CN114689092A - 感应式位置编码器的感测绕组配置 - Google Patents

Abstract

一种感应型位置编码器包含标尺、检测器部分和信号处理器。所述标尺包含沿测量轴布置的具有空间波长W1的信号调制元件(SME)的周期性图案。所述图案中的SME包括类似的导电板或回路。所述检测器部分包括感测元件和生成变化磁通量的场生成线圈。所述感测元件可以包括沿所述测量轴布置并被配置成提供检测器信号的导电回路部分，所述检测器信号响应于对由相邻SME提供的所述变化磁通量的局部影响。在各个实施方案中，沿所述测量轴方向的平均尺寸DSME为至少.55*W1且至多0.8*W1的SME与所述沿测量轴方向的平均尺寸为至少0.285*W1且至多0.315*W1的感测元件组合，这会提高检测器信号精度。

Description

感应式位置编码器的感测绕组配置

技术领域

本公开涉及测量仪器，并且更具体地说，涉及可以在精密测量仪器中使用的感应式位置编码器。

背景技术

各种编码器配置可以包含各种类型的光学、电容、磁性、电感、移动和/或位置传感器。这些传感器使用读取头中的发射器和接收器的各种几何配置来测量读取头和标尺之间的移动。

美国专利第6,011,389号('389专利)和第6.124,708号('708专利)描述了可用于高精度应用的感应电流位置传感器；美国专利第5,973,494号('494专利)和第6,002,250号('250专利)描述了增量位置感应式卡尺和线性标尺，包含信号生成和处理电路；并且美国专利第5,886,519号('519专利)、第5,841,274号('274专利)和第5,894,678号('678专利)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。美国专利第10,520,335号('335专利)、第10,612,943号('943专利)和第10,775,199号('199专利)公开了绕组配置的改进，这些改进有助于提高感应式位置编码器的精度、稳健性和易于对准。所有前述专利均在此通过引用整体并入本文。如这些专利和申请中所述，感应电流传感器可以使用印刷电路板技术制造并且在很大程度上不受污染。然而，此类系统在提供用户所需特征的某些组合的能力方面可能受到限制，如紧凑大小、高分辨率、精度、低成本、抗污染性等的组合。提供这些特征的改进组合的编码器配置将是令人期望的。

发明内容

提供本概述以便以简化的形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题范围的辅助手段。

提供了一种电子位置编码器，其可用于测量沿测量轴方向的两个元件之间的相对位置。在各个实施方案中，所述电子位置编码器包含标尺、检测器部分和信号处理配置。

所述标尺沿所述测量轴方向延伸并且包含周期性标尺图案，所述周期性标尺图案包括至少第一类信号调制元件。所述周期性标尺图案具有空间波长W1。所述第一类信号调制元件包括沿对应于所述空间波长W1的所述测量轴方向定位的类似导电板或类似导电回路。所述检测器部分被配置成靠近所述周期性标尺图案安装并且相对于所述周期性标尺图案沿所述测量轴方向移动。在各个实施方案中，所述检测器部分包含场生成线圈和感测元件集合。所述场生成线圈固定在基板上并围绕内部面积，所述内部面积在操作期间与信号调制元件的所述周期性标尺图案对准。如本文所使用的，在各个实施方案中，术语“围绕”可表示完全围绕或部分围绕。唯一的限制在于，所述场生成线圈被配置成响应于线圈驱动信号以支持根据本文公开和要求保护的原理的操作的方式在所述内部面积中生成变化磁通量。所述感测元件集合沿所述测量轴方向布置并固定在所述基板上。所述感测元件集合的成员包括限定感测元件有效面积EffASEN的导电回路或导电回路部分，所述EffASEN对应于其感测元件的与由所述场生成线圈围绕的所述内部面积对准或重叠的那部分。所述感测元件集合被配置成提供检测器信号，所述检测器信号响应于对由所述标尺图案的相邻信号调制元件提供的所述变化磁通量的局部影响。所述信号处理配置可操作地连接到所述检测器部分以提供所述线圈驱动信号并基于从所述检测器部分输入的检测器信号确定所述检测器部分和所述标尺图案之间的相对位置。

所述第一类信号调制元件(SME)包含在操作期间与所述内部面积对准或重叠的SME有效区域EffRSME。在各个实施方案中，根据特征的组合配置所述电子位置编码器，其中：所述SME有效区域EffRSME被配置成具有沿所述测量轴方向的平均尺寸DSME，其中DSME为至少0.55*W1且至多0.8*W1；并且与所述内部面积对准或重叠的所述感测元件有效面积EffASEN具有沿垂直于所述测量轴方向的y轴方向的有效y轴尺寸EffYSEN和沿所述测量轴方向的最大尺寸DSENmax，并且被配置成提供沿所述测量轴方向的至少0.285*W1且至多0.315*W1的感测元件平均尺寸DSENavg＝(EffASEN/EffYSEN)。根据本文公开的原理，这种配置提供有利的检测器信号特性(例如，通过在检测器信号中提供更好的信噪(S/N)比和/或减少的误差分量)。

在一些实施方案中，所述感测元件平均尺寸DSENavg有利地为至少0.29*W1且至多0.31*W1。

在一些实施方案中，DSENmax可以为至少0.285*W1且至多0.5*W1。

在一些此类实施方案中，限定所述有效面积EffASEN的所述导电回路或导电回路部分包括彼此分开定位在所述最大尺寸DSENmax处并且沿所述y轴方向直线延伸的y方向段，并且具有至少0.14*EffYSEN的y轴尺寸YSEG。

在一些此类实施方案中，DSENmax名义上为0.5*W1。在其它此类实施方案中，所述y方向段尺寸YSEG沿所述-y轴方向跨越整个内部面积并且所述y方向段在所述最大尺寸DSENmax处沿所述测量轴方向彼此间隔开，其中DSENavg＝DSENmax，并且DSENMax为至少0.285*W1且至多0.315*W1。

在一些实施方案中，所述平均尺寸DSME为至少0.6*W1、或0.66*W1或0.7*W1(例如，当在所述检测器和所述标尺之间使用更大的操作间隙时，和/或当所述第一类信号调制元件包括所述类似导电板时，使用更大的DSME值可能是有利的)。

在各个实施方案中，所述第一类信号调制元件可以包括类似导电板。在各个实施方案中，所述第一类信号调制元件可以包括类似导电回路。

在各个实施方案中，第二类信号调制元件沿所述测量轴方向定位在所述第一类信号调制元件之间。与所述第一类信号调制元件相比，所述第二类信号调制元件被配置成对所述变化磁通量具有相对较小的影响。在一些实施方案中，所述第二类信号调制元件包括非导电材料的区域。在一些此类实施方案中，所述第二类信号调制元件包括非导电标尺基板的区域，其中所述第一类信号调制元件固定在所述非导电标尺基板上。

在各个实施方案中，所述检测器部分和所述标尺可以包含近似平面的基板，并且所述检测器部分可以被配置成以至少0.075*W1的其各自的导体之间的标称操作间隙近似平行于所述周期性标尺图案进行安装。在一些此类实施方案中，所述标称操作间隙可以为至少0.15*W1。

在一些实施方案中，所述第一类信号调制元件的所述类似导电板或类似导电回路可以分别包括垂直于所述测量轴方向轴线方向定向的近似平行的板边缘或近似平行的导电回路段。那些平行的板边缘或平行的导电回路段限制其相关信号调制元件的有效区域。在此类实施方案中，那些平行的板边缘或平行的导电回路段沿所述测量轴方向以所述平均尺寸DSME间隔开。

在一些实施方案中，W1至多为2毫米。在一些实施方案中，W1至多为1.5毫米。

附图说明

通过下面的附图本领域技术人员将对本公开内容有更好的理解，并且更能清楚地体现出本公开内容的优点。这里描述的附图仅为了所选实施例的说明目的，而不是全部可能的实施方式并且旨在不限定本公开内容的范围。

图1是利用包含检测器部分和标尺的感应式电子位置编码器的手动工具型卡尺的分解等距视图。

图2是平面图，其示意性地示出了代表性现有技术感应式电子位置编码器的某些特征，呈现为与本文公开的各种原理相关的背景信息。

图3是可以在电子位置编码器(如图1所示的电子位置编码器)中使用的检测器部分和标尺图案的实施方案的平面图，其中根据本文公开的原理的信号调制元件与“不太理想的”先前已知的感测元件以及可以根据本文公开的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸一起示出。

图4是图3所示检测器部分和标尺图案的一部分的放大等距视图，包含可能与此类位置编码器中信号调制元件的操作相关联的磁通量和通量耦合特性的定性表示。

图5A和5B是示意性地示出类似于图3中所示的实施方案的相应信号调制元件和感测元件实施方案的某些方面的平面图，包含某些示例性尺寸的附加实例，所述示例性尺寸可以根据本文公开的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征。

图6是示出根据本文公开的原理配置和组合以在电子位置编码器(如图1所示的电子位置编码器)中使用检测器部分和标尺图案的感测元件和信号调制元件的第一示例性实施方案的某些方面的平面图，以及可根据本文公开的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸的附加实例。

图7是示出根据本文公开的原理配置和组合以在电子位置编码器中使用检测器部分和标尺图案的感测元件和信号调制元件的第二示例性实施方案的某些方面的平面图，以及可根据本文公开的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸的附加实例。

图8是示出根据本文公开的原理配置和组合以在电子位置编码器中使用检测器部分和标尺图案的感测元件和信号调制元件的第三示例性实施方案的某些方面的平面图，以及可根据本文公开的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸的附加实例。

具体实施方式

图1是手动工具型卡尺100的分解等距视图，其包含标尺构件172和滑块组合件120。标尺构件172可以包括大致矩形横截面的翼梁，所述翼梁包含定位在其中的凹槽中的标尺170。滑块组合件120可以包含底座140、电子组合件160和盖150，下面将更详细地描述。电子组合件160可以包含布置在基板162上的检测器部分167和信号处理配置166。弹性密封件(未示出)可以被压缩在盖150和基板162之间以排除来自电路系统和连接的污染。标尺170、检测器部分167和信号处理配置166协同工作以提供感应式电子位置编码器，其可用于沿测量轴方向MA测量两个元件之间(例如，标尺构件172和滑块组合件120之间)的相对位置。

在各个实施方案中，标尺170沿测量轴方向MA(例如，对应于x轴方向)延伸并且包含信号调制标尺图案180，其包括在标尺基板上制造的信号调制元件SME(例如，使用已知的印刷电路制造方法)。在本文所示的各个实施方案中，信号调制标尺图案180可以可替代地被称为周期性标尺图案180，其在图1中示出为具有空间波长W1。在所示实施方案中，已知类型的覆盖层174(例如，100μm厚)覆盖标尺170(如图1中的切除部分所示)。

在各个实施方案中，卡尺100的机械结构和操作可以类似于某些现有电子卡尺的机械结构和操作，如共同转让的美国专利第5,901,458号；和/或第6,400,138号和/或第RE37490号中所述，所述专利中的每一个均通过引用整体并入本文。靠近标尺构件172的第一端的爪176和178以及滑块组合件120上的可动爪146和148用于以已知方式测量物体的尺寸。测量的尺寸可以显示在数字显示器158上，所述数字显示器安装在电子组合件160的盖150内。如果需要的话，盖150还可以包含开/关开关154和其它任选的控制按钮，所述控制按钮致动包含在电子组合件160中的电路或元件。滑块组合件120的底座140可以包含各种已知元件，这些元件被配置成沿着标尺构件172的配合边缘引导它，以确保正确对准以进行测量，同时相对于标尺170移动滑块组合件120。

如图1所示，检测器部分167可以包含场生成线圈FGC和沿测量轴方向MA布置的感测元件集合SETSEN。在一个具体的说明性实例中，检测器部分167可以平行于并且面向标尺170布置，并且面向标尺170的检测器部分167的正面可以沿Z轴方向与标尺170(和/或标尺图案180)分开0.5mm数量级的间隙。检测器167的正面(例如，其组成导体)可以被绝缘涂层覆盖。下文更详细地描述了场生成线圈FGC和感测元件集合SETSEN的结构和操作。

应当理解，图1中所示的卡尺100是通常实施电子位置编码器的各种应用之一，所述电子位置编码器已经发展了多年以提供紧凑大小、低功耗操作(例如，延长电池寿命)、高分辨率和高精度测量、低成本、抗污染性等的相对优化组合。例如，在提高进化精度、成本效益设计和制造方面可能更具挑战性的其它应用包含中精度和高精度数字“表盘”指示器(例如，分别提供10微米和1微米量级的精度)。在任何这些应用中，即使对这些因素中的任何一个进行小的改进也是非常需要的，但这是难以实现的，特别是考虑到为了在各种应用中获得商业成功而强加的设计限制。本文公开和要求保护的原理为各种应用提供了许多这些因素的改进。

图2是平面图，其示意性地示出了先前并入的'389专利中所示的代表性现有技术感应式电子位置编码器的某些特征，呈现为与本文别处公开的各种原理相关的背景信息。图2进一步包含附图标记注释，以示出用于指定此处包含的其它图中的可比较元件的可比较附图标记或符号。在以下基于'389专利公开内容的简要说明中，本公开的其它图中的可比较附图标记显示在来自'389专利的原始附图标记之后的括号中。与现有技术图2相关的完整描述可以在'382专利中找到。因此，此处仅包含简短描述，所述简短描述包含与本公开相关的来自'382专利的教导。就发明人已经能够确定的而言，下文参考图2概述的教导代表了本领域中已知的和/或在商业感应式电子位置编码器中使用的常规推理和常规设计实践。

如'389专利中所公开的，传感器(如图2中所示的传感器)包含至少两个基本上共面的导线或绕组路径。发射器绕组102(FGC)形成一个大的平面回路。接收器绕组104(SETSEN)与发射器绕组102在基本相同的平面中，以锯齿形或正弦模式在如箭头所示的一个方向上布置，然后在如箭头所示的相反方向上布置，使得绕组与自身交叉以形成相互插入的交替回路106(SEN+)和108(SEN-)，如图所示。结果，接收器绕组104(SETSEN)的交替回路106(SEN+)和108(SEN-)中的每一个回路与相邻回路相比具有不同的缠绕方向。通过向发射器绕组102(FGC)施加交流(变化)电流，发射器绕组产生时变磁场，其延伸穿过接收器绕组104(SETSEN)的回路106(SEN+)和108(SEN-)。

如果标尺或标尺图案112(180)(在图2中由指示交替的长点划线和短点划线的边缘勾勒出其段的轮廓)，包含导电物体(例如，导电板114(SME)，在图2中的标尺图案112上使用短虚线勾勒出其中的几个)移动靠近传感器时，发射器绕组102(FGC)生成的变化磁场将在导电物体中感应出涡流，这进而会从物体中建立一个磁场，所述磁场抵消变化的发射器磁场。结果，接收器绕组104(SETSEN)接收的磁通量被改变或中断，从而导致接收器绕组在接收器绕组104的输出端V+和V-处输出非零EMF信号(电压)，这将随着导电物体在“+”回路106(SEN+)和“-”回路108(SEN)之间移动而改变极性。

具有相同极性的两个回路的位置之间(例如，回路106(SEN+)的位置与下一个回路106(SEN+)的位置之间)的距离被定义为传感器的间距或波长110(W1)。可以看出，每个回路106(SEN+)和/或108(SEN-)因此具有沿测量轴方向300的长度或最大尺寸0.5*W1。如果上述导电物体(例如，导电板114(SME))靠近接收器绕组104(SETSEN)并在沿测量轴300(MA)的位置中连续变化，由于回路106(SEN)和108(SEN)的周期性变化以及由导电物体(导电板114(SME))引起的传输磁场的局部破坏，从接收器绕组(SETSEN)输出的信号的AC幅度将随着波长110(W1)连续和周期性地变化。

'389专利强调，如果导电物体(例如，导电板114(SME))远小于或大于回路106和/或108(SEN+、SEN-)，则信号输出的幅度将是弱的，并且高精度将难以获得。如果信号输出的长度等于波长110(W1)的约一半(即，当物体可能与回路106或108(SEN+或SEN-)完全重合时)，则信号输出将具有大的幅度，并且因此对导电物体(例如，导电板114(SME))的位置最为敏感。因此，本发明('389专利)优选地采用长度(沿x轴方向)等于波长110(W1)的一半的导电物体(例如，导电板114(SME))。

应当理解，图2中所示和上文描述的发射器绕组102(FGC)和接收器绕组104(SETSEN)是在本文中被指定为检测器部分(例如，图1中所示的检测器部分167)的元件的现有技术实施方案的一个实例。标尺或标尺图案112(180)是在本文中被指定为标尺图案(例如，图1中所示的标尺图案180)的现有技术实施方案的一个实例。

图3是可在电子位置编码器(如图1所示的电子位置编码器)中使用的检测器部分367和标尺图案380的实施方案的平面图，其中为清楚起见，根据本文公开的原理的信号调制元件SME与先前已知的“不太理想的”感测元件SEN组合示出。图3还介绍了可以根据本文公开的原理表征信号调制元件SME和感测元件SEN的特征的各种尺寸。下文参考图6、7和8进一步描述了根据本文公开的原理的更理想的感测元件SEN。

检测器部分367和标尺图案380的各个特征被配置成满足本文公开和要求保护的各种设计原理，特别是关于信号调制元件SME。应当理解，除非另有说明，否则图3的某些带编号组件3XX可以对应于与图1和/或图2的类似带编号组件1XX类似的操作或功能和/或提供所述类似的操作或功能(例如，检测器部分367提供与检测器部分167类似的操作或功能)，并且可以类似地理解。

图3可被视为部分代表性、部分示意性的。检测器部分367和标尺图案380的放大部分在图3的下部示出。在图3中，下文描述的各个元件由它们的形状或轮廓表示，并且显示为彼此叠加以强调某些几何关系。应当理解，根据需要，各个元件可以位于沿z轴方向定位在不同平面处的不同制造层上，以提供各种操作间隙和/或绝缘层，基于以下描述和并入的参考文献，这对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。在本公开的所有附图中，应当理解，为了清楚起见可能夸大了一个或多个元件的图示的x轴、y轴和/或z轴尺寸，但是将理解的是，它们并不旨在与本文公开和要求保护的各种尺寸设计原则和关系相矛盾。

标尺图案380的图示部分包含第一类信号调制元件SME，其以虚线轮廓示出并带有点填充。周期性标尺图案380具有空间波长W1。在此实施方案中，第一类信号调制元件SME包括类似的导电板(例如，由在印刷电路板上制造的区域形成，或者由从导电基板延伸的凸起区域形成)。然而，在其它实施方案中，它们可以包括类似的导电回路(例如，由印刷电路板上的迹线形成)，如下文更详细描述的。在任一种情况下，它们都沿着与空间波长W1对应的测量轴方向MA定位。标尺图案380通常在标尺(例如，图1中所示的标尺170)上实施。大多数信号调制元件SME的y方向极值隐藏在图3所示的实施方案中的场生成线圈FGC的第一细长部分EP1和第二细长部分EP2下方(例如，如在'335、'943和'199专利中所述)。应当理解，标尺图案380在操作期间相对于检测器部分367移动，如图1所示。

在图3的实例中，标尺图案380具有沿y轴方向的标称标尺图案宽度尺寸NSPWD并且包括沿测量轴方向MA(例如，对应于x轴方向)周期性布置的大致矩形信号调制元件SME。然而，更一般地，标尺图案380可以包括各种替代的空间调制图案，包含替代的信号调制元件配置，前提是该图案具有作为沿x轴方向的位置的函数而变化的空间特性，以便提供在检测器部分367中的感测元件集合SETSEN的感测元件SEN(例如，SEN14)中出现的位置相关的检测器信号(在一些实施方案中也被称为检测器信号分量)。

在各个实施方案中，检测器部分367被配置成靠近标尺图案380安装，并且相对于标尺图案380沿测量轴方向MA移动。检测器部分包含场生成线圈FGC和感测元件集合SETSEN，如本领域技术人员将理解的，其可以采用多种替代配置以与各个实施方案中的多种相应的信号处理方案组合使用。图3示出了代表性的感测元件集合SEN1-SEN24，在此实施方案中，其包括串联连接的感测回路元件(可替代地被称为感测线圈元件或感测绕组元件)。在此实施方案中，相邻的回路元件根据已知方法(例如，如图4所示)通过PCB的各个层上的导体配置连接(例如，通过馈通件连接)，使得它们具有相反的绕组极性。即，如果第一回路以正极性检测器信号贡献响应变化的磁场，则相邻回路以负极性检测器信号贡献响应。具有正极性检测器信号贡献的回路在本文中可被指定为SEN+感测元件，并且具有负极性检测器信号贡献的回路可在本文中的各种上下文中被指定为SEN-感测元件。在此实施方案中，感测元件串联连接，使得它们的检测器信号或信号贡献被求和，并且“求和的”检测器信号在检测器信号输出连接SDS1和SDS2处被输出到信号处理配置(未示出)。

尽管图3示出了单个感测元件集合以避免视觉混淆，但应当理解，在各个实施方案中，如本领域的普通技术人员将理解的，将检测器配置成在不同的空间相位置处提供一个或多个附加的感测元件集合(例如，类似于SETSEN)是有利的(例如，以提供正交信号)。然而，应当理解，本文描述的感测元件的配置仅是示例性的，而不是限制性的。作为一个实例，在一些实施方案中，单独的感测元件回路可以将单独的信号输出到相应的信号处理配置，例如，如美国专利第9,958,294号中所公开的，所述专利的全部内容通过引用并入本文。更一般地，在各个实施方案中，各种已知的感测元件配置可以与本文公开和要求保护的原理组合使用，以与各种已知的标尺图案和信号处理方案组合使用。

感测元件集合SETSEN和场生成线圈FGC的各个构件可以固定在基板(例如，图1的基板162)上。场生成线圈FGC可以被描述为围绕内部面积INTA，所述内部面积具有沿x轴方向的标称线圈面积长度尺寸NCALD和沿y轴方向的近似YSEP的标称线圈面积宽度尺寸。内部面积INTA在操作期间与信号调制元件SME的周期性标尺图案380对准，大致如图所示。在所示实施方案中，场生成线圈FGC包括围绕内部面积INTA的单匝。然而，将理解的是，在各个其它实施方案中，场生成线圈FGC可以包括多个匝，和/或蜿蜒以操作地围绕(例如，操作地部分地围绕)与标尺图案380对准的内部面积INTA，以及操作地围绕(例如，操作地部分地围绕)与包含其它标尺图案的标尺轨道对准的其它内部面积，如在并入的参考文献中所公开的。在任何情况下，在操作中，场生成线圈FGC响应于线圈驱动信号在内部面积INTA中生成变化磁通量。在所示实施方案中，第一连接部分CP1和第二连接部分CP2可用于将来自信号处理配置(例如，图1的信号处理配置166)的线圈驱动信号连接到场生成线圈FGC。

感测元件集合SETSEN(例如，感测元件SEN1-SEN24)沿x轴方向(例如，对应于测量轴方向MA)布置并固定在基板(例如，图1的基板162)上。如图3所示，感测元件集合的成员包括导电回路或导电回路部分(例如，SEN1-SEN24)，其限定感测元件有效面积EffASEN，所述EffASEN对应于其感测元件的与由场生成线圈FGC围绕的内部面积INTA对准或重叠的那部分(即，感测元件的与INTA的尺寸YSEP对准或重叠的那部分)。在各个实施方案中，与内部面积INTA对准或重叠的感测元件有效面积EffASEN可以被描述为具有沿垂直于测量轴方向的y轴方向的有效y轴尺寸EffYSEN和沿测量轴方向(x轴方向)的最大尺寸DSENmax。在图3所示的特定实施方案中，有效y轴尺寸EffYSEN等于YSEP，因为感测元件SEN中的每一个沿y轴方向的最大感测元件尺寸YSENMAX超过YSEP，因此其有效面积EffASEN在整个尺寸YSEP上延伸。沿测量轴方向的最大尺寸DSENmax名义上为0.5*W1。然而，这些特性是特定于此实施方案的并且不是限制性的，并且在各个实施方案中可以是任选的(或不合需要的)，如下文参考图5B、6、7和8更详细地描述的。

通过其沿测量轴方向的感测元件平均尺寸DSENavg＝(EffASEN/EffYSEN)进一步表征感测元件有效面积EffASEN是有用的。对于图3所示的特定实施方案，DSENavg与DSENmax相同，因为元件有效面积EffASEN具有垂直于x轴方向的平行边。然而，这不必在所有实施方案中都如此，如下文参考图5B、6、7和8更详细地描述的。

感测元件集合SETSEN的成员被配置成提供检测器信号，所述检测器信号响应于对由标尺图案380的相邻信号调制元件SME(例如，一个或多个信号调制元件SME)提供的变化磁通量的局部影响。信号处理配置(例如，图1的信号处理配置166等)可以被配置成基于从检测器部分367输入的检测器信号来确定感测元件集合SETSEN相对于标尺图案380的位置。通常，场生成线圈FGC和感测元件集合SETSEN等可以根据已知的原理(如在并入的参考文献中描述的原理)进行操作(例如，对于感应式编码器)。

在各个实施方案中，场生成线圈FGC和感测元件SEN彼此绝缘(例如，定位在印刷电路板的不同层中等)。在一个此类实施方案中，感测元件SEN的最大感测元件y轴尺寸YSENmax有利地大于标称线圈面积宽度尺寸YSEP并且延伸超出细长部分EP1或EP2的内边缘一定的量，所述量被定义为重叠尺寸。此外，场生成线圈FGC可以有利地被配置成使得细长部分EP1和EP2沿y轴方向的迹线宽度大于相应的重叠尺寸。在各个实施方案中，细长部分EP1和EP2可以制造在印刷电路板的第一层上，并且感测元件SEN可以包括制造在印刷电路板的一个或多个层中的导电回路，所述导电回路包含与第一层不同的层，至少在重叠尺寸附近。然而，如下文进一步描述的，此类实施方案仅是示例性的而非限制性的。

如前所述，在一些实施方案中，场生成线圈FGC可以包括在印刷电路板上制造的一个或多个导电迹线，并且感测元件集合SETSEN的构件SEN可以包括由在印刷电路板上制造的导电迹线形成的磁通量感测回路或回路部分。如上文关于图1所述，在各个实施方案中，检测器部分367可以被包含在各种类型的测量仪器(例如，卡尺、千分尺、量规、线性标尺等)中。例如，检测器部分367可以固定到滑动构件，并且标尺图案380可以固定到具有与x轴方向一致的测量轴的梁或翼梁构件。在此类配置中，滑动构件可以可移动地安装在梁或翼梁构件上并且可以在沿x轴方向和y轴方向延伸的平面中沿测量轴方向MA移动，其中z轴方向与所述平面正交。

关于图3下部中所示的检测器部分367和标尺图案380的放大截面，其示出了感测元件集合SETSEN的三个示例性构件SEN14、SEN15和SEN16以及两个示例性信号调制元件SME，其以场生成线圈FGC的部分为界。在此实施方案中，感测元件可以由在电路板的第一层和第二层上制造的迹线形成，其间具有绝缘体层。“第一层”迹线显示为实线，并且“第二层”迹线显示为虚线。小箭头示出由场生成线圈FGC所产生的变化磁场在迹线中感应出的电流方向。可以看出，感测元件SEN14由于其相关的电流方向而可以被表征为“SEN+”极性回路，并且相邻的感测元件SEN15由于其相关的“相反极性”电流方向而可以被表征为“SEN-”极性回路。下一个相邻的感测元件SEN16可以被再次表征为“SEN+”极性回路，依此类推。

DSME是信号调制元件SME(第一类型)的“有效区域”EffRSME沿测量轴方向MA的平均尺寸。信号调制元件SME的有效区域EffRSME在此定义为与内部面积INTA的y轴尺寸对准或重叠的那部分。有效区域EffRSME在感测元件SEN中产生主要信号调制效应。对于图3中所示的实例，可以看出，对于图3中所示的实施方案，这是信号调制元件SME的与沿y轴方向的尺寸YSEP的跨度重合的部分。在各个实施方案中，信号调制元件SME的平均尺寸DSME可以被视为信号调制元件SME的有效区域EffRSME的面积除以有效区域EffRSME的y轴方向尺寸。图5A、5B、6、7和8中示出了针对信号调制元件SME的其它配置的尺寸DSME的附加实例。

如先前参考图2所概述的，对于感测元件，如感测元件SEN，沿测量轴方向具有0.5*W1的最大尺寸DSENmax已经是常规的。这种尺寸在各个实施方案中可能是有利的。此外，如先前参考图2所概述的，对于信号调制元件，如信号调制元件SME，具有0.5*W1的平均宽度尺寸DSME也是常规的。与上文概述的常规现有技术设计实践相反，本发明人发现，当信号调制元件SME被配置成具有显著大于0.5*W1的平均宽度尺寸DSME时，某些性能特性可以得到改善，如图3中所示。例如，在各个实施方案中，如果DSME为至少0.55*W1且至多0.8*W1，则这可能是有利的。在一些此类实施方案中，如果DMSE为至少0.66*W1、或0.7*W1或更多，则这可能是最有利的。下文参考图4描述了这种情况的一些原因。

此外，本发明人还发现，为了减轻将以其它方式出现的某些误差，以在各种应用中获得最佳精度，最令人期望的是，将它们与非常规感测元件SEN组合使用，所述非常规感测元件SEN被配置成使得它们的感测元件平均尺寸DSENavg落在显著小于0.5*W1的范围内。例如，在各个实施方案中，如果感测元件平均尺寸DSENavg为至少0.285*W1且至多0.315*W1，则这可能是令人期望的。下文参考图6、7和8更详细地描述了本发明的这个方面。与根据现有技术设计原理的配置相比，上文概述的特性的非常规组合提供了有利的检测器信号特性(例如，在检测器信号中的提供更好的信噪(S/N)比和或减少的误差分量)。

图4是图3所示检测器部分367和标尺图案380的一部分的放大等距视图，包含可能与此类位置编码器中信号调制元件SME的操作相关联的磁通量和通量耦合特性的定性表示。图4示出了与为什么信号调制元件SME可以被有利地配置成在各个实施方案中具有至少0.55*W1且至多0.8*W1的平均宽度尺寸DSME有关的各种考虑。

图4示出了信号调制元件SME对由先前概述的场生成线圈FGC提供的所生成的变化磁场GCMF的响应。如图4所示，在场生成线圈FGC中施加的线圈驱动信号电流Igen生成变化磁场GCMF，其感应地耦合到信号调制元件SME。信号调制元件SME在图4中示意性地示出为导电回路。响应于耦合的变化磁场GCMF，在信号调制元件SME中产生感应电流Iind，其生成由通量线表示的感应磁场(通量线包含图4中的箭头)。所示的通量线表示由中心磁通量线CFL表示的中心磁通量CF和由闭合的边缘磁通量线MFL1-MFL3表示的边缘磁通量MF，它们被示出为环绕信号调制元件SME的导电回路。

一般而言，应当理解，感测元件集合SETSEN的成员产生响应于如上概述的感应变化磁通量的信号(或信号贡献)。具体地说，所产生的信号响应于通过其内部环路面积有效耦合的磁通量的量，以产生信号贡献或信号分量，所述信号贡献或信号分量在图4中的感测元件SEN14中表示为电流Isense。如图4所示，在各个实施方案中，检测器部分367和标尺图案380可以是近似平面的(例如，它们可以包含或形成在近似平面的基板上)并且检测器部分367可以被配置成大致平行于周期性标尺图案380安装，在它们各自的导体之间具有标称操作间隙GapZ。例如，在各个实施方案中，标称操作GapZ可以为至少0.075*W1，以促进实际组装和对准公差。在一些此类实施方案中，所述标称操作间隙可以为至少0.15*W1。如图4所示，中心磁通量CF通常将通过感测元件SEN14在操作间隙的实际范围内有效地耦合。然而，由于操作间隙，至少一些边缘磁通量MF可能无法通过感测元件SEN14有效地耦合。例如，在操作间隙GapZ的相对较大的尺寸处，如图4中夸大的，边缘磁通量线MFL1-MFL3均没有通过感测元件SEN14耦合，并且对电流Isense没有贡献。结果，对于图4中定性说明的配置，由感测元件SEN14感测的信号调制元件SME的有效宽度Weff(由图4中的虚线表示)仅对应于耦合的中心磁通量线CFL。在图4中可以看出，即使操作间隙GapZ减小，以例如通过感测元件SEN14耦合边缘磁通量线MFL3，有效宽度Weff仍将小于信号调制元件SME的平均尺寸DSME。

因此，与上文参考图2概述的常规现有技术教导相反，信号调制元件SME有利地具有大于期望有效宽度Weff的平均尺寸DSME，以便具有当沿测量轴方向移动经过感测元件SEN时产生期望最大信号变化和/或期望信号分布对比位移的有效宽度Weff。例如，在一些实施方案中，可能令人期望的是，尺寸Weff约为0.5*W1，根据前面的讨论，这意味着当使用实际操作间隙GapZ时，在一些此类实施方案中，信号调制元件SME的平均尺寸DSME可以理想地为至少0.6*W1、或0.66*W1、或0.7*W1或更多。

应当理解，当信号调制元件SME是导电板而不是如图4所示的导电回路时，响应于所生成的变化磁场GCMF，可以在这样的导电板中产生“同心”涡流的分布。这些涡流在操作上与图4中所示的感应电流Iind相当。然而，如果导电板的平均尺寸DSME与图4中所示的导电回路SME相同，那么由于它们分布的“同心”图案在其涡流中，它们的“等效电流位置”将位于导电板边缘内部的某处，从而产生比类似大小的导电回路更小的有效宽度Weff。因此，除了当在检测器部分367和标尺图案380之间使用相对较大的操作间隙时使用平均尺寸DSME的相对较大的值之外，特别令人期望的是，导电板型信号调制元件SME具有接近上述理想范围的较大端的平均尺寸DSME。例如，本发明人已经发现，0.7*W1和0.8*W1之间的平均尺寸DSME在一些此类实施方案中是有利的。

作为进一步考虑，关于期望信号分布对比位移，应当理解，信号分布中包含的不期望的空间谐波通常取决于信号调制元件SME的形状和它们的有效宽度Weff以及感测元件SEN的形状和宽度，以及它们之间的工作间隙。例如，在类似于上述配置的检测器和标尺配置中，当有效宽度Weff约为0.5*W1时，偶数空间谐波在很大程度上从检测器信号中消除。然而，对应于0.33*W1的奇数空间谐波可能会保留，依此类推。在公开为US 2020/0003581的美国专利申请第16/021,528号中已经建议，将信号调制元件SME配置成提供0.66*W1的有效宽度Weff可能倾向于抑制对应于0.33*W1的奇数空间谐波。可替代地，本发明人最近了解到，在先前并入的'708专利中已经建议，将实际宽度为5/6*W1(约0.83*W1)的信号调制元件配置成在其中间带有或不带有宽度为1/6*W1的槽可能倾向于抑制对应于0.33*W1的奇数空间谐波。需要注意的是，这没有考虑到上文概述的有效宽度Weff的解释，因此不太可能像'708专利中描述的那样操作。在任何情况下，这些配置实际上都没有提供预期或期望的空间滤波水平。由于先前已知的最先进的感应式位置编码器已经实现了高精度，因此这些配置没有提供预期或预测水平的空间滤波水平，并且没有理想地改进或推进这方面的技术水平。

如本文所公开的，发明人已经发现了可以与上文概述的信号调制元件SME的配置组合使用以弥补上文概述的空间滤波缺点的感测元件SEN的某些配置。下文参考图6、7和8详细描述了感测元件SEN的各种理想配置。然而，在此之前，在该描述中使用的某些尺寸和术语的定义或解释将参考图5A和5B所示的实例进行澄清。图5A和5B是示意性地示出类似于图3中所示的实施方案的相应信号调制元件和感测元件实施方案的某些方面的平面图，包含某些示例性尺寸的附加实例，所述示例性尺寸可以根据本文公开的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征。

图5A和5B是示意性地示出相应的感应式电子位置编码器实施方案的平面图，其示出了先前参考图3概述的尺寸和术语DSENmax、DSENavg、DSME、EffRSME、EffASEN和EffYSEN的另外的实例。还介绍和解释了尺寸YSEG。应当理解，除非另有说明，否则图5A和5B的某些带编号组件5XX可以对应于与图3的类似带编号组件3XX类似的操作或功能和/或提供所述类似的操作或功能，并且可以类似地理解。

图5A和5B示出了应用于图5A中信号调制元件SME的非直线边界轮廓和图5B中感测元件的非直线边界轮廓的空间波长W1和先前概述的尺寸和术语。信号调制元件SME的先前概述的有效区域EffRSME由信号调制元件SME的区域或面积内的虚线填充指示，所述区域或面积落入虚线轮廓所示的其边界内并且与内部面积INTA对准或重叠。DSME是信号调制元件SME的有效区域EffRSME沿测量轴方向MA的平均尺寸。在各个实施方案中，平均尺寸DSME可以被视为信号调制元件SME的有效区域EffRSME的面积除以该有效区域EffRSME的y轴方向尺寸。为了定义的方便和一致性，对于导电板型信号调制元件SME，相关尺寸可以对应于SME的边缘，并且对于导电回路型信号调制元件SME，相关尺寸可以对应于导体中线。对于图5A和5B中所示的实施方案，该有效区域EffRSME的y轴方向尺寸与尺寸YSEP相同，因为场生成线圈FGC的内部面积INTA的尺寸YSEP小于信号调制元件SME的-y轴尺寸并包含在所述尺寸内。然而，并非所有实施方案都需要这种情况(例如，如图7所示)，并且有效区域EffRSME的先前定义更通用，包含有效区域EffRSME的y轴方向尺寸小于尺寸YSEP的情况。

感测元件SEN的先前概述的有效面积EffASEN由感测元件SEN的面积内的斜线填充指示，所述面积落入以实线轮廓显示的其边界内并且与内部面积INTA对准或重叠。如前所述，DSENmax是感测元件SEN的有效面积EffASEN沿x轴或测量轴方向MA的最大感测元件宽度尺寸。DSENavg是平均感测元件宽度尺寸，定义为DSENavg＝EffASEN/EffYSEN。如前所述，EffYSEN是感测元件有效面积EffASEN的y轴尺寸。在图5A和5B所示的特定实施方案中，有效y轴尺寸EffYSEN等于YSEP，因为感测元件SEN中的每一个沿y轴方向的最大感测元件尺寸超过YSEP，因此其有效面积EffASEN在整个尺寸YSEP上延伸。对于图5A中所示的特定实施方案，有效面积EffASEN具有平行边，所述平行边垂直于x轴方向并且具有跨越YSEP的尺寸YSEG，因此DSENavg与DSENmax相同。为方便起见，YSEG被定义为导体段的尺寸的y方向，所述导体段限定彼此分开定位在最大尺寸DSENmax处并且沿y轴方向直线延伸的感测元件SEN。对于图5B中所示的特定实施方案，有效面积EffASEN具有这样一种配置：在其沿y轴方向的中间具有尺寸DSENmax，但其侧面逐渐变细或弯曲，使得它朝向其有效面积EffASEN的顶部和底部变窄。因此，如图所示，DSENavg略小于DSENmax。为了定义的方便和一致性，当确定DSENavg＝EffASEN/EffYSEN时，感测元件SEN的相关尺寸可以对应于其限定导体的中线。在图5A和5B所示的实施方案中，DSENmax名义上为0.5*W1。然而，该值不是限制性的(例如，如下文的图8所示)。根据以下参考图6、7和8概述的原理，图5A和5B中所示的感测元件SEN的配置的尺寸DSENavg不是优选的，并且呈现仅是为了阐明DSENavg的定义或确定。图5B中所示的尺寸CCSEN是感测元件SEN沿x轴方向的中心间距。在各个实施例中，无论感测元件SEN的形状或尺寸DSENavg如何，如果CCSEN为0.5*W1，则这可能是有利的。

图5A和5B还示出了尺寸DSPC，其等于W1减去DSME。描述第一种方式，尺寸DSPC可以被描述为对应于第一类信号调制元件SME之间的“非信号调制空间”。然而，更一般地描述了适用于周期性标尺图案的各种其它实施方案的第二种方式，尺寸DSPC可以被描述为对应于第二类信号调制元件，所述第二类信号调制元件沿测量轴方向定位在第一类信号调制元件SME之间。与所述第一类信号调制元件SME相比，所述第二类信号调制元件被配置成对所述变化磁通量具有相对较小的影响。例如，在一些实施方案中，所述第二类信号调制元件包括非导电材料的区域。在一些此类实施方案中，所述第二类信号调制元件包括非导电标尺基板的区域，其中所述第一类信号调制元件SME包括制造和/或固定在所述非导电标尺基板上的导体。作为另一实例，在一些实施方案中，第二类信号调制元件可以包括用于形成标尺图案的导电材料的“更深凹陷”区域，并且第一类信号调制元件SME可以包括所述导电材料的“未凹陷”区域。

现在回到对从感测元件信号中滤除第3空间谐波误差分量(其在0.33*W1处是周期性的)的讨论，如前所述，本发明人已经发现了可以与上文概述的信号调制元件SME的配置组合使用以弥补上文概述的空间滤波缺点的感测元件SEN的某些配置。在现有技术中已知的是，尝试通过各种方式从感测元件信号中滤除第3空间谐波误差分量。一种方法是将感测元件配置为正弦形状，所述正弦形状理论上仅包含对应于W1的基本空间频率。然而，由于各种实际考虑和/或制造限制和/或组装或间隙变化，这并没有完全抑制第3空间谐波误差分量。另一种方法是在彼此相距0.33*W1的空间相位处布置感测元件集合SETSEN，并处理产生的信号以去除第3空间谐波误差分量。这种方法相对有效，但在许多应用中，出于实际原因，令人期望的是，提供来自感测元件集合SETSEN的正交信号(即，空间相位相差0.25*W1)，这使得在间隔0.33*W1的空间相位上布置感测元件集合SETSEN变得不切实际。

为了解决上文概述的方法中固有的问题和缺陷，本发明人发现，提供特别有利范围内的感测元件平均尺寸DSENavg的感测元件SEN的配置可以与上文概述的信号调制元件SME的配置组合使用以基本上滤除和/或抑制第3空间谐波误差分量。令人惊讶的是，特别有利的范围不包含0.33*W1，这可能是基于明显的理论考虑而预期的。相反，如本文所公开的，当被配置成提供至少0.285*W1且至多0.315*W1的感测元件平均尺寸DSENavg的感测元件SEN与平均尺寸DSME为至少.55*W1且至多0.8*W1的信号调制元件SME组合使用时，这对于波长W1和工作间隙的实际范围是特别有利的。下文参考图6、7和8详细描述了此类感测元件SEN的各种理想配置。

图6是示出根据上文概述的原理配置和组合以在电子位置编码器(如图1所示的电子位置编码器)中使用检测器部分667和标尺图案680的感测元件SEN和信号调制元件SME的第一示例性实施方案的某些方面的平面图，以及可根据上文概述的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸的附加实例。应当理解，除非另有说明，否则某些带编号和/或命名的组件可以对应于图5A和5B的类似带编号或命名的组件和/或类似地操作，并且可以类似地理解。因此，在以下描述中将仅强调感测元件SEN和信号调制元件SME的某些差异。图6中所示的实施方案包含类似于图5A和5B中所示的信号调制元件的信号调制元件SME，其具有平均尺寸DSME约为0.75*W1的有效区域EffRSME(在此特定实施方案中)。

感测元件SEN包含第一制造层上的导体(以实线轮廓示出)和第二制造层上的导体(以虚线轮廓示出)，它们根据已知方法(例如，如所并入的参考文献中所述)通过馈通件FT连接。在此实施方案中，场生成线圈FGC被制造在第三制造层上以使其与馈通件FT绝缘。如图6所示，感测元件SEN的导体包含具有短y轴尺寸YSEG且沿x轴方向以DSENmax＝0.5*W1间隔开的y轴方向段，以及从所述y轴方向段到馈通件FT逐渐变细的段。相关的梯形有效面积EffASEN(由图6中的斜线填充表示)具有y轴尺寸EffySEN，其在此实施方案中等于YSEP。在各个实施方案中，感测元件SEN被配置成使得DSENavg＝EffASEN/EffYSEN为至少至少0.285*W1且至多0.315*W1。在一些实施方案中，如果DSENavg为至少0.29*W1且至多0.31*W1，则这可能是令人期望的。在一些实施方案中，对于给定的DSENmax选择，可以通过适当配置尺寸YEG以及馈通件和相邻导体的位置来提供各种DESNavg值。在一些此类实施方案中，y轴尺寸YSEG可以为零。尽管在所示的特定实施方案中，DSENmax名义上为0.5*W1，但可以将各层的导体配置成包含在尺寸YSEG附近和相邻感测元件SEN之间重叠的x轴方向段，使得如果需要的话，DSENmax可以小于0.5*W1。

图7是示出根据上文概述的原理配置和组合以在电子位置编码器(如图1所示的电子位置编码器)中使用检测器部分767和标尺图案680的感测元件SEN和信号调制元件SME的第二示例性实施方案的某些方面的平面图，以及可根据上文概述的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸的附加实例。应当理解，除非另有说明，否则某些带编号和/或命名的组件可以对应于图6(以及5A和5B)的类似带编号或命名的组件和/或类似地操作，并且可以类似地理解。因此，在以下描述中将仅强调感测元件SEN和信号调制元件SME的某些差异。图7中所示的实施方案包含类似于图6中所示的信号调制元件的信号调制元件SME，其具有平均尺寸DSME约为0.75*W1的有效区域EffRSME(在此特定实施方案中)。

感测元件SEN类似于图6中所示的感测元件，并且包含第一制造层上的导体(以实线轮廓示出)和第二制造层上的导体(以虚线轮廓示出)，它们根据已知方法(例如，如所并入的参考文献中所述)通过馈通件FT连接。然而，馈通件FT定位在内部面积INTA内。这样做的优点是，在此实施方案中，场生成线圈FGC可以被制造在第一和/或第二制造层上，这降低了检测器部分767的制造成本。缺点是感测元件SEN的有效面积EffASEN可能小于图6中所示的实施方案，这可能会降低信号强度。然而，这在某些应用中可能是理想的折衷。此实施方案中的有效面积EffASEN(由图7中的斜线填充表示)具有y轴尺寸EffySEN，其在此实施方案中小于YSEP。在各个实施方案中，感测元件SEN被配置成使得DSENavg＝EffASEN/EffYSEN为至少0.285*W1且至多0.315*W1。在一些实施方案中，如果DSENavg为至少0.29*W1且至多0.31*W1，则这可能是令人期望的。在一些实施方案中，对于给定的DSENmax选择，可以通过适当配置尺寸YEG以及馈通件和相邻导体的位置来提供各种DESNavg值。尽管在所示的特定实施方案中，DSENmax名义上为0.5*W1，但可以将各层的导体配置成包含在尺寸YSEG附近和相邻感测元件SEN之间重叠的x轴方向段，使得如果需要的话，DSENmax可以小于0.5*W1。对于类似形状的实施方案，当DSENmax为0.5*W1或更少时，尺寸YSEG可能需要为至少0.14*EffYSEN或更多，使得DESNavg为至少0.285*W1。

图8是示出根据上文概述的原理配置和组合以在电子位置编码器(如图1所示的电子位置编码器)中使用检测器部分867和标尺图案680的感测元件SEN和信号调制元件SME的第三示例性实施方案的某些方面的平面图，以及可根据上文概述的原理表征所述信号调制元件和感测元件的特征的各种尺寸的附加实例。应当理解，除非另有说明，否则某些带编号和/或命名的组件可以对应于图6(以及5A和5B)的类似带编号或命名的组件和/或类似地操作，并且可以类似地理解。因此，在以下描述中将仅强调感测元件SEN和信号调制元件SME的某些差异。图8中所示的实施方案包含类似于图6中所示的信号调制元件的信号调制元件SME，其具有平均尺寸DSME约为0.75*W1的有效区域EffRSME(在此特定实施方案中)。

感测元件SEN类似于图6中所示的感测元件，并且包含第一制造层上的导体(以实线轮廓示出)和第二制造层上的导体(以虚线轮廓示出)，它们根据已知方法(例如，如所并入的参考文献中所述)通过馈通件FT连接。在此实施方案中，场生成线圈FGC被制造在第三制造层上以使其与馈通件FT绝缘。如图6所示，感测元件SEN的导体包含具有长y轴尺寸YSEG(长于并跨越内部面积INTA的尺寸YSEP)且沿x轴方向以DSENmax间隔开的y轴方向段，以及将这些段连接到馈通件FT的段。相关的矩形有效面积EffASEN(由图8中的斜线填充表示)具有y轴尺寸EffySEN，其在此实施方案中等于YSEP。在此实施方案中，DSENavg＝DESNmax。在各个实施方案中，感测元件SEN被配置成使得DSENmax和DSENavg为至少至少0.285*W1且至多0.315*W1。在一些实施方案中，如果DSENmax和DSENavg为至少0.29*W1且至多0.31*W1，则这可能是令人期望的。图8中所示的实施方案可能对信号改变不太敏感，所述信号改变可能由于各种未对准误差而以其它方式出现。

关于上文公开的信号调制元件SME的尺寸DSME的有利范围，对于使用信号强度考虑所允许的最大实际间隙的许多实际应用，DSME的最有利值可以为至少0.66*W1、或0.7*W1或更多。例如，在各个实施方案中，DSME的值0.75*W1已被证实是特别有利的。然而，如先前讨论所暗示的，这可能在某种程度上取决于特定波长W1、特定操作间隙和操作频率以及信号调制元件SME的特定形状和构造。

关于上文公开的感测元件SEN的尺寸DSENavg的有利范围，对于使用信号强度考虑所允许的最大实际间隙和上文概述的DSME的最有利值(例如，DSME＝0.75*W1)的许多实际应用，组合最有利的DSENavg的值可以在0.29*W1到0.31*W1的范围内，并且在一些实施方案中，DSENavg＝0.30*W1已经被证实是特别有利的。然而，如先前讨论所暗示的，这在某种程度上取决于特定波长W1、特定操作间隙、特定尺寸DSME以及信号调制元件SME的形状和构造。

应当理解，来自信号调制元件集合SETSEN的信号中的第3空间谐波误差内容对上述公开范围内的尺寸选择极其敏感。例如，令人期望的是，尺寸DESNavg被选择为使得对于与信号调制元件集合SETSEN相关联的制造尺寸的实际变化和/或操作间隙的变化，其拒绝信号中的第3空间谐波误差内容。令人惊讶的是，本发明人已经发现，在被配置成为DSENavg提供值0.3*W1的一个实施方案中，与第3空间谐波误差内容相关联的误差分量对信号调制元件SEN的尺寸DSME的变化(范围为DSME＝0.72*W1到DSME＝0.79*W1)一律不敏感。相比之下，如果值DSENavg从该值仅改变10％(例如，更改为0.27*W1或0.33*W1)，则与第3空间谐波误差内容相关联的误差分量会增加10倍或更多，对于DSME＝0.72*W1到DSME＝0.79*W1范围内的感测元件SEN的变化，这是不可接受的。

关于为什么所公开的尺寸DSENavg的有利范围与0.33*的“天真”预期值显著不同，一种可能的解释是检测器中与标尺位置相关的阻抗变化所引起的误差分量受DSENavg影响。这种与位置相关的阻抗变化可能在1％的数量级上，并且在现有技术中是未知的或未考虑的。有可能本文公开的DSENavg的有利范围“调整”或调谐这些阻抗变化，使得当它们的信号分量贡献“混叠”以与第3空间谐波误差内容的其它来源组合时，效应的总和为抵消第3空间谐波误差内容。在现有技术中没有考虑到这种微妙的效应和相关的设计特性。

尽管已经示出和描述了本公开的优选实施方案，但是基于本公开，本领域技术人员应当理解特征的所示和所描述的布置以及操作序列的许多变化。可以使用各种替代形式来实施本文公开的原理。

应当理解，本文公开和要求保护的原理可以容易地和令人期望地与在并入的参考文献中公开的各个特征以及在共同未决的美国专利申请第16/826,842号中公开的各个特征组合，所述美国专利申请通过引用整体并入本文。可以将上述各个实施方案组合以提供另外的实施方案。本说明书中提及的所有美国专利通过引用整体并入本文。如果需要采用各种专利和申请的概念以提供另外的实施方案，则可以修改实施方案的各方面。可以根据上述详细描述对实施方案进行这些和其它改变。一般而言，在以下权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求书限制于本说明书和权利要求书中所公开的特定实施方案，而是应当被解释为包含所有可能的实施方案连同此类权利要求有权获得的等效物的整个范围。

Claims (14)

1.一种用于测量两个元件之间沿测量轴方向的相对位置的电子位置编码器，所述电子位置编码器包括：

沿所述测量轴方向延伸的标尺，所述标尺包含周期性标尺图案，所述周期性标尺图案包括至少第一类信号调制元件，其中所述周期性标尺图案具有空间波长W1并且所述第一类信号调制元件包括沿对应于所述空间波长W1的所述测量轴方向定位的类似导电板或类似导电回路；

检测器部分，所述检测器部分被配置成靠近所述周期性标尺图案安装并且相对于所述周期性标尺图案沿所述测量轴方向移动，所述检测器部分包括：

固定在基板上的场生成线圈，所述场生成线圈围绕内部面积，所述内部面积在操作期间与信号调制元件的周期性标尺图案对准，所述场生成线圈响应于线圈驱动信号而在所述内部面积中生成变化磁通量；以及

沿所述测量轴方向布置并固定在所述基板上的感测元件集合，所述感测元件集合的成员包括限定感测元件有效面积EffASEN的导电回路或导电回路部分，所述EffASEN对应于所述感测元件的与所述内部面积对准或重叠的那部分，其中所述感测元件集合被配置成提供检测器信号，所述检测器信号响应于对由所述标尺图案的相邻信号调制元件提供的所述变化磁通量的局部影响；以及

信号处理配置，所述信号处理配置可操作地连接到所述检测器部分以提供所述线圈驱动信号并基于从所述检测器部分输入的检测器信号确定所述检测器部分和所述标尺图案之间的相对位置，

其中：

所述第一类信号调制元件包含在操作期间与所述内部面积对准或重叠的有效区域EffRSME，并且所述有效区域沿所述测量轴方向的平均尺寸DSME为至少0.55*W1且至多为0.8*W1；并且

与所述内部面积对准或重叠的所述感测元件有效面积EffASEN具有沿垂直于所述测量轴方向的y轴方向的有效y轴尺寸EffYSEN和沿所述测量轴方向的最大尺寸DSENmax，并且被配置成提供沿所述测量轴方向的至少0.285*W1且至多0.315*W1的感测元件平均尺寸

DSENavg＝(EffASEN/EffYSEN)。

2.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中DSENavg为至少0.29*W1且至多0.31*W1。

3.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中DSENmax为至少0.285*W1且至多0.5*W1。

4.根据权利要求3所述的电子位置编码器，其中限定所述有效面积EffASEN的所述导电回路或导电回路部分包括彼此分开定位在所述最大尺寸DSENmax处并且沿所述y轴方向直线延伸的y方向段，并且具有至少0.14*EffYSEN的y轴尺寸YSEG。

5.根据权利要求4所述的电子位置编码器，其中DSENmax名义上为0.5*W1。

6.根据权利要求4所述的电子位置编码器，其中所述y方向段尺寸YSEG沿所述-y轴方向跨越整个内部面积并且所述y方向段在所述最大尺寸DSENmax处沿所述测量轴方向彼此间隔开，其中DSENavg＝DSENmax，并且DSENMax为至少0.285*W1且至多0.315*W1。

7.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中所述平均尺寸DSME为至少0.66*W1。

8.根据权利要求7所述的电子位置编码器，其中所述平均尺寸DSME为至少0.7*W1。

9.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中所述第一类信号调制元件包括所述类似导电板。

10.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中所述第一类信号调制元件包括所述类似导电回路。

11.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中所述检测器部分和所述标尺包含近似平面的基板，并且所述检测器部分被配置成以至少0.075*W1的其各自的导体之间的标称操作间隙近似平行于所述周期性标尺图案进行安装。

12.根据权利要求11所述的电子位置编码器，其中所述标称操作间隙为至少0.15*W1。

13.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中W1为至多2毫米。

14.根据权利要求1所述的电子位置编码器，其中W1为至多1.5毫米。

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