CN1231740C - 电感性位置传感器和确定磁通量检测线圈位置的方法 - Google Patents

电感性位置传感器和确定磁通量检测线圈位置的方法 Download PDF

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Abstract

感应电流位置传感器具有多抽头线圈。多抽头线圈允许数字补插位置至一个波长的很小部分，由此减少了由传感器电子线路进行的模拟补插量。此外，多抽头接收器线圈增强了总输出信号的强度，由此允许沿测量轴方向接收器线圈有较小的长度。还有，多抽头接收器线圈呈现低阻抗，由此改善了输出信号时间常数。本发明的多抽头接收器线圈包括多个沿测量轴相互偏离、而在电气上串联的接收器线圈环路。最好把每个环路的信号贡献组合起来以形成“矢量圆”。本发明还提供了一种方法，用于确定磁通量检测线圈的位置。

Description

电感性位置传感器和确定磁通量检测线圈位置的方法
技术领域
本发明涉及一种感应电流直线和旋转位置传感器。特别是，本发明导致一种感应电流位置传感器以及用于确定磁通量检测线圈位置的方法，该感应电流位置传感器具有改进的多抽头线圈结构，以提高信号灵敏度和提供数字补插能力。
背景技术
1995年5月16日提出、并且整个地被合并于此的第08/441,769号美国专利申请揭示了一种增量感应电流位置传感器。1996年5月13日提出、并且整个地被合并于此的第08/645,483号美国专利申请揭示了一种使用感应电流位置传感器的电子卡尺。这两项申请都揭示了用于感应电流位置传感器的相关的信号处理技术。
这些申请的感应电流位置传感器的工作原理概略地示于图1和图2。如图1所示，感应电流位置传感器100包括可相对于标尺110移动的读出头120。最好使用标准的印刷电路板技术把标尺110做在印刷电路板上。也能够把读出头120做在印刷电路板上。然而，读出头120也能够使用标准的硅IC处理技术做在硅集成电路(IC)上。
沿感应电流位置传感器100的测量轴114，以等于波入λ(下面详细描述)的间距，分布多个磁通量调制器112。通量调制器112沿测量轴114具有λ/2的标称宽度。通量调制器112沿垂直于测量轴114的方向具有宽度d。
读出头120包括大体呈矩形的发射器线圈122，将它连至驱动信号发生器150。驱动信号发生器150向发射器线圈122提供时变驱动信号。时变驱动信号最好是高频正弦信号、脉冲信号或者呈指数衰减的正弦信号。当把时变驱动信号施加至发射器线圈122时，流入发射器线圈122的时变电流产生相应的时变(或变化)的磁场。发射器线圈122大体上呈矩形，并且这样选择其尺寸，从而在发射器线圈122的中心部分的通量区域内，产生的磁场大体上恒定。
读出头120还包括第一接收器线圈124和第二接收器线圈126，它们位于发射器线圈122内的通量区域中的读出头上。第一接收器线圈124和第二接收器线圈126中的每个线圈由多个第一匝段128和第二匝段129构成。第一匝段128做在印刷电路板或IC层的第一表面上。第二匝段1 29做在印刷电路板或IC层的另一表面上。印刷电路板或IC层起着第一匝段128和第二匝段129之间的电气绝缘层的作用。每个第一匝段128的每一端通过在印刷电路板或IC层中形成的通路孔130与一个第二匝段129的一端相连。
第一和第二匝段128和129合适地取正弦曲线形，因此，如图1所示，形成接收器线圈124和126的每个线圈的第一和第二匝段128和129构成具有波长λ的正弦曲线形的周期图形。如此形成了具有多个线圈匝132和134的接收器线圈124和126的每个线圈。
在第一和第二接收器线圈124和126的每个线圈中，匝132和134沿测量轴114具有等于λ/2的宽度。于是，每一对相邻的匝132和134具有等于λ的宽度。此外，第一和第二匝段128和129在每对相邻的匝132和134经历一完整的正弦周期。于是，λ相应于第一和第二接收器线圈124和126的正弦波长。还有，接收器线圈126沿测量轴114与第一接收器线圈124偏离λ/4。即，第一和第二接收器线圈是正交的。
把来自驱动信号发生器150的变化的驱动信号施加至发射器线圈122，从而电流从第一端122a流入，经过发射器线圈122再由第二端122b流出线圈122。于是，由发射器线圈122产生的磁场向内穿入在发射器线圈122内的图1的平面和向外穿出在发射的线圈122外的平面。因此，在发射器线圈122内的变化的磁场在接收器线圈中形成的每个匝132和134中产生感应电动势(EMF)。
匝132和134具有相反的缠绕方向。于是，在匝132中感应的EMF具有的极性与在匝134中感应的EMF的极性相反。匝132和134包围同样大小的面积，因此名义上包围相同数量的磁通量。因此，在匝132和134的每一匝中产生的EMF的绝对幅度名义上相等。
在第一和第二接收器线圈124和126的每个线圈中，最好有数目相等的匝132和134。在理想的情形下，在匝132中感应的正极性EMF刚好被在匝134中感性的负极性EMF抵消。因此，在第一和第二接收器线圈124和126的每个线圈上的净标称EMF为零，并且打算作为从发射器线圈122单独直接耦合至接收器线圈124和126的结果，没有信号从第一和第二接收器线圈124和126输出。
当把读出头120放置在标尺110附近时，由发射器线圈122产生的变化的磁通量也通过通量调制器112。通量调制器112对变化的磁通量进行调制，它们可以是通量增强器或通量破坏器。
当通量调制器112作为通量破坏器提供时，把它形成为标尺110上导电基片的升起部分(即，如同齿轮齿)，或最好把它作为导电板或导电薄膜。当变化的磁通量通过导电板、升起的导电部分或薄膜时，在导电板、升起的导电部分或薄膜中产生涡流。而这些涡流又产生磁场，其磁场方向与由发射器线圈122产生的磁场方向相反。于是，在靠近每个通量破坏器型通量调制器112的区域中，净磁通量小于在远离通量破坏器型通量调制器112的区域中的净磁通量。
当标尺110如此相对于读出头120定位，从而通量破坏器112与接收器线圈124的正极性匝132对齐时，则在正极性匝132中产生的净EMF比在负极性匝134中产生的净EMF减小。于是，接收器线圈124变得不平衡，而在其输出端124a和124b两端有一净的负信号。
与此类似，当通量破坏器112与负极性匝134对齐时，破坏或减少了通过负极性匝134的净磁通量。于是，与在正极性匝132中产生的净EMF相比，在负极性匝134中产生的净EMF减小。于是，第一接收器线圈124的输出端124a和124b两端有一净的正信号。
当通量调制器112作为通量增强器提供时，此结果恰好倒过来。通量增强器型通量调制器112是由在标尺110内或在标尺110上设置高磁导率材料做成的部分而构成。由发射器线圈122产生的磁通量优先通过高磁导率的通量增强器型通量调制器112。即，增强了通量增强器112中的磁通量密度，而降低了在通量增强器112外的区域中的磁通量密度。
于是，当通量增强器112与第二接收器线圈126的正极性匝132对齐时，通过正极性匝132的通量密度大于通过负极性匝134的通量密度。于是，在正极性匝132中产生的净EMF增加，而在负极性匝134中感应的净EMF减小。这作为跨于第二接收器线圈126的两端126a和126b的正信号而呈现。
当通量增强器与负极性匝134对齐时，相对于在正极性匝132中感应的EMF，负极性匝134产生增强的EMF。于是，跨于第二接收器线圈126的两端126a和126b出现负信号。也应该知道，如在合并进来的文献中指出的，可将通量增强和通量破坏效应组合在单个标尺中，在该标尺中，通量增强器和通量破坏器沿标尺110的长度交错地设置。这将使得感应EMF的调制增强，因为两种类型的通量调制器的效应相加地组合。
如上面指出的，通量调制器112的宽度和高度名义上分别是λ/2和d，而通量调制器122的间距名义上是λ。类似地，在第一和第二接收器线圈122和124中形成的周期图形的波长名义上为λ，而匝132和134的高度名义上是d。此外，每个匝132和134包围名义上恒定的面积。
图2A示出，当通量调制器112相对于正极性匝132移动时，来自正极性匝132的依赖于位置的输出。假设通量调制器112是通量破坏器，则最小信号幅度与那些位置相对应，在那些位置处，通量破坏器112与正极性匝132完全对齐，而最大幅度位置相应于通量破坏器112与负极性匝134对齐。
图2B示出从每个负极性匝134输出的信号。如同示于图2A的信号那样，最小信号幅度相应于那些位置，在那些位置处，通量破坏器112与正极性匝132完全对齐，而最大信号输出相应于那些位置，在那些位置处，通量破坏器与负极性匝134完全对齐。应该知道，如果用通量增强器取代通量破坏器，则图2A和2B中最小信号幅度相应于通量增强器112与负极性匝134对齐，而最大信号幅度相对应通量增强器112与正极性匝132对齐。
图2C示出从第一和第二接收器线圈124和126的任何一个线圈输出的净信号。这个净信号等于从正和负极性匝132和134输出的信号之和，即，示于图2A和2B的信号之和。示于图2C的净信号在理想的情况下应该在零附近对称，即，正和负极性匝132和134应该完全平衡，以得出对称的输出，其偏置为零。
然而，在实际的装置中，净信号中时常出现“直流”(与位置无关)分量。这个直流分量是偏置信号V0。这个偏置V0使信号处理变得复杂。这个偏置有两个主要来源。
第一，发射器场的整个幅度通过第一和第二接收器线圈124和126。如上面所指出的，这在每一匝132和134中感应出电压。由于匝132和134具有相反的缠绕方向，在名义上感应电压相互抵消。然而，为了在接收器线圈中完全地抵消感应的电压以得出完全平衡的结果，需要将正和负匝132和134理想的定位和成形。由于由发射器线圈122在接收器线圈匝132和134中直接感应的电压要比由通量调制器112引起的感应电压的调制强得多，因此平衡的容限很苛刻。在实际上，制造容限常常阻碍了理想平衡。
第二，由通量调制器112产生的空间调制场也呈现一与位置无关的平均偏置分量。即，在由发射器线圈122产生的磁场内，通量调制器112都在磁场中产生相同极性的空间调制。例如当使用通量破坏器时，由于在发射器场中的通量破坏器都产生相同极性的二次磁场，因此来自通量调制器的感应的涡流场具有偏置。与此同时，通量破坏器之间的空间不产生二次磁场。
于是，接收器线圈124和126的每个正极性匝132和每个负极性匝134看到一净磁场，它在具有相同极性的最小值和最大值之间变化。此函数的平均值不在零附近平衡，即，它具有较大的标称偏置。类似地，当使用通量增强器时，因为在发射器线圈122中的通量增强器都产生相同的场调制，因此由于通量增强器而产生的场调制具有一偏置，而在调制器之间的空间不提供调制。所以，每个接收器线圈124或126的每个正和负极性匝132和134看到空间调制场，它在具有相同极性的最小值和最大值之间变化。此函数的平均值也具有较大的标称偏置。
具有相等数目的相似的正和负极性匝132和134的接收器线圈有助于消除偏置分量。然而，按照前面的描述，正和负极性匝132和134之间平衡的任何不完善都会允许有残留的偏置。
希望仅仅由第一和第二接收器线圈124和126中的正和负极性匝132和134之间的对称性来抵消这些偏置分量。这对于接收器线圈124和126的制造精密度提出极为严格的要求。制造传感器100的经验指出，消除感应电流位置传感器100的这一误差来源实际上是不可能的。
把与传感器位置无关的任何信号分量(诸如上述偏置分量)视为传感器工作的外来信号。这些外来信号使所需的信号处理电路复杂化。
1997年4月16日提出、并被整个地合并于此的美国专利申请08/834,432揭示了一种偏置较小的感应电流位置传感器。偏置较小的感应电流位置传感器使用了改进的线圈结构而无需提高传感器的制造准确度，所用的线圈结构使得相对于输出信号的外来(“偏置”)分量增加了有用输出信号分量的比例。对于给定的测量范围，此线圈结构也提供了增加单位位移的输出信号改变程度的装置。
偏置较小的感应电流位置传感器的工作原理概略地示于图3和图4。图3和图4的传感器产生通常称之为“增量”的输出类型。“增量”意味着传感器产生一循环的输出，它按照与设计相关的传感器位移增量重复。如图3所示，偏置较小的标尺210包括第一组多个闭环耦合环路212及与之交错的第二组多个闭环耦合环路216。耦合环路212和216的每个环路与第一组和第二组多个耦合环路212和216的其他环路在电气上绝缘。
第一组多个耦合环路212的每个环路包括第一环路部分213和第二环路部分214，两者用一对连接导体215相连。类似地，第二组多个耦合环路216的每个环路包括第一环路部分217和第二环路部分218，两者用一对连接导体219相连。
在第一组多个耦合环路212中，第一环路部分213沿标尺210的一条侧边排列，并且沿测量轴114排成阵列。第二环路部分214沿标尺210的中心排列，并且沿测量轴排成阵列。连接导体215垂直于测量轴114延伸，以把第一环路部分213连至第二环路部分214。
类似地，在第二组多个耦合环路216中，第一环路部分217沿标尺210的第二条侧边排列，并且沿测量轴214排成阵列。第二环路部分218沿标尺210的中心部分排列，并且沿测量轴与耦合环路212的第二环路部分214交错排列。连接导体219大体上垂直于测量轴114延伸，以把第一环路部分217连至第二环路部分218。
如图4所示，传感器200的读出头220包括发射器线圈222，它具有第一发射器线圈部分223A和第二发射器线圈部分223B。在读出头220的第一条侧边处设置第一发射器线圈部分223A，而在读出头220的另一条侧边处设置第二发射器线圈部分223B。第一和第二发射器线圈部分223A和223B的每一个具有沿测量轴114延伸的大体上相等的长尺度。此外，第一和第二发射器线圈部分223A和223B的每一个具有沿垂直于测量轴114的方向延伸的短尺度距离d1。
把发射器线圈222的端子222A和222B连至发射器驱动信号发生器150。发射器驱动信号发生器150向发射器线圈端子222A输出时变驱动信号。于是，如图4所指出的，时变电流从发射器线圈端子222A流经发射器线圈222而流至发射器端子222B。
作为响应，第一发射器线圈部分223A产生一次磁场，它向外穿出图4中在第一发射器线圈部分223A内的平面，并向内穿入图4中由第一发射器线圈部分223A构成的环路之外的平面。与此相反，第二发射器线圈部分223B产生一次磁场，它向外穿出图4中由第二发射器线圈部分223B构成的环路之外的平面，并向内穿入图4的在由第二发射器线圈部分223B构成的环路之内的平面。作为响应，在耦合环路212和216中感应出电流，它抵消了磁场的变化。
于是，每个耦合环路部分213和217中感应的电流流动方向与发射器环路223A和223B各自相邻部分中电流的流动方向相反。如图4所示，在标尺中心段，第二环路部分邻接部分的环路电流具有相反的极性。于是，产生了二次磁场，其相反极性的磁场部分沿标尺的中心段周期地分布。周期的二次磁场的波长λ等于相继的第二环路部分214(或218)之间的距离。
读出头220也包括第一和第二接收器线圈224和226，它们通常与示于图1的第一和第二接收器线圈124和126相同。特别是，与示于图1的第一和第二接收器线圈相似，第一和第二接收器线圈224和226的每个线圈都是由多个正弦曲线形状的匝段228和229构成的，它们在构成读出头220的印刷电路板或IC的绝缘层的相对的两面上形成。
匝段228和229通过通路孔230链接，以在第一和第二接收器线圈222和226的每个线圈中形成交替的正极性匝232和负极性匝234。接收器线圈224和226位于读出头的中心，在第一和第二发射器部分223A和223B之间。第一和第二接收器线圈224和226的每个线圈沿垂直于测量轴的方向延伸一个距离d2。
在这种结构中，一般避免了从发射器环路至接收器环路的外来(与位置无关以及与标尺无关)的耦合。即，由第一和第二发射器部分223A和223B产生的一次磁场在第一和第二接收器线圈224和226的附近指向相反的方向。于是，在由第一和第二接收器线圈224和226占据的区域，一次磁场相互抵消。在理想的情况下，在此区域中，一次磁场相互完全抵消。
第一和第二接收器线圈224和226与第一和第二发射器线圈部分223A和223B的内侧部分相隔等距离d3。于是，在读出头220由第一和第二接收器线圈224和226占据的部分中，由第一和第二发射器线圈部分223A和223B的每个线圈部分产生的磁场对称地相反。于是，相关联的感应效应有效地相互抵消。于是，通过把发射器线圈定位成远离接收器线圈，由与第一和第二发射器线圈223A和223B的外部直接耦合而在第一和第二接收器线圈224和226中感应的净电压减小至第一程度。其次，对称的设计把净外部耦合有效的减小至零。
第一组多个耦合环路212的每个环路以与第一和第二接收器线圈224和226的波长λ相等的间距排列。此外，每个第一环路部分213沿测量轴114延伸一段距离，该距离要尽可能接近波长λ，但仍然在相邻的第一环路部分213之间提供绝缘空隙201。此外，第一环路部分213沿垂直于测量轴114的方向延伸一段距离d1。
类似地，第二组多个耦合环路216的每个环路也以与波长λ相等的间距排列。第一环路部分217相互沿测量轴延伸也尽可能接近波长λ，并在相邻的第一环路部分217之间提供空隙201。第一环路部分217也沿垂直于测量轴114的方向延伸一段距离d1。
第一和第二组多个耦合环路212和216的第二环路部分214和218也以与波长λ相等的间距排列。然而，第二环路部分214和218的每一个沿测量轴尽可能只延伸波长λ的一半。如图4所示，在第一和第二组多个耦合环路212和216的每对相邻的第二环路部分214和218之间提供绝缘空隙202。于是，第一和第二组多个耦合环路212和216的第二环路部分214和218沿标尺210的长度交错排列。最后，第二环路部分214和218的每一个环路部分沿垂直于测量轴114的方向延伸一段距离d2。
第二环路部分214和218与相应的第一环路部分213和217隔开一段距离d3。因此，如图4所示，当读出头220置于标尺210附近时，第一发射器线圈部分223A与第一组多个耦合环路212的第一环路部分213对齐。类似地，第二发射器线圈部分223B与第二组多个耦合环路216的第一环路部分217对齐。最后，第一和第二接收器线圈224和226与第一和第二耦合环路212和216的第二环路部分214和218对齐。
在操作中，由发射器驱动信号发生器150输出时变的驱动信号至发射器线圈端子222A。于是，第一发射器线圈部分223A产生具有第一方向的第一变化的磁场，而与此同时，第二发射器线圈部分223B产生沿第二方向(它与第一方向相反)的第二磁场。第二磁场的场强与第一发射器线圈部分223A产生的第一磁场的场强相等。
通过由第一发射器线圈部分223A产生的第一磁场，使第一组多个耦合环路212的每一个与第一发射器线圈部分223A作电感性耦合。于是，感应电流通过第一组多个耦合环路212的每一个沿顺时针方向流动。与此同时，通过由第二发射器线圈部分223B产生的第二磁场，使第二组多个耦合环路216与第二发射器线圈部分223B作电感性耦合，这在第二组多个耦合环路216的每一个中感应出逆时针方向流动的电流。即，通过耦合环路212和216的第二部分214和218的电流沿相反方向流动。
在第一耦合环路212的第二部分214的每一个中沿顺时针方向流动的电流产生了一个第三磁场，它在第二部分214内向内穿入图4的平面。相反，在第二耦合环路216的第二环路部分218中沿逆时针方向流动的电流产生一个第四磁场，它在第二耦合环路216的第二环路部分218内向外穿出图4的平面。于是，沿测量轴114形成了净交变磁场。此净交变磁场的波长与第一和第二接收器线圈224和226的波长λ相等。
因此，当第一接收器线圈224的正极性匝232与第二环路部分214和218对齐时，第一接收器线圈224的负极性匝234与第二环路部分214和218对齐。当第二接收器线圈226的正极性匝232和负极性匝234与第二环路部分214和218对齐时，情形也是如此。由于由第二环路部分214和218产生的交变磁场以与第一和第二接收器线圈214和216的空间调制相同的波长被空间调制，因此，当与第二环路部分214对齐时，在每个正和负极性匝232和234中产生的EMF相等，并且与当它们与第二环路部分218对齐时产生的EMF方向相反。
于是，当读出头220相对于标尺210移动时，正极性匝232的净输出是读出头沿标尺的位置“X”的正弦函数，而由于外部耦合而产生输出信号的偏置分量名义上为零。类似地，当读出头220相对于标尺210移动时，负极性匝234的净输出也是读出头沿标尺的位置“X”的正弦函数，而由于外部耦合而产生的输出信号的偏置分量名义上为零。正极性匝232和负极性匝234对EMF作出的贡献是同相的。由此，在本较佳实施例中，它们产生一个相应于图2C的与位置有关的净输出信号，而由于外部耦合产生的直流偏置V0减小至可忽略的大小。
最后，与第一和第二接收器线圈124和126相同，第一和第二接收器线圈224和226是正交的。于是，作为X的函数，由第一接收器线圈224产生并且输出至接收器信号处理电路140的输出信号与作为X的函数由第二接收器线圈226产生并且输出至接收器信号处理电路140的输出信号有90度相位差。
接收器信号处理电路140输入来自第一和第二接收器线圈224和226的输出信号，并对这些信号采样，把这些信号变换成数字值，并将它们输出至控制单元160。控制单元对这些数字化的输出信号进行处理，以在波长λ之内确定读出头220和标尺210之间的相对位置X。
根据从第一和第二接收器线圈224和226输出的正交性，控制单元160能够判定读出头220和标尺210之间的相对运动的方向。控制单元160采用本领域熟练人员众所周知、并在合并进来的文献中揭示的信号处理方法，来计数通过的部分或整个“增量”波长λ的数目。控制单元160使用该数目以及在一个波长之内的相对位置，以输出从一个设定原点算起的读出头220和标尺210之间的相对位置。控制单元160也输出控制信号至发射器驱动信号发生器150，以产生时变的发射器驱动信号。
所有上述的电感性传感器及其对应的磁通量测量方法都得益于提高的信号灵敏度以及更准确的位置增量补插，该增量小于在传感器中磁场调制的一个波长。
发明内容
本发明提供一种采用多抽头线圈结构的感应电流位置传感器。
本发明也提供一种多抽头线圈，它容许对位置数字补插至一个波长的很小一部分。于是多抽头线圈减小了由传感器电子线路完成的模拟补插量。本发明还提供了一种方法，用于确定磁通量检测线圈的位置。
此外，本发明提供了一种多抽头线圈，它增强了总输出信号的强度。
还有，本发明提供了一种多抽头线圈，它呈现低阻抗。于是多抽头线圈改进了输出信号的时间常数。
本发明的较佳的多抽头接收器线圈包括多个接收器线圈匝，沿测量轴相互偏离λ/N(这里“N”是接收器线圈的匝数)，并且电气上串联连接以根据接收器线圈匝的每一匝形成信号函数的“矢量圆”。
接收器线圈最好作为平面图案在印刷电路板或电子集成电路的两层上形成。每个接收器线圈匝具有至少一个电气输出抽头。电气输出抽头的每个抽头代表在接收器线圈匝上的不同的空间相位位置。于是，由N个接收器线圈匝提供每个波长全部(N×P)个数字相位位置，这里“P”是每个接收器线圈匝的电气输出抽头的数目。
通过连接接收器线圈匝的端部，把接收器线圈匝串联连接起来。于是，通过组合每个接收器线圈匝的信号函数，构成了“矢量圆”。在一个波长内，传感器位置的数字补插如此来完成：(1)对于电气输出抽头按正方形切换相对的连接点，直至达到给出最小信号的空间相位位置；以及(2)根据剩余信号的值进行最终补插。
本发明的感应电流位置传感器包括标尺部件和读出头，两者可以沿测量轴相互相对移动。较佳的读出头包括沿测量轴延伸的多抽头接收器线圈。读出头还包括沿测量轴延伸的用于产生时变磁场的发射器线圈。
在本发明的感应电流位置传感器的第一较佳实施例中，发射器线圈一般是矩形的，并且多抽头接收器线圈位于矩形发射器线圈内部的通量区域中的读出头上。此外，标尺部件具有多个磁通量调制器，它们沿测量轴分布。
在本发明的感应电流位置传感器的第二较佳实施例中，把发射器线圈划分为第一发射器环路和第二发射器环路。第一和第二发射器环路沿测量轴延伸并且位于多抽头接收器线圈的相对两侧。
在第二较佳实施例中，标尺部件具有多个沿测量轴延伸的第一耦合环路，它们与也沿测量轴延伸的多个第二耦合环路交错排列。第一耦合环路具有与第一发射器线圈环路对齐的第一部分以及与多抽头接收器线圈对齐的第二部分。类似地，第二耦合环路具有与第二发射器环路对齐的第一部分以及与多抽头接收器线圈对齐的第二部分。
在本发明的感应电流位置传感器的第三较佳实施例中，发射器线圈沿测量轴延伸并且沿垂直于测量轴的方向位于多抽头接收器线圈的外面。
在第三较佳实施例中，标尺部件具有多个沿测量轴延伸的耦合环路。耦合环路具有与发射器线圈环路对齐的第一部分以及与多抽头接收器线圈环路对齐的第二部分。
在本发明的感应电流位置传感器的第四较佳实施例中，把发射器线圈划分为第一发射器环路和第二发射器环路。第一和第二发射器环路沿测量轴延伸，并且每个环路位于多抽头接收器线圈的一侧。
在第四较佳实施例中，标尺部件具有多个沿测量轴延伸的第一耦合环路，它们与也沿侧量轴延伸的多个第二耦合环路交错排列。第一耦合环路具有与第一发射器线圈环路对齐的第一部分以及与多抽头接收器线圈对齐的第二部分。类似地，第二耦合环路具有与第二发射器环路对齐的第一部分以及与多抽头接收器线圈对齐的第二部分。
在本发明的感应电流位置传感器的第五实施例中，单个发射器环路沿读出头上的多抽头接收器线圈的一侧放置。此实施例中的标尺部件具有多个沿测量轴排列的第一组耦合环路，它们与也沿测量轴排列的第二组多个耦合环路交错排列。第一和第二耦合环路都具有与发射器环路对齐的第一部分以及与多抽头接收器线圈对齐的第二部分。
把每个第一耦合环路的第一和第二部分串联连接，并且是“非扭绞”的。于是，在第一耦合环路的第一与第二部分中感应的磁场为同一极性。相反地，把每个第二耦合环路的第一与第二部分串接起来，并且是“扭绞”的。在此情形中，在第二耦合环路的第一和第二部分中感应的磁场具有相反的极性。这样，响应于发射器环路的激励，在多抽头接收器线圈下面的区域中，沿测量轴产生了一个交变的感应磁场。
在第二至第五较佳实施例中的发射器线圈结构基本上消除了若干外来的信号分量。这样在经济的设计方案中导致简化了信号处理，并且提高了传感器的准确度和坚固性。
在各个典型实施例中，设置一种多抽头感应电流位置传感器包括：第一部件，它至少包括沿测量轴布置的一个标尺元件；以及第二部件，它与所述第一部件相邻并沿所述测量轴可相对于所述第一部件移动。所述第二部件包括：第一线圈，第二线圈，该第二线圈包括被布置以形成多个串联连接的空间调制部分的导体，以沿所述测量轴延伸的结构设置所述空间调制部分，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，多个可选择的抽头位于所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈并且通过多个可选择的抽头可以有选择地与所述第二线圈相连。
另外，在这些实施例中，所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，所述信号产生和处理电路驱动所述第一和第二线圈之一以产生变化的磁通量，所述信号发生和处理电路输入一个输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个线圈中感应的，以及所述输入信号依赖于所述抽头中的选出的抽头以及在至少一个所述标尺元件和所述第二线圈之间的相对位置，该至少一个所述标尺元件根据所述相对位置对在所述第一和第二线圈之间耦合的有效通量进行空间调制。
同样地，在多抽头感应电流位置传感器的各个典型实施例中，所述信号发生和处理电路根据来自所述分布电动势的输入信号和选出的抽头确定所述相对位置。较佳地，该相对位置根据所述选出的抽头被确定至第一分辨率。更较佳地，该相对位置根据所述输入信号的特性进一步被确定至比所述第一分辨率更精细的第二分辨率。
在多抽头感应电流位置传感器的各个典型实施例中，所述信号发生和处理电路为每个信号采样周期选出抽头组合、抽头组或抽头对。选择的抽头组或抽头对，把至少两个串联的空间调制部分的信号贡献组合起来以产生所述输入信号。较佳地，如此选择每个抽头组合、抽头组或抽头对，从而把多个串联的空间调制部分中大约一半给出的所述信号贡献组合起来以产生所述输入信号。更较佳地，所述信号发生和处理电路识别相应于最小输入信号幅度的所述抽头组合、抽头组或抽头对，并且根据已识别的抽头组合、抽头组或抽头对来确定所述相对位置。
在各个典型实施例中，所述多抽头感应电流位置传感器的信号发生和处理电路较佳地完成输入信号特性测量中的一项或多项，以测量输入信号的相位、极性和幅度之中的至少一个，它们取决于选出的所述抽头以及在至少一个所述标尺元件和所述第二线圈之间的所述相对位置。
在各个典型实施例中，一种确定磁通量检测线圈相对于沿测量轴延伸之空间调制的时变磁场中的周期性空间调制的位置的方法，包括：响应于所述空间调制的时变磁场在所述磁通量检测线圈中感应出分布的电动势；对于每个信号采样周期，在对不同信号采样周期不改变磁通量检测线圈的工作配置的情况下，选择一组所述抽头，如此选择所述抽头组，从而把许多串联的所述空间调制部分的信号贡献组合起来，以产生根据所述分布的电动势导出的输入信号；在一连续的导电环路上设置所述抽头组；将所述选择的抽头组连接于所述信号处理电路；把所述输入信号输入至所述信号处理电路；测量所述输入信号的特性；根据选出的所述抽头以及相应的所述输入信号所测量的特性，确定在所述磁通量检测线圈和所述空间调制的时变磁场之间的相对位置。
较佳地，上述的方法包括：选择所述抽头组包括选择一对所述抽头，从而多个串联的所述空间调制部分产生所述输入信号特性的理论上可能的最大值；以及确定相对位置，包括相应于所述输入信号特性的最小值，识别按照所述抽头对选择步骤选出的一对抽头。同样较佳地，选择一组所述抽头包括：多个所述可选择抽头中的第一抽头，所述第一抽头具有一空间相位；选择第二抽头，所述第二抽头是下面两个抽头之一：一个相对的抽头，它具有的空间相位与所述第一抽头的空间相位之差最接近180度，以及一个与相对的抽头相邻的抽头；相应于所述第一和第二抽头，确定所述输入信号特性的值；至少再选择所述第一和第二抽头之一；以及重复确定和再选择步骤，直至识别出所述输入信号特性的最小值。
因此，根据本发明的第一方面，提供一种多抽头感应电流位置传感器，包括：
第一部件，它至少包括沿测量轴布置的一个标尺元件；以及
第二部件，它与所述第一部件相邻并沿所述测量轴可相对于所述第一部件移动，所述第二部件包括：
第一线圈，
第二线圈，它包括被布置以形成多个串联连接的空间调制部分的导体，以沿所述测量轴延伸的结构设置所述空间调制部分，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们位于所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈并且通过多个可选择的抽头可以有选择地与所述第二线圈相连；
其中，
所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，
被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，
所述信号产生和处理电路驱动所述第一第二线圈之一，以产生变化的磁通量，
所述信号发生和处理电路输入一个输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个线圈中感应的，以及
所述输入信号依赖于所述抽头中的选出的抽头以及在至少一个所述标尺元件和所述第二线圈之间的相对位置，至少一个所述标尺元件根据所述相对位置对在所述第一和第二线圈之间耦合的有效通量进行空间调制。
根据本发明的第二方面，提供一种多抽头感应电流位置传感器，包括：
第一部件，它包括第一空间调制线圈；
第二部件，它沿测量轴位于靠近所述第一部件之处，并且可相对于所述第一部件移动，所述第二部件包括：
第二线圈，它包括被布置以形成多个串联的空间调制部分的导体，该空间调制部分沿所述测量轴延伸，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们位于所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈，并且通过所述多个可选择的抽头有选择地连至所述第二线圈；
其中，
所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，
被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，所述信号发生和处理电路驱动所述第一和第二线圈之一，以产生变化的磁通量，
所述信号发生和处理电路输入一个输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一根据第一和第二线圈之间的空间调制有效的通量耦合产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个中感应的，以及
所述输入信号依赖于所述抽头中选出的抽头以及在所述第一和第二线圈之间的相对位置。
根据本发明的第三方面，提供一种多抽头感应电流位置传感器，包括：
第一部件，它包括至少一个沿测量轴布置的标尺元件；以及
第二部件，它与所述第一部件相邻，并沿所述测量轴可相对于所述第一部件移动；以及
第一线圈，它相对于所述第一和第二部件之一设置，其中，所述第二部件包括：
第二线圈，它包括一导体，该导体被布置以形成多个串联的沿所述测量轴延伸的空间调制部分，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们在所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈，并且可以通过所述多个可选择的抽头有选择地连至所述第二线圈；
其中，
所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，
被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，
所述信号发生和处理电路驱动所述第一和第二线圈之一，以产生变化的磁通量，
所述信号发生和处理电路输入一输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个线圈中感应的，以及
所述输入信号依赖于选出的所述抽头以及在所述至少一个标尺元件和所述第二线圈之间的相对位置，所述至少一个标尺元件根据所述相对位置对于在所述第一和第二线圈之间耦合的有效通量进行空间调制。
根据本发明的第四方面，提供一种确定磁通量检测线圈相对于沿测量轴延伸之空间调制的时变磁场中的周期性空间调制的位置的方法，所述磁通量检测线圈包括：
被布置以形成多个串联的空间调制部分的导体，所述空间调制部分沿测量轴延伸，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们位于所述空间调制部分上，所述空间调制部分位于磁通量检测线圈上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号处理电路，它通过所述多个可选择的抽头，有选择地与所述磁通量检测线圈相连；
其中，被布置以形成多个串联的空间调制部分的导体进一步为一个连续导电环路，
所述方法包括：
响应于所述空间调制的时变磁场，在所述磁通量检测线圈中感应出分布的EMF；
对于每个信号采样周期，在对不同信号采样周期不改变磁通量检测线圈的工作配置的情况下，选择一组所述抽头，如此选择所述抽头组，从而把许多串联的所述空间调制部分的信号贡献组合起来，以产生根据所述分布的电动势导出的输入信号；
在一连续的导电环路上设置所述抽头组；
将所述选择的抽头组连接于所述信号处理电路，
把所述输入信号输入至所述信号处理电路；
测量所述输入信号的特性；以及
根据选出的所述抽头以及相应的所述输入信号所测量的特性，确定在所述磁通量检测线圈和所述空间调制的时变磁场之间的相对位置。
在下面对较佳实施例的详细描述中，本发明的这些和其他的特征和优点将被述及或变得显而易见。
附图说明
下面参照附图详细描述本发明的较佳实施例。其中，
图1描绘了一种具有不希望的外部信号偏置分量的已知感应电流位置传感器；
图2A描绘的是图1中正极环路的位置相关输出；
图2B绘出的是图1中负极环路的位置相关输出；
图2C绘出的是图1中正、负极环路的净位置相关输出；
图3绘出的是已知缩小偏置的感应电流位置传感器的标尺；
图4绘出的是已知缩小偏置的感应电流位置传感器；
图5绘出的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第一个较佳实施例；
图6绘出的是本发明多抽头感应电流位置传感器中使用的较佳多抽头接收器线圈环路；
图7描绘的是图6中两个多抽头接收器线圈环路是如何串联的；
图8是本发明多抽头感应电流位置传感器中使用的较佳30环路多抽头接收器线圈；
图9绘出的是图6所示多抽头接收器线圈环路的净位置相关输出；
图10绘出的是图8所示30环路多抽头接收器线圈的示意矢量相位图；
图11是图5所示的传感器电子线路的方框图；
图12绘出的是图5中所示发射器电路的示意图；
图13是图12所示发射器电路的时序图；
图14绘出的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第二个较佳实施例，它采用了图4中示出的减小偏置感应电流位置传感器的设计原理；
图15描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第三个较佳实施例；
图16描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第四个较佳实施例；
图17描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第五个较佳实施例；
图18描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的较佳控制程序；
图19描绘的是图11中所示分析电路使用的插补图；
图20是多抽头感应电流位置传感器的接收器和标尺元件的一般实施例；以及
图21描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的另一个实施例，它在标尺构件上采用空间调制发射器线圈来取代无源标尺元件。
具体实施方式
图5描绘的是多抽头感应电流位置传感器100的第一个较佳实施例。多抽头感应电流位置传感器300包含可以相对于读出头320移动的标尺构件310。标尺构件310最好用标准印刷电路板技术形成在印刷电路板上，标尺构件310最好成平面带状，或是一个圆盘，或呈筒形。当磁通量调制器330配备为通量破坏器(fluxdisrupter)时，可以把通量调制器330形成为导电衬底的抬起部分，即，象一个齿轮的齿，而标尺310可以是一个齿轮。
多个磁通量调制器330沿多抽头传感器300的测量轴340以与波长λ相等的间距分布在标尺构件310上。测量轴340可以成直线形的，或是圆形的。通量调制器330沿λ/2的测量轴340具有标称的宽度。通量调制器330沿与测量轴340垂直的方向具有宽度d。
传感单元350最好是一块硅集成电路，安装在读出头320上。读出头320还包括发射器驱动电路380。
传感单元350包括一多抽头接收器线圈400，该线圈位于发射器线圈360内部的通量区域中的传感单元350上。多抽头接收器线圈400是由多个接收器环路410形成的，接收器环路410串联连接，以形成矢量相位“圆”。
传感单元350还包括信号处理和控制电路370，对来自多抽头接收器线圈400的电信号进行处理。电信号通过电输出抽头470和总线520输入信号处理和控制电路370。信号线592和594用来将控制信号从信号处理和控制电路370提供到发射器驱动电路380。
图6绘出的是组成多抽头接收器线圈400的一个多抽头接收器环路410。基本多抽头接收器环路410包含两个极性相反的半环路420和430。多抽头接收器环路410在起始点440开始，并沿逆时针方向在环路衬底表面或第一层上迂回到通路450。多抽头接收器环路410通过路径450到达衬底的第二层或表面上，并从路径450到路径452沿逆时针方向迂回。多抽头接收器环路接着通过路径452回到衬底的第一层或表面上，并沿逆时针方向迂回到路径454，在此多抽头接收器环路410与抽头470相连。
多抽头接收器环路接着通过路径454回到衬底的第二层或表面上，并沿逆时针方向迂回，直到跨越其自身，并随后沿顺时针方向到达路径456。多抽头接收器环路接着通过路径456回到衬底的第一层或表面上，并沿顺时针方向迂回到路径458上。多抽头接收器环路随后通过路径458回到衬底的第二层或表面上，并通过路径沿顺时针方向迂回到多抽头线圈的终点460上。
因此，由磁场在两个半环路420和430中感应的电压具有相反的极性。因此，因为发射器线圈360产生的磁场大体上是均匀的，所以点440和460上的合成电压将为零。
然而，通量调制器330沿测量轴340方向的长度近似等于半环路420和430中一个沿测量轴340方向的长度。如上所述，通量调制器可以是通量破坏器，也可以是一个通量增强器。当通量调制器是通量破坏器时，通量调制器330最好包含呈具有周期λ的周期图形位于标尺构件310上的铜电极。
发射器线圈360中产生的变化磁场在导电通量调制器330中感应出电流。通量调制器330中的感应电流产生抵消发射器线圈360产生的一次磁场的磁场。多抽头接收器环路410因此接收不均匀的净磁通量，并且在点440和460上的合成电压将是非零的，其幅度和极性的变化相对于通量调制器330来说是多抽头接收器环路410的位置的函数。
当通量调制器330的中心在右半环路430下面时，来自全接收器环路410的电信号将具有第一极性的最大幅度。当通量调制器330的中心在左半环路420下面时，来自全接收器环路410的电信号将具有第二相反极性的最大幅度。两个半环路420和430中心之间的距离最好等于通量调制器图形的波长的一半。然而，两个半环路420和430的中心之间的距离可以略不同于较佳值。例如，一个较佳实施例中两个半环路中心之间的距离是992μm，在该较佳实施例中，略高于通量调制器图形波长1,920μm的二分之一。另一个原因是保持多个环路的导线和路径相互交叉。
多个多抽头接收器环路410串联连接。图7绘出两个多抽头接收器环路410是如何串联连接的。第一个多抽头接收器环路410a在起始点440a处开始，并沿逆时针方向迂回到路径450a。接着第一多抽头接收器环路410a沿逆时针方向通过路径452a和454a迂回到第一多抽头接收器环路410a的抽头470a。第一多抽头接收器环路410a接着通过其自身迂回，并沿顺时针方向通过路径456a和458a迂回到终点460a，该终点460a也与第二多抽头接收器环路410b的起点440b串联。
第二多抽头接收器环路410b沿逆时针方向通过路径450b、452b和454b迂回到第二多抽头接收器环路410b的抽头470b。第二多抽头接收器环路410b接着跨越其自身迂回，并接着沿顺时针方向通过路径456b和458b迂回到终点460b，在此与下一个多抽头接收器环路的起点串联。
对所有的多抽头接收器环路410重复这一结构。最后一个多抽头接收器环路410z的终点与第一个多抽头接收器环路410a的起点440a相连。
如果多抽头接收器环路410的总数等于“N”，那么各多抽头接收器环路410的间距(例如环路间距)最好等于λ/N。多抽头接收器线圈400最好包含30个多抽头接收器环路410。在上述较佳实施例中，波长λ为1,920μm。因此，本较佳实施例中，30个多抽头接收器线圈410每一个之间的环路间距为64μm。在该较佳实施例中，每一多抽头接收器环路410的最大宽度“d”近似为1mm。
多个电输出抽头470最好与每一多抽头接收器环路410的路径450相连。因此，从与路径450a相连的二分之一(one-half)环路开始，以1环路间距设置总数为30个的电输出抽头470。赋予第一电输出抽头470一个任意的空间相位0.5，30个电输出抽头470对应于指定的相位0.5、1.5、2.5、……、29.5。
图8绘出的是整个多抽头接收器线圈400。如图8所示，所有的多抽头接收器环路410串联相连，最后一个多抽头接收器环路410的终点460与第一个接收器环路410的起点440a相连。因此，每一多抽头接收器410构成整个多抽头接收器线圈400的空间调制部分，具有规定的空间相位。
图9描绘的是从相邻多抽头接收器环路470得到的幅度和极性信号，当发射器线圈360用随时间而变的电信号赋能时，作为沿测量轴340的方向的标尺构件310上读头320位置的函数。信号幅度基本上是一正弦函数，其周期等于波长λ。实验结果表明，即使在图示菱形的情况下，对于许多制造的装置，上述结果也近似是正确的。如果需要，可以进行环路修改，使得更加接近正弦函数。
在“第n个”空间相位位置上，在读头320和标尺构件310之间的任意相对位置x处，接收器环路贡献的感应电压近似表述为：
V n = A · sin 2 π ( x λ + n N ) - - - ( 1 )
其中：
Vn是多抽头接收器环路“n”贡献的感应电压；
A是正弦函数的幅度；
N是多抽头接收器环路的总数；
x是读头320相对于标尺构件310的位置。
图10是在分析多抽头读头和标尺的运行时使用的矢量相位图。矢量轮480相邻抽头之间的矢量旋转代表读头320上相邻抽头470之间的空间相位角。所以，矢量轮480的任一矢量和投射到正交R-I轴的横轴R即实轴上代表标尺处在该位置时相关抽头点之间的信号幅度。所以，图10绘出的是与30个电输出抽头470即电输出抽头0-29相连的空间相位即相位0.5-29.5的信号矢量和。如图10所示，任何一个电输出抽头470可以被打开，而在打开终点的两端设有电信号。因此，所有的多抽头接收器环路410可以串联连接成一个矢量圆圈，在总的矢量圆内不产生电流，而不管标尺的位置如何。然而，在径向相反的电输出抽头470x和470(x+15)上，出现电信号，它代表任意半个矢量圆480中所有矢量的矢量和。
设置在相应抽头0-29处每一多抽头接收器环路410对径向相反抽头470x和470(x+15)之间输出的电压Vk的矢量贡献取决于选择的抽头470和标尺元件330的相对位置。在如图10所示的矢量圆480中，选择的抽头470相对于标尺元件330的相对位置是用矢量轮480相对于R轴的相对角旋转来表示的。所以，当标尺元件330的中心位于抽头x上时，矢量轮480必须旋转，从而抽头x直接位于矢量轮480的底部。当标尺元件480相对于抽头470移动时，矢量圆480相对于R轴旋转一个与公共旋转轴O相应的量。
因此，矢量轮对图10中R-I轴的相对位置与图8所示例子对应，图8中标尺元件330的中心位于抽头4700上。另外，当标尺元件330朝着抽头47030的移动时，矢量轮绕公共轴O的R轴顺时针旋转。
公式2描述的是用数学项表示的矢量轮480的特性，其中，输出到信号处理和控制电路370的电压Vk由下式表述：
V k = Σ m = k m = k + ( N / 2 ) V m = C · A · sin 2 π · ( x λ + k N ) , - - - ( 2 )
其中，Vk是信号处理和控制电路370和电输出抽头470k和电输出抽头470(k+(N/2))相连时检测到的电压；
C是取决于波长内接收器环路个数的常数；
A是正弦函数的幅度；
N是多抽头接收器环路的总数；
x是读头320相对于标尺构件310的位置。
电压Vk是读头320相对于标尺构件310的位置的正弦函数。在所示的例子中，正弦变化(随位置而变)电压Vk的幅度，因此也是常数C近似为对各多抽头接收器环路410电压贡献的幅度A的十倍。等式(2)的空间相位角项(决定电压Vk的有效幅度)直接与连接电输出抽头470沿矢量圆480的位置和与环路和标尺的相对位置对应的相对R-I轴的角度相关。信号处理和控制电路370与电输出抽头470k和电输出抽头470(k+(N/2))相连。当(k+N/2)大于“N”时，电输出抽头470(k+N/2)实际上是电输出抽头470(k-(N/2))。
当两个电连接490和500在电输出抽头470上一前一后地移动时，有“N”个不同的空间相位位置。在较佳多抽头接收器线圈400中，采用30个接收器环路410，即，“N”等于30。因此，有30个不同的相位位置。然而，应当理解，可以采用附加电输出抽头470来获得附加相位位置。例如，对于总数为60的电输出抽头，对于相同的的30环路多抽头接收器线圈400，电输出抽头470可以以半环路间隔(即，起点/终点440/460)放置。这样，就有60个可进行数字选择的相位位置。与单独的接收器环路410类似，电输出抽头470具有规定的与接收器环路410的关系对应的空间相位。
也可以是，电连接490和500可以一次移动一个，以增加数字相位位置数，即，不是一个接一个的。这样，当每一个电连接490和500独立移动而其他的电连接500或490保持不动时，有60个可以数字选择的相位位置。这些是原始的30个不同的相位位置步长(step)和30个附加的相位位置二分之一步长。半步长是当电连接490和500中的第一个已经移动一个步长，而第一个和第二个电连接500和490中的另一个没有移动时实现的。
图11绘出的是更详细的信号处理和控制电路370。信号处理和控制电路370包含多路复用器530和540、控制器550、接收器电路560、取样和保持电路570、分析电路580和发射器控制器590。
总线520将每一电输出抽头470与多路复用器530和540相连。多路复用器530和540实现上述参照图10描述的电连接490和500。
多路复用器530和540分别通过信号线532和542将信号传送到接收器电路560。接收器电路560通过信号线562和564将信号传送到取样和保持电路570。取样和保持电路570通过信号线572将信号传送到分析电路580。控制器550分别通过控制线552、554、556和558将控制信号提供给多路复用器530和540、发射器控制器590以及取样和保持电路570。分析电路580通过控制线582将控制信号提供给控制器550。另外，发射器控制器通过控制线592和594将控制信号发送到发射器驱动电路380。
应当理解，略微作些改动，信号处理和控制电路可以逆向操作多抽头传感器。即，多抽头接收器线圈400可以用作多抽头发射器线圈，而发射器线圈360可以用作接收器线圈。
图12和13绘出的是发射器驱动电路380的运行。发射器线圈360与电容382相串联。开关384将电容器382的另一端与电压源386相连，用来在发射器脉冲之间的时间间隔中将电容器382充电到电压Vc。当开关388闭合时，开关388使电容器382和发射器线圈360串联。
如图13时序图所示的那样，在时刻t1，信号线592上来自发射器控制器590的控制信号变低，使得开关384打开。所以，电容器382与电压源386断开。接着，在时刻t2，信号线594上来自发射器控制器590的控制信号变高，使得开关388闭合，并使电容器382和发射器线圈360连接成并联结构。
发射器线圈360和电容器382形成谐振电路。因此，发射器线圈360中的电压VT的幅度经历一次如图13所示的阻尼振荡。发射器线圈360中的阻尼振荡信号VT与产生接收器信号VR的多抽头接收器线圈400感性耦合。
控制器550在信号线558上将控制信号发送到取样和保持电路570。信号线558上的控制信号触发取样和保持电路570，在时刻t3存储信号VR的值。本发明中采用的相关电路技术和信号处理还可以参见申请日为1995年5月16日的美国专利申请08/441,769，和申请日为1996年5月13日的美国专利申请08/645,483。这两个专利在此引述供参考。
在相反的情况下，对信号发生和处理电路进行修改，从而将发射器驱动电路380连接在发射器控制器590和第一与第二多路复用器530和540之间。具体说来，电容器382和开关388分别与信号线532和542相连，从而第一和第二多路复用器530和540可以有选择地将电容器382和开关388与多抽头发射器线圈400的抽头470相连。同时，接收器电路560的输入与接收器线圈360的端子相连。
图14绘出的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第二个较佳实施例。该多抽头传感器600是一种“减小偏置”类型，并以与上述“减小了偏置”的传感器采用类似方式工作。另外，包括有多抽头接收器线圈400(未示出)和发射器驱动电路380的传感单元350的运行与上述图5中多抽头传感器的较佳实施例是相同的。
在减小偏置的传感器600中，发射器线圈包括第一发射器线圈362和第二发射器线圈364。第一和第二发射器线圈362和364沿测量轴340延伸，并位于多抽头接收器线圈400相对的两侧。
标尺构件310具有多个第一耦合环路610，环路610沿测量轴340延伸，并与也沿测量轴340延伸的多个第二耦合环路620交错。每个第一耦合环路610具有与第一发射器线圈362对齐(aligned)的第一部分612和与多抽头接收器线圈400对齐的第二部分614。类似地，每个第二耦合环路620具有与第二发射器线圈364对齐的第一部分622和与多抽头接收器线圈400对齐的第二部分624。
第一环路部分612由连接导体(conductor)616与第二环路部分614相连。类似地，第一环路部分622由连接导体626与第二环路部分624相连。第二环路部分614和624各自沿测量轴340的长度略短于多抽头接收器环路410(未示出)长度的一半。另外，第二环路部分614和第二环路部分624最好以λ的间距排列。
工作时，电流以相反的方向流入发射器线圈362和364。所以，在耦合环路部分612和622中感应产生相反方向的电流。环路部分612和622中的电流分别通过连接导体616和626耦合到环路部分614和624。
与第二环路部分614和624耦连的电流产生极性相反的磁场，接着在上述多抽头接收器线圈环路410中产生感应电流。极性相反的第二环路部分614和624导致增强的多抽头接收器线圈信号。
图15描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第三个较佳实施例。多抽头传感器700也是减小偏置的类型，并以与上述减小偏置的传感器基本类似的方式工作。另外，包括多抽头接收器线圈400(未示出)和发射器驱动电路380的传感单元350的操作与上文中参照图5描述的多抽头传感器的实施例是相同的。
在减小偏置的传感器700中，发射器线圈360位于传感单元350的外部。标尺构件310具有多个沿测量轴340延伸的耦合环路710。每个耦合环路710具有与发射器线圈360对齐的第一部分712和与传感单元350中的多抽头接收器线圈400对齐的第二部分714。第一环路部分712和第二环路部分714由连接导体716相连。第二环路部分714最好相隔与波长λ相等的间距。
工作时，发射器线圈360产生发射器线圈360内穿出图15平面而在发射器线圈360形成的环路外进入图15所示平面的一次磁场。因此，在位于靠近发射器线圈360的耦合环路部分712中感应出电流。每个耦合环路部分712中的感应电流由连接导体716耦合到它们的第二环路部分714。第二环路部分714中的电流产生磁场，该磁场接着在上述多抽头接收器线圈环路410中感应出电流。与图15所示实施例不同的是，采用合适的电连接，发射器环路360和发射器驱动电路380可以位于除传感单元350以外的另一构件上，只要发射器环路360相对于第一耦合环路部分712和传感单元350处在可操作位置上。
图16描绘的是本发明多抽头感应位置传感器的第四个较佳实施例。图16所示的传感器800也是减小偏置的类型，并以与图3和图4所示减小偏置的传感器基本类似的方式工作。另外，包括多抽头接收器线圈400(未示出)和发射器驱动电路380的传感单元350的运行与上述参照图5所示多抽头传感器实施例是相同的。
在减小偏置的传感器800中，发射器线圈还包括第一发射器线圈362和第二发射器线圈364。第一和第二发射器线圈362和364沿测量轴340延伸，并位于多抽头接收器线圈400的一侧。
标尺构件310具有多个第一耦合环路810，环路810沿测量轴340延伸，并与也沿测量轴340延伸的多个第二耦合环路820交错。每个第一耦合环路810具有与第一发射器线圈362对齐(aligned)的第一部分812和与多抽头接收器线圈400对齐的第二部分814。类似地，每个第二耦合环路820具有与第二发射器线圈364对齐的第一部分822和与多抽头接收器线圈400对齐的第二部分824。
第一环路部分812由连接导体(conductor)816与第二环路部分814相连。类似地，第一环路部分822由连接导体826与第二环路部分824相连。第二环路部分814和824沿测量轴340的长度略短于多抽头接收器环路410(未示出)长度的一半。另外，第二环路部分814和第二环路部分824最好以λ的间距排列。
工作时，电流以相反方向流入发射器线圈362和364。所以，在耦合环路部分812和822中感应产生相反方向的电流。环路部分812和822中的电流分别通过连接导体816和826耦合到环路部分814和824。
与第二环路部分814和824耦合的电流产生极性相反的磁场，接着该磁场在上述多抽头接收器线圈环路410中感应出电流。极性相反的第二环路部分814和824导致增强的多抽头接收器线圈信号。
图17描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的第五个较佳实施例。图17所示传感器900也是减小偏置的类型，并以与上述减小偏置的传感器基本类似的方式工作。另外，包括多抽头接收器线圈400(未示出)和发射器驱动电路380的传感单元350的操作与上文中参照图5描述的多抽头传感器的实施例是相同的。
在减小了偏置的传感器900中，发射器线圈360位于传感单元350的外部，并沿测量轴340延伸。
标尺构件310具有多个沿测量轴340延伸的第一耦合环路910，并与也沿测量轴340延伸的多个第二耦合环路920交错。每个第一耦合环路910具有与发射器线圈360对齐的第一部分912和与多抽头接收器线圈400对齐的第二部分914。类似地，每个第二耦合环路920具有与发射器线圈360对齐(aligned)的第一部分922和与多抽头接收器线圈400对齐的第二部分924。
耦合环路910和920形成在二层标尺构件310上，二层之间具有路径930。实线代表位于第一层上的耦合环路910和920部分，虚线代表位于第二层上的耦合环路910和920部分。
第一环路部分912由连接部分916与第二环路部分914相连。类似地，第一环路部分922由连接部分926与第二环路部分924相连。所以，通过发射器线圈360产生的磁场在第一环路部分912和922中感应的电流将耦合到第二环路部分914和924。
在耦合环路920中，连接部分926扭绞起来。所以，第一和第二环路部分922和924中的电流将以相反的方向流动。相反，在耦合环路910中，连接部分914是不扭绞的。所以，第一和第二环路部分912和914中的电流将以相同的方向流动。第二环路部分914和924沿测量轴的长度略小于多抽头接收器环路410(未示出)长度的二分之一。另外，第二环路部分914和第二环路部分924最好都以λ间距排列。
与第二环路部分914和924耦合的电流产生极性相反的磁场，该磁场接着在上述多抽头接收器线圈环路410中感应出电流。极性相反的第二环路部分914和924导致增强的多抽头接收器线圈信号。
图18绘出的是信号处理和控制电路370的较佳控制程序。程序在步骤S1000处开始，并继续到步骤S1100，在此+控制系统将变量“n-步骤”的值设置为8。随后控制继续到步骤S1200，在此控制器550控制多路复用器530和540，将接收器电路560连接到在任意位置“n”处正好相反的电输出抽头470。
接着，在步骤S1300，发射器控制器590和发射器驱动电路380启动发射器线圈360。取样和保持电路570在发射器线圈360的阻尼振荡第一个峰值处捕获接收器信号。
随后，控制继续到步骤S1400，在此取样和保持电路570捕获的接收器信号即“取样”信号被输出到分析电路580。接着，在步骤S1500，控制系统判断“n-步骤”是否等于1，并且在步骤S1400处传送到分析电路580的取样信号是否具有相对于先前传送到分析电路580的取样信号相反的极性。如果“n-步骤”不等于1，并且取样信号具有相对于与先前的取样信号相反的极性，则控制继续到步骤S1600。否则控制跳到步骤S1800。
在步骤S1700，分析电路580根据来自取样和保持电路570的取样信号幅度调整“n-步骤”的值。如果取样信号使分析电路580中的A/D传感器(未图示)饱和，则分析电路580将“n-步骤”的值设置为近似等于1/4波长，例如30-步长(step)矢量圆中8个电输出抽头步长(step)。分析电路580按照取样信号的极性设置“n-步骤”的极性。对于正极性的取样信号，分析电路580将“n-步骤”的极性设置为第一预定极性。对于负极性的取样信号，分析电路580将“n-步骤”的极性设置为相反的方向。
每次取样信号相对于最后一次测量变换极性时，分析电路580将“n-步骤”的值一分为二，并改变其极性。因此，控制系统将步骤数即“n-步骤”收敛为1，在约四个传输和测量循环周期内。
在步骤S1600处调整了“n-步骤”的值以后，控制继续到步骤S1700。在步骤S1700处，分析电路580将“n-步骤”的值加到“n”上。控制随后回到步骤S1200，并重复控制程序。
在步骤S1800处，分析电路580根据最后两个取样信号值插补传感器位置。最后两个取样信号值具有相反的符号，并且从与给出上述参照图10描述的零幅度输出信号的传感器位置的一个步骤单位不远的电输出抽头位置发出。即，在标尺元件中心位于相连抽头470中的一个上面时。由于标尺元件的中心通常位于抽头点之间，所以采用如图19所示的如下处理过程。
如图19所示，信号Sn是位于零幅度交叉点“x”一侧的信号，而信号Sn+1是位于零幅度交叉点“x”另一侧上的信号。位置x是电输出抽头470n上的信号是零的位置。位置xn+1是电输出抽头470(n+1)上的信号为零的位置。
分析电路580用下式关系在一个波长的标尺内插入传感器的实际位置x：
x = ( X n · S n + 1 ) - ( X n + 1 · S n ) ( S n + 1 - S n ) - - - ( 3 )
其中，Sn是电信号抽头470n处的取样信号；
Sn+1是抽头470(n+1)处的取样信号。
分析电路580在步骤S1600处插入了传感器位置以后，控制回到步骤S1200。
图20描绘的是本发明多抽头感应电流位置传感器的标尺元件、接收器和发射器的更一般化的表述。如图20所示，接收器1020和1030(或者当传感器逆向工作时是发射器1020和1030)可以是任何类型的磁通量传感器(或发生器)，具有规定的通量传感(或发生)区，该区域可以按照这里所描述的原理在空间定位或电连接。正如所描述的那样，在所引述的参考文献中，正极接收器1020和负极接收器1030最好并且也是实际可行地连接成N对，这里，下标表示图20中的对数“i”。如前述所描述的那样，该结构消除了“直流偏置”。并且最好接收器1020i和1030i相互以(2M+1)λ/2的间隔隔开，从而从具有波长λ的标尺产生最好的信号，这里，M是整数，大于或等于零。最实际的是通常选择M＝0，并且如图20所示串联连接接收器1020i和1030i。N个接收器对(或发射器对)1020i和1030i串联连接，并且第一个接收器10201与最后一个接收器1030N相连，使串联电路闭合成“环路”。标尺元件330以λ的间距沿标尺构件分布。图示的发射器(或接收器)360为围绕接收器(或发射器)1020i和1030i的线圈，因此，图20对应于图5中所示的实施例。然而，应当理解，发射器(或接收器)360可以位于靠近接收器(或发射器)1020i和1030i的地方，与图14-17所示的实施例对应。另外，发射器360不一定是一个线圈，可以是任何形式的磁通量发生器。
图20描绘的是包含接收器1020i和1030i的N个接收器对的一般定位原则。即，取第一接收器对(i＝1)为空间参考，“第i个”接收器对应当位于距第一对为Kλ+((i-1)λ/N)的地方。举例来说，图8中，对于所有的接收器对，K＝0，从而导致重叠接收器环路、小型传感器和简单的电连接分布。然而，对于每一接收器对，K是独立的。所以，K可以是任何整数，尽管电连接图可能变得更复杂，并且当K不是零时传感器长度将增加。如果K不为零，接收器对不必重叠，这对于某些制造方法来说是最合适的。尽管图20描绘每一接收器对的一个抽头470，但按前面图7-10类推，抽头可以配置在每一接收器对中的多个位置处，只要遵循图10所描述的操作原则。在任何一种情况下，标尺最好足够长，以覆盖所有要求位置处的整个接收器环路。
超出一个波长的累加位移可以通过对来自这些传感器的位置数据应用本领域中所熟知的传统技术来跟踪。所以，超出一个波长的位移和相关的位置可以被计算出来和显示出来。包括多路复用器530和540、控制器550、接收器电路560、取样和保持电路570、分析电路580和发射器控制器590的信号处理和控制电路370最好是用编程微处理器和外围集成电路元件、编程微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路来实现。然而，信号处理和控制电路370还可以用硬线电子电路或逻辑电路来实现，如分立元件电路、可编程逻辑电路如FPGA、PLD、PLA或PAL等。一般说来，能够实现如图18所示流程图并且能够控制如图5、11和14-17所示外围器件的有限状态机器可以用来实现本发明的信号处理和控制电路370。
对于更短范围的应用，也可以进行其他多抽头传感器修改。图21描绘的是基于图15所示传感器700的多抽头传感器750。在多抽头传感器750中，在发射器驱动电路380和标尺构件310上的连接之间采用活动电连接761和762。因此，在多抽头传感器750中去掉了图15所示第一耦合环路部分712和发射器环路360。第二耦合环路部分712如图21所示串联连接，并通过活动电连接761和762直接驱动成空间调制发射器环路。标尺构件310可以在电连接761和762允许的行程范围内移动。否则，多抽头传感器750的运行与多抽头传感器700的运行相同。
另外，尽管前述实施例是具有发射器线圈的空间均匀的线圈，并且空间调制的线圈用作接收器线圈，但应当明白，对于本领域的技术人员很明显的是，如果发射器和接收器线圈的作用在合适的信号处理中的“倒过来”，则所揭示的传感器线圈结构将保留其所有的发明优点。尽管本发明的描述是针对上述特定实施例来描述的，但很明显，对于本发明的技术人员来说，还可以对这些实施例进行各种变换、修改和变异。
当把接收器线圈组装到同一块衬底内(至少作为多路复用器)时所得到的本发明的一个特定优点是减少了与外界的连接。
因此，本发明较佳实施例的描述是描述性的，而非限定性的。在不偏离后文中所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施例作各种变化。

Claims (40)

1.一种多抽头感应电流位置传感器，包括：
第一部件，它至少包括沿测量轴布置的一个标尺元件；以及
第二部件，它与所述第一部件相邻并沿所述测量轴可相对于所述第一部件移动，所述第二部件包括：
第一线圈，
第二线圈，它包括被布置以形成多个串联连接的空间调制部分的导体，以沿所述测量轴延伸的结构设置所述空间调制部分，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们位于所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈并且通过多个可选择的抽头可以有选择地与所述第二线圈相连；
其中，
所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，
被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，
所述信号产生和处理电路驱动所述第一第二线圈之一，以产生变化的磁通量，
所述信号发生和处理电路输入一个输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个线圈中感应的，以及
所述输入信号依赖于所述抽头中的选出的抽头以及在至少一个所述标尺元件和所述第二线圈之间的相对位置，至少一个所述标尺元件根据所述相对位置对在所述第一和第二线圈之间耦合的有效通量进行空间调制。
2.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路根据所述输入信号和选出的抽头，确定所述相对位置。
3.如权利要求2所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，根据所述选出的抽头，确定所述相对位置至第一分辨率。
4.如权利要求3所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，根据所述输入信号，确定所述相对位置至第二分辨率，所述第二分辨率比所述第一分辨率更精细。
5.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路根据对来自前一信号采样周期的所述输入信号的分析，为电流信号采样周期选出所述抽头中的抽头。
6.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路对于每个信号采样周期选择出一对抽头，如此选择所述抽头对，从而把至少两个串联的所述空间调制部分的信号贡献组合起来，以产生所述输入信号。
7.如权利要求6所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，如此选择出每个所述抽头对，从而把多个串联的所述空间调制部分中大约一半给出的所述信号贡献组合起来，以产生所述输入信号。
8.如权利要求7所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路识别相应于最小输入信号幅度的所述抽头对，并且根据已识别的抽头对来确定所述相对位置。
9.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述输入信号的相位、极性和幅度之中的至少一个取决于选出的所述抽头以及在至少一个所述标尺元件和所述第二线圈之间的所述相对位置。
10.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，至少一个所述标尺元件包括沿所述测量轴以间距λ分布的多个磁通量调制器。
11.如权利要求10所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，根据多个所述空间调制部分的数目N以及所述间距λ，多个所述空间调制部分沿所述测量轴以预定的偏移量相互偏移。
12.如权利要求11所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述预定的偏移量是λK+λ(i-1)/N，其中K和N是整数，且对于互相邻近的空间调制部分来说i＝2。
13.如权利要求12所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，k＝0，并且多个所述空间调制部分相互部分地重叠。
14.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所有的所述空间调制部分都有提供第一信号贡献的正极性区域，它电气连接至提供第二信号贡献以平衡所述第一信号贡献的负极性区域，从而当在无所述标尺元件下进行操作时，每个所述空间调制部分给出的信号贡献大约为零。
15.如权利要求14所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，至少一个所述标尺元件包括沿所述测量轴以间距λ分布的多个磁通量调制器，每个所述正极性部分和每个所述负极性部分沿所述测量轴的长度大约等于所述间距λ的一半，所有的所述空间调制部分在几何形状上相似并且每个空间调制部分沿所述测量轴的长度大约等于所述间距λ，以及所有的所述标尺元件在几何形状上相似并且每个标尺元件沿所述测量轴的长度大约等于所述间距λ的一半。
16.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述多个空间调制部分的第一个的起始点与所述多个空间调制部分的最后一个的终点相连。
17.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，如此形成所述第二线圈，从而所有的所述多个空间调制部分给出的所述信号贡献形成一个矢量圈，这样，不管所述标尺位置如何，操作期间在所述第二线圈中感应的电流大约为零。
18.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，至少一个所述标尺元件包括多个通量调制器。
19.如权利要求18所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述通量调制器至少是通量增强器和通量破坏器之一。
20.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述标尺元件是耦合环路。
21.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述第一和第二线圈一般是平行的，并且大致沿所述测量轴共同延伸。
22.如权利要求21所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述第二线圈位于所述第一线圈的内部。
23.如权利要求21所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述第一线圈位于靠近所述第二线圈之处。
24.如权利要求23所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述第一线圈具有多个线圈部分，所述第二线圈位于邻近至少一个所述线圈部分之处。
25.如权利要求24所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述第一线圈具有一对所述线圈部分，所述第二线圈位于所述一对线圈部分之间。
26.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路驱动所述第一线圈，并输入来自所述第二线圈的所述输入信号。
27.如权利要求26所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路包括：
控制器；
发射器驱动器，它连接至所述第一线圈和所述控制器；
多路复用器，它连接至所述第二线圈的抽头和所述控制器；
解调器，它连接至所述多路复用器；以及
分析电路，它连接至所述解调器，根据所述输入信号并相对于所述相对位置，输出至少一个信号。
28.如权利要求27所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述至少一个信号包括送至所述控制器的一个控制信号，所述选出的抽头根据所述控制信号被选出。
29.如权利要求27所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述至少一个信号包括指出所述相对位置的一个输出信号。
30.如权利要求27所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述解调器包括：
接收器电路；以及
采样和保持电路，它连至所述接收器电路。
31.如权利要求1所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路驱动所述第二线圈并且输入来自所述第一线圈的所述输入信号。
32.如权利要求31所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述信号发生和处理电路包括：
控制器；
多路复用器，它连接至所述第二线圈的抽头和所述控制器；
发射器驱动器，它连接至所述控制器和所述多路复用器；
解调器，它连接至所述第一线圈；以及
分析电路，它连接至所述解调器，并根据所述输入信号输出至少一个信号。
33.一种多抽头感应电流位置传感器，其特征在于包括：
第一部件，它包括第一空间调制线圈；
第二部件，它沿测量轴位于靠近所述第一部件之处，并且可相对于所述第一部件移动，所述第二部件包括：
第二线圈，它包括被布置以形成多个串联的空间调制部分的导体，该空间调制部分沿所述测量轴延伸，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们位于所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈，并且通过所述多个可选择的抽头有选择地连至所述第二线圈；
其中，
所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，
被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，所述信号发生和处理电路驱动所述第一和第二线圈之一，以产生变化的磁通量，
所述信号发生和处理电路输入一个输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一根据第一和第二线圈之间的空间调制有效的通量耦合产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个中感应的，以及
所述输入信号依赖于所述抽头中选出的抽头以及在所述第一和第二线圈之间的相对位置。
34.一种多抽头感应电流位置传感器，其特征在于包括：
第一部件，它包括至少一个沿测量轴布置的标尺元件；以及
第二部件，它与所述第一部件相邻，并沿所述测量轴可相对于所述第一部件移动；以及
第一线圈，它相对于所述第一和第二部件之一设置，其中，所述第二部件包括：
第二线圈，它包括一导体，该导体被布置以形成多个串联的沿所述测量轴延伸的空间调制部分，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们在所述空间调制部分上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号发生和处理电路，它连至所述第一线圈，并且可以通过所述多个可选择的抽头有选择地连至所述第二线圈；
其中，
所述第二线圈的空间调制部分的配置在传感器工作期间不改变，
被布置以形成所述串联连接的空间调制部分的导体进一步为一个第一连续导电环路，并且所述的多个可选择的抽头中的每一个都位于该第一连续导电环路上，
所述信号发生和处理电路驱动所述第一和第二线圈之一，以产生变化的磁通量，
所述信号发生和处理电路输入一输入信号，该信号是从分布的电动势导出的，而该电动势是由所述第一和第二线圈之一产生的所述变化的磁通量在所述第一和第二线圈的另一个线圈中感应的，以及
所述输入信号依赖于选出的所述抽头以及在所述至少一个标尺元件和所述第二线圈之间的相对位置，所述至少一个标尺元件根据所述相对位置对于在所述第一和第二线圈之间耦合的有效通量进行空间调制。
35.如权利要求34所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述测量轴是圆形的。
36.如权利要求34所述的多抽头感应电流位置传感器，其特征在于，所述第一和第二线圈以及所述至少一个标尺元件基本上都是平面状的。
37.一种确定磁通量检测线圈相对于沿测量轴延伸之空间调制的时变磁场中的周期性空间调制的位置的方法，所述磁通量检测线圈包括：
被布置以形成多个串联的空间调制部分的导体，所述空间调制部分沿测量轴延伸，每个所述空间调制部分具有确定的空间相位，
多个可选择的抽头，它们位于所述空间调制部分上，所述空间调制部分位于磁通量检测线圈上，不同的抽头组合表示不同的空间相位，以及
信号处理电路，它通过所述多个可选择的抽头，有选择地与所述磁通量检测线圈相连；
其中，被布置以形成多个串联的空间调制部分的导体进一步为一个连续导电环路，
其特征在于，所述方法包括：
响应于所述空间调制的时变磁场，在所述磁通量检测线圈中感应出分布的EMF；
对于每个信号采样周期，在对不同信号采样周期不改变磁通量检测线圈的工作配置的情况下，选择一组所述抽头，如此选择所述抽头组，从而把许多串联的所述空间调制部分的信号贡献组合起来，以产生根据所述分布的电动势导出的输入信号；
在一连续的导电环路上设置所述抽头组；
将所述选择的抽头组连接于所述信号处理电路，
把所述输入信号输入至所述信号处理电路；
测量所述输入信号的特性；以及
根据选出的所述抽头以及相应的所述输入信号所测量的特性，确定在所述磁通量检测线圈和所述空间调制的时变磁场之间的相对位置。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，
选择所述抽头组包括选择一对所述抽头，从而多个串联的所述空间调制部分产生所述输入信号特性的理论上可能的最大值，以及
确定相对位置包括相应于所述输入信号特性的最小值，识别按照所述抽头对选择步骤选出的一对抽头。
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述测量轴是圆形的。
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，对于每个所述信号采样周期选择一组所述抽头包括：
选择多个所述可选择抽头中的第一抽头，所述第一抽头具有一空间相位；
选择第二抽头，所述第二抽头是下面两个抽头之一：
一个相对的抽头，它具有的空间相位与所述第一抽头的空间相位之差最接近180度，以及
一个与相对的抽头相邻的抽头；
相应于所述第一和第二抽头，确定所述输入信号特性的值；
至少再选择所述第一和第二抽头之一；以及
重复确定和再选择步骤，直至识别出所述输入信号特性的最小值。
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