CN108240825B - 电子位置编码器和用于减小短范围误差的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子位置编码器，包括：标尺，其沿着测量轴线方向包括具有标尺周期Ps的周期性标尺图案；和检测器部分，其包括第一组感测元件、第二组感测元件和信号处理配置。第二组感应元件位于沿着测量轴线方向相对于第一组感应元件等于K2*Ps+Ps/M的组位置处，其中K2和M是整数。信号处理配置独立地获取来自第一组感测元件的第一组检测器信号和来自第二组感测元件的第二组检测器信号，并且基于第一组检测器信号和第二组检测器信号确定检测器部分与标尺图案之间的相对位置。

Description

电子位置编码器和用于减小短范围误差的方法
技术领域
本发明整体涉及精密测量仪器，具体地涉及电子位置编码器。
背景技术
各种光学、电容式、磁性和电感式变换器，以及运动或位置变换器都是可用的。这些变换器使用读头中的发射器和接收器的各种几何配置来测量读头和标尺之间的运动。已知电感式传感器是最能抵抗颗粒、油、水和其他流体的污染的传感器类型之一。美国专利No.6,011,389('389专利)(其通过引用以其整体并入本文)描述了可用于高精度应用中的感应电流位置变换器。美国专利No.5,973,494和No.6,002,250(其每个通过引用以其整体并入本文)描述了增量位置感应式卡尺和线性标尺，包括信号发生和处理电路。美国专利No.5,886,519；No.5,841,274；No.5,894,678；No.6,400,138；和No.8,309,906(其每个通过引用以其整体并入本文)描述了使用感应电流变换器的绝对位置感应式卡尺和电子卷尺。如这些专利所述，感应电流变换器可以使用已知的印刷电路板技术容易地制造。
感应电流变换器(和其他类型的变换器)的不同实施方式可以被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标尺：标尺允许通过累加从初始点起沿着标尺的移位的增量单元而确定读头相对于标尺的位移。但是，在特定应用中，诸如其中编码器用于低功耗装置的应用中，更期望使用绝对位置编码器。绝对位置编码器沿着标尺在(读头的)每个位置处提供独特的输出信号或信号的组合。它们不需要连续累加增量位移来确定位置。因此，绝对位置编码器允许各种节能方案以及其他优点。除了上面提到的专利之外，美国专利No.3,882,482；No.5,965,879；No.5,279,044；No.5,237,391；No.5,442,166；No.4,964,727；No.4,414,754；No.4,109,389；No.5,773,820；和No.5,010,655公开了与绝对编码器相关的各种编码器配置和/或信号处理技术，并且其每个在此通过引用以其整体并入本文。
本文使用的术语“轨道”或“标尺轨道”通常指的是沿着测量轴线方向延伸并且沿横向于测量轴线的方向具有近似恒定的宽度和位置的标尺或标尺图案的区域。标尺轨道通常位于沿着测量轴线方向而被引导的特定的一组检测器的下面并与之对齐。检测器对下面的标尺轨道中的(一个或多个)标尺元素的图案作出响应，以产生取决于沿着轨道的检测器位置的位置信号。
已知用于减少电子位置编码器中的短范围(short range)测量误差的各种技术。例如，美国专利No.6,329,813公开了电感式编码器中的扭转磁通耦合回路，其减少了来自信号偏移和不期望的偶次谐波的误差。美国专利No.6,005,387('387专利)公开了一种三相编码器，其抑制来自为三的倍次的谐波(例如，三次和六次谐波)的误差。美国专利No.5,886,519公开了一种抑制来自偶次谐波和信号偏移的误差的四相编码器。美国专利No.5,998,990('990专利)公开了减小振幅失配的检测器布局中的间距补偿(pitchcompensation)。美国专利No.6,487,787公开了对正交信号的偏移、幅度和相位的校正，这也可以减小短范围误差。然而，这些系统仍然容易受到来自高次谐波的误差的影响，所述高次谐波诸如五次和七次谐波。此外，由于制造限制，间距补偿难以应用于紧凑的读头。来自前置放大器部件的残余振幅或偏移失配可能会存留在这样的系统中，所述系统校准来自读头集成电路中的温度漂移和其他因素的误差。针对偏移、幅度和相位变化应用补偿因子通常作为产品线的平均值而被应用，而不是针对可能具有不同变化的单个系统被应用。提供对这些误差的改进的鲁棒性的电子位置编码器的配置将是期望的。
发明内容
提供本概述以用简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的概念的选集。本概述并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
公开了一种电子位置编码器，其可用于沿着测量轴线方向测量两个元件之间的与测量轴线方向一致的相对位置。电子位置编码器包括标尺和检测器部分。标尺沿着测量轴线方向延伸，并且沿着测量轴线方向包括具有标尺周期Ps的周期性标尺图案。检测器部分被配置成靠近标尺图案安装并且相对于标尺图案沿着测量轴线方向运动。检测器部分包括多个感测元件和信号处理配置。多个感测元件沿着测量轴线方向布置，并且被配置为提供与检测器部分和标尺图案之间的相对位置相对应的检测器信号。信号处理配置可操作地连接到检测器部分，并基于从检测器部分输入的检测器信号来确定检测器部分和标尺图案之间的相对位置。多个感测元件至少包括第一组感测元件和第二组感测元件。第一组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔的相位处。第二组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔的相位处。第二组感应元件位于沿着测量轴线方向相对于第一组感应元件等于K2*Ps+Ps/M的组位置处，其中K2和M是整数。信号处理配置被配置为独立地获取来自第一组感测元件的第一组检测器信号和来自第二组感测元件的第二组检测器信号，并且基于第一组检测器信号和第二组检测器信号确定检测器部分与标尺图案之间的相对位置。
公开了一种方法，其用于在确定如由电子位置编码器测量的、沿着测量轴线方向的标尺图案相对于检测器部分的相对位置测量时减小短范围误差，检测器部分包括信号处理部分。该方法包括：
操作检测器部分以使用第一组感测元件测量第一空间相位，第一组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件在检测器部分上的第一组位置处布置在标尺图案的标尺周期Ps的等间隔相位处；
操作检测器部分以使用第二组感测元件测量第二空间相位，第二组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件在检测器部分上的第二组位置处布置在标尺图案的标尺周期Ps的等间隔相位处，该第二组位置在检测器部分上沿着测量轴向方向以K2*Ps+Ps/M相对于第一组位置偏移，其中K2和M是整数；和
操作信号处理部分以基于第一空间相位和第二空间相位的组合来确定沿着测量轴线方向的标尺图案和检测器部分之间的相对位置。
应该理解的是，典型的三相和四相编码器在计算位置之前对检测器信号应用误差校正和补偿，而本文公开的用于减少误差的原理是在使用三相、四相和类似位置计算技术计算多个位置之后被应用。
附图说明
图1是作为根据本发明的实施例的编码器的一个示例性应用的手持工具卡尺的分解等距视图。
图2A是可以在电子位置编码器中使用的标尺的部分的示意图。
图2B是可以与图2A的标尺结合地使用的检测器部分的示意图。
图2C是可以在电子位置编码器中使用的广义检测器部分的示意图。
图3A示出作为由电子位置编码器测量的沿测量轴线方向的位置X的函数的第一相位、第二相位和合成相位的曲线图。
图3B示出作为图3A的位置X的函数的第一误差分量贡献、第二误差分量贡献和加和的误差贡献的曲线图。
图4示出了受各种条件影响的来自电子位置编码器的单组感测元件的检测器信号的曲线图，这些曲线图与由这些条件产生的主要误差分量贡献的对应曲线图并置。
图5是示出用于在确定如由电子位置编码器测量的沿着测量轴线方向的标尺图案相对于检测器部分的相对位置测量时减小短范围误差的方法的流程图。
具体实施方式
图1是包括标尺构件102和滑动组件120的手持工具型卡尺100的分解等距视图，该标尺构件102具有包括标尺170的梁杆(spar)，该梁杆具有大致矩形横截面。图1示出了X-Y-Z坐标轴，以供参考。测量轴线方向与X轴线平行。这种卡尺的操作通常是已知的，并且卡尺100在此仅被简要地描述，以指示产生各种问题和/或设计约束的一些示例性实际要求，该各种问题和/或设计约束通过诸如本文所公开的编码器设计被期望地解决。如图1所示，标尺170可以包括沿着测量轴线方向MA(X轴线)延伸的信号调制标尺图案170x(示意性地示出)。可变后缀“x”在本文用不同的字母代替以指定不同的对应的信号调制标尺图案。信号调制标尺图案170x可以属于定义沿测量轴线方向的对应绝对范围R的绝对类型，如下面更详细描述的。在许多商用卡尺中，信号调制标尺图案170x形成在结合就位的印刷电路板上。已知类型的覆盖层172(例如，100μm厚)可覆盖标尺170。标尺构件102的第一端附近的固定夹爪108和110以及滑动组件120上的可动夹爪116和118用于以已知的方式测量对象的尺寸。滑动组件120可以可选地包括深度杆126，深度杆126通过端部止挡件154被限制在标尺构件102下方的深度杆凹槽152中。深度杆接合端128可以延伸到孔中以测量其深度。滑动组件120的盖139可以包括开/关开关134和置零开关136以及测量显示器138。滑动组件120的基部140包括接触标尺构件102的侧边缘146的引导边缘142，并且螺钉147抵着标尺构件102的配合边缘偏压弹性压力杆148，以确保用于测量的适当对齐，并用于相对于标尺170移动读头部分164。
安装在基部140上的传感组件160保持读头部分164，该读头部分164在该实施例中包括承载感测部分或检测器167和信号处理和控制电路166(例如，场产生和感测绕组配置)的基板162(例如，印刷电路板)，感测部分或检测器167包括感测元件169。在本说明书中，术语“感测部分”和“检测器”通常可互换使用，除非描述或上下文另有指示。弹性密封件163可被压缩在盖139和基板162之间以排除来自电路和连接部的污染。感测部分167可以被绝缘涂层覆盖。在一个具体的说明性示例中，感测部分167可以被布置成平行于并面向沿着深度(Z)方向以大约0.5mm的间隙分离开的标尺170。读头部分164和标尺170一起可以形成变换器(例如，通过产生变化的磁场来操作的感应式或涡流变换器)。
图2A是标尺210的一部分的示意图，其可以在电子位置编码器200中使用并可以作为变换器并入测量系统(例如卡尺100)中。电子位置编码器200可用于沿着测量轴线方向MA测量两个元件之间的相对位置。标尺210沿着测量轴线方向延伸并且包括沿着测量轴线方向MA的周期性标尺图案211并且具有标尺周期Ps。在一些实施方式中，周期性标尺图案211可以包括沿着测量轴线方向MA空间地调制交变磁通量的磁通耦合回路。替代地，标尺图案可以包括在配置为用于涡流变换器的读头中的金属板，或者在用于光学编码器的玻璃基板上的铬元素。为了简单起见，标尺图案211被示出为具有以标尺周期Ps定位的矩形部件的周期性图案。
图2B是可以在电子位置编码器200中与图2A的标尺210结合地使用的检测器部分220的示意图。检测器部分220被配置为靠近标尺图案211安装并且相对于标尺图案211沿测量轴线方向MA运动。检测器部分220包括感测元件230和信号处理配置240。感测元件230沿着测量轴线方向MA布置，并且被配置为提供与检测器部分220和标尺图案211之间的相对位置相对应的检测器信号。为了简化，感测元件230被示出为瘦的矩形，以便展示空间关系。应该理解的是，更真实的感测元件可以采用更复杂的电磁回路或其他合适的结构来测量相对位置。信号处理配置240可操作地连接到检测器部分，并基于从检测器部分220输入的检测器信号来确定检测器部分220和标尺图案211之间的相对位置。感测元件230包括第一组感测元件231和第二组感测元件232。第一组感测元件231包括三个感测元件，该三个感测元件布置在标尺周期Ps的三个等间隔的相位处。第二组感测元件232包括三个感测元件，该三个感测元件布置在标尺周期Ps的三个等间隔的相位处。第二组感应元件232位于组位置GP处，该组位置GP沿着测量轴线方向MA相对于第一组感应元件231以等于Ps/4的距离移位。信号处理配置240被配置为独立地获取来自第一组感测元件231的第一组检测器信号和来自第二组感测元件232的第二组检测器信号，并且基于第一组检测器信号和第二组检测器信号确定检测器部分220与标尺图案211之间的相对位置。
在一些实施方式中，电子位置编码器200可以是包括多个标尺轨道的绝对电子位置编码器。标尺图案211可以是增量轨道，其与至少一个附加轨道耦合以确定绝对位置。
在一些实施方式中，信号处理配置240可以包括前置放大器241，前置放大器241被配置为从第一组感测元件231和第二组感测元件232两者接收多路复用位置信号。这可以确保来自放大器的偏移和幅度误差对于第一组感测元件231和第二组感测元件232两者是共模的。
在一些实施方式中，电子位置编码器200还可以包括第一组感测元件231与信号处理配置240之间的第一电子连接、以及第二组感测元件231与信号处理配置240之间的第二电子连接，并且第一电子连接和第二电子连接可以相对于彼此对称。这可以提供对来自偏移失配的误差的最佳抑制。
根据本文公开的原理，可以使用图2A和图2B所示的实施方式的各种替代方式。图2C是可以在电子位置编码器中使用的广义检测器部分220'的示意图。图2B的检测器部分220示出在交错布置中的第一组感测元件231和第二组感测元件232。然而，替代的布置是可行的。图2C示出了标记为2XX'的类似元素，其与图2A和图2B中的元件2XX类似。如图2C所示，感测元件230'包括第一组感测元件231'和第二组感测元件232'。第二组感应元件232'位于沿着测量轴线方向MA相对于第一组感应元件231'等于K2*Ps+Ps/4的组位置GP'处。
通常，根据本文公开的原理配置的电子位置编码器包括标尺和检测器部分。标尺沿着测量轴线方向延伸，并且沿着测量轴线方向包括具有标尺周期Ps的周期性标尺图案。检测器部分被配置成靠近标尺图案安装并且相对于标尺图案沿着测量轴线方向运动。检测器部分包括多个感测元件和信号处理配置。多个感测元件沿着测量轴线方向布置，并且被配置为提供与检测器部分和标尺图案之间的相对位置相对应的检测器信号。信号处理配置可操作地连接到检测器部分，并基于从检测器部分输入的检测器信号来确定检测器部分和标尺图案之间的相对位置。所述多个感测元件至少包括第一组感测元件和第二组感测元件。第一组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔的相位处。第二组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔的相位处。第二组感应元件位于沿着测量轴线方向相对于第一组感应元件等于K2*Ps+Ps/M的组位置处，其中K2和M是整数。信号处理配置被配置为独立地获取来自第一组感测元件的第一组检测器信号和来自第二组感测元件的第二组检测器信号，并且基于第一组检测器信号和第二组检测器信号确定检测器部分与标尺图案之间的相对位置。
在一些实施方式中，M可以是2、3或4中的一个。
应该理解的是，图2B和2C所示的示例示出了具有不同的感测元件的第一组感测元件和第二组感测元件。在一些替代实施方式中，第一组感测元件和第二组感测元件可以共享至少一个公共感测元件。这种布置需要更少的感测元件。第一组感测元件和第二组感测元件可以被配置为将多路复用信号提供给信号处理配置。在一些实施方式中，M可以等于3并且N可以等于3。这样的实施方式需要至少七个传感器，而不是在没有公共感测元件的情况下的九个传感器。
图3A示出了第一空间相位310A、第二空间相位320A和合成空间相位330A的曲线图300A，第一空间相位310A、第二空间相位320A和合成空间相位330A作为如通过以与电子位置编码器200类似的方式布置的电子位置编码器测量的沿着测量轴线方向的位置X/Ps的函数，其以弧度单位示出。在一些实施方式中，信号处理配置240可以被配置为基于第一组检测器信号确定相对于第一组感测元件231的周期性标尺图案211的第一空间相位310A，基于第二组检测器信号确定相对于第二组感测元件232的周期性标尺图案211的第二空间相位320A，并基于合成空间相位330A来确定检测器部分220与标尺图案211之间的相对位置X，合成空间相位330A是的第一相位310A和第二相位320A之和。应该理解，如图3A所示，合成相位330A沿着测量轴线方向具有Ps/2的周期。信号处理配置240通过将合成相位330A乘以合成相位330A周期(其为Ps/2)来确定检测器部分220和标尺图案211之间的相对位置。
图3B示出了作为图3A的位置X/Ps的函数的第一误差分量贡献310B、第二误差分量贡献320B和加和的误差分量贡献330B的曲线图300B，其以标尺周期Ps的百分比为单元示出。第一误差分量贡献310B是第一空间相位310A中的误差，而第二误差分量贡献320B是第二空间相位320A中的误差。第一误差分量贡献310B和第二误差分量贡献320B是振幅失配、相位失配、检测器信号中的五次谐波以及检测器信号中的七次谐波的结果。如曲线图300B所示，对于位置X的每个值，第一误差分量贡献310B和第二误差分量贡献320B在幅值上相等且符号相反，因为第二组感测元件232位于沿着测量轴线方向MA相对于第一组感测元件231以等于Ps/4的距离移位的组位置GP处。因此，因为合成空间相位330A是第一空间相位310A和第二空间相位320A之和，所以对于位置X的每个值，加和的误差分量贡献330B为零。
可以通过共同转让的美国专利申请No.14/871,386来理解感应式卡尺中的标尺和检测器的各种元件的设计，该专利申请通过引用以其整体并入本文。类似的卡尺或根据已知的商业上可获得的感应式卡尺的设计构造的卡尺可产生类似于图3B所示的误差。在采用单组三个感测元件的的这样的系统中，使用5.4mm标尺周期Ps的三相测量中的典型误差可以具有到18.3微米的峰值到峰，包括约12微米的短范围误差。在一些实施方式中，与具有两组三个感测元件的的检测器部分220类似地配置的检测器部分可以将该误差减小到具有11.1微米的峰值的峰，包括约5微米的减小的短范围误差。在一些实施方式中，配置有四组三个感测元件的的检测器部分可将该误差减小到具有6.1微米的峰值，包括约1微米的减小的短范围误差。
图4示出了作为位置X/Ps的函数的受各种条件影响的来自三相电子位置编码器的单组感测元件的检测器信号的曲线图，这些曲线图与以Ps/1000为单位示出的、作为位置X/Ps的函数的由那些条件导致的主要误差分量贡献的对应曲线图并置，其中Ps是标尺周期。检测器信号的每个曲线图示出如由三相编码器中的一组感测元件(诸如第一组感测元件231)测量的三个相位。误差分量贡献的每个曲线图示出在使用反正切函数计算相位测量之后引入的误差(例如，如在'387专利中所公开的)。曲线图401示出了受偏移失配影响的检测器信号401A、401B和401C。曲线图401'示出误差分量贡献411，其是标尺周期Ps的一次谐波，其是偏移失配的结果。曲线图402示出了受幅度失配影响的检测器信号402A、402B和402C。曲线图402'示出了误差分量贡献412，其是标尺周期Ps的二次谐波，其是幅度失配的结果。曲线图403示出了受相位失配影响的检测器信号403A、403B和403C。曲线图403'示出误差分量贡献413，其是标尺周期Ps的二次谐波，其是相位失配的结果。曲线图404示出了受检测器信号中的二次谐波分量影响的检测器信号404A、404B和404C。曲线图404'示出了误差分量贡献414，其是标尺周期Ps的三次谐波，其是检测器信号404A、404B和404C中的二次谐波分量的结果。曲线图405示出了受检测器信号中的三次谐波分量影响的检测器信号405A、405B和405C。曲线图405'示出了误差分量贡献415，其通过使用单个三相的感测元件的组而被自然地抑制，并且其因此具有恒定的零值。曲线图406示出了受检测器信号中的四次谐波分量影响的检测器信号406A、406B和406C。曲线图406'示出误差分量贡献416，其是标尺周期Ps的三次谐波，其是检测器信号406A、406B和406C中的四次谐波分量的结果。曲线图407示出了受检测器信号中的五次谐波分量影响的检测器信号407A、407B和407C。曲线图407'示出误差分量贡献417，其是标尺周期Ps的六次谐波，其是检测器信号407A、407B和407C中的五次谐波分量的结果。曲线图408示出了受检测器信号中的六次谐波分量影响的检测器信号408A、408B和408C。曲线图408'示出了误差分量贡献418，其通过使用单个三相的感测元件的组而被自然地抑制，并且因此具有恒定的零值。曲线图409示出了受检测器信号中的七次谐波分量影响的检测器信号409A、409B和409C。曲线图409'示出误差分量贡献419，其是标尺周期Ps的六次谐波，其是检测器信号409A、409B和409C中的七次谐波分量的结果。
在一个实施方式中，包括相对于彼此以等于Ps/4的距离移位的两组感测元件的检测器部分(例如，检测器部分220)将抑制由曲线图402'和403'中所示的幅度和相位失配导致的误差分量贡献412和413，以及由检测器信号中的相应的五次和七次谐波分量导致的曲线图407'和409'中所示出的误差分量贡献417和419。
在一些实施方式中，在根据本文公开的一般原理构建的电子位置编码器中，M可以等于4并且N可以等于3，感测元件还可以包括第三组感测元件和第四组感测元件，第三组感测元件可以包括三个感测元件，该三个感测元件布置在标尺周期Ps的三个相等间隔的相位处，并且可以位于沿测量轴线方向相对于第二组感测元件以等于K3*Ps+Ps/4的距离移位的组位置处，其中K3是整数，第四组感测元件可以包括三个感测元件，该三个感测元件布置在尺度周期Ps的三个等间隔的相位处，并且可以位于沿测量轴线方向相对于第三组感测元件以等于K4*Ps+Ps/4的距离移位的组位置处，其中K4是整数，并且信号处理配置240可以被配置为独立地获取来自第三组感测元件的第三组检测器信号和来自第四组感测元件的第四组检测器信号，并且基于第一组、第二组、第三组和第四组检测器信号确定检测器部分220与标尺图案211之间的相对位置。通常，包括彼此以K2*PS+Ps/M(其中K2和A是整数)间隔开的M组感测元件的检测器部分将抑制除了A*M次谐波之外的误差分量贡献的所有谐波。使用N＝3的实施方式不产生4次和8次谐波误差分量贡献。因此，包括从彼此以距离Ps/4移位间隔的第一、第二、第三和第四组感测元件(M＝4)并且包括三个感测元件(N＝3)的实施方式可以将误差分量贡献抑制到对应于11次检测器信号谐波的12次谐波误差分量贡献。应该理解，根据本文公开的原理配置的电子位置编码器为已知的编码器提供了几个优点。诸如'990专利中所公开的间距补偿是没有必要的。来自幅度失配、相位失配、信号漂移、五次谐波和七次谐波的误差被抑制。偏移失配误差减少。
对于根据本文公开的原理配置的电子位置编码器，存在一些折衷。一个或多个附加的反正切计算对提供位置测量是必要的，这消耗更多能量。一个或多个附加的发送和读取周期可能是必要的，这也消耗更多的能量。为了提供第一组感测元件、第二组感测元件以及任何附加的感测元件的组，还需要在读头芯片上的附加的感测元件，这需要较大的读头。
应该理解的是，根据本文公开的原理配置的电子位置编码器不限于感应或涡流感测。电子位置编码器也可以被构造用于其他感测原理，诸如光学或电容感测。
图5是示出用于在确定由电子位置编码器测量的沿着测量轴线方向的标尺图案相对于检测器部分的相对位置测量时减小短范围误差的方法的流程图500。
在框510处，操作检测器部分以使用第一组感测元件测量第一空间相位，第一组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件在检测器部分上的第一组位置处布置在标尺图案的标尺周期Ps的等间隔相位处。
在框520处，操作检测器部分以使用第二组感测元件测量第二空间相位，第二组感测元件包括N个感测元件，该N个感测元件在检测器部分上的第二组位置处布置在标尺图案的标尺周期Ps的等间隔相位处，该第二组位置在检测器部分上沿着测量轴线方向以K2*Ps+Ps/M相对于第一组位置偏移，其中K2和M是整数。
在框530处，操作信号处理部分以基于第一空间相位和第二空间相位的组合来确定沿着测量轴线方向的标尺图案和检测器部分之间的相对位置。
在一些实施方式中，操作检测器部分以确定沿着测量轴线方向的标尺图案和检测器部分之间的相对位置可以包括对第一空间相位和第二空间相位求和。
上面描述的各种实施例可以被组合以提供另外的实施例。本说明书中提到的所有美国专利全部通过引用以其整体并入本文。如果需要采用各种专利的概念，则可以修改实施例的方面以提供另外的实施例。
根据以上详细描述，可以对这些实施例做出这些和其他改变。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制于说明书中公开的具体实施例，而是应该被解释为包括所有可行的实施例以及包括这样的权利要求有权享有的等同物的全部范围。

Claims (10)

1.一种电子位置编码器，其能够用于沿着测量轴线方向测量两个元件之间的相对位置，所述电子位置编码器包括：
标尺，其沿着测量轴线方向延伸，并且沿着测量轴线方向包括具有标尺周期Ps的周期性标尺图案；
检测器部分，其被配置成靠近标尺图案安装并且相对于标尺图案沿着测量轴线方向运动，检测器部分包括：
多个感测元件，其沿着测量轴线方向布置，并且被配置为提供与检测器部分和标尺图案之间的相对位置相对应的检测器信号；和
信号处理配置，其能够操作地连接到检测器部分，并基于从检测器部分输入的检测器信号来确定检测器部分和标尺图案之间的相对位置，其中：
多个感测元件至少包括第一组感测元件和第二组感测元件；
第一组感测元件包括N个感测元件，所述N个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔相位处；
第二组感测元件包括N个感测元件，所述N个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔的相位处；
第二组感应元件位于沿着测量轴线方向相对于第一组感应元件以等于K2*Ps+Ps/M的距离移位的组位置处，其中K2是整数并且M是至少为2的整数；并且
信号处理配置被配置为独立地获取来自第一组感测元件的第一组检测器信号和来自第二组感测元件的第二组检测器信号，并且基于第一组检测器信号和第二组检测器信号确定检测器部分与标尺图案之间的相对位置。
2.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，所述信号处理配置被配置为：
基于第一组检测器信号确定周期性标尺图案相对于第一组感测元件的第一空间相位；
基于第二组检测器信号确定周期性标尺图案相对于第二组感测元件的第二空间相位；
基于合成空间相位确定检测器部分和标尺图案之间的相对位置，所述合成空间相位是第一空间相位和第二空间相位之和。
3.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，电子位置编码器是包括多个标尺轨道的绝对电子位置编码器。
4.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，信号处理配置包括前置放大器，所述前置放大器被配置为从第一组感测元件和第二组感测元件两者接收多路复用位置信号。
5.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，
M等于4且N等于3；
多个感测元件还包括第三组感测元件和第四组感测元件；
第三组感测元件包括三个感测元件，所述三个感测元件布置在标尺周期Ps的N个等间隔相位处，并且位于沿测量轴线方向相对于第二组感测元件以等于K3*Ps+Ps/4的距离移位的组位置处，其中K3是整数；
第四组感测元件包括三个感测元件，所述三个感测元件布置在标尺度周期Ps的三个等间隔相位处，并且位于沿测量轴线方向相对于第三组感测元件以等于K4*Ps+Ps/4的距离移位的组位置处，其中K4是整数；并且
信号处理配置被配置为独立地获取来自第三组感测元件的第三组检测器信号和来自第四组感测元件的第四组检测器信号，并且基于第一组检测器信号、第二组检测器信号、第三组检测器信号和第四组检测器信号确定检测器部分与标尺图案之间的相对位置。
6.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，标尺和检测器部分形成感应位置变换器或涡流变换器中的一个，并且其中，M是2、3或4中的一个。
7.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中，第一组感测元件和第二组感测元件共享至少一个公共感测元件。
8.根据权利要求7所述的电子位置编码器，其中，M等于3且N等于3。
9.一种位置测量方法，其用于在确定如由电子位置编码器测量的、沿着测量轴线方向的标尺图案相对于检测器部分的相对位置测量时减小短范围误差，检测器部分包括信号处理部分，所述方法包括：
操作检测器部分以使用第一组感测元件测量第一空间相位，第一组感测元件包括N个感测元件，所述N个感测元件在检测器部分上的第一组位置处布置在标尺图案的标尺周期Ps的等间隔相位处；
操作检测器部分以使用第二组感测元件测量第二空间相位，第二组感测元件包括N个感测元件，所述N个感测元件在检测器部分上的第二组位置处布置在标尺图案的标尺周期Ps的等间隔相位处，第二组位置在检测器部分上沿着测量轴线方向以K2*Ps+Ps/M相对于第一组位置偏移，其中K2是整数并且M是至少为2的整数；和
操作信号处理部分以基于第一空间相位和第二空间相位的组合来确定沿着测量轴线方向的标尺图案和检测器部分之间的相对位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
第一空间相位包括作为沿测量轴线方向的位置的函数的第一误差分量；
第二空间相位包括基本上类似于第一误差分量的、但符号相反的、作为沿测量轴线方向的位置的函数的第二误差分量；并且
第一空间相位和第二空间相位的组合基本上使所确定的位置测量中的第一误差分量贡献和第二误差分量贡献抵消。
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