C₂-C₂′ (22)

三个组合相位信号可以用于提供根据以下关系的三个星型配置信号S_αβ2,S_βγ2和S_γα2：

S_αβ2=α₂-β₂ (23)

S_βr2＝β₂-γ₂ (24)

S_γα2＝γ₂-α₂ (25)

可以根据与等式11相同的方法确定相位φ₂。相位φ₂由以下关系给出：

图7是电子绝对位置编码器700的第二实施例中可使用的标尺710的构造的示意图。标尺710包括信号调制标尺图案，其包括具有空间波长λ₁的作为沿着标尺的位置的函数的第一周期图案组成部分711、以及具有空间波长λ₂的作为沿着标尺的位置的函数的第二周期图案组成部分712。分别示出第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712以指示它们的基本图案。标尺710被示出为在同一区域中具有两个图案，即，第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712。标尺710包括沿着测量轴方向延伸的第一平面基板，并且，沿着标尺710的测量轴方向MA形成第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712。感测元件各自包括形成在邻近第一平面基板布置的第二平面基板上的近似平面的环形绕组，在第一平面基板与第二平面基板之间具有间隙，每个感测元件沿着测量轴方向MA相对较短并且沿着与测量轴方向MA垂直的方向相对较长，并且每个感测元件沿着与测量轴方向MA垂直的方向跨越第一和第二图案组成部分711和712。第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712由基板上制造或基板中嵌入的第二材料形成。第二材料具有与第一材料不同的磁性。在一些实施例中，第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712可以在基板上的不同层中制造。在一些实施例中，标尺710可以包括PCB基板，其中提供第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712作为铜迹线。第一周期图案组成部分711和第二周期图案组成部分712叠加地形成在沿着测量轴方向的单个轨道中。应理解，在替代实施例中，第一周期图案组成部分和第二周期图案组成部分可以形成在沿着测量轴方向MA的分开的轨道中，其中检测器的感测元件横跨两个分开的轨道。

图8是示出电子绝对位置编码器800的第三实施例中可使用的标尺810和检测器820的图。标尺810包括信号调制标尺图案，其包括具有空间波长λ₁的作为沿着标尺的位置的函数的第一周期图案组成部分811、以及具有空间波长λ₂的作为沿着标尺的位置的函数的第二周期图案组成部分812。更具体地，信号调制标尺图案的宽度根据具有空间波长λ₁和λ₂的两个正弦信号的叠加而变化。

检测器820包括三相位系统，其类似于检测器620并且是一组第一波长感测元件821和一组第二波长感测元件822的交织布置。该组第一波长感测元件821包括第一波长感测元件的第一滤波子组823和第一波长感测元件的第二滤波子组823’。该组第二波长感测元件822包括第二波长感测元件的第一滤波子组824和第二波长感测元件的第二滤波子组824’。检测器820的交织布置类似于检测器320B的交织布置，并且提供解决潜在空间约束问题的紧凑检测器配置。

由在沿着测量轴方向MA的单个轨道中叠加的第一周期图案组成部分811和第二周期图案组成部分812形成的图案是关于沿着测量轴方向MA延伸的图案的中线对称的图案。

可以将上述各个实施例组合以提供进一步的实施例。通过全文引用将在此说明书中引用的美国专利和美国申请的全部合并在此。如果需要，则可以修改实施例的各方面以采用各个专利和申请的概念以提供进一步的实施例。

根据以上详细说明，可以对实施例进行这些和其它改变。通常，在所附权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将权利要求书限制于说明书和权利要求书中公开的特定实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求主张权利的等价物的全范围。

Claims

1.一种电子绝对位置编码器，所述电子绝对位置编码器包括：

标尺，沿着测量轴方向延伸并且包括信号调制标尺图案，所述信号调制标尺图案包括具有空间波长λ₁的作为沿着标尺的位置的函数的第一周期图案组成部分、以及具有空间波长λ₂的作为沿着标尺的位置的函数的第二周期图案组成部分；

检测器，包括沿着测量轴方向布置的感测元件，所述感测元件包括：

一组第一波长感测元件，被配置为提供响应于信号调制标尺图案的第一组检测器信号；及

一组第二波长感测元件，被配置为提供响应于信号调制标尺图案的第二组检测器信号；以及

信号处理配置，基于由检测器提供的检测器信号确定检测器沿着标尺的绝对位置，

其中：

该组第一波长感测元件包括：

各自跨越第一和第二周期图案组成部分的该组第一波长感测元件的第一滤波子组；及

各自跨越第一和第二周期图案组成部分的该组第一波长感测元件的第二滤波子组；

其中该组第一波长感测元件的第一和第二滤波子组被布置为使得该组第一波长感测元件的第一滤波子组中的每个感测元件、与该组第一波长感测元件的第二滤波子组中沿着测量轴方向与其间隔根据空间波长λ₂的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对；并且

该组第二波长感测元件包括：

各自跨越第一和第二周期图案组成部分的该组第二波长感测元件的第一滤波子组；及

各自跨越第一和第二周期图案组成部分的该组第二波长感测元件的第二滤波子组；

其中该组第二波长感测元件的第一和第二滤波子组被布置为使得该组第二波长感测元件的第一滤波子组中的每个感测元件、与该组第二波长感测元件的第二滤波子组中沿着测量轴方向与其间隔根据空间波长λ₁的180度的整数倍的空间相位差的感测元件形成互补对。

2.如权利要求1所述的电子绝对位置编码器，其中：

所述信号处理配置被配置为处理该第一组检测器信号以提供其中由于第二周期图案组成部分导致的信号分量被抑制的第一波长空间相位测量信号，并且处理该第二组检测器信号以提供其中由于第一周期图案组成部分导致的信号分量被抑制的第二波长空间相位测量信号。

3.如权利要求2所述的电子绝对位置编码器，其中：

所述信号处理配置被配置为处理该第一波长空间相位测量信号并确定该组第一波长感测元件相对于空间波长λ₁的空间相位测量，并且处理该第二波长空间相位测量信号并确定该组第二波长感测元件相对于空间波长λ₂的空间相位测量。

4.如权利要求1所述的电子绝对位置编码器，其中：

该组第一波长感测元件的每个互补对中的感测元件以根据空间波长λ₂的K1*180度的空间相位差间隔开，其中K1是整数；并且

该组第二波长感测元件的每个互补对中的感测元件以根据空间波长λ₁的K2*180度的空间相位差间隔开，其中K2是整数。

5.如权利要求4所述的电子绝对位置编码器，其中：

K1和K2是偶数整数；

所述信号处理配置被配置为提供每个互补对的感测元件中产生的信号之间的差信号；

该组第一波长感测元件的差信号提供其中由于第二周期图案组成部分导致的信号分量被抑制的第一波长空间相位测量信号；

该组第二波长感测元件的差信号提供其中由于第一周期图案组成部分导致的信号分量被抑制的第二波长空间相位测量信号；并且

6.如权利要求1所述的电子绝对位置编码器，其中：

该组第一波长感测元件被配置为提供与以根据空间波长λ₁的360/N度的空间相位差间隔的N个空间相位对应的检测器信号；并且

该组第二波长感测元件被配置为提供包括与以根据空间波长λ₂的360/N度的空间相位差间隔的N个唯一的空间相位对应的第二组N个检测器信号的检测器信号。

7.如权利要求6所述的电子绝对位置编码器，其中：

该组第一波长感测元件的第一滤波子组包括间隔了距离λ₁/N的N个感测元件；并且

该组第二波长感测元件的第一滤波子组包括间隔了距离λ₂/N的N个感测元件。

8.如权利要求1所述的电子绝对位置编码器，其中：

该标尺包括沿着测量轴方向延伸的第一平面基板，并且，所述第一周期图案组成部分和所述第二周期图案组成部分沿着标尺的测量轴方向形成；并且

所述感测元件各自包括形成在邻近第一平面基板布置的第二平面基板上的近似平面的环形绕组，在第一平面基板与第二平面基板之间具有间隙，每个感测元件沿着测量轴方向相对较短并且沿着与测量轴方向垂直的方向相对较长，并且每个感测元件沿着与测量轴方向垂直的方向跨越第一和第二周期图案组成部分。

9.如权利要求8所述的电子绝对位置编码器，其中：

所述第一周期图案组成部分和所述第二周期图案组成部分叠加地形成在沿着测量轴方向的单个轨道中。

10.如权利要求1所述的电子绝对位置编码器，其中沿着测量轴方向将该组第二波长感测元件的第一滤波子组布置在该组第一波长感测元件的第一滤波子组与第一波长感测元件的第二滤波子组之间。