CN1894571A - 用在电容位移感测系统和方法中的信号平衡屏蔽电极构造 - Google Patents

Abstract

一种电容编码器包括不需要电学接地连接或有源感测和控制就可以在电容位置测量期间将(一个或多个)屏蔽电极保持在完全恒定电压的信号平衡屏蔽电极构造。屏蔽电极构造在操作期间被定位在位于发射机电极与接收机电极之间的电容耦合间隙中。屏蔽电极构造被以补偿发射机电极布局的方式被图案化，使得屏蔽电极构造在被耦合到发射机电极上出现的信号时固有地在名义上恒定的电学电势处幅度。因此，与使用电学连接、补偿驱动电路系统或接地来控制在不固有恒定的电势下操作的屏蔽部件的电势的电容编码器相比，所得到的电容编码器可以更经济地建立、更方便安装并且在操作期间更可靠。

Description

用在电容位移感测系统和方法中 的信号平衡屏蔽电极构造

技术领域

本发明一般地涉及位移感测电容编码器，更具体地涉及包括具有不需要屏蔽电极的电学连接或接地就可以提供低成本、可靠且高精确度的位移感测的信号平衡屏蔽电极构造的标尺的电容编码器。

背景技术

用于进行线性和角度位移或位置测量的大量电容测量设备已经开发出来，其中，相对于彼此被固定的两个组件包括被电容耦合在两个支撑组件之间的各自的电容电极，并且第三组件可以在所述两个组件之间相对移动以改变它们的电容耦合。第三组件以与第三组件相对于头两个组件的位置相对应的方式来改变它们的电容耦合。电容耦合影响用于确定第三组件相对于头两个组件的位置的一个或多个信号。在大量的这种测量设备中，电容耦合，即电容，是通过将多个当前相移的周期信号施加给头两个组件中一个上的多个电容发送机电极、并测量在头两个组件中另一个上的一个或多个电容接收机电极上出现的一个或多个“总”信号的相对相移而被感测的，一个或多个“总”信号的相对相移是由第三组件对头两个组件电极之间的电容耦合的影响引起的。这种电容测量设备具有很广泛的应用，包括移动控制系统、测量设备等。

在大量这种电容测量设备中，第三组件包括一个或多个传导电极，所述传导电极被有效地接地以作为影响或阻碍头两个组件之间电容耦合的“屏蔽电极”。例如，在授予Miller的号3,517,28、授予Wolfendale的号3,702,957、授予Hardway的号3,732,553、授予Norrie的号3,784,897和授予Dowd的号5,537,109美国专利中，第三组件包括通过电线或接触电刷被接到电路或地面的一个或多个屏蔽电极，所述每一个美国专利在这里通过引用将其所有相关教导都包含在本发明中。或者，授予Meyer的美国专利号4,449,179公开了通过电学连接或者通过到地面组件的合适电容耦合来将“带”屏蔽电极接到地面(称作“面电势”)，这里通过引用将该美国专利的所有相关教导包含在本发明中。

在其它替换中，授予Parnell的美国专利号3,668,672公开了通过放大器以屏蔽电极被保持在与接收电极相同的信号电平的方式将屏蔽电极连接到接收机电极，这里通过引用将该美国专利的所有相关教导包含在本发明中。授予Netzer的美国专利号6,492,911提供了全总览，进一步讨论了用于这种电容测量设备的大量构造以及它们的优点，包括在前面引用参考文献中包括的一些构造，这里通过引用将该美国专利的所有相关教导包含在本发明中。’911专利还公开并要求保护如下构造，该构造电容感测在第三组件上的电极上的信号，并且在放大之后，将极性相反的被电容耦合的信号反馈给屏蔽电极以主动控制其电压或电势。

发明内容

应该理解，由上面指出的实施例所提供的电学连接和/或电容耦合对于在多种的期望电容测量设备构造和应用中有效和完全地将屏蔽电极接地可能是不方便、不可靠或者“不充分”的。而且，上面指出的将极性相反的电容耦合信号反馈给屏蔽电极以主动控制其电压或电势的放大器电路系统，引入了额外的复杂度和成本，并且对于在多种期望的电容测量设备构造和应用中有效和完全地控制屏蔽电极的电压或电势也可能是不方便、不可靠或者“不充分”的。因此，期望有能够单独或组合地克服上述问题和缺点的电容测量设备。

本发明旨在提供克服上述和其它缺点的电容编码器。电容编码器包括相对于彼此被固定、并且包括被电容耦合在两个组件之间的各自的电容电极的两个组件。第三组件包括可以在两个组件之间相对移动以与第三组件相对于头两个组件的位置相对应的方式来改变它们的电容耦合的屏蔽电极。电容耦合影响用于确定第三组件相对于头两个组件的位置的一个或多个信号。一般而言，为了得到提供可靠且精确操作的相对简单的设备，期望的是屏蔽电极具有恒定或标准电压，至少在测量用于确定位置的一个或多个信号时是这样。此外，期望的是为了将屏蔽电极保持在恒定或标注电压，要避免对不方便和/或不可靠电学连接和/或复杂有源电路的依赖。这样，更具体地，本发明旨在包括信号平衡屏蔽电极构造的电容编码器，所述信号平衡屏蔽电极构造不需要其(一个或多个)屏蔽电极的电学接地连接或有源感测及电压控制，就可以在电容位移或位置测量过程中将(一个或多个)屏蔽电极保持在完全恒定的电压或电势以达到期望的精确度水平。

或者，除了代替或取消前面所述的(一个或多个)屏蔽电极电压的电学接地连接或有源感测和控制之外，本发明还可以被用于与这种电学接地连接或有源感测及控制构造和方法组合来在电容位移或位置测量过程中将(一个或多个)屏蔽电极保持在几乎恒定的电压或电势，从而提供对信号稳定性和可靠性的额外测量，和/或相对地减少电学接地连接或有源感测和控制元件的复杂度和/或操作要求。在任何一种情况中，本发明都提供大量的期望特征，包括相对减少的成本、增加的可靠性和高精确度的位移感测。

包括信号平衡屏蔽电极构造的电容编码器被公开。根据本发明的一个方面，信号平衡屏蔽电极被以补充电容编码器的发射机电极布局的方式而被图案化，使得信号平衡屏蔽电极在被耦合到发射机电极上出现的信号时固有地或被动地浮动在名义上恒定的电势或电压。因此，就控制在并非固有恒定的电压或电势下操作的屏蔽电极的电压或电势来说，本发明所得的电容编码器比使用电学连接、补偿驱动电路系统或接地的电容编码器建立起来更经济、更容易安装并且在操作过程中更可靠。

根据本发明的另一个方面，信号平衡屏蔽电极调制多个电容编码器发射机电极与(一个或多个)电容编码器接收机电极的至少一个之间的电容耦合，所述调制是屏蔽电极沿测量轴相对于发射机和接收机电极的位移或位置的函数。

根据本发明的另一个方面，源于接收机电极的至少一个信号取决于被调制的电容耦合。

根据本发明的另一个方面，信号平衡屏蔽电极电学上浮动。

根据本发明的另一个方面，信号平衡屏蔽电极以相对地减少其到被机械耦合用于移动信号平衡屏蔽电极的外部组件的电容耦合的方式而被配置和/或安装。

根据本发明的另一个方面，源于至少两个接收机电极的至少两个单独的信号被提供用于输入到微分信号处理电路，所述至少两个单独的信号取决于被调制的电容耦合。

根据本发明的另一个方面，源于至少两个接收机电极的至少两个单独的信号提供正交信号。

根据本发明另一个方面，信号平衡屏蔽电极调制多个电容编码器发射机电极与(一个或多个)电容编码器接收机电极中至少一个之间的电容耦合，使得调制包括作为屏蔽电极沿测量轴相对于发射机或接收机电极的位移或位置的函数的近似正弦分量。

根据本发明的另一个方面，信号平衡屏蔽电极包括根据屏蔽电极空间波长或斜距的沿测量轴方向为周期性的构造。

根据本发明的另一个方面，至少一个单独的接收机电极在沿测量轴的方向上具有与屏蔽电极空间波长或斜距的整数相对应的尺寸。

根据本发明的另一个方面，沿测量轴方向为周期性的信号平衡屏蔽电极构造包括沿测量轴方向以周期性的方式蜿蜒的至少一个电极边界。

根据本发明的另一个方面，沿测量轴方向以周期性的方式蜿蜒的至少一个电极边界建立了用于至少一个接收机电极的重叠屏蔽区，所述重叠屏蔽区沿测量轴方向基于至少一个边界的周期性蜿蜒而在空间上被周期性地调制。

根据本发明的另一个方面，多个发射机电极至少近似地跨过整个屏蔽电极沿垂直于测量轴方向的宽度，而与至少一个边界的周期性蜿蜒无关，使得用于多个发射机电极中每一个的重叠屏蔽区是不变的，而与周期性蜿蜒无关并且与发射机电极和屏蔽电极沿测量轴方向的相对位置无关。

根据本发明的另一个方面，多个单独的发射机电极可操作用于提供多个单独的发射机信号，并且多个单独的发射机电极形成根据屏蔽电极空间波长或斜距沿测量轴方向重复的组。

根据本发明的另一个方面，测量轴方向遵循为直线、圆形和圆柱形中一个的路线。

根据本发明的另一个方面，电容编码器包括以补充电容编码器各个发射机电极的布局的方式被图案化的至少两个单独的信号平衡屏蔽电极，使得每一个信号平衡屏蔽电极在被耦合到出现在发射机电极上的信号时固有地或被动地浮动在名义上恒定的电势或电压，并且每一个单独的信号平衡屏蔽电极包括根据各自独特的屏蔽电极空间波长或斜距、沿测量轴方向为周期性的构造，使得电容编码器可用于基于根据至少两个单独的独特屏蔽电极空间波长或斜距而被调制的至少两个单独信号来在至少第一位置范围上确定绝对位置。

在各种实例性实施例中，至少一对发射机电极提供具有相同或相反振幅的改变输入电压信号。在各种实例性实施例中，每一个这种信号对都是具有180度时间相差的一对正弦AC电压。在各种实例性实施例中，信号平衡屏蔽电极被配置成使得它与这种电极对中的每一个电极重叠，以向每一个电极提供相同的净电容耦合面积，而与屏蔽电极和电极对沿测量轴方向的相对位置无关。因此，在这些实施例中，屏蔽电极总是被相同地电容耦合到具有相同或相反振幅的输入电压信号，因此它固有地或被动地浮动在由发射机信号确定的名义上恒定的DC电压。在各种实例性实施例中，由发射机信号确定的DC电压可以是与电路接地电势相同的“0伏”电势或DC电压。这样，屏蔽电极被有效地保持在恒定的DC电势，而无需使用接地连接(但是，如前面讨论的，冗余的有源或无源接地连接也在本发明的范围内)。

因此，本发明克服了使用电学连接的、外部耦合的或有源控制的屏蔽电极的现有电容位移感测设备的缺点，从而通过更方便、经济、可靠和小型的感测系统来提供转动的或线性的测量。

附图说明

通过参照下面结合附图的详细描述，本发明的上述方面和许多伴随的优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是可用在根据本发明的电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造的第一实例性实施例的等角图；

图2是可用在根据本发明的信号平衡电极的第二实例性实施例中的接收机电极构造的平面图；

图3是可用在根据本发明的信号平衡电极的第二实例性实施例中的屏蔽电极构造的平面图；

图4是可用在根据本发明的信号平衡电极的第二实例性实施例中的发射机电极构造的平面图；

图5是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造的第二实例性实施例，图2的接收机电极构造、图3的屏蔽电极构造和图4的发射机电极构造的对准的平面图；

图6是可用在根据本发明的电容编码器中的、根据本发明的信号平衡电极构造的第三实例性实施例的分解图；

图7是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造的第三实例性实施例，图6的接收机电极构造、屏蔽电极构造和发射机电极构造的平面图；

图8是可用在根据本发明的转式电容编码器中的、根据本发明的信号平衡电极构造的第四实例性实施例的分解等角图；

图9是示出了根据本发明的信号平衡电极构造的第四实例性实施例的、图8的屏蔽电极构造和发射机电极构造的平面图；

图10是可用在根据本发明的绝对转式电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造的第五实施例中的接收机电极构造的平面图；

图11是可用在根据本发明的信号平衡电极构造的第五实例性实施例中的发射机电极构造的平面图；

图12是可用在根据本发明的信号平衡电极构造的第五实例性实施例中的屏蔽电极构造的平面图；

图13是示出了对于可用在根据本发明的绝对转式电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造的第五实例性实施例，图10的接收机电极构造、图11的屏蔽电极构造和图12的发射机电极构造的中间电极的对准的平面图；

图14是可用在根据本发明的转式电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造的第六实例性实施例的分解等角图；

图15是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造的第六实例性实施例，图14的接收机电极构造的平面图；

图16是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造的第六实例性实施例，图14的屏蔽电极构造及其与图15的接收机电极构造的对准的平面图；

图17是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造的第六实例性实施例，图14的发射机电极构造的平面图；

图18是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造的第六实例性实施例，图17的发射机电极构造、图16的屏蔽电极构造和发射机电极构造被电容耦合到图15的接收机电极构造所处区域的对准的平面图；

图19是穿过包括根据本发明的信号平衡电极构造的第六实例性实施例的在图14到18中所示元件的、根据本发明的实例性转式电容编码器组件的侧面横截面图；以及

图20是根据本发明的一个实例性的圆柱形转式电容编码器的分解图。

具体实施方式

图1示出了可用在根据本发明的电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造100的一般第一实例性实施例。如图1所示，信号平衡电极构造100的第一实例性实施例包括承载在发射机电极部件139上的发射机电极构造120、承载在屏蔽电极部件159上的屏蔽电极构造140以及承载在接收机电极部件179上的接收机电极构造160。屏蔽电极部件159作为位移测量的标尺，并且各种屏蔽电极构造、屏蔽电极部件和/或屏蔽电极在这里也可以称作标尺。在各种实施例中，屏蔽电极构造140应该被理解成包括任意的更长屏蔽电极构造140的一段。

为了描述方便，在图1中示出的还有测量轴/方向80和X-Y-Z正交坐标轴。一般而言，在下面的讨论中，X轴与测量轴/方向80在一条直线上，Z轴垂直于测量轴/方向80并且一般是这里所描述各种电极的表面的法线，Y轴垂直于测量轴/方向80并且垂直于这里所描述各种电极的表面的法线。在沿测量轴/方向80的各种位置，Y轴一般平行于这里所描述各种电极的表面。为了描述方便，分别为发射机电极构造120、屏蔽电极构造140和接收机电极构造160定义各自的对准/中心线121、141和161是有用的，如在下面更详细描述的。为了描述方便，同样有用的是定义在图1所示的对准/中心线121、141和161两侧、沿测量轴/方向80延伸且具有沿Y轴延伸的各自宽度的各个第一和第二电容耦合区84和85。

在图1所示的实例性实施例中，屏蔽电极构造140包括蜿蜒形成沿测量轴/方向80延伸的周期性图案的屏蔽电极142。周期性图案具有沿测量轴/方向80的波长或节距P，也由图1中的尺寸146指示。屏蔽电极142具有沿Y轴方向被分开恒定有效屏蔽电极宽度156的第一屏蔽电极边界143和第二屏蔽电极边界145。屏蔽电极142具有沿Y轴方向的屏蔽电极跨宽157，该跨宽含盖屏蔽电极的宽度并且被方便地使其沿图1所示的测量轴/方向80恒定。为了描述方便，有用的是定义沿测量轴/方向80延伸的各个第一和第二屏蔽电极部分142A和142B，以及分别落在第二和第二电容耦合区84、85内的定义第二和第二屏蔽电极耦合轨道154和155。在图1所示的实例性实施例中，第一和第二屏蔽电极部分142A和142B在各个第一和第二屏蔽电极耦合轨道154和155中方便地具有近似相等的面积以及沿Y轴方向近似相等的每一个为屏蔽电极跨宽157一半的各个部分跨宽。

在图1所示的实例性实施例中，发射机电极构造120包括具有第二发射机电极连接122C的第一发射机电极122和具有第二发射机电极连接123C的第二发射机电极123。第一和第二发射机电极122和123沿Y轴方向通过绝缘空隙分开。

第一和第二发射机电极122和123具有彼此相等的各自长度126和127，并且在图1所示的实例性实施例中等于2P。一般而言，发射机电极的长度还被使得等于或大于接收机电极构造160沿测量轴/方向80的接收机电极组长度177，如下面进一步描述的。更一般地，在各种实例性实施例中，发射机电极的长度彼此相等并且等于波长P的整数倍。应该理解，当发射机电极的长度被使得彼此相等并且等于波长P的整数倍，并且当在发射机电极构造120与屏蔽电极构造140之间存在沿Z轴方向的近似恒定操作空隙时，先前描述的蜿蜒屏蔽电极142将近似相同地电容耦合到第一和第二发射机电极122和123，而与其沿测量轴/方向80的相对位置无关，从而提供了根据本发明原理的信号平衡电极构造的一个方面。

为了描述方便，有用的是定义第一发射机耦合轨道134和第二发射机电极耦合轨道135，它们分别落在第一和第二电容耦合区84和85内。在图1所示的实例性实施例中，第一发射机电极122和第二发射机电极123在各个第一和第二发射机电极耦合轨道134和135中方便地具有近似相等的面积以及沿Y轴方向近似相等的跨宽。

在图1所示的实例性实施例中，第一和第二发射机电极122和123在第一和第二发射机电极耦合轨道134和135外也具有相等的面积，这易于帮助平衡可能在使用信号平衡电极构造100提供的测量信号中出现的各种公共模式误差。但是，在各种其它实施例中，假设屏蔽电极142将近似相等地电容耦合到第一和第二发射机电极122和123，而与其沿测量轴/方向80的相对位置无关，那么第一和第二发射机电极122和123还具有相等的面积就不是严格必需的。

一般而言，组合的发射机电极跨宽137被有利地使得近似等于屏蔽电极跨宽157，这易于提供紧致换能器，同时还为图1所示实施例提供最大测量信号幅度。实际上，在各种实例性实施例中同样有利的是提供稍微大于屏蔽电极跨宽157且小于接收机电极162和163沿Y轴宽度的组合的发射机电极跨宽137，这样各种电极部件对准的微小变化不会改变第一或第二发射机电极122或123中任何一个与各种其它换能器电极之间的重叠电容耦合面积，以减小由于微小失准引起的电势信号误差。

如图1所示，接收机电极构造160包括具有第一接收机电极连接162C的第一接收机电极162和具有第二接收机电极连接163C的第二接收机电极163。为了描述方便，有用的是定义接收机电极162的各个第一部分162A和第二部分162B以及接收机电极163的各个第一部分163A和第二部分163B。

为了描述方便，有用的是定义分别落在第一和第二电容耦合区84和85内的第一和第二接收机电极耦合轨道174和175。在图1所示的实例性实施例中，第一部分162A和第二部分162B在各个第一和第二接收机电极耦合轨道174和175方便地具有近似相等的面积以及沿Y轴方向近似相等的各个跨宽。类似地，第一部分163A和163B在各个第一和第二接收机电极耦合轨道174和175中方便地具有近似相等的面积以及沿Y轴方向近似相等的跨宽。在各种实例性实施例中，第一和第二接收机电极162和163每一个具有超过屏蔽电极跨宽157的沿Y轴的宽度，以在接收机电极构造160和屏蔽电极构造140被可操作地对准时包围屏蔽电极沿Y轴的范围。

第一和第二接收机电极162和163的第一部分162A和163A以及第二部分162B和163B沿测量轴/方向80(X轴方向)都具有相等的长度172和173。在图1所示的实例性实施例中，长度172和173大约为波长P的一半。第一和第二接收机电极162和163沿测量轴/方向80还彼此偏离开偏离距离166，这导致在第一和第二接收机电极162和163上正交信号的产生，如下面进一步描述的，所述偏离距离在图1所示的实例性实施例中为波长P的四分之三。沿X轴方向的接收机电极组长度177通过接收机电极162和163沿X轴方向的组合范围来定义。

在操作中，发射机电极部件139、屏蔽电极部件159和接收机电极部件179被安排成使得对准/中心线121、141和161一般被如图1中虚线箭头91到94所指示地被对准，并且发射机电极构造120和接收机电极构造160被沿测量轴/方向80定位使得它们被相对于彼此居中(或者根据它们在各种具体实施例中的相互设计而被适当定位)。发射机电极部件139和接收机电极部件179被安排为在它们之间沿Z轴具有可操作且均一电容间隙的固定关系，所述电容间隙比屏蔽电极部件159沿Z轴的厚度稍大以使得屏蔽电极部件159可以在电容间隙中沿测量轴/方向80被移动。

应该理解，在操作期间，为了根据本发明一个方面使得屏蔽电极142近似相等地电容耦合到第一和第二发射机电极122和123而与其沿测量轴/方向80的相对位置无关，以及为了提供最好的实际精确度，屏蔽电极部件159应该被沿测量轴/方向80引导使得屏蔽电极142被保持为具有相对于发射机电极122和123可实施和/或经济的最均一间隙和对准。

应该理解，当发射机电极部件139与接收机电极部件179之间的可操作电容间隙相对较大时，使用信号平衡电极构造100提供的测量信号将显示出相对减少了的由于屏蔽电极部件159在该间隙中对准和引导的变化而引起的误差。但是，测量信号的数量在更大的间隙下也将相对减少。相反，当可操作电容间隙相对更小时，使用信号平衡电极构造100提供的测量信号将显示出相对更大的由于屏蔽电极部件159在该间隙中对准和引导的微小变化所引起的误差。但是，测量信号的数量在更小的间隙下也将相对地增加。在这些效应之间建立最佳权衡的可操作间隙可以通过对包括根据本发明信号平衡电极构造的任何具体的换能器进行分析和/或确认试验来建立。

如前面提到的，当在发射机电极构造120与屏蔽电极构造140之间沿Z轴方向具有近似均一的操作间隙时，前面描述的屏蔽电极构造140将近似相等地电容耦合到第一和第二发射机电极122和123，而与它们沿测量轴/方向80的相对位置无关，提供了根据本发明原理的信号平衡电极构造的一个方面。这样，在操作中，当具有相等幅度和相反极性的各个变化电压信号被通过第一和第二发射机电极连接122C和123C连接并且被提供在第一和第二发射机电极122和123上时，它们各自对屏蔽电极上出现的响应电压的贡献将也具有相等的幅度和相反的极性。因此，根据本发明，信号这样彼此平衡以不提供电学浮动屏蔽电极142的电压的净改变。在各种实例性实施例中，屏蔽电极142将因此被保持在由发射机信号确定的DC电压处，该DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏。

应该理解，根据这里公开的原理和构造，当屏蔽电极至少是在换能器提供位移测量信号的每一次保持其电压没有静改变时，屏蔽电极本身将不会引起接收机电极上的任何电压相关的信号改变。因此，其将如期望地起作用，就象发射机与接收机电极之间的取决于位移的保护或阻隔元件。

关于信号平衡电极构造100的操作的另一个方面，当在先前描述的发射机电极构造120与接收机电极构造160之间具有沿Z轴方向近似均一的操作间隙时，在假设没有屏蔽电极142时，第一和第二发射机电极122和123中每一个将近似相等地电容耦合到第一和第二接收机电极162和163。这样，当具有相同和相反极性的各个电压信号被提供在第一和第二发射机电极122和123上时，它们各自对出现在各个第一和第二发射机电极162和163中任何一个上的电压的贡献将也具有相同和相反的极性，从而彼此平衡以使得由各个第一和第二接收机电极162和163提供的各个信号没有净变。在各种实例性实施例中，来自第一和第二接收机电极162和163的信号将因此恒定在由发射机信号确定的DC电压处，所述DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，假设没有屏蔽电极142的话。这易于减少或消除否则可能会在使用根据本发明各种信号平衡电极构造所提供的测量信号中出现的某些信号误差。

关于信号平衡电极构造100的操作的另一个方面，如图1所示，各个幻影轮廓182和183分别表示第一和第二接收机电极162和163到屏蔽电极元件159上的伸出。虚线轮廓182和183的阴影部分表示屏蔽电极142有效地保护或阻隔第一和第二接收机电极162和163电容耦合到第一和第二发射机电极元件122和123所处的区域。

相应地，虚线幻影轮廓174A到174C表示第一发射机电极122电容耦合到第一和第二接收机电极162和163所处的区域，而虚线幻影轮廓175A和175B表示第二发射机电极123电容耦合到第一和第二接收机电极162和163的区域。对于图1所示屏蔽电极元件的相对位置，可以看出在第一接收机电极162上的相应电容耦合区域174A和175A是近似相等的，因此当相等和相反极性的各个电压信号在操作中被提供在第一和第二发射机电极122和123上时，到电容耦合区域174B和175B的电容耦合将对第一接收机电极162提供近似相等和相反的信号贡献，对应于在第一接收机电极连接162C处近似为0伏的输出信号。对比而言，对于图1中示出的屏蔽电极部件的相对位置，可以看出在第二接收机电极163上，相应的电容耦合区域175A大约是电容耦合区域[175B+175C]的面积的3倍。这样，当在操作中具有相等和相反极性的各个电压信号被提供在第一和第二发射机电极122和123上时，到电容耦合区域[174B+174C]和175B的电容耦合将在第二接收机电极连接163C处提供具有显著电压幅度和与提供在更强耦合的第二发射机电极123上的信号极性相对应的极性的输出信号。

应该理解，当屏蔽电极部件159被例如沿测量轴/方向80被偏移到左边时，从第一和第二发射机电极122和123中每一个到第二接收机电极163的“未被保护”或“未被阻隔”的电容耦合将改变，从而在第二接收机电极连接163C处引起改变的电压输出信号，该电压输出信号具有作为位移函数而改变的信号幅度和极性。在一个实例性实施例中，通过使用发射机输入信号中的一个作为基准信号，接收机电极输出信号在相对于基准信号的具体时间或相位处的峰值幅度和极性可以通过公知电路技术被捕获和/或测量，以提供在正负值之间变化的取决于位置的电压信号。取决于位置的信号关于位移将是周期性的，与周期性蜿蜒的屏蔽电极142的波长P有关。由于第一接收机电极162向第二接收机电极163的右边有3/4*P位移，所以类似地从第一接收机电极连接162C得到的取决于位置的信号将以1/4*P的位移迟延跟随第二接收机电极连接163C的空间周期性取决于位置的信号，因为屏蔽电极部件159被偏移到左边。信号之间的这种关系是公知的“正交”关系，如本领域一个普通技术人员所一般了解的。应该理解，在其中屏蔽电极142的蜿蜒图案被使得为正弦的实施例中，两个取决于位置的信号将提供正弦正交信号，这对于根据现有技术在屏蔽电极的给定周期P内的位置内插是有利的。

图1所示信号平衡电极构造100的实例性实施例因此是可根据本发明原理可靠地操作的。如果期望，图1所示信号平衡电极构造100可以通过电学浮动的屏蔽电极142而被方便可靠地操作。图1所示信号平衡电极构造100的具体实施例，在屏蔽电极部件159被相对于发射机和接收机电极部件139和179沿着测量轴/方向80移动时，在第一和第二接收机电极122和123上提供了具有传统正交关系的两个周期性信号。多种公知方法和电路中的任何一个都可以被用于提供合适的发射机信号以及处理所得到的正交信号从而为这种构造确定期望的相对位移值。

应该理解，假设屏蔽电极142将近似相等地耦合到第一和第二发射机电极122和123而与其沿测量轴/方向80的相对位置无关，那么包括微小或者重大电极改变的大量可替换电极构造都是可能的。作为一个简单的实例，第一和第二接收机电极162和163可以沿测量轴/方向80以整数波长间距来重复，并且第一和第二发射机电极122和123的长度相应地增加，从而提供增加的信号强度。而且，除了平面/线性构造，图1所示的部分可以可替换地理解为代表圆柱形编码器的一些部分，其中，测量轴/方向80是圆柱形的或圆形的测量轴/方向，并且屏蔽电极构造140代表继续来形成一部分或全部圆柱形构造的元件沿测量轴/方向80的一段。在这种情况下，X轴在任何地方都沿着切线方向，Y轴平行于圆柱的轴，Z轴在任何地方都是径向方向。这样，将理解，上面公开的构造仅仅是说明性的，而非限制性的。

图2示出了可在将在图3到5中进一步描述的信号平衡电极构造200的第二实例性实施例中使用的接收机电极构造260的平面图。图2示出了前面描述的X轴、Y轴和测量轴/方向80。为了描述方便，有用的是为接收机电极构造260定义对准/中心线261，如图2所示。接收机电极构造260被承载在接收机电极部件279上，并且包括通过第一接收机电极连接262C被电学连接在一起的第一接收机电极部分262A和262B以及具有第二接收机电极连接263C的第二接收机电极263。第一接收机电极部分262A和262B被分别沿Y轴与第二接收机电极263分开名义上相等的间隙269A和269B，并且具有在图2所示实施例中被使得相等的各自的沿Y轴方向的跨宽276A和276B。为了描述方便，有用的是定义第二接收机电极263位于对准/中心线261相反侧且沿Y轴方向具有相等的各自跨宽278A和278B的第一和第二部分263A和263B。为了描述方便，有用的是分别定义第一和第二接收机电极耦合轨道274和275，它们对称地位于对准/中心线261的相反侧并且分别落在第一和第二电容耦合区部分284和285内(下面进一步描述)。第一接收机电极耦合轨道274包括子轨道274’和274”，它们分别包括第一接收机电极部分262A和第二接收机电极263的第一部分263A。第二接收机电极耦合轨道275包括子轨道275’和275”，它们分别包括第一接收机电极部分262B和第二接收机电极263的第二部分263B。第一接收机电极部分262A和262B以及第二接收机电极263每一个沿X轴方向具有相同的尺寸，即电极组长度277，对于图2所示的实施例是波长P’(下面描述)的4倍。

图3是可在于图4到5中进一步描述的信号平衡电极构造200的第二实例性实施例中使用的屏蔽电极构造240的左端段的平面图。在图3所示的实例性实施例中，屏蔽电极构造240被承载在屏蔽电极部件259上并且包括屏蔽电极242。屏蔽电极242具有周期性地在区域243处合并以沿对准/中心线241电学连接的前半部242A和后半部242B。前和后半部242A和242B每一个沿着测量轴/方向80以周期性的方式蜿蜒，以形成沿测量轴/方向80延伸的周期性正弦图案。周期性图案具有沿测量轴/方向80的波长或斜距P’，其也由图3中的尺寸246指示。屏蔽电极前半部242A具有沿Y轴方向被分开恒定有效屏蔽电极半宽256的第一屏蔽电极边界243和第二屏蔽电解边界245。屏蔽电极后半部242B类似地具有沿Y轴方向被分开相同恒定有效屏蔽电极半宽256的第一屏蔽电极边界243’和第二屏蔽电极边界245’。应该理解，第二屏蔽电极边界245和245’在区域243的每一个处被前面描述的电极合并连接“中断”。屏蔽电极242还具有含盖屏蔽电极范围且如图3所示被方便地使得沿测量轴/方向80恒定的沿Y轴方向的屏蔽电极跨宽257。

在操作中，屏蔽电极构造240的对准/中心线241被与接收机电极构造260的对准/中心线261对准，使得屏蔽电极前半部242A的各个部分与第一接收机电极耦合轨道274、子轨道274’和274”以及间隙269A对准，而屏蔽电极后半部242B的各个部分与第二接收机电极耦合轨道275、子轨道275’和275”以及间隙269B对准，所有都大约如图3所示。这样，应该理解，屏蔽电极构造240的各个Y轴尺寸是相对于接收机电极构造260的各个Y轴尺寸被定的，使得对准/中心线241可以沿Y轴相对于对准/中心线261稍微失准，并且屏蔽电极构造240与接收机电极构造260之间的各种电容耦合区域将倾向于不会由于轻微的失准就被改变。对于更大的失准，应该理解，相对于标准对准，由于屏蔽电极构造240与接收机电极构造260的对称构造，在子轨道274’和274”中由于给定双边失准而失去或得到的电容耦合区域将易于在子轨道275’和275”中被相反地和相补偿地得到或失去。而且，关于平行于测量轴的轴的“滚动”失准的影响还将易于对在接收机电极连接215C和216C上输出的信号有类似量的影响。因此，就在组装和操作期间不管各种对准误差而保持测量精确度而言，在图4到5中进一步描述的信号平衡电极构造200，提供了特别稳固的设计。

图4是可在将在图5中进一步描述的信号平衡电极构造200的第二实例性实施例中使用的发射机电极构造220的平面图。在图4所示的实例性实施例中，发射机电极构造220被承载在发射机电极部件239上，其可以是例如承载四个发射机电极组210A到210D的印刷电路板。第一发射机电极组210A具有第一、第二、第三和第四发射机电极222A到225A，第二发射机电极组210B具有第一、第二、第三和第四发射机电极222B到225B，等等，如图4所示。四个发射机电极组210A到210D具有类似的总体尺寸，并且根据等于波长P’的发射机电极组斜距216沿测量轴/方向80周期性重复。对于图4所示的实施例，整个发射机电极组长度227因此是波长P’的4倍。具有电路接地面电极连接215C的围绕电路接地面电极215包括与端部发射机电极222A和225D相邻的部分，以使它们的操作电容耦合更类似于在沿测量轴/方向80的两侧都被相邻发射机电极围绕的内部发射机电极的电容耦合。

在发射机电极组210”X”的每一个内，如由图4中发射机电极组210A实例示出的，发射机电极222X到225X中每一个具有相同的X轴尺寸，并且方便地具有相同的Y轴尺寸(不过相同的Y轴尺寸在各种其它实施例中并不是必需的)。发射机电极222X到225X中每一个被制造在例如印刷电路板基板的绝缘基板的第一侧。它们沿测量轴/方向80被类似的绝缘间隙229分开，所述绝缘间隙229有利地如在各种实例性实施例中应用的那样窄。这样，发射机电极222X到225X沿测量轴/方向80具有相同的尺寸并且均匀地分布在发射机电极组斜距216内。

第一发射机电极222A到222D都以传统方式通过导电通孔222H和位于绝缘基板第二侧上的布线迹线222W而被电学互连，例如如图4所示。电学互连的第一发射机电极222A到222D设置有第一发射机电极连接222K。第二发射机电极223A到223D、第三发射机电极224A到224D以及第四发射机电极225A到225D这些组中每一组都被类似地互连，并且每一个都类似地设置有各自的第二、第三和第四发射机电极连接223K、224K和225K。

在图4中示出的还有用于发射机电极构造240的对准/中心线221，以及对于名义上对准的发射机电极构造240，电容耦合轨道274和275以及它们各自的子轨道274’和274”的相对位置。应该理解，发射机电极构造220被提供为具有沿Y轴的发射机电极跨宽237，该发射机电极跨宽237含盖屏蔽电极242以及所有接收机电极262A、262B和263，并且提供额外的宽度余量238A和238B，使得它将含盖屏蔽电极242以及所有接收机电极262A、262B和263而与沿Y轴的任何预料的失准无关，从而使得这种失准将不会影响从信号平衡电极构造的发射机电极到其它任何电极的电容耦合，特别是将不会影响从发射机电极到屏蔽电极242的电容耦合。

图5是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造200的第二实例性实施例，图2的接收机电极构造260、图3的屏蔽电极构造240和图4的发射机电极构造220的操作对准的平面图。

在操作中，发射机电极部件239、屏蔽电极部件259和接收机电极部件279被安排成使得对准/中心线221、241和261被名义上沿Z轴(X-Y平面的法线方向)对准，并且发射机电极构造220和接收机电极构造260被沿测量轴/方向80定位使得接收机电极组长度277与与整个发射机电极组长度227相符。对于图5所示的构造，接收机电极部件279被沿Z轴定位到布置的远侧，使得操作的接收机电极朝上，发射机电极部件239被定位到布置的近侧，使得操作的发射机电极朝下，而屏蔽电极部件259被定位在它们之间。发射机电极部件239和接收机电极279被安排为相互固定的关系，并且在它们之间沿Z轴具有可操作且均一的电容间隙，所述电容间隙稍大于屏蔽电极部件159沿Z轴的厚度，从而使得屏蔽电极部件159可以在电容间隙中沿测量轴/方向80被移动。

应该理解，根据本发明的一个方面，在操作中，为了使屏蔽电极242近似相等地电容耦合到发射机电极构造220的各种发射机电极222X到225X而与其沿测量轴/方向80的相对位置无关，以及为了提供最佳的实施精确度，屏蔽电极部件259应该被沿测量轴/方向80引导使得屏蔽电极242被保持为具有相对于发射机电极构造220可实施和/或经济的最均一的间隙和对准。应该理解，在信号强度与由于各种可能失准引起的测量误差之间建立起最佳折衷的发射机电极部件239与接收机电极部件259之间的电容间隙，可以通过对信号平衡电极构造200的分析和/或确认试验来建立，如前面参照图1讨论的。

与信号平衡电极构造100类似，对于图5所示的信号平衡电极构造200的构造，当在发射机电极构造220与屏蔽电极构造240之间具有沿Z轴方向的近似均一的操作间隙时，屏蔽电极构造240将近似相等地电容耦合到发射机电极中每一个而与它们沿测量轴/方向80的相对位置无关，提供了根据本发明原理的信号平衡电极构造的一个方面。在操作中，具有0度时间相移的正弦AC电压信号被通过各个第一电极连接222K施加给互连的电极222X。类似地，各个类似的具有90、180和270度时间相移的正弦AC电压信号通过各个第二、第三和第四发射机电极连接223K、224K和225K被分别时间给互连的电极223X、224X和225X。对于发射机信号的构造，应该理解，0度和180度的一对发射机信号以及90度和270度的一对发射机信号每一个都提供相等幅度和相反极性的信号，并且因为它们被相等地电容耦合到屏蔽电极242，所以它们各自对屏蔽电极242上出现的响应电压的贡献将同样也是相等和相反极性的。因此，根据本发明的原理，信号这样彼此平衡以使得电学浮动的屏蔽电极242的电压没有净变。在各种实例性实施例中，屏蔽电极242将因此被保持在由发射机信号确定的DC电压，该DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏。如前面讨论的，根据这里公开的原理和构造，当屏蔽电极至少在每次换能器提供位移测量信号时保持其电压没有净变时，那么屏蔽电极自身将不会对接收机电极上的任何错误的电压相关的信号变化有贡献。因此，它将如期望地那样起作用，即只是作为发射机和接收机电极之间的取决于位移的保护或阻隔元件。

关于信号平衡电极构造200的操作的另一个方面，当在前面描述的发射机电极构造220与接收机电极构造260之间具有沿Z轴方向的近似均一的操作间隙时，在假设没有屏蔽电极242时，发射机电极组210A到210D的发射机电极中每一个将近似相等地电容耦合到接收机电极262A、262B和263。这样，当相等和相反极性的两对类似正弦AC电压信号被提供在发射机电极组210A到210D每一个中的四个发射机电极上时，它们各自对接收机电极262A、262B和263上出现的电压的贡献将是相等的，从而彼此平衡以使得由接收机电极262A、262B和263提供的各个信号没有净变。在各种实例性实施例中，来自第一和第二接收机电极连接262C和263C的信号将因此恒定在由发射机信号确定的DC电压，该DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，在假设没有屏蔽电极242时。这易于减少或消除否则可能会出现在使用根据本发明各种信号平衡电极构造提供的测量信号中的某些信号误差。

信号平衡电极构造200的操作的另一个方面，将参照发射机电极组210A到210D中的发射机电极分别与接收机电极262A以及第二接收机电极部分263A之间沿电容耦合轨道274’和274”的电容耦合来说明。如图5所示，发射机电极组210A到210D中的发射机电极与接收机电极262A之间沿电容耦合轨道274’的、没有被屏蔽电极部分242A有效保护的电容耦合区域沿着测量轴/方向80正弦地改变。因此，在相对于屏蔽电极242沿测量轴/方向80的任何位置，在接收机电极262A上的信号贡献包括将发射机电极222X上的0度AC信号乘以正弦电容耦合区域与发射机电极222X相对应的那部分所得到的那些，以及类似地从发射机电极223X、224X和225X上的各个90、180和270度AC信号分别乘以正弦电容耦合区域中分别与发射机电极223X、224X和225X相对应的它们的各自部分所得到的那些。这些信号贡献在接收机电极262A上被有效地相加，从而在接收机电极262A上产生净正弦AC电压信号。

应该理解，在接收机电极262A上的该净正弦AC电压信号将具有由各个发射机电极222X到225X的各个“未被保护”电容耦合区域的相对强度或幅度确定的净时间相位。净正弦AC电压信号的净时间相位因此由屏蔽电极242沿测量轴/方向80的相对位置确定，并且净正弦AC电压信号的净时间相位因此是指示相对位置的。应该理解，由于电容耦合区域的形状沿电容耦合轨道274’的周期性正弦改变，净正弦AC电压信号的净时间相位将作为屏蔽电极242沿测量轴/方向80的相对位置的近似线性函数而改变。

应该理解，发射机电极组210A到210D中的发射机电极与第二接收机电极部分263A之间沿电容耦合轨道274”的电容耦合类似于前面关于电容耦合轨道274’的描述，不同的只是由于屏蔽电极部分242A的构造，沿电容耦合轨道274”的没有被屏蔽电极部分242A有效保护的电容耦合相对于沿电容耦合轨道274’所提供的电容耦合具有180度的空间相移，即是沿测量轴/方向80的波长P’的一半。这样，在第二接收机电极部分263A上出现的净正弦AC电压信号的净时间相位将作为屏蔽电极242沿测量轴/方向80的相对位置的近似线性函数而改变，并且该净正弦AC电压信号的净时间相位将相对于出现在接收机电极262A上的信号的净时间相位有180度的时间相移。

如本领域一个普通技术人员将很清楚的，由于信号平衡电极构造200的电极构造的对称，沿着电容耦合轨道275”在屏蔽电极242的任何相对位置出现在第二接收机电极部分263B上的信号将名义上与出现在第二接收机电极部分263A上的信号一样，并且这些信号的和将可以在第二接收机电极连接263C处得到。类似地，沿着电容耦合轨道275’在屏蔽电极242的任何相对位置出现在第一接收机电极部分262B上的信号将名义上与出现的第一接收机电极部分262A上的信号一样，并且这些信号的和将可以在第一接收机电极连接262C处得到。

如前面概述的，对于沿Y轴失准的各种失准，应该理解，相对于标准失准，由于给定失准引起的在子轨道274’和274”中失去或得到的电容耦合区域将倾向于对于该相同的失准在子轨道275’和275”中被相反或相补偿地得到或失去，这是由于屏蔽电极构造240与接收机电极构造260的对称构造。因此，在第一接收机电极连接262C处为对电容耦合轨道274’和274”的信号贡献有效和的信号将倾向于稳定而不管沿Y轴的合理预料失准，并且在第二接收机电极连接263C处为电容耦合轨道275’和275”的信号贡献的有效和的信号将倾向于稳定而不管沿Y轴的合理预料失准。

如上所述，在操作中，在第一和第二接收机电极连接262C和263C上输出的信号将具有名义上相等和相反的信号幅度。在各种实例性实施例中，这些信号被采样并且被输入到提供为两个信号之间的放大差的测量信号的微分放大器构造，从而使位置测量信号加倍，并除去可能包含在接收机电极信号中的各种公共模式误差。微分测量信号将具有相对于输入到发射机的信号的基准相位的时间相移，这指示在具体的当前波长P’内，屏蔽电极242相对于发射机和接收机电极构造220和260的位置。

图2到5中示出的信号平衡电极构造200的实例性实施例因此根据本发明是可以可靠地操作的。如果期望，信号平衡电极构造200可以通过电学浮动的屏蔽电极242而被方便且可靠地操作。上面参照图2到5描述的信号平衡电极构造200的具体实施例提供了具有时间相移的位置信号，在屏蔽电极部件259被沿着测量轴/方向80相对于发射机和接收机电极部件239和279移动时该位置信号近似线性地随着改变。多种公知方法和电路中的任何一个都可以被用于提供合适的发射机信号以及处理所得到的输出信号来确定对于这种构造的期望相对位移值。例如，本领域的一个普通技术人员将很容易采用在授予Andermo的美国专利号4,879,508中公开的各种电路和信号处理技术来提供适用于这里所公开各种实施例的电路和信号处理技术，这里通过对上述专利的整体引用将其全部内容包含在内。

应该理解，假设屏蔽电极242将近似相等地电容耦合到发射机电极222X到225X中每一个而不管其沿测量轴/方向80的相对位置，那么包括微小或者重大电极变化的大量可替换电极构造都是可能的，同时会保留信号平衡电极构造200的上述优点和特征。作为第一实例，应该理解，虽然上述实施例提供了适用于不同微分信号处理的两个接收机电极信号，但是在各种实例性实施例中也可能省略这些信号以及它们相关联的接收机电极中的一个或另一个。其余接收机电极和接收机电极信号将仍旧提供具有净时间相位的正弦AC电压信号，该正弦AC电压信号将作为屏蔽电极242沿测量轴/方向80的相对位置的近似线性函数而改变，以提供根据本发明的可操作的信号平衡电极构造。只有某些公共模式误差拒绝特征将被丢失。应该理解，这种单电极接收机电极构造可以被本领域的一个普通技术人员类似地采用来提供作为下面参照信号平衡电极构造300到600描述的双接收机电极构造的可替换实施例。

作为第二实例，在其它方面类似于前面描述的信号平衡电极构造200的一个可替换实施例中，三相发射机电极构造被使用。在这种可替换实施例中，发射机电极组210中每一个包括3个发射机电极，而不是4个发射机电极，并且在每一组中的3个发射机电极均匀地分布在信号平衡电极构造的一个周期P’上。根据前面的描述类推，每一组中的3个发射机电极在这里被一般地指为电极222’X、223’X和224’X。在操作中，具有0度时间相移的各个正弦AC电压信号被施加给互连电极222’X。具有120和240度时间相移的各个类似的正弦AC电压信号被分别施加给互连电极223’X和224’X。这种发射机信号构造，还将操作用于提供具有时间相移的位置信号，如前面描述的，该位置信号在屏蔽电极部件259被沿测量轴/方向80相对于发射机和接收机电极部件239和279移动时近似线性地改变。而且，对于这种发射机信号构造，应该理解，因为它们被等同地电容耦合到屏蔽电极242，所以它们各自对于出现在屏蔽电极242上的响应电压的贡献相加后将为0。因此，根据本发明，这种3相信号因此彼此平衡以使得电学浮动屏蔽电极242的电压没有净变。应该理解，发射机电极的模拟3相构造可以被本领域一个普通技术人员类似地采用，以提供下面参照信号平衡电极构造300到600描述的各种4相发射机电极构造的可替换实施例。

而且，除了平面/线性构造外，图2到5中示出的部分可以可替换地被理解为代表圆柱形编码器的部分，其中，测量轴/方向80是圆柱形或圆形测量轴/方向，并且屏蔽电极构造140代表继续形成一部分或完整圆柱形构造沿测量轴/方向80的元件的一段，如前面参照信号平衡电极构造100描述的。

包括微小或重大电极变化的这些和其它可替换电极构造都是可能的，同时保留了信号平衡电极构造200的前述优点和特征。因此，将理解，上面公开的信号平衡电极构造200的构造只是说明性的，而非限制性的。

图6和7图示了可用在根据本发明的电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造300的第三实例性实施例。图6是根据本发明的信号平衡电极构造300的第三实例性实施例的分解图，图7是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造300的第三实例性实施例，接收机电极构造360、屏蔽电极构造340和发射机电极构造320的操作对准的平面图。

信号平衡电极构造300具有与前面描述的信号平衡电极构造200相类似的许多元件和操作特性。这种相似性将被本领域的一个普通技术人员所理解，因此，下面将仅详细描述非常不同的元件和操作特性。如图6所示，信号平衡电极构造300的第三实例性实施例包括承载在发射机电极部件339上的发射机电极构造320、承载在屏蔽电极部件359上的屏蔽电极构造340(在图6中所示的代表性的一段)以及承载在接收机电极部件379上的接收机电极构造360。

接收机电极构造360包括同第一接收机电极连接362C被电学连接在一起的第一接收机电极部分362A和362B以及具有第二接收机电极连接363C的第二接收机电极363。第一接收机电极部分362A和362B沿Y轴分别与第二接收机电极363分开名义上相等的间隙369A和369B，并且具有沿Y轴方向在图6所示实施例中被方便地使得相等的各自跨宽。为了描述方便，有用的是定义位于对准/中心线361两侧的第二接收机电极363的第一和第二部分363A和363B，并且具有沿Y轴方向相等的各自跨宽。第一接收机电极部分362A和362B以及第二接收机电极363每一个沿X轴方向具有相同的尺寸，即接收机电极组长度377，对于图6所示实施例为波长P”(在下面描述)的2倍。为了描述方便，有用的是定义接收机电极耦合轨道374’、374”和375，它们沿测量轴/方向80延伸并且沿Y轴定位为符合各个接收机电极的跨宽，如图6所示。

与前面描述的沿测量轴方向以周期性方式蜿蜒的屏蔽电极相比，图6所示的屏蔽电极构造340包括具有近似矩形部分342的屏蔽电极元件，所述近似矩形部分342与近似矩形部分342’沿测量轴/方向80交替出现以形成具有还由图6中尺寸346指示的波长或斜距P”的周期性图案。部分342’具有沿Y轴方向的跨宽357，该跨宽357含盖发射机电极构造320和接收机电极构造360两者的可操作对准电极的范围，并且如图6所示被方便地使得沿测量轴/方向80为恒定。在屏蔽电极构造340的一个实例性实施例中，屏蔽电极部件359是绝缘的印刷电路板材料，并且部分342’是印刷电路板上的传统制成的导电部分，同时部分342是屏蔽电极部件359的绝缘印刷电路板材料。在可替换实施例中，部分342’是绝缘的印刷电路板材料，并且部分342是导电部分。在另一个实施例中，屏蔽电极部件359是在部分342’中冲压、加工或蚀刻出的导电条、带或棒，其余导电材料形成部分342。

应该理解在操作中，类似于信号平衡电极构造200，屏蔽电极构造340的对准/中心线341被与接收机电极构造360的对准/中心线361对准，并且屏蔽电极构造240的Y轴尺寸被相对于接收机电极构造360的各个Y轴尺寸而被制定，使得对准/中心线341可以沿Y轴相对于对准/中心线361稍微失准，并且屏蔽电极构造340与接收机电极构造360之间的各个电容耦合区域将倾向于不会由于失准而那么容易改变，如可在图7中最好看到的。

应该理解，不管电极几何尺寸的差别如何，在图6和7中示出的发射机电极构造320被以非常类似于前面描述的发射机电极构造220的方式而被电学连接和操作。几何尺寸的差别是由于如下事实：对于信号平衡电极构造300，发射机电极构造320被安排用于提供正弦电容耦合改变与位移的关系，而该正弦电容耦合改变是由信号平衡电极构造200中的屏蔽电极构造240而非发射机电极构造提供的。

如可以在图6中很好看到的，发射机电极构造320包括发射机电极部件359，其可以是例如承载在图6中由虚线312到314名义上划出的三个发射机电极组区A到C的印刷电路板。对应于发射机电极构造320的电容耦合轨道375，第一发射机电极组区A从图6的左侧到右侧依次主要包括第二、第三、第四和第一发射机电极2A、3A、4A和1A；第二发射机电极组区B具有第二、第三、第四和第一发射机电极2B、3B、4B和1B，并且第三发射机电极组区C被类似地安排，不同的只是区C被方便地分成在侧面围住发射机电极组区A和B的“左和右部分”，如图6所示。三个发射机电极组区A到C具有名义上相等的净功能尺寸(忽略组区C的方便分开布局)，并且沿测量轴/方向80根据等于波长P”的发射机电极组斜距316而周期性地重复。对于图6和7所示的实施例，总发射机电极组长度327因此是波长P”的3倍。

应该理解，沿电容耦合轨道375排列的发射机电极中每一个都具有相同的尺寸，并且每一个单独的电极都被成形为使得其在沿测量轴/方向80的每一点处的沿Y轴的宽度尺寸都是该位置的正弦函数，经过在沿测量轴/方向80约为P”/2的总电极长度上的正弦周期的一半。这符合图6和7中发射机电极的特性“S”外貌。

关于分别沿电容耦合轨道374’和374”排列的发射机电极，应该理解，这些发射机电极被以与前面对沿电容耦合轨道375排列的发射机电极的描述完全类似的方式被排列、定尺寸和成形，只是有一个几何尺寸的例外：分别沿电容耦合轨道374’和374”中每一个排列的发射机电极在沿测量轴/方向80的每一点处沿Y轴的尺寸义上为沿电容耦合轨道375排列的发射机电极的相应宽度尺寸的一半。

电极的功能电学连接在图6中示意性示出。应该理解，一些电学连接被连续地安排经过图6中的各个电极，如位于由标号311’和311”指示的区中的连接线所指示的。在图6和7中每一个发射机电极上显示的标号0到3指示哪个电极被连接到类似标号的由换能器电子电路380提供的发射机信号源T0到T3中每一个。在操作中，具有0度时间相移的正弦AC电压信号被施加给标号为0的互连电极。类似地，具有90、180和270度时间相移的各个类似正弦AC电压信号被分别施加给标号为1、2和3的电极。

如可以在图7中很好看到的，应该理解，反相发射机电极，例如“0”和“2”发射机电极，总是沿Y轴方向彼此“肩并肩”地对准，并且在沿测量轴/方向80的相同跨度上延伸。而且，每一个“0”发射机电极，例如，沿中央电容耦合轨道375总是分别与沿外面电容耦合轨道374’和374”的两个反相“2”发射机电极对准，所述电容耦合轨道374’和374”中每一个具有中央“0”发射机电极的有效宽度和/和面积的一半。这种“平衡”安排在沿测量轴方向的每一个位置对每一个“标号/类型”发射机电极都适用。而且，如前面提到的，每一个发射机电极具有沿测量轴/方向80的总跨宽P”/2，该总跨宽P”/2与屏蔽电极构造340的部分42和42’中每一个的跨宽匹配。

根据本发明的原理，对于这种发射机电极和信号的构造，应该理解，无论单独部分342和342’中哪个是给定实施例中的屏蔽电极部分，耦合到部分342和342’中任何一个的净电容信号或者它们的和都将被平衡。例如，参照图7中位于虚线318和319之间的屏蔽电极部分342’，可以看到沿大约穿过该屏蔽电极部分342’中央的竖直方向，分别在0和2发射机电极上的0和180度的一对发射机信号将每一个提供相等幅度和相反极性的信号，因为它们被相等地电容耦合到该屏蔽电极部分342’，并且它们各自对出现在屏蔽电极342’上的响应电压的贡献也将是相等和相反极性的。沿竖直方向在该屏蔽电极342’的左边缘，在中间“1”和外面“3”发射机电极的电容耦合区域上的90和270度的一对发射机信号将类似地平衡。同样，沿竖直方向在该屏蔽电极342’的右边缘，在中间“3”和外面“1”发射机电极的电容耦合区域上的反相信号将类似地平衡。

这样，类似于信号平衡电极构造200，对于发射机电极和信号的这种构造，信号平衡屏蔽电极构造340的(一个或多个)可操作屏蔽电极至少在换能器每次提供位移测量信号时将被保持在由发射机信号确定的DC电压，该DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，并且屏蔽电极本身将不会再对接收机电极上的任何错误的电压相关信号改变有贡献。因此，它将如期望地只作为发射机和接收机电极之间的取决于位移的保护或阻隔元件。

同样类似于信号平衡电极构造200，在操作中，当具有0、90、180和270度时间相移的正弦AC电压信号被分别施加给标号0、1、2和3的互连电极时，例如，沿电容耦合轨道375没有被(一个或多个)屏蔽电极部分342’有效保护的电容耦合将导致作为屏蔽电极够340沿测量轴/方向80的相对位置的近似线性函数而改变的净正弦AC电压信号出现在第二接收机电极部分363上。类似地，沿电容耦合轨道374’和374”没有被(一个或多个)屏蔽电极部分342’有效保护的电容耦合，例如，将导致具有180度时间和空间相移即与沿电容耦合轨道375所提供的相比为沿测量轴/方向80的波长P”的一半的净正弦AC电压信号出现在电学连接的第一接收机电极部分362A和362B上。

这样，相等幅度和相反相位的测量信号将一般地可以分别在第二接收机电极连接263C和第一接收机电极连接262C处得到。在各种实例性实施例中，这些信号被输入到换能器电子电路380接收机电极输入端R+和R-，在这里它们被采样并且被输入到提供为两个信号之间放大后差异的测量信号的微分放大器构造，从而使位置测量信号加倍并除去可能包含在接收机电极信号中的各种公共模式误差。微分测量信号将具有相对于输入到发射机的信号的基准相位的时间相移，其指示具体的当前波长P’内，屏蔽电极构造340相对于发射机和接收机电极构造320和360的位置。

图6和7中示出的信号平衡电极构造300的实例性实施例因此可以根据本发明的原理被可靠地操作。如果期望，信号平衡电极构造300可以通过电学浮动的屏蔽电极242而被方便且可靠地操作。在图6和7中示出的信号平衡电极构造300的特定实施例提供了具有在屏蔽电极部件359被相对于发射机和接收机电极部件339和379沿测量轴/方向80移动时近似线性改变的时间相移的位置信号。但是，应该理解，提供非线性位置信号的其它电极构造改变在根据本发明的各种实施例中也是可操作的，虽然这种实施例可能提供较低的精度和精确度，但是它们可能在各种特定的实施例中具有成本优势或其它益处。在任何一种情况下，多种公知方法和电路中任何一个都可以被用于提供合适的发射机信号以及处理所得到的输出信号从而为这种构造确定期望的相对位移值。

除了平面/线性构造外，图6和7中示出的部分可以或者被理解为代表圆柱形编码器的部分，其中，测量轴/方向80是圆柱形或圆形测量轴/方向，并且屏蔽电极构造140代表继续以形成一部分或完整圆柱形构造的元件沿测量轴/方向80的一段，如前面参照信号平衡电极构造100描述的。因此，将理解上面公开的信号平衡电极构造300的构造只是说明性的，而非限制性的。

图8和9图示了可用在根据本发明的转式或角式电容编码器中的根据本发明的信号平衡电极构造400的第四实例性实施例。图8是第四实例性实施例400的分解图，示出了接收机电极构造460、屏蔽电极构造440和发射机电极构造420。图9是示出了对于根据本发明的信号平衡电极构造400的第四实例性实施例，屏蔽电极构造440以及发射机电极构造420的操作对准的平面图。

信号平衡电极构造400除了其为转式构造的事实之外，具有与前面描述的信号平衡电极构造200相类似的许多元件和操作特性。这种相似性将被本领域的一个普通技术人员了解，因此，下面将只详细描述非常不同的元件和操作特性。如图8所示，信号平衡电极构造400的第三实例性实施例包括承载在发射机电极部件439上的发射机电极构420、承载在屏蔽电极部件459上的屏蔽电极构造440和承载在接收机电极部件479上的接收机电极构造460。

接收机电极构造460包括承载分别具有示意性图示的第一和第二接收机电极连接462C和463C的圆形第一接收机电极462和圆形第二接收机电极463的圆形接收机电极部件479。为了描述方便，有用的是定义沿圆形测量方向80延伸并且在径向Y’方向上被定位为分别符合接收机电极462和463跨度的电容耦合轨道474’和474”，如图8所示。第一和第二接收机电极462和463沿径向Y’方向被圆形间隙469分开，并且沿径向Y’方向具有各自的跨宽使得它们沿电容耦合轨道474’和474”提供名义上相等的电容耦合面积，如将在下面更详细描述的。

屏蔽电极构造440被承载在屏蔽电极部件459上或者与其为一个整体，并且包括圆形屏蔽电极442。在各种实例性实施例中，安装轴458可以被提供并附接到屏蔽电极部件459或者与其为一个整体。在任何一种情况下，在各种应用中屏蔽电极部件459和/或安装轴458被耦合到沿旋转轴81延伸的转轴，使得转轴的角度位移被基于屏蔽电极构造440相对于信号平衡电极构造400其余部分的角度位移而被测量。屏蔽电极442具有形成第一圆形轨道442A的第一部分和形成第二圆形轨道442B的第二部分，它们分别近似地符合电容耦合轨道474'和474”，并且分别电容耦合到第一和第二接收机电极462和463。第一和第二圆形轨道442A和442B中每一个包括沿测量轴/方向80’延伸、产生近似正弦或准正弦电容耦合的周期性图案，如下面参照图9进一步描述的。每一个周期性图案具有角度波长或斜距P，其还由图8和9中的尺寸446指示。应该理解，屏蔽电极构造440的设计适于通过对单个导电材料板进行蚀刻或冲压等来制造。或者，其可以被制造为非传导性印刷电路基板(未示出)上的导电图案。

在各种实例性实施例中，屏蔽电极构造440的各种径向Y’方向尺寸被相对于接收机电极构造460的各种径向Y’方向的尺寸而被定制，使得屏蔽电极构造440和接收机电极构造460的中心可以稍微失准，并且屏蔽电极构造440与接收机电极构造460之间的各种电容耦合区域将倾向于不容易由于轻微失准就改变。例如，如可以在图8中很好看到的，在第一圆形轨道442A中图案的峰到峰径向尺寸小于第一接收机电极462的径向尺寸并且名义上集中在后者内。第二圆形轨道442B和第二接收机电极的径向尺寸被类似构造。此外，如果不管类似的失准，发射机电极构造420的发射机电极的径向尺寸足以重叠所描述的所有屏蔽和接收机电极。因此，就在组装和操作期间不管各种对准误差而保持测量精确度而言，信号平衡电极构造400提供了特别稳固的设计。通过对比，图9示出了屏蔽电极构造440和发射机电极构造420的可替换实施例，其中各种电极的径向尺寸是近似相同的。如果对准不足够精确，那么这种实施例将会更不精确。但是，在各种应用中这种影响是可以忍受或者可以通过精确对准来克服，并且这种实施例在本发明的范围内。

发射机电极构造420应该被理解为在功能和示意图上与前面描述的发射机电极构造220基本相似，不同的只是如下事实：发射机电极构造420以具有如下描述的角度波长或斜距P的转式构造来布置。这种功能和图示上的相似性将被本领域的一个普通技术人员了解，因此下面将仅描述非常不同的元件和操作特性。

在图8和9示出的实例性实施例中，发射机电极构造420被承载在发射机电极部件459上，所述发射机电极部件459可以是例如承载由图8中所示实例性的清楚标号的发射机电极组410A、410B和410D表示的多个发射机电极组的印刷电路板。第一发射机电极组410A具有第一、第二、第三和第四发射机电极422A到225A，第二发射机电极组410B具有第一、第二、第三和第四发射机电极422B到225B，以及等等沿着发射机电极构造420的圆形轴方向的其它类似的发射机电极组。发射机电极组中每一个具有相似的总尺寸，并且沿测量轴/方向80’根据等于角度波长P的发射机电极组角度斜距416周期性重复。

有整数个角度波长P，因此有绕发射机电极构造420圆周布置的整数个发射机电极组410。发射机电极422X到425X中每一个具有沿测量轴/方向80’相同的角度尺寸，并且方便地可以具有相同的径向Y方向尺寸。发射机电极422X到425X中每一个可以被制造在具有互连的“A”电极、互连的“B”电极、互连的“C”电极和互连的“D”电极的印刷电路板上，类似于前面对发射机电极构造220的描述。

图9示出了在沿转轴81的方向看时，屏蔽电极构造440相对于发射机电极构造420的构造和操作对准。

应该理解，为了使屏蔽电极构造440根据本发明具有平衡的信号，被每一个发射机电极重叠的电极面积必须是相同的。与线性换能器构造不同，如果电极边界443、453和455中每一个是纯正弦函数，那么由于发射机电极的径向逐渐变细，被各种发射机电极重叠的电极面积将不同。因此，必需基于它们的名义径向位置来调整各个屏蔽电极边界。

产生所需电极边界的一个方法被如下描述。定义“边界产生器”中线445是方便的。在一个实例性实施例中，其中绕屏蔽电极构造440的圆周有N个角度波长P，作为单位为弧度的角度α的函数的产生器中线445沿测量轴/方向80’的径向坐标可以被如下定义：

M(α)＝M_nom+A_Mcos(Nα)                (公式1)

其中，M_nom是产生器中线445的名义径向“基准”位置。

一般而言，重叠面积dA沿测量轴方向的增量可以近似定义为：

dA＝span_r*r(α)*dα                  (公式2)

其中，r是面积增加的名义径向位置，span_r是面积沿径向的增加的长度，r*da是增加面积在名义径向位置处沿测量轴方向的名义尺寸。

因此，为了使被每一个发射机电极重叠的电极面积在基准半径491(r₁)和494(r₄)之间都相同，在每一个角度坐标α处的屏蔽电极径向跨度必须针对基准半径491(r₁)和494(r₄)之间的名义径向位置而被调整。即，dA＝常数，因此：

${\mathrm{span}}_r\left(\mathrm{\α}\right)=\frac{K}{r\left(\mathrm{\α}\right)}\mathrm{or},\mathrm{whenr}\left(\mathrm{\α}\right)=M\left(\mathrm{\α}\right),$

${\mathrm{span}}_r\left(\mathrm{\α}\right)=\frac{K}{M\left(\mathrm{\α}\right)}$

                                     (公式3)

根据产生屏蔽电极边界的这种方式，沿着径向坐标方向，span_r(α)被居中在位置M(α)。跨度的末端定义所需的电极边界。等式3的关系在图9中通过在相对较大名义径向坐标处的相对较短的径向跨度447和在相对较小名义径向坐标处的相对较大径向跨度447’实例说明。

等式1到3可以被用于产生提供沿圆形测量轴根据本发明的信号平衡屏蔽电极构造的很广范围的准正弦边界。常数K一般确定外和内电极边界之间的径向距离。在各种实例性实施例中，常数K可以如下形式的表达而被定义

K≈Cl*M_nom+C2                        (公式4)

其中，C1和C2是提供与屏蔽电极构造的总尺寸成比例的常数K的常数。例如，对于这里近似所示的屏蔽电极构造，C1≈2并且C2一般大于0，例如约为1。但是，这一表示式和这些值只是说明性的，而非限制性的。对于任何给定的实施例，常数K可以通过分析或反复试验来确定，以提供期望的径向距离。

如图9所示，屏蔽电极第一圆形轨道442A的图案以在对应于基准线494的最大径向尺寸r₄与对应于基准线493的最小径向尺寸r₃之间、根据沿测量轴/方向80’具有角度波长P的近似准正弦函数的周期性方式蜿蜒的第一屏蔽电极边界443。

屏蔽电极第二圆形轨道442B的图案具有单独的开口451而不是连续的边界，以使对第一圆形轨道442A的支撑通过开口之间的材料提供。窗的形状可以通过考虑用虚线描绘的用标号452标记的窗打开的实际部分以及用虚线描绘的用标号452’标记的假想窗打开的假想部分来理解，所述两个部分具有非常相似的近似镜像形状。

将了解，如果假想打开部分452’而不是实际打开部分452被包含在开口中，那么开口将具有遵循具有角度波长P的角度α的准正弦函数的边界，与上面参照等式1到3描述的完全一样。但是，这种边界将完全地服务于在基准半径491处的屏蔽电极部件。因此，应该理解，实际打开部分452A被形成为准正弦假想打开部分452’的功能等同体。

这是如下实现的。每一个开口451被4条线限定：对应于基准线492的最大径向尺寸r₂；对应于基准线491的最小径向尺寸r₁；根据等式1到3产生的边界线453，以及与边界线453相一致但是沿测量轴/方向80’偏移周期P一半的边界线455。

产生屏蔽电极的上述方法提供了作为旋转位移的函数的在各个发射机和接收机电极之间的准正弦电容耦合改变即被屏蔽的区域改变。作为旋转位移的函数的在各个发射机与接收机电极之间的更理想的正弦电容耦合改变即被屏蔽的区域改变可以通过如下确定的屏蔽电极边界来提供。参照先前描述的径向尺寸r₁到r₄，第一屏蔽电极443的径向坐标可以通过如下的表达式来定义：

$r^{\′}\left(\mathrm{\α}\right)=\sqrt{{r_3}^2+\frac{1}{2}({r_4}^2-{r_3}^2)*(1+\cos \mathrm{N\α})}$

                                     (公式5)

类似地，边界线453的径向坐标可以通过如下表达式来定义：

$r^{\′\′}\left(\mathrm{\α}\right)=\sqrt{{r_1}^2+\frac{1}{2}({r_2}^2-{r_1}^2)*(1+\cos \mathrm{N\α})}$

                                     (公式6)

类似于上面的描述，开口451被4条线限定：对应于基准线492的最大径向尺寸r₂；对应于基准线491的最小径向尺寸r₁；根据等式6产生的边界线453，以及与边界线453相一致但是沿测量轴/方向80’偏移周期P一半的边界线455。当径向尺寸r₁到r₄被选择为使得接收机电极462和463具有相等的面积时，接收机电极462和463将提供具有近似相对幅度的信号。

应该理解，作为如上所述布图的结果，对于任何角度α，图8和9所示的屏蔽电极构造400的实例性实施例为绕其圆周处于每一个位置的每一个发射机电极都提供了恒定的电容耦合区域，从而提供了根据本发明的信号平衡屏蔽电极构造440。

在操作中，发射机电极422X到425X可能以与前面针对通过信号平衡电极构造200的相应连接222K到225K输入的信号所描述的相同方式被通过连接422K到425K提供输入信号。这样，类似于前面描述的信号平衡电极构造200，对于这种发射机电极和信号构造，信号平衡屏蔽电极构造440的(一个或多个)可操作屏蔽电极将被保持在由发射机信号确定的DC电压，至少在换能器每次提供位移测量信号时是这样，所述DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，并且屏蔽电极本身将不再对接收机电极上的任何错误的电压相关信号变化有贡献。因此，它将如期望地仅仅作为发射机与接收机电极之间的取决于位移的保护或阻隔元件。

图8和9所示的信号平衡电极构造400的实例性实施例因此可以根据本发明的原理可靠地操作。如果期望，信号平衡电极构造400可以通过电学浮动的屏蔽电极442来方便且可靠地操作。在图8和9中示出在上面描述的信号平衡电极构造400的特定实施例提供了具有在屏蔽电极部件459被沿着测量轴/方向80’相对于发射机和接收机电极部件439和479旋转移动时会随之改变的时间相移的角度位置信号。但是，应该理解，提供非线性位置信号的其它电极构造变化也可以在根据本发明的各种实施例中操作，它们在各种特定的应用中可能具有成本优势或者其它益处。在任何情况下，多种公知方法和电路中的任何一个都可以被用于提供合适的发射机信号以及处理所得到的输出信号，从而确定用于这种构造的期望相对位移值。

应该理解，根据上面描述的实施例，在接收机电极连接462C和463C上输出的信号可以被输入到微分信号处理电路，以如这里先前描述地提供位置或位移测量。根据上面概述的屏蔽电极边界确定方法，因为span_r(α)被集中在位置M(α)，所以将发现当接收机电极边界半径被选择为近似对应于各个屏蔽电极边界的内外峰时，在接收机电极连接462C和463C上输出的信号将具有相等的幅度和相反的相位，这对于简化信号处理和消除某些公共模式误差是有利的，与前面针对在信号平衡电极构造200的接收机电极连接262C和263C上输出的信号是同样的方式。

图10到13图示了可在根据本发明的转式或角度电容编码器中用于提供绝对角度位置测量的、根据本发明的信号平衡电极构造500的第五实例性实施例。图10是接收机电极构造560的平面图，图11是发射机电极构造520的平面图，图12是屏蔽电极构造540的平面图，所有构造560、520和540都可以用在信号平衡电极构造500中。图13是示出了接收机电极构造560、屏蔽电极构造540和发射机电极构造520的中间电极的操作对准的平面图。某些发射机电极和连接等在图13中被省略，以避免视觉混乱并为信号平衡电极构造500的操作的某些方面提供更大的清晰度。

信号平衡电极构造500具有与前面描述的信号平衡电极构造400的那些相类似的许多元件和操作特性。一般而言，标号相应的元件被类似地设计和操作。例如，元件562对应于前面描述的元件462，等等。这种类似性将被本领域的一个普通技术人员了解，所以只有非常不同的元件和操作特性才会在下面详细描述。

如图10所示，接收机电极构造560包括承载圆形第一接收机电极562的圆形接收机电极部件579和具有示意性图示的第一和第二接收机电极连接562C和563C的圆形第二接收机电极563，所有这些都可以以与前面针对接收机电极构造560的相移元件描述的相同的方式而被设计和操作。例如，在一个实例性实施例中，接收机电极562和563的径向尺寸和位置可以与前面针对接收机电极构造460所描述的那些相同。

此外，接收机电极构造560包括具有内边界564’和外边界564”的圆形第三接收机电极564，以及具有内边界565’和外边界565”的圆形第四接收机电极565，圆形第三接收机电极564和圆形第四接收机电极565分别具有示意性图示的第三和第四接收机电极连接564C和565C。为了描述方便，有用的是定义沿圆形测量轴/方向80’延伸、并且被沿径向Y’方向定位为分别与接收机电极564和565的跨度相一致的电容耦合轨道575’和575”，如图10所示。方便的是将由尺寸线582指示的电容耦合轨道575’的外径定义为r₆，并将由尺寸线581指示的电容耦合轨道575”的内径定义为r₅。第三和第四接收机电极564和565沿径向Y’方向被圆形间隙569分开，并且沿径向Y’方向具有各自的跨度使得它们沿电容耦合轨道575’和575”提供名义上相等的电容耦合面积，如将在下面更详细描述的。

如图11所示，实例性发射机电极构造520被承载在发射机电极部件539上，发射机电极部件539可以是例如承载由实例性总体标出的发射机电极组510X所代表的多个发射机电极组510的印刷电路板。发射机电极组中每一个具有类似的整体尺寸并且沿测量轴/方向80’根据等于角度波长P””的发射机电极组角度斜距516而周期性地重复。每一个发射机电极组510X具有第一、第二、第三和第四发射机电极522X到525X。名义上有整数个角度波长P””，因此，有整数个发射机电极组510被围绕发射机电极构造520的圆周布置。但是，在图11所示的实例性实施例中，一个这种发射机电极组510被省略，以为到将在下面描述的中间发射机电极526到529的连接526K到529K留出空间。

应该理解，多个发射机电极组510可以以与前面描述的发射机电极构造420的发射机电极组410相同的方式被设计和操作。例如，在一个实例性实施例中，发射机电极组510的发射机电极的径向尺寸和位置可以与前面针对发射机电极构造420描述的那些相同。发射机电极组510的各个电极之间的互连以及它们的输入信号连接522K到525K在图11中被示意性示出。

关于中间的发射机电极526到529，它们被方便地描述为与具有由尺寸西581’所指示内径且具有由尺寸线582’所指示外径的圆形电容耦合轨道的四个象限相一致，所述内径在各种实例性实施例中可以等于接收机电极内径r₅，所述外径在各种实例性实施例中可以等于接收机电极外径r₆。在操作中，具有0、90、180和270度时间相移的正弦AC电压信号分别通过示意性示出的连接526K到529K而被分别施加给中间发射机电极526到529。因此，应该理解，通过使这种信号施加给中间发射机电极526到529，中间发射机电极526到529定义与围绕发射机电极构造520旋转一周相对应的第二角度波长Q，即，Q＝2π×半径。

如图12所示，屏蔽电极构造540被承载在屏蔽电极部件559上并且包括沿圆形测量轴/方向80’以周期性方式蜿蜒的第一屏蔽电极542以及近似圆形但是偏心定位的第二或中间屏蔽电极544。屏蔽电极部件559在各种实例性实施例中是非传导性印刷电路基板。第一屏蔽电极542具有形成第一圆形轨道542A的第一部分以及形成第二圆形轨道542B的第二部分，它们分别与第一和第二接收机电极562和563近似相一致并且被电容耦合到其上。第一和第二圆形轨道542A和542B中每一个包括沿测量轴/方向80’延伸的产生分别到第一和第二接收机电极562和563的近似正弦电容耦合的周期性图案。每一个周期性图案具有也由图12和13中的尺寸546指示的角度波长或斜距P””。屏蔽电极第一圆形轨道542A的图案具有沿测量轴/方向80’根据具有角度波长P””的准正弦函数周期性蜿蜒的第一屏蔽电极边界543。在一个实例性实施例中，第一屏蔽电极边界543的径向位置和准正弦路径与前面描述的屏蔽电极构造440的屏蔽电极边界443的那些一致，并且例如可以根据等式5来确定。屏蔽电极第二圆形轨道542B的图案不需要由于屏蔽电极构造559的非传导性基板要为所有屏蔽电极轨道提供机械支撑而象屏蔽电极构造440那样具有单独的开口。实际上，类似于第一屏蔽电极边界543的第二屏蔽电极边界543’也沿测量轴/方向80’根据具有角度波长P””的准正弦函数而周期性地蜿蜒，并且在其中第一屏蔽电极边界543被如上面所述根据等式5被确定的实施例中，第二屏蔽电极边界543’被根据等式6确定。在各种其它实例性实施例中，边界543和543’每一个都根据上面参照等式1到3描述的教导而被产生。

类似于屏蔽电极构造440，作为如上所述图案化的结果，对于任何角度α，图12中所示屏蔽电极构造540的第一屏蔽电极542的实例性实施例为绕其圆周的每一个位置处的每一个发射机电极提供了恒定的电容耦合面积，从而提供根据本发明的信号平衡第一屏蔽电极542。

在操作中，发射机电极522X到525X可以通过连接522K到525K以与前面针对通过信号平衡电极构造400的相应连接422K到425K输入的信号所描述的相同方式而被提供输入信号。这样，类似于前面描述的信号平衡电极构造400，对于这种发射机电极和信号构造，信号平衡第一屏蔽电极542的(一个或多个)可操作屏蔽电极将被保持在由发射机信号确定的DC电压，至少在换能器每次提供位移测量信号时是这样，所述DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，并且屏蔽电极本身将不再对接收机电极上的任何错误的电压相关信号有贡献。因此，它将如期望地仅仅作为发射机与接收机电极之间的取决于位移的保护或阻挡元件。

图12和13中所示的信号平衡第一屏蔽电极542的实例性实施例因此可以根据本发明的原理而被可靠地操作。如果期望，信号平衡电极构造500可以通过电学浮动的第一屏蔽电极542而被方便且可靠地操作。上面描述的且在图10到13中示出的信号平衡电极构造500的特定实施例提供了具有在屏蔽电极部件559被沿测量轴/方向80’相对于发射机和接收机电极部件539和579旋转移动时随之近似线性改变的时间相移的角度位置信号。但是，应该理解，提供非线性位置信号的其它电极构造变化也可以在根据本发明的各种实施例中操作，虽然这种实施例可能提供更小的精度和精确度，但是它们在各种特定应用中可能具有成本优势或其它益处。在任何情况下，多种公知方法和电路中任何一个可以被用于提供合适的发射机信号以及处理所得到的输出信号从而为这种构造确定期望的相对位移值。

应该理解，根据上面描述的实施例，在接收机电极连接562C和563C上输出的信号可以被输入到微分信号处理电路，以如这里前面描述地提供位置或位移测量。根据上述实施例，当接收机电极边界半径被选择使得接收机电极562和563具有相等的面积，那么在接收机电极连接562C和563C上输出的信号将具有相等的幅度和相反的相位，这对于简化信号处理以及消除某些公共模式误差是有利的，这与前面针对在信号平衡电极构造200的接收机电极连接262C和263C上输出的信号所描述的是一样的方式。

关于中间屏蔽电极544，它好像是近似圆形的电极，偏心地位于前面参照图10所述的具有由尺寸线581’所指示内径和由尺寸线582’所指示外径的圆形电容耦合轨道内。在各种实例性实施例中，近似圆形的中间屏蔽电极544具有根据前面参照等式1到3或者参照等式5和6描述的教导确定的内和外边界，分别为545’和545。因为中间屏蔽电极544围绕2π×半径(N＝1)只有一个周期“Q”，这将在下面进一步描述，所以所得到的准正弦边界545和545’好像是具有各自不同中心位置的离心圆。

在各种实例性实施例中，如果由尺寸线582”指示的中间屏蔽电极544的最大径向范围稍微小于分别在图11和图10中示出的径向尺寸582’和582，那么对于各种失准的更好容限被提供。类似地，如果由尺寸线581”指示的中间屏蔽电极544的最小径向范围稍大于分别在图11和图10中示出的径向尺寸581’和581，这是有利的。

在操作中，具有0、90、180和270度时间相移的正弦AC电压信号分别通过示意性图示的连接526K到529K而被分别施加给中间发射机电极526到529。因此，应该理解，通过使这种信号施加给中间发射机电极526到529，中间发射机电极526到529定义与围绕发射机电极构造520旋转一周相对应的第二角度波长Q，即，Q＝2π×半径。

如在图13中最佳示出的，中间屏蔽电极544总是完全重叠发射机电极526到529中每一个。这样，对于这种发射机电极和信号构造，具有如前面确定的边界的中间屏蔽电极544的(一个或多个)可操作屏蔽电极将被保持在由发射机信号确定的DC电压，至少在换能器每次提供位移测量信号时是这样，所述DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，并且中间屏蔽电极544将不再对接收机电极上的任何错误的电压相关信号改变有贡献。因此，它将如期望地仅作为发射机与接收机电极之间的取决于位移的保护或阻隔元件。

而且，类似于前面描述的多周期第一屏蔽电极542，单周期中间屏蔽电极544提供了具有在屏蔽电极部件559被沿着测量轴/方向80’相对于发射机和接收机电极部件539和579旋转移动时随之而几乎线性改变的时间相移的角度位置信号。例如，如由图13中所示高密度网纹指示的，对于图13所示的相对位置，中间屏蔽电极544在接收机电极564与发射机电极526和529之间的近区中被很强地屏蔽。因此，来自发射机电极527和528的信号将在接收机电极564上是主流，以在接收机电极564上产生具有大约135度相对相移的信号。以类似的方式，来自发射机电极526和529的信号将在接收机电极565上占优势，以在接收机电极565上产生具有大约315度相对相移的信号。

应该理解，根据上述实施例，在接收机电极连接562C和563C上输出的信号可以被输入到微分信号处理电路，以如这里先前描述地提供位置或位移测量。此外，如果中间屏蔽电极542的边界被如前面所述确定，并且接收机电极边界半径被选择为使得接收机电极564和565具有相等的面积，那么在接收机电极连接562C和563C上输出的信号将具有相等的幅度和相反的相位，这对于简化信号处理以及消除某些公共模式误差是有利的，这与前面针对在信号平衡电极构造400的接收机电极连接462C和463C上输出的信号所描述的方式相同。

应该理解，从与接收机电极461和463相对应的电容耦合轨道的操作得出的角度位置信号，在围绕屏蔽电极部件559一整圈的相对于发射机和接收机电极部件539和579的每一个角度位置处提供唯一的信号值。这种在各处都唯一或“绝对”的粗糙的位置信号可以被分析或“内插”来标识与对应于电容耦合轨道542A和542B、对应于第一屏蔽电极542和接收机电极562和563的更精细精度周期中的具体一个相对应的“绝对”角度。从电容耦合轨道542A和542B的操作中得到的几乎线性的角度位置信号然后可以被分析或“内插”以改进提供了绝对角度测量的信号平衡电极构造500。信号平衡电极构造500因此提供了围绕换能器一整圈的高精度的绝对角度测量能力。

图14到18图示了可以在根据本发明的转式或角度电容编码器中在2π×半径的一整圈上提供绝对角度位置测量的、根据本发明的信号平衡电极构造600的第六实例性实施例。图14是信号平衡电极构造600的第六实例性实施例的分解等大图。图15是示出了图14的接收机电极构造660的平面图，图16是示出了图14的屏蔽电极构造640及其与图15的接收机电极轨道的对准的平面图，图17是示出了图14的发射机电极构造620的平面图，图18是示出了对于信号平衡电极构造600的第六实例性实施例，发射机电极构造620、屏蔽电极构造640以及其中发射机电极构造620被电容耦合到接收机电极构造660的区域的平面图。

信号平衡电极构造600具有与前面所描述信号平衡电极构造500的居中定位单周期部分的那些相类似的一些元件和操作特性。一般而言，相应标号的元件被类似地设计和操作。这种相似性将被本领域的普通技术人员了解，所以下面只详细描述非常不同的元件和操作特性。

如图14所示，接收机电极构造660包括具有中心孔678且承载分别具有示意性图示的第一和第二接收机电极连接664C和665C的圆形第一接收机电极664和圆形第二接收机电极665的圆形接收机电极部件679(以透明轮廓线示出)。第一和第二接收机电极664和665被圆形间隙669分开，并且可以如前面针对接收机电极构造560的相应元件564和565所描述的相类似地被设计和操作。如可以在图15中很好看到的，接收机电极664具有内边界664’和外边界664”，并且接收机电极665具有内边界665’和外边界665”。当接收机电极664和665的径向尺寸被定制为使得接收机电极664和665具有相等的电容耦合面积，并且发射机屏蔽电极被如下所述来设计，那么由接收机电极664和665提供的信号将具有近似相等的幅度。

如图14所示，实例性发射机电极构造620被承载在具有中心孔638的发射机电极部件639上，所述发射机电极部件639在各种实施例中可以是例如可以包括用于承载用于确定各种发射机电极连接和从接收机电极连接664C和665C接收信号的电路系统的区域637的印刷电路板。发射机电极构造620在下面将更详细地描述。实例性屏蔽电极构造640包括屏蔽电极部件659和在信号平衡电极构造600被可操作地对准和组装时会留有空隙地穿过中间孔678和638的安装轴658。

图16示出了屏蔽电极构造640以及其相对于以虚轮廓线示出的接收机电极664和665的位置的操作对准。在各种实例性实施例中，屏蔽电极构造640被与导电屏蔽电极部件659作为整体提供，其在各种实例性实施例中可以被冲压或蚀刻来提供期望的电极形状。屏蔽电极构造640包括与接收机电极665重叠的外电极部分642。在一个实例性实施例中，外电极部分642的边界643被根据前面参照等式5所描述的教导而被确定，使得r₃近似对应于接收机电极664的内边界664’的径向尺寸，而r₄近似对应于外边界664”的径向尺寸。因为只有围绕2π×半径(N＝1)的屏蔽电极边界643的一个周期，所以所得到的准正弦边界643似乎近似为离心圆。在各种实例性实施例中，如果边界643的最大径向范围稍小于外边界664”的径向尺寸，那么更好的容限将被提供。

内电极部分644是关于旋转中心的圆形，并且名义上与接收机电极644一致，如图16所示。内电极部分644包括开窗区域644A和644B，它们类似地名义上与接收机电极644相一致，但是可以在沿径向方向上稍宽(或者稍窄)以最小化由于微小径向失准引起的信号改变。

图17更详细地示出了发射机电极构造620。发射机电极构造620包括发射机电极626到629。每一个发射机电极626到629包括被方便地描述为与对应于接收机电极664的圆形电容耦合轨道的象限一致的外面部分626’到629’。此外，每一个发射机电极626到629包括里面部分626”到629”，它们具有与外面部分626’到629’相同的总面积，并且被大致如图17所示交错，以属于稍窄于接收机电极665的径向边界并且名义上居中于接收机电极665的径向边界内的共享圆形电容耦合轨道。里面部分626”到629”在图17所示的电极边界处通过很小的绝缘间隙被彼此分开。在各种实例性实施例中，各个里面部分626”到629”中每一个的边界通过分析或反复试验设计来确定，使得作为沿里面部分角度的函数的增加面积dA’在围绕旋转中心180度的范围上是正弦函数，大致如图17所示。各个里面部分626”到629”因此是相同的，不同的只是对于每一个单独的里面部分的dA’的最大值出现在与相应电学连接外面部分的角度中点相对应的角度坐标处。

根据上面的描述，当与里面部分626”到629”对准的打开窗口区域644A或644B中的一个沿测量轴/方向80’的方向转动时，与打开窗口区域644A或644B重叠的里面部分626”到629”中每一个的面积将由于作为打开窗口区域644A或644B沿测量轴/方向80’的角度位置的函数而近似正弦地改变。此外，当与发射机电极外面部分626’到629’对准的外面电极部分642的外边界643沿测量轴/方向80’转动时，与屏蔽电极部分642重叠的外面部分626’到629’中每一个的面积将由于围绕屏蔽电极部件659一周具有一个周期的外边界643的“离心”路径而近似正弦地改变。

在操作中，具有0、90、180和270度时间相移的正弦AC电压信号分别通过示意性示出的连接626C到629C而被分别施加给发射机电极626到629。因此，应该理解，通过使这种信号施加给发射机电极626到629，发射机电极626到629定义了与围绕发射机电极构造620一周相对应的角度波长Q，即，Q＝2π×半径。

图18示出了发射机电极构造620与屏蔽电极构造640的对准，以及发射机电极构造620被屏蔽电极构造640屏蔽的和没有被其屏蔽的区域。类似于前面描述的信号平衡电极构造500的单周期中间部分，信号平衡电极构造600提供了具有在屏蔽电极部件659被沿测量轴/方向80’相对于发射机和接收机电极部件639和679旋转移动时随之几乎线性改变的时间相移的角度位置信号。如在图18所示实例性相对位置处示出的，当外面电极部分626’基本上没有被屏蔽电极屏蔽(图13中的黑色实线区域)时，外面电极部分627’和629’大约有一半被屏蔽(图13中的交叉阴影区域)，而外面电极部分628’基本上被完全屏蔽。因此，来自发射机电极外面部分627’和629’的反相信号将大致平衡，并且来自未被屏蔽发射机电极外面部分626’的信号将在接收机电极664上占优势，从而在接收机电极664上产生具有大约0度相对相移的信号。

以类似的方式，内部电极部分626”基本上完全被屏蔽电极屏蔽，内部电极部分627”和629”大致有一半未被屏蔽(图13中的交叉阴影区域)，而内部电极部分628”完全未被屏蔽(图13中水平交叉阴影区域)。因此，来自发射机电极外面部分627”和629”的反相信号将大致平衡，来自未被屏蔽发射机电极里面部分628”的信号将在接收机电极665上是主流，从而在接收机电极665上产生具有大约180度相对相移的信号。

应该理解，根据上述实施例，在接收机电极连接662C和663C上输出的信号可以被输入到微分信号处理电路，以提供在这里先前描述的位置或位移测量。此外，在接收机电极连接662C和663C上输出的信号将具有相等的幅度和相反的相位，这对于简化信号处理和消除某些公共模式误差是有利的，这与前面针对在信号平衡电极构造400的接收机电极连接462C和463C上输出的信号描述的是相同的方式。

还应该理解，根据上述描述，屏蔽电极构造640相等地耦合到发射机电极626到629中每一个而与其相对转动位置无关，以提供根据本发明的信号平衡屏蔽电极构造640。因此，对于发射机电极和信号的这种构造，信号平衡屏蔽电极构造640的屏蔽电极将被保持在由发射机信号确定的DC电压，至少在换能器每次提供位移测量信号时是这样，所述DC电压在各种实例性实施例中可能是0伏，并且屏蔽电极本身将不再对接收机电极上的任何错误的电压相关信号改变有贡献。因此，它将如期望地只作为发射机和接收机电极之间的取决于位移的保护或阻隔元件。

图14到18中所示的信号平衡电极构造600的实例性实施例因此可以根据本发明的原理可靠地操作。如果期望，信号平衡电极构造600可以通过电学浮动的屏蔽电极而被方便且可靠地操作。上面描述的且在图14到18中示出的信号平衡电极构造600的特定实施例提供了具有在屏蔽电极部件659被沿测量轴/方向80’相对于发射机和接收机电极部件639和679旋转移动时而随之近似线性改变的时间相移的角度位置信号。但是，应该理解，提供非线性位置信号的其它电极构造改变也可以在根据本发明的各种实施例中操作，虽然这种实施例可能提供更低的精度和精确度，但是它们在各种特定应用中可能具有成本优势或其它益处。

应该理解，从与接收机电极664和665相移的电容耦合轨道的操作得到的角度位置信号在屏蔽电极部件659相对于发射机和接收机电极部件639和679旋转一整周的每一个角度位置处都提供了唯一的信号值。信号平衡电极构造600因此提供了围绕换能器一整周的“绝对”角度测量能力。

图19是穿过根据本发明的实例性转式电容编码器组件700的侧面横截面视图，包括了在图14到18中示出的根据本发明信号平衡电极构造600的第六实例性实施例的元件。如图19所示，转式电容编码器组件700包括具有上面部分708A和下面部分708B的框架708。发射机电极部件639被附接到上面部分708A，接收机电极部件679被附接到下面部分708B。上面和下面部分708A和708B被构造成使得它们提供由通孔壁702指示的、为非传导线安装周658提供操作空隙的通孔。而且，上面和下面部分708A和708B被构造成使得它们提供空间701。

包括外面和里面部分642和644的屏蔽电极构造640位于空间701中。在图19所示的实例性实施例中，屏蔽电极构造640的导电电极部分被夹在非传导性安装轴658的上面部分658A和下面部分658B之间。应该理解，相对于导电安装轴，非传导性安装轴658倾向于使屏蔽电极构造640的导电电极部分隔离于或者除去可能在穿过安装轴658以在空间701中支撑和转动屏蔽电极构造640的马达轴等上出现的任何噪音信号。交叉线应用区658C指示可选地可能从安装轴658上省略以提供倾向于进一步隔离或减少可能否则会被耦合到屏蔽电极构造的噪音信号的空气间隙的材料。因此，在转式电容编码器组件700中示出的电学浮动的信号平衡屏蔽电极构造640将倾向于使各种前面概述的发射机和接收机电路隔离于可能在穿过安装轴658的马达轴等上出现的这种噪音信号。

图20是根据本发明的一个实例性圆柱形转式电容编码器组件800的分解图，包括了根据本发明的一般圆柱形信号平衡电极构造的元件。一般圆柱形信号平衡电极构造的元件基本上类似于前面所述线性信号平衡电极构造中任何一个的类似标号元件。例如，一般元件820、840和860组可能是元件120、140和160组或者220、240和260组或者320、340和360组等的弯曲形式。一般而言，弯曲的屏蔽电极构造840围绕其部分或全部圆周将包括整数个周期的(一个或多个)所包含屏蔽电极842等等。弯曲形式可以通过在柔性印刷电路材料上制造所需的电极构造、连接等并按期望弯曲所述柔性印刷电路来提供。

如图20所示，圆柱形转式电容编码器组件800包括具有外壁部分808A和内壁部分808B的框架808。发射机电极部件839被附接到内壁部分808B，并且接收机部件879被附接到外壁部分808A，在操作对准中，它们的测量轴方向于测量轴/方向80’对准。到各个发射机电极和接收机电极的连接通过经过框架808的多导线电线869提供。外壁部分808和内壁部分808B被构造成使得它们提供圆柱形空间801。内壁部分808B包括孔802，该孔802为非传导性安装轴858的下面轴部分858B提供了操作空隙。一个或多个滚柱轴承组件803被沿孔802提供，用于接收下面轴部分858B以及可操作地对准安装轴858和屏蔽电极部件859。承载屏蔽电极842等的圆柱形屏蔽电极部件859在圆柱形空间801中被可操作地对准在发射机电极部件839与接收机电极部件879之间。

在图20所示的实例性实施例中，圆柱形屏蔽电极部件859很好地贴合在且刚性附接到安装轴858的肩部858C上。应该理解，相对于导电安装轴，非传导性安装轴858倾向于使屏蔽电极构造840的导电电极部件以及发射机和接收机电极构造820和860隔离于或除去可能在插入安装轴858中以在空间801中转动屏蔽电极构造840的马达轴等上出现的任何噪音信号。

虽然已经图示和描述了本发明的各种实例性实施例，但是将理解，上述实施例只是说明性的，而非限制性的。因此，在其中可以做出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于确定两个部件之间沿测量轴方向的相对位置的电容型位移感测设备，所述位移感测设备包括：

发射机部件，所述发射机部件包括具有至少两个发射机电极元件的第一发射机元件构造；

包括具有至少一个接收机电极元件的第一接收机元件构造的接收机部件，所述第一接收机元件构造通过位于第一接收机元件构造与第一发射机元件构造之间的操作间隙而相对于第一发射机元件构造被固定并且被电容地耦合到第一发射机元件构造；以及

标尺部件，所述标尺部件包括具有至少一个屏蔽电极元件的至少第一屏蔽元件构造，所述第一屏蔽元件构造位于在第一接收机元件构造和第一发射机元件构造之间的操作间隙中，第一屏蔽元件构造可沿测量轴方向相对于第一发射机元件构造和第一接收机元件构造移动以调制第一发射机元件构造与第一接收机元件构造之间的电容耦合，并且第一屏蔽元件构造电容地耦合到第一发射机元件构造以提供第一屏蔽—发射机电容耦合构造，

其中：

所述第一发射机元件构造的所述至少两个发射机电极元件可以在测量周期过程中单独操作以提供单独的随时间改变的发射机电压信号；

对于在发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置范围内的任何相对位置，各个随时间改变的发射机电压信号都可以与第一屏蔽发射机电容耦合构造组合地操作，使得如果电容型位移感测设备通过使第一屏蔽元件构造电学浮动地来操作，那么结合第一屏蔽—发射机电容耦合构造所得到的第一屏蔽元件构造的至少一个屏蔽电极元件仅由于各个随时间改变的电压信号而引起的净电压改变在测量周期过程中将有至少一次固有地近似为0；并且

第一接收机元件构造的至少一个接收机电极元件可以单独操作以至少在测量周期的所述至少一次期间提供至少一个单独的接收机信号，并且所述至少一个单独的接收机信号可以被用于确定发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置。

2.权利要求1的电容型位移感测设备，其中，电容型位移感测设备可以通过使第一屏蔽电极元件电学浮动操作。

3.权利要求1的电容型位移感测设备，其中，电容位移感测设备可通过使第一屏蔽电极构造耦合到冗余地对至少一个屏蔽电极元件的净电压改变在测量周期过程中的至少一次近似为0有贡献的至少一个元件来操作。

4.权利要求3的电容型位移感测设备，其中，第一屏蔽电极构造通过a)电容耦合和b)导电通路中的至少一个被耦合。

5.权利要求1的电容型位移感测设备，其中，各个随时间改变的发射机电压信号包括至少一对具有近似相等幅度和相反极性的发射机信号，并且所述至少一个单独的接收机信号包括在幅度和极性上相对于信号对中一个以作为发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向相对位置的函数的方式而改变的信号。

6.权利要求5的电容型位移感测设备，其中，第一屏蔽元件构造包括沿测量轴方向为周期性的图案，并且至少一个单独的接收机信号包括在幅度和极性上相对于发射机信号对中一个以作为发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置的周期性函数的方式而改变的信号。

7.权利要求6的电容型位移感测设备，其中，至少一个接收机电极元件包括提供在幅度和极性上相对于发射机信号对中一个以作为发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置的周期性函数的方式而改变的单独的接收机信号的两个接收机电极元件，并且所述两个接收机电极元件被安排成使得它们的周期性函数是正交的。

8.权利要求1的电容型位移感测设备，其中：

第一屏蔽元件构造包括沿测量轴方向根据斜距P为周期性的图案；

第一发射机元件构造包括沿平行于测量轴方向的方向根据近似等于P的组斜距尺寸均匀分布的至少一组N个发射机电极元件，其中N是至少为3的整数；

每一个至少一组的N个发射机电极元件可被单独操作以提供具有近似相等幅度并且提供在360度时间相移上均匀分布的N个单独的时间相位的N个单独的正弦发射机电压信号；并且

至少一个单独的接收机信号包括在时间相位上相对于正弦发射机电压信号中一个以作为发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置的近似线性函数的方式而改变的正弦信号。

9.权利要求8的电容型位移感测设备，其中，至少一组N个发射机电极元件和第一屏蔽元件构造的图案被构造成使得，当第一屏蔽元件构造被沿测量轴方向相对于第一发射机元件构造和第一接收机元件构造移动时，第一屏蔽元件构造以作为发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置的近似正弦函数的方式来调制第一发射机元件构造与第一接收机元件构造之间的电容耦合。

10.权利要求9的电容型位移感测设备，其中：

至少一个接收机电极元件包括提供两个单独的正弦接收机信号的两个接收机电极元件，所述两个单独的正弦接收机信号在时间相位上相对于正弦发射机电压信号中的一个以作为发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置的近似线性函数的方式而改变；

所述两个接收机电极元件被安排成使得两个单独的正弦接收机信号在任何相对位置都具有近似相等的幅度以及相差180度的时间相位；并且

电容位移感测设备可操作用于将两个单独的正弦接收机信号输入到微分信号处理单元，从而提供具有指示发射机部件与标尺部件沿测量轴方向的相对位置的时间相位的微分信号。

11.权利要求10的电容型位移感测设备，其中，电容位移感测设备包括a)具有线性测量轴的线性位移感测布置和b)具有包括圆的至少一部分的测量轴的圆柱形位移感测布置中的一个，并且第一发射机元件构造、第一接收机元件构造和第一屏蔽元件构造中的至少一个关于沿平行于测量轴方向的方向延伸的构造中心显示出镜像对称。

12.权利要求10的电容型位移感测设备，其中：

电容位移感测设备包括具有圆形测量轴和相对平面的发射机、接收机和标尺部件的转式位移感测布置；

斜距P包括沿测量轴方向的角度斜距；

标尺部件包括提供至少一个屏蔽电极元件的导电元件；

第一屏蔽元件构造包括沿圆形测量轴方向根据角度斜距P为周期性的、且由a)导电元件的至少一个形成的边界和b)形成在导电元件中的一组开口中的至少一个形成的图案；并且

两个接收机电极元件包括被构造成使得两个同心圆形电极的面积近似相等的两个同心圆形电极。

13.权利要求12的电容型位移感测设备，其中，标尺部件包括印刷电路基板，并且导电元件包括形成在所述印刷电路基板上的导电电极图案。

14.权利要求12的电容型位移感测设备，其中：

标尺部件包括提供导电元件的自支撑平面金属元件；并且

第一屏蔽元件构造包括由a)平面金属元件的至少一个形成的边界和b)形成在平面金属元件中的一组开口中的至少一个形成的图案。

15.权利要求12的电容型位移感测设备，还包括将标尺部件耦合到以使导电元件在空间上与外部轴分开的方式驱动安装轴和标尺部件的外部轴的绝缘安装轴。

16.权利要求15的电容型位移感测设备，其中，绝缘安装轴被以在导电元件与外部轴之间插入空气间隙的方式被构造。

17.权利要求8的电容型位移感测设备，其中：

在时间相位上相对于正弦发射机电压信号中一个改变的正弦信号提供第一测量信号，所述第一测量信号在发射机部件与标尺部件之间的相对位置沿测量轴方向改变斜距P的一个增量时经历相对于正弦发射机电压信号中的一个的360度时间相移；

发射机部件还包括第二发射机元件构造，所述第二发射机元件构造包括沿平行于测量轴方向的方向根据等于斜距Q的第二租斜距尺寸均匀分布的至少一组M个发射机电极元件，其中M是至少为2的整数；

每一个至少一个组的M个发射机电极元件可单独操作来提供具有近似相等幅度且提供均匀分布在360度时间相移上的M个单独的时间相位的M个单独的正弦发射机电压信号；

接收机部件还包括具有至少一个接收机电极元件的第二接收机元件构造，所述第二接收机元件构造通过位于第二接收机元件构造与第二发射机元件构造之间的操作间隙而相对于第二发射机元件构造被固定并且被电容耦合到第二发射机元件构造；

标尺部件还包括具有至少一个屏蔽电极元件的至少第二屏蔽元件构造；

第二屏蔽元件构造包括具有至少一个屏蔽电极元件的至少第二屏蔽元件构造；

第二屏蔽元件构造包括沿测量轴方向根据斜距Q为周期性的图案，并且斜距Q大于斜距P；

第二屏蔽元件构造被定位在位于第二接收机元件构造与第二发射机元件构造之间的操作间隙中，第二屏蔽元件构造可沿测量轴方向相对于第二发射机元件构造和第二接收机元件构造移动以调制第二发射机元件构造与第二接收机元件构造之间的电容耦合，并且第二屏蔽元件构造电容耦合到第二发射机元件构造以提供第二屏蔽发射机电容耦合构造，

其中：

所述第二发射机元件构造的所述至少两个发射机电极元件可以在测量周期过程中单独操作来提供单独的随时间改变的发射机电压信号；

对于在发射机部件与标尺部件之间沿测量轴方向的相对位置范围内的任何相对位置，各个随时间改变的发射机电压信号都可以与第二屏蔽—发射机电容耦合构造组合操作，使得如果电容位移感测设备通过使第二屏蔽元件构造电学浮动地来操作，那么结合第二屏蔽—发射机电容耦合构造所得到的第二屏蔽元件构造的至少一个屏蔽电极元件主要由于各个随时间改变的电压信号而引起的净电压改变在测量周期过程中将有至少一次固有地近似为0；并且

第二接收机元件构造的至少一个接收机电极元件可以单独操作以至少在测量周期的所述至少一次期间提供至少一个单独的接收机信号，并且至少一个单独的接收机信号包括在时间相位上相对于正弦发射机电压信号中的一个改变以提供第二测量信号的正弦信号，所述第二测量信号在发射机部件与标尺部件之间的相对位置沿测量轴方向改变斜距P的一个增量时经历相对于正弦发射机电压信号中的一个的360度时间相移，并且

第一测量信号可以与第二测量信号结合使用以提供在近似等于斜距Q的范围上的绝对位置测量能力，所述绝对位置测量具有取决于第一测量信号在斜距P的一个增量上的时间相移的测量精度的精度。

18.权利要求17的电容型位移感测设备，其中：

电容位移感测设备包括具有圆形测量轴的转式位移感测布置；

斜距P和Q包括沿测量轴方向的角度斜距；并且

斜距Q等于360度。

19.权利要求1的电容型位移感测设备，其中：

第一屏蔽元件构造包括沿测量轴方向根据斜距P为周期性的图案；并且

至少一个接收机电极元件沿测量轴方向具有近似等于K乘以P的尺寸，其中K是整数。

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