CN112166303A - 绝对值编码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定相对于彼此可移动的两个主体关于角位置或长度位置的绝对位置的磁性绝对编码器，其具有限定绝对磁道并且包括具有磁性特性的多个第一码元的至少一个第一材料量具，包括用于感测由第一材料量具引起的杂散磁场的至少一个第一磁场传感器布置，并且包括评价单元，该评价单元被设计为从第一磁场传感器布置接收测量信号。提出了，第一码元中的每一个被布置为相对于以1:1的关系与第一码元相关联的虚拟参考位置偏离一特定的编码偏离量，特别是对称地偏离，虚拟参考位置沿着绝对磁道等距且无偏离地被限定，每个第一码元至少基于该码元的编码偏离量对包括N个字符的代码的某个字符进行编码，并基于测量信号，评价单元被设计成确定所感测的第一码元的编码偏离量和由所述编码偏离量编码的字符。

Description

绝对值编码器

技术领域

本发明涉及一种用于确定可相对于彼此移位的两个主体关于角位置或纵向位置的绝对位置的磁性绝对值编码器，其具有：沿着绝对磁道延伸的至少一个第一材料标尺，该第一材料标尺包括多个第一磁性码元；用于对第一材料标尺进行采样的至少一个第一磁场传感器布置，以及被配置成从第一磁场传感器布置接收测量信号的评价单元。

背景技术

绝对值编码器是用于确定可相对移动的两个主体关于角位置或纵向位置的绝对角位置或绝对纵向位置的测量设备，并且在处理和自动化技术行业以及测量和测试设备中尤其用作机床上的位移或角度测量设备。

绝对值编码器通常以数字数值的形式输出绝对位置。由于该数值沿绝对值编码器的整个测量长度或测量范围内是唯一的，因此不需要初始参考转换，例如增量编码器的情况。另一方面，增量编码器基于增量变化来测量相对变化的位置，其中增量可以被认为是所谓的材料标尺的码元的基本结构。在该上下文中，材料标尺是借助于可采样码元的增量信息的实施例。增量编码器通常会计算在位置变化过程中经过的多个增量。在此，相对位置仅已知是相对于测量开始时的位置，或者可以通过参考转换(例如，抵靠止挡件)或参考位置而被确认为绝对信息。

除了光学绝对值编码器(其中材料标尺的多个代码磁道借助于光电传感器被并行采样)之外，磁性绝对值编码器还经常用于易受污染的环境。在此，通过评价旋转磁体的位置或者通过评价由材料标尺根据Nonius原理调制的磁场来完成编码。在Nonius原理中，材料标尺包括两条带有多个等距码元的磁道，其中码元的数量相差一。结果，当对相应磁道进行采样时，产生在两个磁道之间的相移，其与绝对位置相关。

还已知根据代码原理操作的磁性绝对值编码器。在这种情况下，码元形成为磁偶极子，其中，根据相应码元在材料标尺中的对准，对北极或南极进行采样，从而定义二进制代码。在绝对值编码器的每个角度或纵向位置处同时对多个码元进行采样，其中选择沿材料标尺的编码，使得在特定位置采样的相应位模式是唯一的。然而，这种磁性绝对值编码器需要码元的特定最小尺寸，并且还必须由磁有源材料制成。

从US 6871554 B2和US 6841958 B2中已知磁性绝对值编码器，其中，在码元相对于磁场传感器布置的运动期间读取码元的二进制编码，并且基于该编码来确定绝对位置。为此目的，首先必须使码元相对于磁场传感器布置运动，因此可以说是伪绝对值编码器。在运动期间按时间顺序确定多个码元的相对位置。利用这些布置不可能进行绝对值确定或在静态时读取任何位置信息，因此，该位置确定也称为伪绝对值确定。

在US 9719805 B2中描述了一种增量长度传感器，该传感器在静态时不能读取绝对值。4位传感器用于解析绝对值位置，其中，为了确定绝对值位置，传感器相对于码元的相对运动是必要的，并且二进制序列由相应的北极-南极方向来表示。码元彼此等距地布置，并且没有为编码信息提供码元相对位置的空间偏离。

从DE 10 2015 121 474 A1已知一种用于具有增量磁道和绝对磁道的绝对值编码器的材料标尺，其中，两个磁道各自包括在有源磁性布置中一个接一个地布置的一行磁极对。位置编码是通过检测正相移，即绝对磁道的极对相对于增量磁道的极对的一侧正纵向位移，进行的，从而可以对逻辑值进行编码。然而，这样的正相移破坏了绝对磁道的极对到增量磁道的极对的1:1分配，使得在预定距离上，产生了小于增量磁道的极对的数量的绝对磁道的极对的数量。因此，既难以制造材料标尺，也难以将绝对磁道的极对分配至增量磁道的极对，此外，利用该原理，不可能实现用于单独绝对值编码器的材料标尺，即没有关联的具有更多极对数的增量磁道。最终，该原理只能用于由生成自身磁场的有源磁极对制成的材料标尺。DE 39 426 25 A1还描述了一种具有增量磁道和绝对磁道的绝对值编码器，其中通过对增量磁道进行采样而生成的信号用于对信号处理进行同步，以评价绝对磁道的采样信号。为此目的，将绝对磁道的码元分配至增量磁道的一个或多个物理上较小的码元。

其他通用文献是DE 42 09 629 A1和EP 1 980 824 A1，其中在每种情况下，以与DE 39 426 25 A1的方式相当的方式，将增量磁道的多个码元分配给绝对磁道的一个码元。因此，对于确定上述文献中的绝对位置，必须存在增量磁道。

本发明的目的是提供一种克服了现有技术的上述问题的改进的绝对值编码器。

发明内容

通过具有权利要求1的特征的绝对值编码器实现了该目的。在从属权利要求中给出了有利的进展。

提出了将每个第一码元布置成相对于虚拟参考位置偏离相应的编码偏离量，特别是相对于虚拟参考位置对称地偏离相应的编码偏离量，虚拟参考位置以1:1关系被分配给相应的第一码元，其中，等距且没有偏离的虚拟参考位置限定磁道，称为绝对磁道，其中，每个第一码元至少基于其编码偏离量对包括N个字符的代码的一个特定字符进行编码，并且其中，评价单元配置成基于测量信号确认采样的第一码元的编码偏离量和由该编码偏离量编码的字符。

第一码元具有可被设计为有源磁性能(即，生成其自身磁场的性能)或无源磁性能(即，影响现有磁场的性能)的磁性能。因此，这里的特别优点是，材料标尺既可以设计成具有其自身磁场的磁有源形式，也可以通过影响外部磁场而无源地设计。

该偏离可以具有一个或多个步骤，并且从参考位置开始，可以发生在正或负偏离方向上，即相对于虚拟参考位置对称地发生。通常，最大偏离距离被限制为两个相邻参考位置之间距离的高达50％的级别，特别是当其在绝对磁道延伸的方向上对准时。优选地，在两个相邻参考位置之间的距离的25％至5％的范围内，特别是在距离的20％至10％的范围内，并且在特定情况下是在两个相邻参考位置之间的距离的15％至10％的范围内选择偏离间距。在这些偏离范围内，可以使用高精度的磁场传感器来解析相位偏离信息。

精确地将一个第一码元分配到每个参考位置，使得沿可指定的范围在绝对磁道上布置相等数量的参考位置和第一码元。以这种方式，可以使用第一码元的序列，并且在知道码元相对于虚拟参考位置的可能正偏离量和负偏离量的情况下，来确认绝对磁道的分配的虚拟参考位置的位置，它们以相等的距离布置且没有偏离。以这种方式，可以通过第一码元的偏离量彼此之间的相对比较来提取虚拟参考位置，并从而提取绝对磁道。这使得可以省略物理上分开的第二增量磁道，并且因此避免了对参考位置的先验知识的需要，因为这实际上可以被构造为后验。在此，有利的是，至少当不存在物理参考位置时，从第一码元中排除要求考虑中的所有码元相对于虚拟参考位置的相等偏离量的代码信息(例如二进制信息，例如，4位代码的“0000”或“1111”)。

在此上下文中，N定义了多个不同的信息字符，这些信息字符可以表示相对于其参考位置的单一码元，并且通常与相对于参考位置的可能编码偏离量的个数和/或与磁极化或磁行为相关。因此，对于二进制编码，N＝2代表二进制信息单元“0”和“1”，对此，为了对二进制信息进行编码，可以采用距参考位置至少一个编码偏离量，并且，优选地采用距参考位置两个相反指向的编码偏离量。当然，假设编码偏离量沿绝对磁道延伸的方向移动，则空间编码偏离量的最大大小将被限制为一对紧邻的相对位置之间的距离的一半。磁场传感器布置可以同时捕获数量P个码元作为代码字，使得可以由绝对值编码器评价N^P个不同的位置信息项，以确定绝对位置。

由于可以利用磁场传感器布置读取代码字，该磁场传感器布置对观察到的P个第一码元布置的绝对位置进行编码，因此可以从基于代码的位置信息中确定绝对位置。由于磁场传感器布置还捕获第一码元距虚拟参考位置的偏离量，因此可以参考该局部偏离信息来改善位置的确定。可以将局部偏离信息确定为负偏离距离和正偏离距离的平均偏离距离。因此，绝对位置例如可以通过以下被确定：

绝对位置＝基于代码的位置信息+局部偏离信息

并且，特别地：

绝对位置＝极数*宽度(极周期)+(Pos_极_负+Pos_极_正)/2，

其中，宽度为两个虚拟参考位置之间的距离，极数为获取的参考位置的基于代码的数量，并且，Pos_极_正为极周期内具有负偏离量的位置，Pos_极_负为极周期内具有正偏离量的所确认的位置。

从绝对值编码器的安全关键应用的功能可靠性的角度来看，绝对值编码器的冗余设计是特别有利的。通过将基于代码的位置信息与局部偏离信息相结合，即使不考虑局部偏离信息或错误解译了局部偏离信息，仍然可以确认可用的绝对位置值。如果(虚拟)参考位置的限定被呈现为单独的物理增量磁道，或者如果单独考虑虚拟参考位置而不单独评价代码偏离量，则常用的增量编码器类型或者作为伪绝对值编码器的(虚拟)增量磁道的可用信号序列可以利用关闭系统时不易失的位置信息来确认。因此，可以借助于绝对磁道和(虚拟)增量磁道来冗余地确认绝对值位置，使得在提高对故障的安全性和避免错误数据的意义上，可以满足对功能可靠性的增加的需求。

根据本发明的绝对值编码器既可以被设计为用于确定绝对角度位置的角度编码器，也可以被设计为用于确定绝对线性位置的线性编码器。与这种类型的绝对值编码器常见的一样，布置在第一主体上的材料标尺和布置在第二主体上的磁场传感器布置机械地联接，使得主体相对于彼此的相对运动导致材料标尺相对于磁场传感器布置的相对运动。材料标尺生成漏磁场，或影响外部生成的磁性测量场的漏场。该漏场或场的变化由磁场传感器布置检测。绝对磁道被限定在主体的移位运动的方向上，即通常是通过主体的圆形或线形。所述参考位置是虚拟标记，其不一定必须直接地(即物理地)被施加到材料标尺，而是可以以另一种合适的方式间接地或通过参考其他合适的参考点来确认，例如通过分析第一码元彼此之间的偏离量来确定。沿绝对磁道没有偏离的布置尤其是指参考位置没有任何横向偏离，即没有横向于绝对磁道的延伸方向或沿着绝对磁道的延伸方向的偏离，而是与彼此等距地均匀布置。因此，所有参考位置限定绝对磁道。编码偏离量确定相对于参考位置的空间偏离步长，其中单独的码元也可以具有从零(即保持在参考位置)开始的编码偏离量，而其他码元以编码偏离量的步长与参考位置在空间上隔开，以便将绝对位置信息编码为字符。

在该上下文中，代码是指可编代码字符的全体。在最简单的情况下，该代码是具有字符“0”和“1”的二进制代码，但也可以包括三个或更多个字符。因此，在具有不同的编码偏离量(例如4个编码偏离量)的情况下，能够以相同的精度实现码元数量的显著减少的代码，或者以相同的精度实现减少的磁场传感器的数量的代码，或者实现提高的精度的代码，看起来是有利的。

编码偏离量相对于参考位置对称地对准，例如相对于参考位置在正方向和负方向上对准，并有规律地以相等的偏离量大小偏离，或者以多个编码偏离量偏离，以在正方向和负方向的相同的偏离量大小偏离。然而，在这方面，也可以考虑相对于参考位置在两个方向上不对称的偏离量大小，使得正方向上的偏离量大小可被选择为与负方向上的偏离量大小不同。还可以沿绝对磁道在参考位置处布置码元，即具有“0”的偏离量，其中代码信息分配给该位置。

在一个实施方式中，码元可以是磁性有源的，即由永磁材料制成。硬磁性码元因此可以被实施为具有北极和南极的永磁体，其中，磁化优选地在绝对磁道或增量磁道的方向上对准。永磁体可以连续地布置，或者相对于彼此具有偏离量或间隙，其中，用于对字符编码的偏离量可以变化，或者永磁体具有用于对字符进行编码的不同长度。

替代地，可以使用软磁性码元，即，由暂时可磁化的材料或铁磁的材料(例如铁、镍、钴或合适的合金)制造或包含其的码元。因此，码元可以例如形成为软磁性齿或形成为软磁性金属板中的凹槽。磁场传感器布置可以另外包括用于无源磁性码元的测量磁体，其中，磁体的通量密度或由码元引起的其变化可以由磁场传感器布置以基本上已知的方式进行测量。磁性码元现在适合于引起测量磁体的磁场的引导或畸变，其可以由磁场传感器布置来检测。

因此，与根据本发明的绝对值编码器一起使用编码，其中，相应字符主要不是通过码元的固有属性而出现，而是通过编码偏离量，即码元相对于相应的参考位置的位置的空间变化而出现。

有利地，P个码元的每个序列对相应的代码字编码，其中每个代码字在第一材料标尺内是唯一的，并且表示相应的绝对位置。因此，将角位置或纵向位置分配给每个代码字，使得评价单元借助算法或优选地借助于查询表可以确定所确认的代码字的相关联的绝对位置。在材料标尺上编码的字符序列的总体例如可以是所谓的PRBS(伪随机二进制序列)代码，其可以以这样的方式被生成：没有代码字，即没有P个连续字符的序列，在由材料标尺表示的字符序列的总体中出现一次以上。在此，大小P定义自然数，该自然数至少为2，有利是2的倍数，例如4、8或16。也可以是选择定义绝对值语句准确性的其他位深度，使得P也可以是7、8或11个字符。位深度越大，可以形成的唯一代码字就越多，并且表示其在任何地方的唯一绝对位置的绝对磁道就越长。因此，在位深度为8或10的情况下，绝对磁道的长度可以为2⁸或2¹⁰个码元，但是在每个位置包括唯一的代码字。有利地选择数字P，使得在绝对磁道仍然具有足够长度的情况下，可以实现最短的磁场传感器布置。代替二进制代码，也可以选择每个字符具有多个代码字符的编码，以便以相同的精度减少数字P，其中每个码元可以指示与空间偏离量等结合的两个以上的编码状态，例如距相对位置的不同偏离长度或另外改变的磁特性(例如不同的磁极化)。因此，例如，可以用具有3个字符(-1；0；1)和3⁷＝2187个码元的编码系统来替换具有2¹¹＝2048个码元的二进制11位代码。

根据本发明的一个有利的实施方式，第一磁场传感器布置包括多个第一磁场传感器，其布置在第二主体上以使得第一磁场传感器在第一主体上的第一材料标尺的每个位置上同时对多个相邻的码元进行采样，使得每个磁场传感器对相应的第一码元进行采样。为此目的，磁场传感器在磁道方向上布置在彼此后面，并且基本上具有与参考位置的间距相对应的间距。因此，可以从材料标尺同时读取多个顺序字符。有利的是，磁场传感器可以具有比参考位置更小的间距，以便提高检测精度，这将在下文说明。

有利地，第一磁场传感器的数量等于或大于数量P。因此，可以同时读取在该位置编码的每个代码字。由此使得可以在静态时(即，没有码元相对于磁场传感器布置的相对位置的变化)读取绝对位置，因为磁场传感器布置优选地具有至少对应到对绝对位置进行编码的代码字的必要位深度。换句话说，磁场传感器布置优选地被配置成读取对编码代码字所必需的多个第一码元或更多数量的第一码元的编码的字符，这使得能够在静态时确定绝对位置。

根据本发明的另一有利实施方式，提供了具有多个等距的第二磁性码元的第二材料标尺，该第二材料标尺限定了增量磁道，并且提供了用于对第二材料标尺进行采样的第二磁场传感器布置，其中，该增量磁道与绝对磁道平行并且相距一定距离延伸，其中每个参考位置关于其在绝对磁道上的纵向位置由增量磁道上的至少一个分配的第二码元的纵向位置来确定，并且其中评价单元被配置成接收来自第二磁场传感器布置的测量信号并基于其确认参考位置。因此，第二材料标尺用作参考，基于其可确定参考位置的地点。在该上下文中，纵向位置是指码元的位置，或指在相应磁道的延伸方向上或者在某些情况下还横向于相应磁道的延伸方向的参考位置，即指在主体的移位方向上的位置。参考位置例如可以相对于相关联的第二码元分别具有相同的纵向位置，并且仅在垂直于磁道的方向上偏离，其中参考位置和第二码元的间距对应于绝对磁道和增量磁道之间的间距。参考位置在绝对磁道上的相对位置在此对应于第二码元在增量磁道上的位置。增量磁道用于精确指定码元在绝对磁道上的参考位置，因此用于提高位置测量的准确性。在此有利的是，即使第二码元未采用相对于参考位置的恒定的偏离量，第二码元的位置也限定至少在一个轴向方向上的参考位置。在被减去的最简单的情况下，通过评价单元可以考虑偏离量。

通常，可以参考单一分配的码元在增量磁道上的纵向位置来确定在绝对磁道上的参考位置。还可以想到，参考两个或更多个码元在增量磁道上的纵向位置来确定参考位置。因此，例如，通过对增量磁道的码元的检测到的位置求平均，可以更精确地确定沿着绝对磁道的参考位置。如果除了绝对磁道之外还存在增量磁道，则磁场传感器布置的传感器元件也对其进行采样。在两个辅助布置中提供磁场传感器布置的传感器元件以沿着绝对磁道对第一材料标尺的码元进行采样并沿着增量磁道对第二材料标尺的码元进行采样看起来是有利的。

有利地，相应字符的编码基于编码偏离量的值和/或方向进行。例如，可以对二进制代码进行编码，其中在一个方向上的绝对磁道的方向上的偏离量对字符0进行编码，而在相反方向上对字符1进行编码。在那种情况下，编码偏离量的值可以相同。然而，也可以提供具有不同值的偏离量，例如具有相差2倍的偏离量，由此，作为对先前示例的修改，可以用一个码元对总共四个字符进行编码。

编码偏离量的值基本上也可以为0。例如，可以对二进制代码进行编码，其中将具有0值的偏离量(即码元定位在其参考位置处)对字符0编码，并且在绝对磁道方向上的具有预定偏离值的偏离量对字符1编码。

根据一个有利的改进，每个第一码元和/或每个第二码元包括永磁体，其中相应码元的磁极性可以由所分配的磁场传感器布置检测到，其中相应字符的编码还基于极性进行。码元因此配置为偶极磁体，其中，例如，磁北极或磁南极指向相应的磁场传感器的方向。这样，代码深度(即，可能的字符数)可以被相应的码元加倍，相应的码元具有用于编码偏离量的原本相同的规格。替代地，极性的评价也可以用于在编码中产生冗余。极性也可以例如对校验位进行编码。

根据本发明的另一有利实施方式，编码偏离量包括沿着绝对磁道的纵向分量和/或横向分量。编码偏离量的纵向分量是指沿着绝对磁道的偏离量，而编码偏离量的横向分量垂直于绝对磁道的方向延伸。优选地，编码偏离量仅包括纵向分量，即，第一码元仅在绝对磁道的延伸方向上相对于其相关的参考位置偏离。但是，基本上，可以完成编码，因为第一码元在横向于绝对磁道的延伸方向的方向上偏离地布置，其中，两个或更多个字符，例如取决于编码偏离量的量级，在此可以再次呈现。此外，两种变型也可以组合。

已经发现有利的是，至少第一磁场传感器布置包括至少一个磁场传感器，其中每个磁场传感器包括多个，尤其是两个、四个或八个磁阻电阻器元件，这些磁阻电阻器元件相互连接以形成至少一个一个惠斯通测量电桥，特别是半惠斯通电桥或完整的惠斯通电桥。AMR、CMR、TMR或GMR磁场传感器是磁阻电阻器元件的特定示例。这些传感器类型，也称为xMR磁场传感器，其特征是其灵敏度比也可以使用的霍尔传感器高高达50倍。所述磁阻传感器基于各向异性磁阻(AMR)效应、巨大磁阻(CMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应或巨磁阻(GMR)效应。半惠斯通电桥典型地在每种情况下包括优选在相反的意义上连接的两个磁阻电阻器元件。在相反的意义上的连接是指电阻器元件的布置，其中作用在两个电阻器元件上的外部磁场导致一个电阻器元件的电阻升高而另一电阻器元件的电阻降低。当施加均匀指向的磁场时，可以很容易地实现这种相反的电阻行为，例如，对于上述命名的电阻器类型，TMR或GMR元件的钉扎方向相反，或者使用AMR元件，在相反的意义上布置巴伯极布置。代替均匀指向的磁场，可以使用相反磁场的效果，该效果可以通过电阻器的特定空间布置或通过仔细地引导磁通量来实现，例如通过软磁磁通量元件来实现。虽然每个电阻器的确会以其电阻值的相同变化对外部磁场做出反应，但是使用电阻器相对于材料标尺的适当空间布置和/或电路布置，可以生成相反意义上的电阻变化。

有利地，磁阻电阻器元件可以是方向敏感的AMR、GMR或TMR电阻器元件，其电阻随着平行于偏离方向的磁场分量线性变化，或者其电阻取决于磁场的角度。通过磁场传感器中的多个空间偏离的电阻器元件的适当互连，从而通常半电桥电路适合作为基本电路元件，可以确定磁性测量场的角取向和/或场强度。因此，磁场传感器被配置成测量待测量的磁场分量的方向以及场强值。因此，特别是在漏场的情况下，可以测量磁场分量的方向和强度。这是因为磁性码元会产生不均匀的漏场，在永磁体的情况下，该漏场是由磁体本身生成的，或者是由(外部)测量磁体生成的磁性测量场的畸变而生成的。优选地，由磁场传感器布置所包括的磁场传感器被配置成在磁道的延伸方向上测量漏场的振幅A，其在下文中将被称为H_tan或切向分量(tan是指切向)。由于沿着绝对磁道或增量磁道的码元之间的规律间距—沿着绝对磁道，用于编码指示绝对位置的代码的字符的码元之间的间距大小与等间距的参考位置相比变化—随着码元相对于磁场传感器移动，切向分量的振幅基本上以正弦方式变化。代码的字符对应于码元相对于虚拟参考位置的编码偏离量，如果存在增量磁道，则通过增量磁道的码元的相对位置相对于绝对磁道上的码元的相对位置的比较可以非常容易地确认该虚拟参考位置，而码元在绝对磁道上的参考位置对应于码元在增量磁道上的位置，或者可以例如通过内插法确认。

对切向分量的振幅曲线的相位角的评价可以确定码元沿磁道走向的相对位置，从而通常可以在每个码元的端部区域处测量振幅曲线的最大值和最小值，每次在码元的中心或恰好在两个码元之间出现切向分量的零转换。就此而言，两个参考位置相对于彼此之间的间隔对应于切向分量的360°相位旋转。

参考磁道的切向分量的曲线可以由正弦函数近似表示：

传感器处测量的振幅与切向分量成正比：

A_{sin_ref}～H_{tang_参考}

此处

其中λ是码元的周期长度，s是待检测的位置，s₀是任意参考位置，例如两个码元之间的中心。

是周期正弦函数的相位角，

是任意参考角。

绝对磁道的切向分量的曲线也可以由正弦函数近似表示：

传感器处测量的振幅与切向分量成正比：

A_{sin_abs}～H_{tang_绝对}

的值在绝对磁道上不是恒定的，而是根据位置(尤其是根据编码偏离量)而变化。根据码元相对于参考位置是在绝对磁道的方向的

或相反于

的方向上偏离，

可以采用正值或负值。这里，

和

是可以采用的最大值。两个具有不同编码偏离量的码元无论在何处彼此相邻，

的值随着该区域被局部超出而变化；尤其，还存在

的情况。

确定偏离码元

相对于其参考位置

的相位可以使得能够得出关于偏离的大小和方向的结论，并且用于确认由码元编码的字符。因此，不同码元的相位值之间的差值可用于字符解码。有利地，磁场传感器因此评价切向分量相对于参考位置的相位进程，其中可以输出码元相对于参考位置的偏离量的磁场传感器出于该目的被分配给每个码元。为此目的，提出了提供磁场传感器的至少两个传感器元件，每个传感器元件偏离了90°，即偏离了λ/4或相邻的等距参考位置的间距的四分之一。

然后可以通过反正切函数直接确认相位。

此外还发现，如果代替偏离90°的两个传感器元件，使用四个传感器元件，每个偏离90°，则相位确认的精度以及由此字符解码的精度将显著提高，其中，彼此偏离180°的元件分别被分组为一对。当相位差恰好为180°时，被分组为一对的这两个传感器元件捕获两个振幅A，它们具有相同的值，但算术符号相反。如果这两个值相减

A_sin＝A_sin-ref-A_{sin-ref+180°}

获得了两倍的振幅，并且此外，该系统相对于外部干扰场更为强健，因为通过相减可以消除干扰场的均匀分量。

因此，两个传感器元件测量正弦分量，两个元件测量余弦分量，在每种情况下具有交替的算术符号，它们以正确的相位相加并用于通过反正切函数高精度地确认相位值。对于磁场传感器精确地位于向左的一个偏离量和向右的一个偏离量之间的情况，180°划分有另外的优势。在此位置，如磁场传感器所见，可测量的偏离量为0，并且磁场传感器返回随机值。为了避免这种情况，有利地，磁场传感器将被配置成使得可以可选地在该位置测量或以相对于该位置的¹/₂周期偏离量进行测量。在那里，磁场传感器值是明确的。可以说，这对应于磁场传感器相对于码元的相对电子运动，以进行精确的字符解码。

与前述考虑一致，根据另一有利实施方式的磁场传感器布置包括至少一个磁场传感器，其中每个磁场传感器被配置成生成用于第一测量位置的至少第一测量信号和用于在绝对磁道的延伸方向上与第一测量位置相距一定距离的第二测量位置的第二测量信号，其中测量位置的距离小于相邻的虚拟参考位置的距离，特别是等于该距离的一半，优选等于相邻参考位置的距离的四分之一(用于测量正弦和余弦分量)，并且其中，评价单元配置成基于第一或第二测量信号确认编码偏离量，以将预定的标准要考虑在内。因此，在至少两个测量位置处，优选在四个测量位置处，对材料标尺的每个码元进行采样，使得在将带有负偏离量的码元到带有正偏离量的码元的转换恰好到达磁场传感器的区域时，也可以实现可靠、明确的采样。对于其中相应的磁场传感器只能在一个测量位置进行采样的绝对值编码器，在某些情况下存在以下困难：当

为真时，则无法进行明确的采样。这可导致一种跳动，或者导致输出不明确的测量值。通过在两个或更多个测量位置处进行采样，确保了传感器元件相对于码元始终处于尽可能进行明确的采样的位置。例如，可以基于测量信号彼此之间或与参考信号的比较来做出关于应当评价两个测量信号中的哪一个的决定。特别地，可以通过将不同磁场传感器的测量信号相互比较来进行真实性检查。可以在第一磁场传感器布置、第二磁场传感器布置处提供不同测量位置处的采样，或添加两个磁场传感器布置。特别地，在多个测量位置处的采样可以用于确认编码偏离量。特别地，在每个磁场传感器中包括四个传感器元件，每个传感器元件具有在两个参考位置之间四分之一的间距，所述元件以如下方式被评价：由码元生成的磁场的切向分量的相位可以相对于参考位置来确定。磁场传感器应当优选地继续对准参考位置，并且还可以由相位角确定绝对磁道的码元相对于参考位置的编码偏离量，这可以由磁场传感器的测量信号来确定。

在该上下文中，还发现有利的是，每个磁场传感器包括两对半惠斯通电桥作为磁场传感器元件，其中第一对被分配到第一测量位置，第二对被分配到第二测量位置。第一测量位置由第一对中的第一半电桥和第二对中的第一半电桥来限定；这些提供正弦和余弦值，而为此，两对中的两个半电桥将在偏离方向上偏离90°＝λ/4。第二测量位置由第一对中的第二半电桥和第二对中的第二半电桥来限定，并且可以与第一测量位置偏离180°布置，并分别提供另一正弦和余弦值(两个半电桥为90°分开)。在此，分配给磁场传感器的相应半惠斯通电桥在材料标尺或磁道的延伸方向上布置成一行是不必要的。它们也可以相对于彼此以横向偏离量布置。有利地，从材料标尺的延伸方向看，第一对中的一个半惠斯通电桥和第二对中的一个半惠斯通电桥可以交替布置。因此，可以说，两对半惠斯通电桥以交错的方式布置，以便尤其还能够在一对半惠斯通电桥内进行差分测量。这样的一对半惠斯通电桥由此形成完整的惠斯通电桥，其中每个电桥提供正弦值或余弦值。第一对和第二对中的两个半电桥之间的间距优选地对应于相邻参考位置之间的间距的四分之一，并且此外有利地，每个磁场传感器包括两对半电桥，其中每对半电桥之间的间距对应于到相邻参考位置的间距的一半。每对半电桥用于确认正弦或余弦值，其中它们的测量信号用于三角计算，以确定码元的相位偏离。为此目的，有利地提供了未示出的评价单元，该评价单元被配置成对两个半电桥的测量信号进行反正切评价。

基本上，两个完整的电桥足以评价带有两个字符的代码(二进制代码)，而且足以评价具有两个以上字符的高值代码。然而，有利地，可以为每个磁场传感器提供多于四个的惠斯通电桥，例如以能够读取具有两个以上字符的代码。如果码元的相位偏离的解析精度足够高，则例如可以将三个、四个或更多字符表示为码元距参考位置的不同编码偏离值，由此可以减少码元的总数以及由此减少绝对值编码器的物理大小。

根据另一有利的实施方式，在每两个相邻的码元之间设置有分隔区域。这产生了一种结构，在该结构中，磁性码元和非磁性分隔元件可以在磁道方向上交替布置。当使用软磁性齿结构或多孔板时，这尤其存在，但也可以与硬磁性码元一起使用。在相应磁道的延伸方向上观察到的分隔区域的长度可以等于码元在磁道的延伸方向上的长度，但是也可以被选择成更小。应该清楚的是，分隔区域的大小必须与提供的最大编码偏离量匹配。可以将分隔区域选择为足够大以改善信号质量和鲁棒性，以便抑制相邻码元的磁场的畸变。优选地，相对于上述波长λ，10°或更大，特别是36°或更大的分隔区域大小可以被选择作为分隔区域的大小。

上述实施方式适合于使用所谓的弱场传感器，其被设计用于检测单磁场分量，优选地被设计用于沿磁道的延伸方向对准的磁场分量，其中它们的输出信号与磁场振幅成正比。但是，也可以有利地采用所谓的强场传感器。这些特征在于检测磁场相对于磁场传感器的位置的角度。在这种情况下，在每个磁场传感器布置中将有利地采用2P+1个强场角度传感器。如果磁场传感器的尺寸比码元的尺寸小，则强场布置是可能的，因为这直接确定了漏场分量的角度。这种强场传感器布置有利于没有磁性测量场的硬磁性码元。当采用强场传感器时，纵向传感器布置通常是优选的。绝对磁道在此处以直线对准。因此，可以确定在磁道的延伸的线性方向上由码元生成的磁漏场的相位，并且借助磁场传感器的强场传感器可以很容易地确定绝对磁道的码元的相位角α和参考磁道的相邻码元的相位角β。角度差β-α对两个码元之间的编码偏离量提供了量度。

特别地，当码元形成为永磁体，即构成包括交替的北极和南极的有源标尺时，可以有利地采用强场传感器或角度传感器。从磁场传感器元件的角度来看，漏场随着码元相对于磁场传感器布置移位而旋转。

码元可以具有厘米或毫米量级的几何尺寸，并与相应的测量任务相匹配。但是，可以将码元小型化到其宽度可以为50μm或更小的程度，并且代码字的字符数P可以为8或更多。根据半电桥相对于码元的相对位置，可以评价磁场传感器的所有半电桥，或者仅评价磁场传感器的半电桥的一个子组。

附图说明

通过附图和附图的相关描述揭示了进一步的优点。附图示出了本发明的实施方式。附图、说明书和权利要求书包括组合的多个特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征，并将它们组合为有意义的进一步组合。

在图中：

图1示出了绝对值编码器的示例性实施方式的立体图以及平面图和侧视图；

图2a、图2b示出了根据第一示例性实施方式的绝对值编码器的材料标尺的示意图；

图3示出了根据第二示例性实施方式的绝对值编码器的材料标尺的示意图；和

图4示出了根据第三示例性实施方式的绝对值编码器的材料标尺的示意图；

图5示出了根据第三示例性实施方式的绝对值编码器的磁场配置的示意图；

图6示出了根据第一示例性实施方式的绝对值编码器的磁场配置的示意图；

图7示出了根据第四示例性实施方式的绝对值编码器的磁场配置的示意图；

图8a、图8b示出了根据另一示例性实施方式的绝对值编码器的磁场传感器布置的局部示意图，其中该磁场传感器布置相对于材料标尺具有偏离的相对位置；

图9示出了根据图7的示例性实施方式的绝对值编码器的磁场传感器布置的总体示意图。

具体实施方式

相同的附图标记用于标识图中相同或相似的元件。

图1以立体图、平面图和侧视图示出了本发明的示例性实施方式10.0。绝对值编码器10.0包括承载第一材料标尺12a和第二材料标尺22的可移动的第一主体30。磁场传感器布置15设置在第二主体32上，磁场传感器布置15的磁场敏感的传感器表面在材料标尺12a、22的方向上对准。

在该实施方式中，第一主体30可以相对于第二主体32线性地相对移动。两行的第一材料标尺12a的码元14和第二材料标尺22的码元24在移动方向上彼此平行地对准布置在第一主体30上。第一行的码元14限定绝对磁道13，第二行的码元24限定增量磁道23。

在承载材料标尺12a和22的第一主体30上方视角观看，第二主体32的磁场传感器布置15布置成与码元14、24相对地平放。磁场传感器布置15包括多个磁场传感器16，它们布置成彼此平行的两行15a、15b，并被分配到平行的材料标尺12a、22的码元14、24。因此产生磁场传感器15的两个辅助布置15a、15b，每个都具有多个磁场传感器16，第一辅助布置15a具有用于沿绝对磁道13对第一材料标尺12的码元14进行采样的磁场传感器16a，并且第二辅助布置15b具有用于沿增量磁道23对第二材料标尺22的码元24进行采样的磁场传感器16b。对于绝对值编码器10的操作是必要的磁性测量场例如可以通过码元14、24的硬磁特性来生成，或者可以通过例如布置在第二主体32处的的外部磁体(未示出)或磁体布置来生成。生成磁性测量场的磁体可以是永磁性的，或可以形成为电磁体。

第二材料标尺22的码元24在其沿绝对磁道23的纵向位置中以彼此相等的距离布置，并且标记参考位置，绝对磁道的第一材料标尺12a的码元14的相对于该参考位置的相对位置是可确定的。在所示的示例性实施方式中，提供了码元14的编码偏离量，该编码偏离量在绝对磁道13的方向上对准，并且相对于由码元24限定的参考位置被限定为正或负。编码偏离量可以相对于参考位置仅在一个方向上对准，或者例如对于比两位二进制代码更高值的信息编码，可以具有多个编码偏离量的步长。

在以下附图中省略了主体30、32的图示。

在图2a和图2b以侧视图中示出了用于借助于第一材料标尺12表示位置信息的两种不同的变型。

图2a示出了绝对值编码器的第一示例性实施方式10.1。绝对值编码器10.1包括材料标尺12a，该材料标尺12a限定绝对磁道13并且对由磁场传感器布置15测量的磁场产生影响。出于此目的，材料标尺12a可以包括单独的码元14.1、14.2、14.3和14.4，所述码元是铁磁性的并且能够引导和偏转未示出的电磁体或永磁体的磁场，或者码元14.1至14.4具有其自身的例如永久磁性的磁化强度。磁场优选是静态的，但是也可以具有至少一个与时间有关的分量。磁场传感器布置15包括一组磁场传感器16.1至16.4，其中每个磁场传感器16.1至16.4在空间上邻近码元14.1至14.4。磁场传感器16如下方式设置：它们可以确定由码元14在绝对方向上偏转的磁场的切向分量。优选地，可以执行磁场传感器16的未示出的评价，其输出在绝对磁道13的方向上的切向分量的相位。假设所有码元14都彼此等距布置，则在磁场传感器16相对于码元14的相同相对位置的情况下，每个磁场传感器16将测量磁场的切向分量的相同相位。如果码元14.1至14.4彼此之间的间距变化，则将出现相位的差异，可以从该差异提取位置信息。在此，图2a示出了借助于二进制代码的位置信息的图示，其中每个码元14表示“0”或“1”。在所示的实施方式中，为此目的，用虚线画出了属于每个码元14.1至14.4的参考位置18.1至18.4。如果所有码元14均定位于参考位置18的地点处，则将在所有磁场传感器16处将测量相同的相位信息。两个第一码元14.1和14.2以及第四码元14.4相对于绝对磁道13向后偏离了定义(固定)的编码偏离量，由此二进制零“0”被编码。码元14.3在绝对磁道13的方向上向前偏离了另一定义(固定)的编码偏离量，由此二进制一“1”被编码。根据相对于参考位置18产生的相位偏差，可以将代码字读取为二进制代码“0010”，其可以对绝对位置进行编码。尽管通过相位之间的相对比较可以可靠地提取绝对信息，但是知道参考位置18有助于评价。为此目的，有用的是，二进制代码由混合的各个信息项组成，使得可以检测到与每个二进制字至少一个码元14相关的相位变化，使得仅允许包含至少一个1和至少一个0的代码字。

代替二进制代码，可以提供其他值，例如不同大小的间距，使得较短的代码字能够精确地确定位置。这在图2b中示出，图2b示出了绝对值编码器的另一示例性实施方式10.1，并且大体上对应于图2a中的图示。与此不同，码元14可以相对于参考位置18具有不同的编码偏离量。举例图示了四个编码偏离量-2Δ、-Δ、Δ、2Δ，其在四进制系统中对信息项“0”、“1”、“2”和“3”进行编码。表示了四个码元14.1至14.4的位置信息0132。由于每个码元可以表示四个不同的信息项，因此可以在四进制系统中用4个码元表示4⁴＝256项的位置信息，而在根据图2a的二进制系统中，仅可以表示16项位置信息。因此，通过对多个编码偏离量的解析，可以显著减少待同时捕获的码元位置的数量，或者可以实现更高的解析精度。

由于在图2a、图2b中，相应的代码字具有4位的长度，并且因此可表示最多16个不同的代码字，利用图示的带有四个码元14.1至14.4的材料标尺12a、12b可以明确地编码最多16个绝对位置。

图3示出了绝对值编码器10.2的平面图，其重要特征对应于图2a的绝对值编码器10.1。代替根据第一示例性实施方式的第一材料标尺12a(图2a)，这里提供了根据第二示例性实施方式的材料标尺12b，该材料标尺12b限定了绝对磁道13。对于材料标尺12b，第一码元14.1至14.4的编码偏离量不在绝对磁道13的延伸方向上，而是垂直于绝对磁道13的延伸方向。因此，在第二示例性实施方式中，码元14.1、14.2和14.4相对于图的定位向上移位，并且对字符0进行编码，而码元14.3相对于图的定位向下移位，并且对字符1进行编码。传感器布置位于材料标尺的上方或下方，并且设计为可以检测在向上方向或向下方向上的偏离量。磁场传感器布置有利地测量位于图像平面中并且与绝对磁道13垂直对准的漏场分量。

现在参考图4更详细地解释绝对值编码器10.3的第三示例性实施方式的操作模式。绝对值编码器10.3包括根据第一示例性实施方式的限定绝对磁道13的第一材料标尺12a，以及限定增量磁道23的第二材料标尺22。以侧视图示出了两个磁道13、23中的每一个，然而在实践中的情况是，两个磁道13、23彼此平行且紧挨着布置在一个平面中。为了清楚起见，它们在图4中布置在彼此上方。每个材料标尺12a、22由相应的磁场传感器布置15a、15b进行采样，其结构在后面的图8和图9中详细解释，并且其被设计成检测由材料标尺12a的码元14和材料标尺22的码元24引起的沿绝对磁道13或增量磁道23的磁场的切向分量的相位变化。为了清楚起见，在图2至图4中未示出精确的磁场传感器布置。简而言之，可以假设能够从相关联的码元14、24读取磁场相位信息的相应磁场传感器16位于每个码元14.1至14.4、24.1至24.4的表面内。

第一材料标尺12a包括多个第一磁性码元，其中仅示出了码元14.1至14.4。第二材料标尺22包括多个第二磁性码元，在图4中仅示出了码元24.1至24.4。第一材料标尺12a形成绝对磁道13，而第二材料标尺22表示增量磁道23。

码元24.1至24.4以相等的距离布置并且在增量磁道23上没有横向偏离。第二码元24.1至24.4限定了在绝对磁道13上距离参考位置18.1至18.4的纵向位置，其在图3和图4中由虚线图示。因此，参考位置18.1至18.4具有与第二码元24.1至24.4相同的纵向位置。

然而，每个第一码元14.1至14.4没有精确地布置在相关联的参考位置18.1至18.4处，而是相对于相应的参考位置18.1至18.4具有相应的编码偏离量。当码元14.3在由绝对磁道13的方向箭头限定的方向上偏离时，码元14.1、14.2和14.4在相反的方向上偏离。可以将代码的相应字符分配给相应的编码偏离量。在根据图4的实施方式中，该代码是二进制代码，其中字符“1”被分配给码元14.3，而字符“0”被分配给码元14.1、14.2和14.4。在图示的情况下，将代码字编码为二进制代码0010，将其分配给绝对位置。通过增加所考虑的码元的数量，根据应用的规格可以实现材料标尺的长度的增加，绝对位置在该长度内是明确的。

考虑到图4的示例性实施方式，通过相应的磁场传感器布置同时对四个第一码元14.1至14.4或四个第二码元24.1至24.4中的每一个进行采样。可以从第一码元14.1至14.4相对于参考位置18.1至18.4或第二码元24.1至24.4的编码偏离量对由四个字符组成的相应代码字进行解码。当材料标尺相对于磁场传感器布置的位移位置变化时，该代码字变化，这是因为作为新位置的结果，传感器单元捕获并解码了不同的第一码元和第二码元。通过选择由材料标尺12a表示的合适的字符序列，为材料标尺12a或22的每个增量编码不同的代码字，从而可以由此确认绝对位置。

图5示出了绝对值编码器10.4的另一示例性实施方式。再次选择了侧视图。其包括限定绝对磁道13的第一材料标尺12a，以及与此平行的限定增量磁道23的第二材料标尺22。为了简化图示，绝对磁道13和增量磁道23被示出位于彼此上方，而磁通量被示出为穿透一个在另一个后面的两个磁道13、23的码元14、24。然而，通常，它们彼此平行地布置在公共平面中，并且被正交于该平面的磁通量平行地穿透，而在该平面上方的磁场传感器布置15覆盖并对两个磁道13、23进行采样。这两个材料标尺包括在测量磁极26的第一磁场传感器布置15a和第二磁场传感器布置15b的区域中，该测量磁极26生成由场线图示的磁性测量场，其被材料标尺12a、12b的码元14、24偏转。测量磁极26可以是永磁体磁极或电磁体构造的磁极，并且可以有利地提供静磁场，然而也可以想到随时间变化的磁场。码元14、24具有铁磁特性，并且由于其软磁特性而被磁性测量场暂时磁化。这些也可以例如表示铁磁材料中的凹槽。仅需要将它们配置成对测量磁极26之间的磁通量产生影响。虽然码元24.1、24.2、24.3等沿着增量磁道23等距布置，但是码元14.1、14.2、14.3等各自沿着绝对磁道13相对于码元24向前或向后偏离了预定的步长。偏离量对1或0的二进制信息单元进行编码；在该示例性实施方式中，沿着绝对磁道13的正偏离量对应于1，而负偏离量对应于0。第二磁场传感器布置15b的磁场传感器16S1、S2、S3等沿着增量磁道23被分配给第二材料标尺22的每个码元24，以及在沿着绝对磁道13a的相同位置处，第一磁场传感器布置15a的磁场传感器16AS1、AS2、AS3等被分配给每个码元14。为了说明通过第一磁场传感器布置15a和第二磁场传感器布置15b进行的磁场测量的操作模式，在每种情况下，在材料标尺22和材料标尺12a上分别图示了在磁性测量极26之间形成的磁场的切向分量H_tan的振幅曲线28a、28b。沿着增量磁道23，振幅曲线28b的具有波长为λ的周期，其也可以表示为360°或2π的相位。还显示对应的标尺。虽然沿着增量磁道的等距布置的码元24的磁场的切向分量的振幅曲线28b是正弦曲线形，并且当材料标尺22移动时，每个磁场传感器S1、S2、S3等都会因此测量到几乎相同的正弦曲线，但是由于在从二进制信息1到0的转换处的码元14的非等距布置，并且由于由第一磁场传感器布置15a等的磁场传感器AS1、AS2、AS3测量的振幅曲线28a的所确认的相位与由磁场传感器布置15b的磁场传感器S1、S2、S3测量的振幅曲线28b的相位不同，沿绝对磁道12a的切向分量的振幅曲线28a畸变。磁场传感器组15a、15b之间的相位角的差值用于评价指示码元14的绝对位置的二进制代码字。

基于另外的图6和图7中的实施方式来解释编码偏离量的确认，其中，出于简化的原因，省略了码元14的参考位置的编码偏离量的图示。

在图2的示例性实施方式10.1的基础上，图6表示另一示例性实施方式10.5，其具有限定绝对磁道13的材料标尺12a，并且器码元14相对于彼此的相对间距表示标记绝对位置的PRBS代码字。码元14被布置在两个测量磁极26之间，其中，出于说明的目的，绘制了磁力线的路径，以便表示受码元14影响的磁场。在没有码元的情况下，磁场线将是竖向的，并且切向分量H_tan＝0。由于存在码元，磁场线畸变，从而出现了带有振幅曲线28(以图示方式示出)的可测量的切向分量。沿着码元，图示了由磁场传感器布置15测量的具有平均波长λ和相关联的相位角的切向磁性分量H_tan的振幅曲线。为此目的，磁场传感器布置15包括磁场传感器16.1、16.2、16.3以及更多未示出的磁场传感器，它们的数量对应于PRBS代码的位深度，并且以周期λ等距地布置。磁场传感器16以周期λ等距地布置，并且因此每个可以被分配给一个码元14。它们被设计为测量切向分量H_tan的振幅。在相邻码元14按照一个波长λ的间距等距布置的情况下，实际上在相邻码元14的切向分量H_tan的振幅曲线中没有出现相位差，从而可以推断出两个相邻码元14中的相同的二进制信息。如果在相邻的码元14中测量相位步长，则存在码元14的不同二进制信息，使得通过比较相邻的码元14的相位，可以确认指示绝对位置的代码字。

为了通过磁场传感器16确定码元14的相位信息，并且为了提高相位确认中的测量精度，每个磁场传感器16包括多个、有利是四个的半电桥17，其结构是在图8和图9中更详细地图示。半电桥17的对分别以λ/2的间距布置，并且测量切向分量的正弦分量S11、S12，并且两个半电桥17以λ/4的间距与这些半电桥S11、S12相对地布置，并且彼此之间又具有λ/2的间距，使得可以测量切向分量的余弦分量C11、C12。为了提高信号精度，将两个正弦形半电桥S11、S12和两个余弦形半电桥C11、C12的测量信号与正确的相位组合在一起。因此，由下式得出码元14在磁场传感器16的区域中的相位角

和相对位置：

通过比较每个码元14在磁场传感器16的测量区域中的相对位置，可以读取二进制信息，并且在磁场传感器布置15中具有足够高数量的磁场传感器16的情况下，可以确定绝对位置。这可以由未详细描述的评价单元来确定，该评价单元执行必要的反正切运算并确定编码偏离量，并由此对字符进行解码。通过同时评价代码的所有字符，可以将PRBS代码字分配给绝对值标尺，从而确定绝对位置。

基于图6的示例性实施方式10.5，图7示出了另一实施方式10.6，其中，作为对图6所示的绝对值编码器10.5的修改，码元14在每种情况下由两个相邻的具有交变磁极化的磁极26形成。因此，具有交变极化的测量磁极26.1至26.5的链限定了绝对磁道13，其中在每种情况下，两个相邻的测量磁极26产生一个码元14。因此实现将磁性测量磁极26.1和26.2分配给复合码元14.1a、14.1b。对应的考虑适用于码元14.2及向前。通过测量磁极26的不同长度可以进行编码。磁场传感器布置15包括一行等距布置的磁场传感器16.1、16.2和更多，其中磁场传感器的数量限定位深度，即位置信息的数字解析度。每个磁场传感器16.1包括四个半电桥S11、S12、C11、C12，它们可以以上述方式确定码元14在磁场传感器16的采集范围内的相对位置，并因此可以确认码元14的数字信息。

图8a、图8b和图9示出了根据另一示例性实施方式的绝对值编码器10.7，例如可以在图6和图7的实施方式10.5和10.6中使用。在此，图8a和图8b示出了绝对值编码器10的局部截面，图9示出了绝对值编码器10的完整图示，其中，码元14相对于磁场传感器布置15的为λ/2的相对位移发生在图8a和图8b之间。绝对值编码器10.7包括具有多个第一磁性码元的第一材料标尺12，对于该示例性实施方式，仅考虑彼此相邻的九个第一码元14.1至14.9，其中，图8a、图8b仅示出了第一码元14.1、14.2、14.8和14.9，并且为了清楚起见，省略了第一码元14.3至14.7。另一方面，图9示出了绝对值编码器10.7的完整范围。

绝对值编码器10.7还包括第一磁场传感器布置15，其被设计用于对第一码元进行采样。第一磁场传感器布置15包括总共34个半电桥17.1至17.34，每个半电桥包括在相反意义上互连的两个磁阻电阻器元件20。在图8a、图8b中，仅图示了半电桥17.1至17.7和17.29至17.34，并且为了清楚起见省略了半电桥17.8至17.28。在相反意义上的互连由电阻器元件20的区域中的小箭头指示。箭头指示当切向场指向箭头方向时，电阻器元件的电阻与切向场H_tan成比例地下降。半电桥17.1至17.32分别被分配给总共八个磁场传感器16.1至16.8中的一个，使得磁场传感器16.1至16.8中的每个包括四个半电桥。两个另外的半电桥，即半电桥17.33和17.34，属于最后一个磁场传感器16.8，并且用于消除其测量值的歧义。

测量电桥17.1至17.34连接到公共电源电压VCC和公共接地GND。此外，可以在半电桥17.1至17.34的测量点处访问相应的测量信号或测量电压，这些测量点从1至34进行编号。相应的线可以连接至未示出的评价单元。

在磁场传感器16.1至16.8处，具有奇数个参考指标的半电桥形成第一半电桥对，而具有偶数个指标的半电桥形成第二半电桥对。还图示了由码元14所生成的漏磁场的切向分量的正弦曲线。

为此目的，在图8a所示的码元14相对于磁场传感器16.1处的半电桥17的位置中，半电桥17.1和17.3形成第一半电桥对，用于例如测量正弦分量，并且半电桥17.2和17.4形成第二半电桥对，用于测量磁场传感器16.1的余弦分量。磁场传感器16.2包括半电桥17.5至17.8，而磁场传感器16.8包括半电桥17.29至17.32。每个磁场传感器16的两对中的两个相邻半电桥(例如半电桥17.1至17.2)之间的距离正好是两个相邻(非偏离)的码元14.1至14.8(即参考位置)之间的距离的四分之一，并且因此是λ/4的距离，并且每个磁场传感器16的测量电桥的每一对半电桥(例如，17.1和17.3或17.2和17.4)的半电桥距离为参考位置的距离的一半，即λ/2的距离。

从图8a可以很容易地看出，此时码元14.1的边缘位于半电桥17.1和17.3的区域中，并且半电桥17.2和17.4位于码元14.1的中心，或位于两个码元14.1和14.2之间。半电桥17.2位于码元14.1的中间位置，而半电桥17.4位于码元14.1和14.2之间的分隔区域内。在图8b中，码元14相对于磁场传感器布置15向左移位了λ/2的距离(即码元14的宽度)。为了确定由现在开发的码元14生成的漏场的相位，现在可能的是，为了实现与图8a相同的漏场的半电桥分配，将半电桥17.3至17.6分配给磁场传感器16.1，并且以同样的方式将半电桥17.7至17.10分配给磁场传感器16.2，最后将半电桥17.31至17.34分配给磁场传感器16.8。

由此清楚的是，随着材料标尺12、22相对于磁场传感器布置15的移动，半电桥17到磁场传感器16(其例如包括用于确定相位角的每4个相邻定位的半电桥17)的分配可以变化以优化传感器精度。就此而言，通过半电桥17到磁场传感器16的分配的电子“转换切换”，磁场传感器布置15可以相对于材料标尺12、22“虚拟地移动”至少λ/4或λ/2的距离，以便实现提高的传感器精度。

由于仅旨在参考图8a、图8b和图9解释磁场传感器布置15的构造原理，因此码元14.1至14.9被示出为没有相应的编码偏离量。通过举例对第一磁场传感器16.1更详细地解释作用模式。具有半电桥17.1和17.3的第一半电桥对形成全电桥，可以在测量点1和3处访问其测量电压。具有半电桥17.2和17.4的第二测量电桥对也形成全电桥，可以在测量点2和4处访问其测量电压。全电桥被设计成使得可以进行一种差分测量。如上文已经指出，可以通过针对每个码元的反正切计算来确定相位。

当磁场传感器16.1-16.8位于码元14.1-14.8上方时，可以精确地进行明确的解码。然而，当磁场传感器16.1-16.8位于码元14.1-14.9之间时，无法明确地读取不同偏离量之间的转换。在这种情况下，磁场传感器16.1-16.8被分配给在此时偏离了λ/2的半电桥。例如，磁场传感器16.8与半电桥17.29-17.32无关，而是替代地与半电桥17.31-17.34有关；这一点在图8a和图8b的比较中可得以澄清。

这是因为每当两个相邻的码元具有不同的编码偏离量时，例如，在14.2处为

并且在14.3处为

时，带有半电桥17.5、17.6、17.7、17.8的传感器16.2在从14.2移到14.3时穿过可测量的偏离量恰好是

和

之间的平均值的区域。此处无法做出其是0还是1的决定。这尤其是由于以下事实：传感器16.2恰好位于两个码元之间，并且不知道其是属于左侧的码元还是右侧的码元。借助合适的标准，评价单元可以指定在这种情况下是否仅评价基于半电桥17.6和半电桥17.5以及(如果相关)17.8的信号值。

替代地，代替半电桥17.5-17.8，半电桥17.7、17.8、17.9和17.10也可以用于磁场传感器16.2。在这种情况下，可以将这四个半电桥明确地分配给码元14.3。半电桥17.3-17.6可类似地被分配给码元14.2。因此，可以信任在第一或第二测量位置处生成的测量信号。此外，通过评价或比较在半电桥17.3至17.10处或在测量点3至10处确认的测量电压，可以确认码元14.2和14.3的编码偏离量。例如，在图8b中，示出了该变化的分配。

其他磁场传感器16.1和16.3至16.8以对应的方式操作，使得通过磁场传感器布置15，可以为相应的绝对位置同时对八个码元进行采样。假定码元对二进制代码进行编码，则可以确认最多256个不同的代码字或绝对位置。

在此通过举例仅再现了码元14.1至14.9、24.1至24.4的相对大小。因此，单独的码元之间的中间空间(即，分隔区域的大小)因此可以更大或更小，包括当相对于码元进行相对考虑时。码元可以是矩形或正方形。绝对磁道和增量磁道之间的距离也可以大于或小于示例性实施方式中所示的距离。

附图标记列表

10 绝对值编码器

12，12a，12b 第一材料标尺

13 绝对磁道

14.1-14.9 第一码元

15、15a、15b 磁场传感器布置

16.1-16.8 磁场传感器

17.1-17.34 半电桥

18.1-18.4 参考位置

20 磁阻电阻器元件

22 第二材料标尺

23 增量磁道

24.1-24.4 第二码元

26 测量磁极

28 切向分量的振幅曲线

30 第一主体

32 第二主体

Claims (14)

1.一种用于确定相对于彼此能够移位的两个主体关于角位置或纵向位置(30、32)的绝对位置的磁性绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其具有：至少一个第一材料标尺(12、12a、12b)，其限定第一主体(30)上的绝对磁道(13)，所述材料标尺包括具有磁性特性的多个第一码元(14.1-14.9)；至少一个第一磁场传感器布置(15)，其用于对第二主体(32)上的由所述第一材料标尺(12、12a、12b)引起的漏磁场进行采样；以及评价单元，所述评价单元被配置成从所述第一磁场传感器布置(15、15a)接收测量信号，其特征在于，所述第一码元(14.1-14.9)中的每一个被布置为相对于虚拟参考位置(18.1-18.4)偏离相应的编码偏离量，特别是相对于虚拟参考位置(18.1-18.4)对称地偏离，所述虚拟参考位置(18.1-18.4)以1:1关系被分配给所述第一码元(14.1-14.9)，其中，所述虚拟参考位置(18.1-18.4)被限定为等距且沿所述绝对磁道(13)没有偏离，其中，每个第一码元(14.1-14.9)至少基于其编码偏离量对包括N个字符的代码中的一个特定字符进行编码，并且其中，所述评价单元被配置成基于所述测量信号来确认采样的第一码元(14.1-14.9)的编码偏离量以及由所述编码偏离量编码的所述字符。

2.根据权利要求1所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，P个顺序码元(14.1-14.9)分别对相应的代码字进行编码，其中，每个代码字在所述第一材料标尺(12、12a、12b)内是唯一的并且表示相应的绝对位置。

3.根据权利要求1或2所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，所述第一磁场传感器布置(15、15a)包括多个第一磁场传感器(16.1-16.8)，其被布置为使得所述第一磁场传感器(16.1-16.8)同时对用于所述第一材料标尺(12、12a、12b)的相应位置的多个相邻的第一码元(14.1-14.9)进行采样，使得每个磁场传感器(16.1-16.8)对相应的第一码元(14.1-14.9)进行采样。

4.根据权利要求2和3所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，所述第一磁场传感器(16.1-16.8)的数量等于或大于数量P。

5.根据前述权利要求中任一项所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，还具有第二材料标尺(22)，所述第二材料标尺(22)具有多个等距的第二磁性码元(24.1-24.4)，所述第二材料标尺(22)限定增量磁道(23)，并且提供了用于对所述第二材料标尺(22)进行采样的第二磁场传感器布置(15b)，其中，所述增量磁道(23)平行于所述绝对磁道(13)延伸并与所述绝对磁道(13)相距一定距离，其中，每个虚拟参考位置(18.1-18.4)关于其在所述绝对磁道(13)上的纵向位置由至少一个分配的第二码元(24.1-24.4)在所述增量磁道(23)上的纵向位置来确定，并且其中，所述评价单元被配置成从所述第二磁场传感器布置(15b)接收测量信号，并根据其确认所述虚拟参考位置(18.1-18.4)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，对相应字符的编码是基于所述编码偏离量的振幅和/或方向进行的。

7.根据权利要求6所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，每个第一码元(14.1-14.9)和/或每个第二码元(24.1-24.4)包括永磁体，其中，相应码元(14.1-14.9、24.1-24.4)的磁极性能够通过所分配的磁场传感器布置(15、15a、15b)进行检测，并且对相应字符的编码还基于所述极性进行。

8.根据前述权利要求中任一项所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，所述编码偏离量包括沿着所述绝对磁道(13)的纵向分量和/或横向分量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，至少所述第一磁场传感器布置(15、15a、15b)包括至少一个磁场传感器(16.1-16.8)，其中，每个磁场传感器(16.1-16.8)包括多个、特别是两个或四个磁阻电阻器元件(20)，所述磁阻电阻器元件(20)相互连接以形成至少一个惠斯通测量电桥、特别是半惠斯通电桥(17.1-17.34)或完整的惠斯通电桥。

10.根据权利要求9所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，所述电阻器元件(20)是方向敏感的AMR、GMR或TMR电阻器元件，其电阻随着平行于偏离方向的磁场分量线性地变化，或者其电阻取决于磁场的角度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，所述磁场传感器布置(15、15a、15b)包括至少一个磁场传感器(16.1-16.8)，其中，每个磁场传感器(16.1-16.8)至少被配置成在所述绝对磁道(13)的延伸方向上生成用于第一测量位置的第一测量信号和用于距所述第一测量位置一定距离的第二测量位置的第二测量信号，其中，所述测量位置的距离小于相邻的虚拟参考位置(18.1-18.4)的距离，特别是小于或等于相邻的虚拟参考位置(18.1-18.4)的距离的一半，特别是等于相邻的虚拟参考位置(18.1-18.4)的距离的四分之一，并且其中，所述评价单元被配置成基于所述第一测量信号或所述第二测量信号来确认所述编码偏离量，将预定的标准考虑在内。

12.根据权利要求9和11所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，每个磁场传感器(16.1-16.8)包括至少两对半惠斯通电桥(17.1-17.34)，其中，第一对半惠斯通电桥被分配到所述第一测量位置，并且第二对半惠斯通电桥被分配到所述第二测量位置。

13.根据权利要求12所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，沿所述材料标尺(12、12a、12b、22)的延伸方向观察，所述第一对半惠斯通电桥中的一个半惠斯通电桥(17.1-17.34)和所述第二对半惠斯通电桥中的一个半惠斯通电桥(17.1-17.34)交替布置。

14.根据前述权利要求中任一项所述的绝对值编码器(10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7)，其特征在于，在两个相邻的码元(14.1-14.9、24.1-24.4)之间设置相应的分隔区域。

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