DE10049368A1

DE10049368A1 - Positionswandler mit positionsabhängiger Amplitudenkodierung

Info

Publication number: DE10049368A1
Application number: DE10049368A
Authority: DE
Inventors: Michael Nahum
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2001-04-26
Also published as: GB2358929A; GB0024403D0; JP2001108484A; US6335618B1; GB2358929B; JP4944292B2

Abstract

Ein sehr genaues induktives Absolutpositionswandlersystem weist zwei Teile auf, die in Bezug aufeinander beweglich sind, und enthält einen Amplitudenmodulationswandler, der Flußmodulatoren mit sich zunehmend ändernden Eigenschaften aufweist. Der Amplitudenmodulationswandler weist eine Senderwicklung und zumindest eine Gruppe von Empfängerwicklungen auf. Bei einem Amplitudenmodulationswandler sind mehrere Flußmodulatorzonen entlang der Meßachse verteilt. Flußmodulatoren sind in zumindest einigen der Flußmodulatorzonen vorgesehen. Die Eigenschaften unterschiedlicher Flußmodulatoren werden varriert, um so einen sich ändernden Fluß zu erzeugen. Eine Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung ist mit der Senderwicklung verbunden. Die Flußmodulatoren modulieren die induktive Kopplung auf der Grundlage der Relativposition zwischen dem Lesekopfteil und dem Skalenteil.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronischen Wandler für die absolute Position. Insbesondere betrifft die Erfindung einen absoluten Positionswandler, der ein oder mehrere Wandlerelemente verwendet, die ein Signal ausgeben, welches eine positionsabhängige Amplitude aufweist, die sich bei zwei unterschiedlichen räumlichen Frequenzen ändert.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Momentan sind verschiedene Bewegungs- oder Positionswandlersysteme verfügbar. Diese Wandler können eine lineare, Dreh- oder Winkelbewegung abtasten.

Ein induktives, absolutes Positionswandlersystem ist in dem US-Patent 5,841,274 von Masreliez et al beschrieben, das insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Bei diesem induktiven, absoluten Positionswandlersystem weist das System zwei in Bezug aufeinander bewegbare Teile auf, und umfaßt mehrere Feinspurwandler. Jedem Feinspurwandler ist eine bestimmte räumliche Wellenlänge zugeordnet.

Ein weiteres induktives, absolutes Positionswandlersystem ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 09/213,268 beschrieben, die insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Die eingeschlossene Anmeldung '268 beschreibt einen absoluten Positionswandler mit verringertem Offset, der zumindest einen Magnetfeldgenerator aufweist, der einen ersten, sich ändernden Magnetfluß in einem ersten Flußbereich erzeugt. Mehrere Kopplungsschleifen weisen erste mehrere Kopplungsschleifenabschnitte auf, die um eine ersten Wellenlänge entlang einer Meßachse beabstandet sind, sowie zweite mehrere Kopplungsschleifenabschnitte, die um eine zweite Wellenlänge entlang einer Meßachse beabstandet sind. Die Anmeldung '268 beschreibt weiterhin, daß dritte mehrere Kopplungsschleifenabschnitte induktiv mit einem ersten, sich ändernden Magnetfluß von einer Senderwicklung in einem ersten Flußbereich gekoppelt sind, um zweite und dritte, sich ändernde Magnetflüsse außerhalb des ersten Flußbereiches in den ersten mehreren Kopplungsschleifenabschnitten bzw. den zweiten mehreren Kopplungsschleifenabschnitten zu erzeugen. Die zweiten und dritten, sich ändernden Magnetflüsse koppeln induktiv diese Kopplungsschleifenabschnitte an erste bzw. zweite mehrere Empfängerwicklungen.

Ein kapazitives, inkrementales Positionswandlersystem ist in dem US-Patent 5,886,519 von Masreliez et al beschrieben, das durch Bezugnahme insgesamt in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Bei diesem kapazitiven, inkrementalen Positionswandlersystem weist das System zwei in Bezug aufeinander bewegbare Teile auf, und enthält einen Feinspurwandler. Dem Feinspurwandler ist eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet. Der Entwurf dieses kapazitiven, inkrementalen Wandlers kann bei einer zweiten, unterschiedlichen Wellenlänge entlang einer zweiten Spur auf demselben Wandlersubstrat repliziert sein, und die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden kapazitiven Spuren kann zur Einrichtung einer absoluten Position eingesetzt werden, auf eine Art und Weise analog den Signalverarbeitungsverfahren auf höherem Niveau, die in den voranstehend erwähnten Patenten für induktive Wandler beschrieben werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erhöhung des absoluten Meßbereiches von induktiven und kapazitiven Wandlern ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert. Allerdings ist bei bekannten Wandlern der absolute Bereich begrenzt. Im einzelnen ist es bei momentan bekannten, induktiven oder kapazitiven Wandlern schwierig, den absoluten Meßbereich zu vergrößern, während gleichzeitig eine hohe Auflösung und eine kleine Anzahl an Spuren beibehalten werden (jeder Spur ist eine bestimmte, räumliche Wellenlänge zugeordnet). Zur Erhöhung des absoluten Meßbereiches unter Verwendung bekannter Vorgehensweisen ist es statt dessen erforderlich, die Anzahl an Spuren in dem Positionswandler zu erhöhen, und/oder die Auflösung der feinsten Spur zu verringern. Eine erhöhte Anzahl an Spuren führt zu erhöhten Herstellungskosten, und auch zu einer erhöhten Komplexizität und zu erhöhten Abmessungen des Wandlers.

Diese Schwierigkeit tritt deswegen auf, da der absolute Bereich eines Wandlers umgekehrt proportional zur Differenz l₁ - λ₂ zwischen den räumlichen Wellenlängen λ₁ und λ₂ der beiden Spuren in einem Wandler ist. Darüber hinaus ist die Auflösung proportional zur feinsten Wellenlänge, also proportional zum kleineren Wert von λ₁ und λ₂. Um daher den absoluten Meßbereich zu vergrößern, während die Auflösung unverändert bleibt, wird daher die Differenz zwischen den Wellenlängen der beiden Spuren verringert, also λ₁ - λ₂. Infolge inhärenter Wandlerfehler wird diese Differenz schnell unpraktisch klein und schwierig, verläßlich gemessen zu werden, was zu einer schlechten Wandlergenauigkeit führt. Um den absoluten Bereich weiter zu vergrößern, während eine hohe Genauigkeit und Auflösung beibehalten werden, muß eine dritte Spur mit einer Wellenlänge λ₃ verwendet werden. Der Einsatz einer derartigen dritten Spur ist in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben. Allerdings führt diese dritte Spur zu zusätzlichen Kosten, zu einer zusätzlichen Komplexizität, und zu erhöhten Abmessungen, wie dies voranstehend geschildert wurde.

Daher stellt die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren zur Erhöhung des absoluten Meßbereiches zur Verfügung, den ein absoluter Positionswandler messen kann.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt Systeme und Verfahren zur Verfügung, welche das Erfordernis einer dritten Spur ausschalten, und in einigen Fällen der zweiten Spur, in einem absoluten Positionswandler.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt einen absoluten Positionswandler zur Verfügung, der eine wesentlich vereinfachte Konstruktion aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt einen absoluten Positionswandler zur Verfügung, der niedrigere Herstellungskosten aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt einen absoluten Positionswandler zur Verfügung, der die Fähigkeit bereitstellt, eine engere Skala einzusetzen.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt einen absoluten Positionswandler zur Verfügung, der eine Verringerung der Wellenlänge ermöglicht, die jeder Spur zugeordnet ist, wodurch die Auflösung des Positionswandlers verbessert wird.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt einen absoluten Positionswandler zur Verfügung, der mit einer relativ vereinfachten Elektronik eingesetzt werden kann. Als Beispiel kann in einigen Fällen der absolute Positionswandler mit drei oder weniger Elektronikkanälen eingesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung stellt getrennt einen absoluten Positionswandler zur Verfügung, der für einen weiten Anwendungsbereich geeignet ist.

Gemäß den erfindungsgemäßen Systemen und Verfahren verwendet eine beispielhafte Ausführungsform des absoluten Positionswandlers zwei Teile, die in Bezug aufeinander entlang einer Meßachse des Positionswandlers beweglich sind. Ein erstes Teil enthält zumindest eine Senderwicklung, die ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt, und zumindest zwei Gruppen von Empfängerwicklungen, welche Magnetfelder in der Nähe abtasten. Die zwei oder mehreren Gruppen von Empfängerwicklungen weisen ähnliche, jedoch unterschiedliche Wellenlängen auf. Daher legt die räumliche Phasendifferenz zwischen den beiden Wellenlängen an einer vorgegebenen Position eine grobe Wellenlänge fest, die erheblich größer ist als jede der einzelnen Wellenlängen.

Das zweite Teil weist zumindest zwei Gruppen von Flußmodulationselementen auf, beispielsweise Flußmodulatoren oder Flußkopplungsschleifen, die in regelmäßigen Abständen entlang dem Halterungsteil angeordnet sind, in ersten und zweiten, vorbestimmten Intervallen (Wellenlängen) entsprechend den Wellenlängen der beiden Gruppen von Empfängerwicklungen. Jede Gruppe von Flußmodulatoren oder Flußkopplungsschleifen kann innerhalb des Magnetflusses positioniert werden, der von einer entsprechenden Senderwicklung erzeugt wird. Die Flußmodulatoren können entweder Flußunterbrecher oder Flußverstärker sein. Die Flußmodulationselemente modulieren die induktive Kopplung des Magnetfeldes in der Nähe der Empfängerwicklungen, abhängig von der relativen Position zwischen den ersten und zweiten Teilen.

Daher wird eine räumliche Abhängigkeit bei dem Ausgangssignal des Positionswandlers eingeführt. Die räumliche Abhängigkeit hängt von der relativen Positionierung des ersten Teils und des zweiten Teils ab. Eine elektronische Schaltung, die an die Senderwicklungen und die Gruppen von Empfängerwicklungen gekoppelt ist, bewertet und vergleicht die beiden Ausgangssignale der Gruppen von Empfängerwicklungen, bewertet die absolute Position zwischen den beiden Teilen, und zeigt die Position auf einer Anzeige an.

Die Eigenschaften oder Charakteristiken der Flußmodulationselemente ändern sich eindeutig entlang der Meßachse über einen Bereich, der länger ist als jede andere Wellenlänge des Wandlers, einschließlich der groben Wellenlänge. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Änderung als eine dritte Wellenlänge behandelt, die zumindest so lang ist wie der Verlauf der Flußmodulationselemente auf dem zweiten Teil. Daher ändert sich das Ausmaß der Flußmodulation, das von den Flußmodulationselementen des zweiten Teils erzeugt wird, entlang der Meßachse des absoluten Positionswandlers. Daher wird eine zusätzliche räumliche Abhängigkeit in den Positionswandler eingeführt. Diese räumliche Abhängigkeit taucht in der Amplitude der Signale auf, die von den Paaren der Empfängerwicklungen in jeder Gruppe der Wicklungen ausgegeben werden.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erläutert, oder werden hieraus offensichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die bevorzugten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren im einzelnen beschrieben, wobei:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung in Explosionsdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines induktiven, absoluten Positionswandlers ist, welcher das grundlegende Meßprinzip der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Flußmodulatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften einsetzt;

Fig. 2 eine Aufsicht ist, die eine Spur mit einer einzelnen Skala und die zugeordneten Sender- und Empfängerwicklungen eines induktiven, absoluten Positionswandlers mit zwei Spuren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Aufsicht ist, welche das Skalenteil des induktiven, absoluten Positionswandlers mit zwei Spuren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm ist, welches die Ausgangssignale mit räumlich abhängiger Amplitude von den Empfängerwicklungen des induktiven, absoluten Positionswandlers mit zwei Spuren zeigt, der die beiden Gruppen von Modulatorskalenelementen gemäß Fig. 3 aufweist, als Funktion der Position gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine weitere, beispielhafte Ausführungsform einer Skala des induktiven, absoluten Positionswandlers mit zwei Spuren ist, der eine Spur von Flußmodulatoren mit sich ändernder Breite und eine Spur von Flußmodulatoren mit gleichförmiger Breite gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;

Fig. 6 ein Diagramm ist, welches die räumlich abhängigen Amplitudenausgangssignale von den Empfängerwicklungen des induktiven, absoluten Positionswandlers mit zwei Spuren zeigt, der mit den beiden Gruppen von Flußmodulatoren gemäß Fig. 5 als Funktion der Position gemäß der vorliegenden Erfindung wechselwirkt;

Fig. 7 ein Diagramm ist, welches die räumlich abhängige Amplitude und räumliche abhängige Phasenposition der Ausgangssignale der Wicklungen eines induktiven, absoluten Positionswandlers als Funktion der Position gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 eine zweite, beispielhafte Ausführungsform eines induktiven, absoluten Positionswandlers des Skalenteils zeigt, welches Flußkopplungsschleifen als die Flußmodulationselemente verwendet;

Fig. 9 die Flußkopplungsschleifen des in Fig. 8 dargestellten Skalenteils zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung abgeändert sind;

Fig. 10 eine weitere, beispielhafte Ausführungsform eines induktiven, absoluten Positionswandlers des Skalenteils zeigt, welches Flußkopplungsschleifen als die Flußmodulationselemente verwendet; und

Fig. 11 die Flußkopplungsschleifen des in Fig. 10 dargestellten Skalenteils zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung abgeändert sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zur Vereinfachung und Klarstellung werden die Betriebsgrundlagen, die konstruktiven Faktoren, und das Layout der Wandlerwicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform eines induktiven, absoluten Wandlersystems gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die grundlegende Erläuterung des Betriebs des induktiven, absoluten Positionswandlersystems ist für das Verständnis und die Konstruktion der Bauteile verwendbar, die bei den absoluten Positionswandlern gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist eine beispielhafte, induktive, absolute Positionsschieblehre 100 einen länglichen Balken 102 auf. Der längliche Balken 102 ist eine starre oder halbstarre Stange, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Ein längliches Meßskalenteil 104 ist an den länglichen Balken 102 angebracht. Die Schieblehre 100 weist eine Gleitanordnung 110 auf, die auf dem länglichen Balken 102 angeordnet ist, und entlang einer Meßachse 106 des länglichen Balkens 102 bewegt werden kann.

Wie in Fig. 1 dargestellt weist die Gleitanordnung 110 eine Basis 112 auf. Die Gleitanordnung 110 weist weiterhin einen Lesekopf 114 auf, der auf der Basis 112 oberhalb des länglichen Balkens 102 angebracht ist. Daher bewegen sich die Basis 112 und der Lesekopf 114 als Einheit entlang dem länglichen Balken 102. Die gemessene Entfernung wird auf einer herkömmlichen Digitalanzeige 119 angezeigt, die in einem Deckel 113 der Gleitanordnung 110 angebracht ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform des induktiven, absoluten Positionswandlersystems gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, weist das induktive, absolute Positionswandlersystem zwei induktive, inkrementale Positionswandler 120 und 140 auf, die so miteinander wechselwirken, daß sie eine absolute Positionsmessung über die Länge des länglichen Balkens zur Verfügung stellen. Insbesondere ist in jedem induktiven, inkrementalen Positionswandler 120 und 140 eine Gruppe von Flußmodulationselementen 122 bzw. 142 auf dem Skalenteil 104 vorgesehen. Entsprechende Gruppen von Wandlerwicklungen 130 bzw. 150 sind auf dem Lesekopf 114 vorgesehen. Der Lesekopf 114 weist weiterhin eine Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung 116 auf. Für jeden induktiven, inkrementalen Positionswandler 120 und 140 stehen die Wandlerwicklungen 130 bzw. 150 in Wechselwirkung mit den zugehörigen Gruppen 122 bzw. 142 von Flußmodulationselementen, um positionsabhängige Signale zu erzeugen, wie dies im einzelnen sowohl in dem eingeschlossenen Patent '274 als auch in der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten, beispielhaften Ausführungsform sind die Gruppen 122 und 142 von Flußmodulationselementen Gruppen von Flußmodulatoren, wie sie in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben sind. Die ersten und zweiten Gruppen 122 und 142 der Flußmodulatoren sind voneinander quer über das Skalenteil 104 beabstandet angeordnet. Jede Gruppe 122 und 142 der Flußmodulatoren enthält mehrere Flußmodulatoren 124 bzw. 144. Die Flußmodulatoren 124 erstrecken sich entlang einer Seite des Skalenteils 104, und die Flußmodulatoren 144 erstrecken sich entlang der anderen Seite des Skalenteils 104 entlang der Meßachse 106. Die Flußmodulatoren 124 und 144 können Flußunterbrecher, Flußvergrößerer oder eine Kombination aus beiden sein, wie dies in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben wird. Beispielsweise können die Flußunterbrecher aus Kupfer bestehen, und entsprechend herkömmlicher Herstellungsverfahren für gedruckte Leiterplatten ausgebildet sein, obwohl auch viele andere Herstellungsverfahren verwendet werden können.

Falls dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist, sind hier verwendete Messungen in Bezug auf die Meßachse 106 definiert. Der Begriff "Länge" betrifft allgemein Abmessungen, die parallel zur Meßachse 106 verlaufen, und der Begriff "Breite" betrifft allgemein Abmessungen, die senkrecht zur Meßachse 106 in der Ebene des Skalenteils 104 verlaufen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, nimmt bei den Flußmodulatoren 124 die Breite quer über das Skalenteil 104 ab, im Verlauf der Gruppe 122 der Flußmodulatoren 124 entlang der Meßachse von links nach rechts. Im Gegensatz hierzu nimmt bei den Flußmodulatoren 144 die Breite quer über das Skalenteil 104 zu, im Verlauf der Gruppe 142 der Flußmodulatoren 144 entlang der Meßachse 106 von links nach rechts. Der Flußmodulator 124 ganz rechts weist dieselbe Breite auf wie der Flußmodulator 144 ganz links. Weiterhin weist der Flußmodulator 124 ganz links dieselbe Breite auf wie der Flußmodulator 144 ganz rechts. Die Abmessungen und der Abstand jedes Flußmodulators 124 und 144 in der ersten und zweiten Gruppe 122 und 124 ist entlang der Meßachse 106 gleich. Daher ist die Länge entlang der Meßachse 106 sämtlicher Flußmodulatoren 210 gleichförmig.

Fig. 2 zeigt Abschnitte des Skalenteils 104 und des Lesekopfs 114. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umfassen die auf dem Lesekopf 114 vorgesehenen Wandlerwicklungen 130 zumindest einer Senderwicklung 132 sowie zumindest zwei Empfängerwicklungen 134 und 136. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfassen die Wandlerwicklungen 150 eine Senderwicklung 152 und zumindest zwei Empfängerwicklungen 154 und 156. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt. Zum Beispiel kann der Lesekopf 114 eine gemeinsame Senderwicklung aufweisen, die betriebsmäßig sämtlichen Empfängerwicklungen 134, 136, 154 und 156 zugeordnet ist. Die Wandlerwicklungen 130 und 150 sind betriebsmäßig jeweils der Gruppe der Flußmodulatoren 122 bzw. 142 zugeordnet. Die Konstruktion und die verschiedenen Beispiele für das Layout der Wandlerwicklungen 130 und 150 und der zugehörigen Flußmodulationselemente sind vollständig in dem eingeschlossenen Patent '274 und der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wie dies in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, die Größe der Flußmodulatoren 124 und 144 über das Skalenteil 104 nicht gleich. Statt dessen ändert sich die Breite der Flußmodulatoren 124 und 144 auf vorbestimmte Weise entlang der Meßachse 106. Wie in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben, stehen die Flußmodulatoren 124 und 144 in Wechselwirkung mit dem sich ändernden Magnetfluß, der von der entsprechenden Senderwicklung 132 oder 152 erzeugt wird, um einen räumlich modulierten Magnetfluß zu erzeugen. Der räumlich modulierte Magnetfluß, der von jeder der Gruppen der Flußmodulatoren 122 und 142 erzeugt wird, führt dazu, daß das Signal, welches von jeder der entsprechenden Empfängerwicklungen 134 und 136 oder 154 und 156 ausgegeben wird, eine Phase aufweist, die räumlich von der relativen Position zwischen dem Lesekopf 114 und dem Skalenteil 104 abhängt. Dies ist vollständig in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben, und wird hier nicht weiter erläutert.

Wie dies in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben ist, wiesen jedoch bei dem in dem Patent '274 beschriebenen Wandlersystemen die Flußmodulatoren sämtlich dieselben Abmessungen in Bezug auf die Länge und die Breite auf. Daher stellte jeder Flußmodulator ein im wesentlichen identisches Ausmaß an Flußmodulation zur Verfügung, welches zu im wesentlichen identischen Ausmaßen des Nettowertes der elektromotorischen Kraft (EMF) in jeder der modulierten Schleifen der Empfängerwicklungen führte. Im Gegensatz hierzu ist, wie dies in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, infolge der Tatsache, daß die Flußmodulatoren 124 und 144 Breiten (oder andere relevante Parameter) aufweisen, die sich als Funktion ihrer Positionen entlang der Meßachse ändern, die Netto-EMF in den Empfängerwicklungen 134 und 136, und 154 und 156, die sich infolge jedes bestimmten Flußmodulators 124 und 144 ergibt, von jener verschieden, die sich infolge irgendeines Flußmodulators 124 oder 144 ergibt.

Da die Netto-EMF in jeder Schleife der Empfängerwicklungen 134 und 136, oder 154 und 156, von den anderen Schleifen verschieden ist, weist jede der Empfängerwicklungen 134 und 136, oder 154 und 156 eine Netto-EMF auf, und daher eine Netto-Signalamplitude, die von der Position des Lesekopfes 114 in Bezug auf das Skalenteil 104 abhängt. Da sich jedoch die Länge und der Abstand der Flußmodulatoren 124 und 144 nicht entlang der Länge der Meßachse 106 ändert, weist die Phasenposition der Signale, die von den Empfängerwicklungen 134 und 136, oder 154 und 156 ausgegeben werden, eine Positionsabhängigkeit entlang der Meßachse nur innerhalb einer Wellenlänge des entsprechenden Wandlers 120 oder 140 auf. Dies wird nachstehend noch genauer erläutert.

Zum Beispiel umfassen die Flußmodulatoren 124 einzelne Flußmodulatoren, etwa die Flußmodulatoren 125 und 126. Der Flußmodulator 125 weist eine erste Breite auf, wogegen der Flußmodulator 126 eine zweite Breite aufweist, die sich von der ersten Breite des Flußmodulators 125 unterscheidet. Im Betrieb können einer oder beide der Flußmodulatoren 125 und 126 neben den Wandlerwicklungen 130 angeordnet sein, abhängig von der relativen Position zwischen dem Lesekopfteil 114 und dem Skalenteil 104. Wenn einer oder beide der Flußmodulatoren 125 und 126 neben den Wandlerwicklungen 130 angeordnet sind, und ein sich zeitlich änderndes Signal an die Senderwicklung 132 angelegt wird, erzeugt die Senderwicklung 132 einen sich ändernden Magnetfluß in einem Flußbereich, der einen oder beide der Flußmodulatoren 125 und 126 einschließt. Da der Flußmodulator 125 breiter ist als der Flußmodulator 126, wechselwirkt ein größeres Ausmaß des sich ändernden Magnetflusses mit dem Flußmodulator 125 als mit dem Flußmodulator 126.

Wenn die Flußmodulatoren 124 Flußunterbrecher sind, erzeugt die Anordnung der Flußmodulatoren 124 in dem durch die Senderwicklung 132 ausgebildeten Flußbereich Wirbelströme in den Flußmodulatoren 124. Diese Wirbelströme erzeugen entgegengesetzte Magnetflüsse. Die Größe der entgegengesetzten Magnetflüsse, die von den Flußmodulatoren 124 des Flußunterbrechungstyps erzeugt werden, ist proportional zur Fläche der Flußmodulatoren 124. Da die Flußmodulatoren 124 eine konsistente Länge aufweisen, ist die Fläche der Flußmodulatoren 124 linear proportional zur Breite der Flußmodulatoren 124.

Der Nettowert der elektromotorischen Kraft, die in jeder Schleife der Empfängerwicklungen 134 und 136 erzeugt wird, ist eine Funktion des Netto-Magnetflusses, der durch diese Schleife hindurchgeht. Der Netto-Magnetfluß, der durch irgendeine Schleife hindurchgeht, hängt von dem Ausmaß der Überlappung dieser Schleife mit einem darunterliegenden Flußmodulator 124 ab. Bei dem eingeschlossenen Patent '274 war, da die Flußmodulatoren konsistente Längen und Breiten aufwiesen, das Ausmaß der Überlappung mit den Flußmodulatoren nur eine Funktion der relativen Position der Empfängerwicklungen entlang der Meßachse 106 innerhalb einer Wellenlänge des entsprechenden Wandlers.

Im Gegensatz hierzu ist bei den Wandlern gemäß der vorliegenden Erfindung das Ausmaß der Überlappung eine Funktion sowohl der relativen Position der Flußmodulatoren und der Empfängerwicklungen entlang der Meßachse innerhalb einer Wellenlänge, als auch der Relativposition der Flußmodulatoren 124 und der Empfängerwicklungen 134 und 136 entlang dem Verlauf der Meßachse 106.

Daher war bei den Wandlern, die in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben sind, die Netto-EMF in jeder Schleife für jede bestimmte Relativposition zwischen dem Lesekopf und der Skala gleich. Im Gegensatz hierzu ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Wandler 120 die Netto-EMF, die in den einzelnen Schleifen in den Empfängerwicklungen 134 und 136 induziert wird, nicht für jede vorgegebene Position des Lesekopfs 114 in Bezug auf das Skalenteil 104 entlang der Meßachse 106 gleich. Dies tritt deswegen auf, da bei den Wandlern 120 und 140 gemäß der vorliegenden Erfindung das Ausmaß der Überlappung eine Funktion nicht nur der relativen Position der Schleifen innerhalb der Empfängerwicklungen 134 und 136 in Bezug auf die Flußmodulatoren 124 entlang der Meßachse 106 ist, sondern auch der betreffenden Breiten über die Meßachse 106 der betreffenden Flußmodulatoren 124, die sich neben den Empfängerwicklungen 134 und 136 befinden.

Wenn die Flußmodulatoren 124 als Flußvergrößerer ausgebildet sind, arbeiten derartigen Flußmodulatoren 124 so, daß sie das Ausmaß des Magnetflusses erhöhen, anstatt es zu verringern, der durch benachbarte Schleifen der Empfängerwicklungen 134 und 136 hindurchgeht, auf der Grundlage des Ausmaßes der Überlappung zwischen den Flußmodulatoren 124 des Flußerhöhungstyps und den Schleifen der Empfängerwicklungen 134 und 136. Da sich die Positionen der Flußmodulatoren 124 in Bezug auf die Empfängerwicklungen 134 und 136 entlang der Meßachse 106 ändern, variiert kontinuierlich die Amplitude der von den Empfängerwicklungen 134 und 136 erzeugten Signale.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt der Wandler 100 die erste Gruppe oder Spur 122 von Flußmodulatoren 124 des Wandlers 120, sowie die zweite Gruppe oder Spur 142 der Flußmodulatoren 144 des Wandlers 140. Die Spuren 122 und 142 sind auf der Skala 104 angeordnet, und verlaufen von einem Ende der Skala 104 zum anderen Ende der Skala 104 entlang einer vorbestimmten Länge "L". Genauer gesagt kann diese Länge als Entfernung von -L/2 bis +L/2 charakterisiert werden.

Weiterhin sind die Flußmodulatoren 124 und 144 jeder Spur 122 und 142 an bestimmten feinen Wellenlängen λ₁ bzw. λ₂ angeordnet. Die beiden feinen Wellenlängen λ₁ und λ₂ definierten eine absolute Position über einer groben Wellenlänge λ_c, wobei die Länge der groben Wellenlänge beträgt λ_c = (λ₁λ₂)/(λ₁ - λ₂). Wie in Fig. 2 gezeigt, und genauer in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben, stehen die Empfängerwicklungen 134 und 136 sowie 154 und 156 der Wandler 120 bzw. 140 typischerweise in Quadratur, weisen also einen Offset in Bezug aufeinander um eine Entfernung auf, die gleich einem Viertel der zugehörigen feinen Wellenlänge λ₁ bzw. λ₂ ist. Daher weisen die Ausgangssignale von den Empfängerwicklungen 134 und 136 sowie 154 und 156 einen Phasenoffset von 90° auf. Die Ausgangssignale von den Empfängerwicklungen 134 und 136 sowie von den Empfängerwicklungen 154 und 156 stehen daher in einer Sinus/Kosinus-Beziehung.

Bei einem Wandler, bei welchem sich die Flußmodulatoren über die Breite des Skalenteils nicht ändern, beispielsweise bei den Wandlern, die in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben werden, sind folgende Ausgangssignale von den in Quadraturanordnung vorgesehenen Empfängerwicklungen vorhanden:

V_1,sin = A . sin(2πx/λ₁) (1)

V_1,cos = A . cos(2πx/λ₁) (2)

wobei:
V_1,sin das Signal ist, das von der Sinusphasen- Empfängerwicklung ausgegeben wird;
V_1,cos das Signal ist, das von der Kosinusphasen- Empfängerwicklung ausgegeben wird;
A die Amplitude der Signale ist;
λ₁ die feine Wellenlänge des ersten Wandlers ist und
x die Position des Lesekopfes 114 in Bezug auf das Skalenteil 104 ist.

Bei Systemen, die zweite Wandler aufweisen, bei denen Empfängerwicklungen in Quadraturanordnung vorgesehen sind, und die eine feine Wellenlänge λ₂ aufweisen, die sich von der feinen Wellenlänge λ₁ des ersten Wandlers unterscheidet, sind folgende Ausgangssignale von den Empfängerwicklungen vorhanden:

V_2,sin = B . sin(2πx/λ₂) (3)

V_2,cos = B . cos(2πx/λ₂) (4)

wobei:
V_2,sin das Signal ist, das von der Sinusphasen- Empfängerwicklung des zweiten Wandlers ausgegeben wird;
V_2,cos das Signal ist, das von der Kosinusphasen- Empfängerwicklung des zweiten Wandlers ausgegeben wird;
B die Amplitude der Signal ist;
λ₂ die Wellenlänge des zweiten Wandlers ist; und
x die Position des Lesekopfes 114 in Bezug auf das Skalenteil 104 ist.

Die in den Gleichungen 1 bis 4 angegebene Beziehung stellt Signale zur Verfügung, die wiederum dazu verwendet werden können, eine Anzeige einer gemessenen Position zu erzeugen. Im einzelnen gestatten es die Gleichungen 1 bis 4 jeweils, eine Feinpositionsmessung festzulegen, durch Auflösung nach "x". Insbesondere kann, da die Ausgangssignale V_1,sin, V_1,cos, V_2,sin und V_2,cos zyklisch über die entsprechenden feinen Wellenlängen λ₁ und λ₂ sind, jede Feinposition nur innerhalb einer einzelnen feinen Wellenlänge λ₁ und λ₂ bestimmt werden. Da die erste und zweite Wellenlänge λ₁ und λ₂ verschieden sind, kann die Position des Lesekopfes in Bezug auf die Skala innerhalb der groben Wellenlänge λ_c aus folgender Beziehung bestimmt werden:

P_c = tan^-1(V_1,sin/V_1,cos) - tan^-1(V_2,sin/V_2,cos) (5)

wobei P_c eine grobe räumliche Phase ist, welche die Grobauflösungs-Absolutposition innerhalb der groben Wellenlänge λ_c bestimmt, und V_1,sin, V_1,cos, V_2,sin und V_2,cos die Werte sind, die aus den voranstehenden Gleichungen 1 bis 4 erhalten wurden.

Beim Einsatz von Gleichung 5 zur Bestimmung einer absoluten Position innerhalb der groben Wellenlänge λ_c sollte berücksichtigt werden, daß die jeweiligen Amplituden A bzw. B des ersten und zweiten Wandlers herausfallen. Wenn daher die jeweiligen Amplituden A und B nicht positionsinvariant sind, wie bei dem durch Bezugnahme eingeschlossenen Patent '274, sondern statt dessen positionsabhängig sind, wie dies bei den voranstehend geschilderten Wandlern 120 und 140 der Fall ist, so stört diese Position nicht die Fähigkeit der Bestimmung der absoluten Position innerhalb einer einzelnen groben Wellenlänge λ_c.

Wie voranstehend geschildert, und mit weiteren Einzelheiten in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben, kann bei herkömmlichen absoluten Positionskodierern der absolute Bereich des Absolutpositionswandlers dadurch vergrößert werden, daß ein dritter Wandler hinzugefügt wird, der eine dritte feine Wellenlänge λ₃ aufweist, die sich von den beiden feinen Wellenlängen λ₁ und λ₂ des ersten und zweiten Wandlers unterscheidet. Wie in dem Patent '274 beschrieben wird eine absolute Position bei einem derartigen Absolutpositionswandler mit drei Spuren dadurch erhalten, daß eine grobe Absolutposition bei grober Auflösung unter Verwendung von zwei der drei Spuren bestimmt wird, um wie voranstehend erläutert eine grobe Wellenlänge zu erzeugen.

Infolge der Auflösungsbegrenzungen wird diese grobe Wellenlänge dazu verwendet, eine bestimmte mittlere Wellenlänge zu identifizieren. Die grobe Wellenlänge verläuft zumindest soweit wie die Wellenlänge des Wandlers, jedoch sind mehrere mittlere Wellenlängen innerhalb dieser groben Wellenlänge vorhanden.

Die mittleren Wellenlängen selbst werden wie voranstehend geschildert erzeugt, unter Verwendung einer unterschiedlichen Gruppe aus den zwei Wandlern. Wie bei der groben bis mittleren Analyse stellen mehrere der feinen Wellenlängen eines der Wandler ein Mehrfaches der mittleren Wellenlänge dar, so daß mehrere feine Wellenlängen innerhalb der mittleren Wellenlänge liegen. Die mittlere Wellenlänge wird dann dazu verwendet, die spezielle feine Wellenlänge zu identifizieren, welche der Relativposition des Lesekopfes in Bezug auf die Skala entspricht.

Daher identifiziert die grobe Absolutpositionsmessung eine bestimmte Wellenlänge unter den mittleren Wellenlängen entsprechend der Relativposition des Lesekopfes in Bezug auf diese Skala. Die identifizierte mittlere Wellenlänge wird dann dazu verwendet, eine bestimmte unter den feinen Wellenlängen zu identifizieren, entsprechend der Relativposition des Lesekopfes in Bezug auf die Skala. Da hierdurch eindeutig die Relativposition des Lesekopfes in Bezug auf die Skala innerhalb einer einzelnen, feinen Wellenlänge identifiziert wird, und die Gleichungen 1 und 2 oder die Gleichungen 3 und 4 dazu verwendet werden können, eindeutig die Relativposition des Lesekopfes in Bezug auf die Skala innerhalb einer einzelnen, feinen Wellenlänge zu identifizieren, wird die Absolutposition des Lesekopfes in Bezug auf die Auflösung der feinen Skala bestimmt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, anstatt die gröbste Wellenlänge des Absolutpositionswandlers auf der Grundlage der Phasenbeziehungen zwischen zwei Wandlern mit feinen Wellenlängen bereitzustellen, die gröbste Wellenlänge des Absolutpositionswandlers dadurch definiert werden, daß die Amplituden A und/oder B der Wandler 120 und 140 dazu veranlaßt werden, sich auf vorbestimmte Weise über die Länge L des Absolutpositionswandlers zu ändern.

Daher sind wie voranstehend geschildert, bei einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Absolutpositionswandlersystems gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei als Beispiel die Absolutpositionsschieblehre 100 dient, sowohl die erste Gruppe 122 der Flußmodulatoren 124 als auch die zweite Gruppe 142 der Flußmodulatoren 144 mit Flußmodulatoren 124 und 144 versehen, deren Breite sich ändert, wie dies in Fig. 3 gezeichnet ist. Gemäß Fig. 3 ändern sich die jeweiligen Breiten der Flußmodulatoren 124 und 144 kontinuierlich von einem Ende der Skala 104 zu deren anderem Ende. Infolge der sich ändernden Breiten der Flußmodulatoren 124 und 144 wird eine räumliche Abhängigkeit bei den Amplituden A und B der Signale hervorgerufen, die in den Empfängerwicklungen 134 und 136 bzw. 154 und 156 erzeugt werden. Der Einsatz dieser räumlichen Abhängigkeit der Amplituden A und B der Signale, die von den Empfängerwicklungen 134 und 136 oder 154 und 156 erzeugt werden, kann auch so bezeichnet werden, daß dem erfindungsgemäßen Wandler ein zusätzlicher Freiheitsgrad zugefügt wird.

Daher hängen die Amplituden A und B der Signale, die von den Empfängerwicklungen 134 und 136 sowie 154 und 156 erzeugt werden, von der relativen Position x zwischen dem Lesekopf und dem Skalenteil 104 entlang der Meßachse 106 ab. Im Gegensatz zu den Gleichungen 1 bis 4 werden daher die Amplituden A und b Funktionen von x:

V_1,sin = A(x) . sin(2πx/λ₁) (6)

V_1,cos = A(x) . cos(2πx/λ₁) (7)

V_2,sin = B(x) . sin(2πx/λ₂) (8)

V_2,cos = B(x) . cos(2πx/λ₂) (9)

Zur weiteren Erläuterung wird angemerkt, daß sich bei Bewegung beispielsweise des Kopfes 114 relativ zu den Flußmodulatoren 124 die Größe der Ausgangssignale, die in den Empfängerwicklungen 134 und 136 erzeugt werden, in Abhängigkeit von den Breiten der Modulatoren 124 ändert, die neben den Empfängerwicklungen 134 und 136 angeordnet sind. Daher erzeugen die Flußmodulatoren 124 ein Signal in den Empfängerwicklungen 134 und 136, welches eine Amplitude aufweist, die sich als Funktion nicht nur der Relativposition zwischen den Flußmodulatoren 122 und den Empfängerwicklung 134 und 136 entlang der Meßachse 106 ändert, sondern auch in Abhängigkeit davon, in der Nähe welchen Flußmodulators 124 die Empfängerwicklungen 134 und 136 angeordnet sind. Im einzelnen lassen sich die räumlich abhängigen Amplituden A(x) und B(x) aus den gemessenen Signalen folgendermaßen bestimmen:

A(x) = (10)

B(x) = (11)

wobei V₁ und V₂ die räumlich abhängigen Signale sind, die von den Empfängerwicklungen 134 und 136 bzw. den Empfängerwicklungen 154 und 156 erzeugt werden.

Unter Verwendung dieser Beziehungen können die positionsabhängigen Amplituden A(x) und B(x) auf sehr einfache Weise aus dem Ausgangssignal von den Empfängerwicklungen 134 und 136 bzw. 154 und 156 erhalten werden. Daher können die Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltungen 116, etwa jene, die in dem eingeschlossenen Patent '274 und der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben sind, zusammen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Wie voranstehend geschildert weisen die Flußmodulatoren 124 und 144 eine lineare Änderung der Breite auf. Dies führt dazu, wenn beispielsweise angenommen wird, daß die Flußmodulatoren 124 und 144 Flußunterbrecher darstellen, daß die Amplitude A(x) eine maximale Amplitude ist, wenn die Empfängerwicklungen 134 und 136 oberhalb der Modulatoren 124 angeordnet sind, die am rechten Ende des Skalenteils 104 angeordnet sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Diese maximale Amplitude ergibt sich deswegen, da die Flußmodulatoren 124, die am rechten Ende des Skalenteils 104 angeordnet sind, die kleinsten sind. Im Gegensatz hierzu weist die Amplitude A(x), die man beobachtet, wenn die Empfängerwicklungen 134 und 136 am äußersten linken Ende der Skalenteile 104 angeordnet sind, einen Minimalwert auf. Entsprechend ist die Amplitude B(x) eine minimale Amplitude, wenn die Empfängerwicklungen 154 und 156 oberhalb der Flußmodulatoren 144 angeordnet sind, die am äußersten rechten Ende des Skalenteils 104 angeordnet sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Im Gegensatz hierzu weist die Amplitude B(x), die man beobachtet, wenn die Empfängerwicklungen 154 und 156 am äußersten linken Ende des Skalenteils 104 angeordnet sind, einen Maximalwert auf. Diese minimale Amplitude ergibt sich, da der Modulator 144 am äußersten rechten Ende der Spur 142 der Größte ist, und daher den Fluß im stärksten Ausmaß moduliert.

Diese Beziehung ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die jeweiligen Amplituden A(x) und B(x) der Signale zeigt, die von den Empfängerwicklungen 134 und 136 bzw. 154 und 156 ausgegeben werden, wenn sich der Lesekopf 114 entlang der Länge "L" der Skala 104 bewegt. Im einzelnen sind in Fig. 4 die Amplituden A(x) und B(x) so dargestellt, daß sich der Lesekopf 114 entlang der Länge der Skala vom äußersten linken Ende des Skalenteils 104 an einer Position, die als -L/2 definiert ist, zum äußersten rechten Ende des Skalenteils 104 an einer Position bewegt, die als +L/2 definiert ist. Wie aus dem Diagramm von Fig. 4 hervorgeht, weist die Amplitude A(x) einen Minimalwert am linken Ende der Skala bei -L/2 auf, und einen Maximalwert am rechten Ende der Skala bei +L/2.

Die in Fig. 4 dargestellten Beziehungen lassen sich quantitativ folgendermaßen ausdrücken:

wobei:
V₁ die minimale Signalamplitude ist;
V₂ die maximale Signalamplitude ist;
L die Gesamtlänge des Skalenteils ist; und
x die Relativposition des Lesekopfes in Bezug auf die Skala ist, und sich zwischen -L/2 bis +L/2 ändert.

Fig. 4 und die Gleichungen 13 und 14 verdeutlichen, daß sich die positionsabhängigen Spannungen A(x) und B(x) linear ändern, wenn sich der Lesekopf 114 in Bezug auf das Skalenteil 104 entlang der Meßachse 106 bewegt.

Es wird darauf hingewiesen, daß die minimalen und maximalen Amplituden V₁ und V₂ auf der Grundlage der Konstruktion des Wandlers 100 festliegen, und sich nicht im Betrieb des Wandlers 100 ändern. Genauer gesagt werden die minimalen und maximalen Amplituden V₁ und V₂ auf der Grundlage der speziellen Konstruktion sowohl der Flußmodulatoren 124 und 144 als auch der Empfängerwicklungen 134, 136, 154 und 156 festgelegt.

Es sollte deutlich geworden sein, daß die Beziehungen gemäß Gleichungen 12 und 13 linear abhängig sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis (A - B)/(A + B) unempfindlich auf Änderungen der Signalamplituden. Zum Beispiel können derartige Änderungen der Signalamplituden in einigen Fällen durch Beeinträchtigungen der Konstruktion des Wandlers hervorgerufen werden. Derartige Beeinträchtigungen können Spaltänderungen und Verstärkungsdriftvorgänge, zum Beispiel, umfassen.

Darüber hinaus kann das Verhältnis (A - B)/(A + B) in sinnvoller Weise durch folgende Beziehung ausgedrückt werden:

Das Verhältnis (A - B)/(A + B) kann einfach aus den gemessenen Signalen bestimmt werden, die von den Empfängerwicklungen 134, 136, 154 und 156 abgegeben werden. Das Verhältnis (V₂ - V₁)/(V₂ + V₁) und die Länge L stellen durch die Konstruktion festgelegte Konstanten dar. Sobald das Verhältnis (A - B)/(A + B) bestimmt wurde, ist die einzig verbleibende Unbekannte in Gleichung 14 die Relativposition x. Daher läßt sich Gleichung 14 folgendermaßen umschreiben:

Fig. 5 zeigt ein Skalenteil 204 gemäß einer zweiten Ausführungsform des Positionswandlers 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, weist die Skala 204 zwei Gruppen 222 und 242 von Flußmodulatoren 224 bzw. 244 auf. Die Flußmodulatoren 224, ebenso wie die Flußmodulatoren 122, weisen eine sich ändernde Breite auf. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, nimmt bei den Flußmodulatoren 224 die Breite von links nach rechts zu. Wenn daher beispielsweise die Flußmodulatoren 224 Flußvergrößerer darstellen, weist die Amplitude A(x) einen Maximalwert auf, wenn der Lesekopf 114 oberhalb der Modulatoren 224 angeordnet ist, die sich am äußersten rechten Ende des Skalenteils 204 befinden. Diese maximale Amplitude entsteht, da der Flußmodulator 224 am äußersten rechten Ende des Skalenteils 204 der Größte ist, und daher den Fluß im größten Ausmaß moduliert. Im Gegensatz hierzu zeigt die Amplitude A(x), die man beobachtet, wenn die Empfängerwicklungen 134 und 136 am äußersten linken Ende des Skalenteils 204 angeordnet sind, einen Minimalwert.

Im Gegensatz zu der beispielhaften Ausführungsform des Absolutpositionswandlers 100, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, weisen jedoch die Flußmodulatoren 244 dieselbe Breite auf. Daher ist die Breite der Flußmodulatoren 244 konsistent entlang der Länge des Skalenteils 204. Daher ändert sich die Fundamentalamplitude B des Signals, das durch die Empfängerwicklungen 154 und 156 erzeugt wird, nicht, wenn sich der Lesekopf 114 in Bezug auf das Skalenteil 204 entlang der Meßachse 106 bewegt.

Fig. 6 zeigt schematisch die Fundamentalamplituden A(x) und B der Signale der Empfängerwicklungen 134 und 136 bzw. 154 und 156, wenn sich der Lesekopf 114 in Bezug auf das Skalenteil 204 entlang der Meßachse bewegt. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weist die Fundamentalamplitude A(x) einen Minimalwert am linken Ende der Skala bei -L/2 auf, und einen Maximalwert am rechten Ende der Skala bei +L/2, ebenso wie in Fig. 4.

Wie voranstehend bereits erwähnt, ändert sich die Breite der Flußmodulatoren 244 nicht. Dies führt dazu, daß die Fundamentalamplitude B der Signale konstant ist, die von den Empfängerwicklungen 154 und 156 ausgegeben werden. Diese konstante Amplitude ergibt sich, da sämtliche Flußmodulatoren 244 den Fluß im selben Ausmaß modulieren. Die in Fig. 6 dargestellte Beziehung für A(x) läßt sich quantitativ folgendermaßen ausdrücken:

Wenn bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten, beispielhaften Ausführungsform angenommen wird, daß B = (V₁ + V₂)/2 ist, so läßt sich das Verhältnis (A - B)/(A + B) in sinnvoller Weise durch folgende Beziehung ausdrücken: Falls B = CONSTANT, dann verwende nur das Verhältnis A(x)/B. Dann ist es nicht erforderlich, den komplizierteren, nachstehend angegebenen Ausdruck zu verwenden

Die Absolutpositions-Schieblehre 100, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, weist zwei inkrementale Wandler 120 und 140 auf. Allerdings kann ein Absolutpositionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet sein, daß nur ein einzelner Wandler verwendet wird, der die Messung einer räumlich abhängigen Amplitude als grobe Wellenlänge verwendet, und die Messung einer räumlich abhängigen Phasenposition als feine Wellenlänge. Die Gruppe der Flußmodulationselemente dieses Absolutpositionswandlers würde eine Gruppe von Flußmodulatoren oder Flußkopplungsschleifen umfassen, deren Breite sich ändert, wie dies voranstehend geschildert wurde. Insbesondere würde die Absolutposition in Bezug auf eine grobe Auflösung unter Verwendung der Gleichungen 10 und 12 bestimmt, um eine grobe Absolutposition in Bezug auf eine erste Auflösung zu identifizieren, und daher eine bestimmte unter den feinen Wellenlängen zu identifizieren, über welche sich die Phasenposition ändert. Die Ausgangssignale der beiden Empfängerwicklungen in Quadratur würden dann dazu verwendet, die Phasenposition innerhalb der identifizierten, feinen Wellenlänge zu identifizieren, wie dies in dem eingeschlossenen Patent '274 oder der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben ist.

Bei einem derartigen Einspur-Positionswandler hängt die Bestimmung der groben Messung unter Verwendung der Gleichungen 10 und 12 von der Amplitude des erzeugten Signals ab, genauer gesagt von der Varianz der Amplitude des erzeugten Signals. Darüber hinaus nimmt, wenn die Varianz der Amplitude des Signals zunimmt, die Empfindlichkeit der groben Messung zu.

Allerdings hängt die Bestimmung der Phasenposition innerhalb einer feinen Wellenlänge auch von der Beziehung zwischen der Phasen der Signale von den beiden Empfängerwicklungen und der Amplitude der Signale von den beiden Empfängerwicklungen ab. Wenn daher die Fundamentalamplitude des Signals positionsabhängig wird, kann die Genauigkeit der feinen Messung negativ beeinflußt werden. Zur Erläuterung wird darauf hingewiesen, daß die Bestimmung der Phasenposition innerhalb eines Empfängers für eine feine Wellenlänge die Beobachtung der Sinus- und Kosinussignale von den Empfängerwicklungen umfaßt. Bei einem Signal mit konstanter Fundamentalamplitude kann die Phasenposition einfach aus den Amplituden der Signal erhalten werden. Wenn jedoch die Empfängerwicklungen tatsächlich Ausgangssignale erzeugen, die eine sich ändernde Fundamentalamplitude aufweisen, sind die relativen Amplituden in den Empfängerwicklungen von sowohl der Änderung der Fundamentalamplitude als auch der von der Phasenposition abhängigen Amplitude abhängig. Obwohl dieser negative Effekt durch verschiedene bekannte Berechnungen ausgeschaltet werden kann, führt eine Abänderung der Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung 116 zur Durchführung dieser Berechnungen zu einer Erhöhung der Kosten des Absolutpositionswandlers.

Es sollte daher deutlich geworden sein, daß bei einem derartigen Einspur-Absolutpositionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung tatsächlich ein Kompromiß in Bezug auf die Erhöhung der Varianz der Amplitude vorhanden ist. Genauer gesagt nimmt, wenn die Varianz der Amplitude zunimmt, die Genauigkeit der Grobpositionsmessung zu. Bei zunehmender Varianz der Amplitude nimmt jedoch die Genauigkeit der Feinpositionsmessung ab, oder erfordert eine zusätzliche Signalverarbeitung.

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Amplitudenpositionsmessung, dargestellt durch Linie 310, und der phasenabhängigen Messung, dargestellt durch die Linie 320. Wie voranstehend erläutert ändert sich das in Fig. 4 oder Fig. 6 dargestellte Verhältnis von V_-L/2 zu V_+L/2, wenn sich die Position des Lesekopfes 114 in Bezug auf das Skalenteil 104 oder 204 über die Länge L des Skalenteils 104 oder 204 ändert. Gleichzeitig ändert sich bei den Skalenteilen 104 und 204 der Fig. 1 bis 6 die Phasenposition der von der Grobphase abhängigen Messung, dargestellt durch die Linie 320, von 0 bis 360° jeweils über jede grobe Wellenlänge λ_c. Durch Messung der positionsabhängigen Amplituden A(x) und/oder B(x) kann daher der Wert des in Fig. 4 oder Fig. 6 gezeigten Verhältnisses dazu verwendet werden, die richtige grobe Wellenlänge λ_c zu identifizieren. Die Phasenposition innerhalb der groben Wellenlänge λ_c kann dazu verwendet werden, eine feine oder mittlere Wellenlänge λ_f bzw. λ_m zu identifizieren, wie dies in dem eingeschlossenen Patent '274 beschrieben ist.

Alternativ hierzu kann bei dem voranstehend erläuterten Einspur-Positionswandler die Linie 310 dazu verwendet werden, eine bestimmte feine Wellenlänge λ₁ des Einspur- Absolutpositsionswandlers zu identifizieren.

Bei der voranstehend geschilderten und in den Fig. 1 bis 6 dargestellten, beispielhaften Ausführungsform wird die räumliche Abhängigkeit der Fundamentalamplituden A(x) und/oder B(x) dadurch erzielt, daß die Breite der Flußmodulatoren 122, 144 und 224 geändert wird. Allerdings gibt es verschiedene Arten und Weisen, auf welche die räumliche Abhängigkeit der Fundamentalamplituden A(x) und B(x) erzeugt werden kann, durch Änderung der Konstruktion der Skala.

Zum Beispiel kann die räumliche Abhängigkeit der Fundamentalamplituden A(x) und/oder B(x) dadurch erzielt werden, daß allmählich die Fläche oder Form jedes Flußmodulationselements über das Skalenteil verringert wird, während die Flußmodulationselemente entlang dem Skalenteil auf eine von verschiedene Arten und Weisen angeordnet sind. Alternativ kann die räumliche Abhängigkeit der Fundamentalamplituden A(x) und/oder B(x) dadurch erzielt werden, daß ein Verlustmechanismus im Zusammenhang mit jedem Flußmodulationselement zur Verfügung gestellt wird. Zum Beispiel kann der Verlustmechanismus innerhalb jedes Modulatorelements angeordnet werden. Als Beispiel kann jeder Verlustmechanismus aus einem oder mehreren Löchern mit unterschiedlichen Formen und Flächen bestehen, die innerhalb der Flußunterbrecher oder Flußvergrößerer angeordnet sind. Die formen und/oder Größen des Loches oder der Löcher ändern sich entlang der Meßachse 106. Weiterhin kann die räumliche Abhängigkeit der Fundamentalamplituden A(x) und/oder B(x) dadurch erzielt werden, daß die Eigenschaften jedes Skalenelements geändert werden. Zum Beispiel kann die Dicke oder der spezifische Widerstand der Flußunterbrecher entlang der Meßachse 106 geändert werden. Auf ähnliche Weise kann die magnetische Permeabilität der Flußvergrößerer sich entlang der Meßachse 106 ändern.

Weiterhin kann bei der beispielhaften Ausführungsform des Absolutpositionswandlersystems gemäß der Erfindung, das in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, eine der Gruppen der Flußmodulatoren gleiche Eigenschaften aufweisen, und eine der Gruppen der Flußmodulatoren sich ändernde Eigenschaften.

Darüber hinaus können andere Arten von Flußmodulationselementen über Flußmodulatoren hinaus bei anderen, beispielhaften Absolutpositionswandlern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. So können zum Beispiel die Flußkopplungsschleifen, die in der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben sind, abgeändert werden und bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Fig. 8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Positionswandlers 400 mit einem verringerten Offset des induzierten Stroms. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, weist das Skalenteil 410 mit verringertem Offset erste mehrere Kopplungsschleifen 412 auf, die mit zweiten mehreren Kopplungsschleifen 416 verschachtelt sind. Jede der Kopplungsschleifen 412 und 416 ist elektrisch gegenüber den anderen der ersten und zweiten mehreren Kopplungsschleifen 412 und 416 isoliert.

Jede der ersten mehreren Kopplungsschleifen 412 umfaßt einen ersten Schleifenabschnitt 413 und einen zweiten Schleifenabschnitt 414, die durch ein Paar von Verbindungsleitern 415 verbunden sind. Entsprechend umfaßt jede der zweiten mehreren Kopplungsschleifen 416 einen ersten Schleifenabschnitt 417 und einen zweiten Schleifenabschnitt 418, die durch ein Paar von Verbindungsleitern 419 verbunden sind.

Bei den ersten mehreren Kopplungsschleifen 412 sind die ersten Schleifenabschnitte 413 entlang einem Querrand des Skalenteils 410 angeordnet, und als Array entlang der Meßachse 106 angeordnet. Die zweiten Schleifenabschnitte 414 sind entlang dem Zentrumskalenteil 410 angeordnet, und als Array entlang der Meßachse angeordnet. Die Verbindungsleiter 415 verlaufen senkrecht zur Meßachse 106, um die ersten Schleifenabschnitte 413 mit den zweiten Schleifenabschnitten 414 zu verbinden.

Bei den zweiten mehreren Kopplungsschleifen 416 sind die ersten Schleifenabschnitte 417 entlang einem Querrand des Skalenteils 410 angeordnet, und als Array entlang der Meßachse 414 angeordnet. Die zweiten Schleifenabschnitte 418 sind entlang dem Zentrum des Skalenteils 410 angeordnet, und als Array entlang der Meßachse angeordnet. Die Verbindungsleiter 419 verlaufen senkrecht zur Meßachse 106, um die ersten Schleifenabschnitte 417 mit den zweiten Schleifenabschnitte 418 zu verbinden.

Die in Fig. 8 gezeigten Kopplungsschleifen 412 und 416 können gemäß der vorliegenden Erfindung einfach abgeändert werden, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, um einen Positionswandler mit induziertem Strom mit verringertem Offset entsprechend dem voranstehend geschilderten Einspur-Wandler zu erzeugen. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, weist das abgeänderte Skalenteil 510 mit verringertem Offset erste mehrere geschlossene Kopplungsschleifen 512 auf, die mit zweiten mehreren geschlossenen Kopplungsschleifen 516 verschachtelt sind.

Gemäß Fig. 9 weist jede der ersten mehreren Kopplungsschleifen 512 einen ersten Schleifenabschnitt 513 und einen zweiten Schleifenabschnitt 514 auf, die durch ein Paar von Verbindungsleitern 515 verbunden werden. Entsprechend weist jede der zweiten mehreren Kopplungsschleifen 516 einen ersten Schleifenabschnitt 517 und einen zweiten Schleifenabschnitt 518 auf, die durch ein Paar von Verbindungsleitern 519 verbunden werden. Jede der Kopplungsschleifen 512 und 516 ist elektrisch gegenüber den anderen ersten und zweiten mehreren Kopplungsschleifen 512 und 516 isoliert.

Der erste Schleifenabschnitt 513 in jeder Kopplungsschleife 512 weist dieselbe Größe auf wie jeder Schleifenabschnitt 517 in jeder Kopplungsschleife 516. Allerdings weisen, wie aus Fig. 9 hervorgeht, die zweiten Längen der Schleifenabschnitte 514 in den Kopplungsschleifen 512 nicht dieselbe Breite über dem Skalenteil 510 auf. Im einzelnen weisen die zweiten Schleifenabschnitte 514 eine zunehmende Änderung der Innenfläche in Richtung über die Länge des Skalenteils 510 auf. Auch die zweiten Schleifenabschnitte 518 der zweiten Kopplungsschleifen 516 weisen eine sich fortschreitend ändernde Breite auf. Dies führt dazu, daß der in den Empfängerwicklungen, die oberhalb der zweiten Schleifenabschnitte 514 und 518 angeordnet sind, induzierte Fluß sich ändert, in Abhängigkeit von den speziellen zweiten Schleifenabschnitten 514 und 518, mit denen die Empfängerwicklungen gekoppelt sind. Diese sich ändernde Induktionskopplung führt dazu, daß sich die Fundamentalamplitude der Signale an den Empfängerwicklungen ändert, wenn sich der Lesekopf in Bezug auf das Skalenteil 510 entlang der Meßachse 106 bewegt. Diese Varianz der Amplitude kann wie voranstehend geschildert im Zusammenhang mit Gleichung 12 dazu verwendet werden, den absoluten Meßbereich der Absolutpositionswandler zu vergrößern, die in der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben sind.

Weiterhin können auch andere Arten von Flußmodulationselementen bei anderen Beispielen für Absolutpositionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. So können etwa die Flußkopplungsschleifen, die in der Anmeldung '268 beschrieben sind, abgeändert und bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Fig. 10 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform eines Absolutpositionswandlers 600 mit verringertem Offset des induzierten Stroms. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, weist der Absolutpositionswandler 600 mit verringertem Offset mehrere Kopplungsschleifen 604 auf, eine erste Empfängerwicklungsgruppe 606 und eine zweite Empfängerwicklungsgruppe 608. Die mehreren Kopplungsschleifen 604 umfassen jeweils einen ersten Kopplungsschleifenabschnitt 610, einen zweiten Kopplungsschleifenabschnitt 612 und einen dritten Kopplungsschleifenabschnitt 614. Die ersten Kopplungsschleifenabschnitte 610 sind mit den zweiten Kopplungsschleifenabschnitten 612 durch Verbindungsleiter 616 verbunden, und die zweiten Kopplungsschleifenabschnitte 612 sind mit den dritten Kopplungsschleifenabschnitten 614 durch Verbindungsleiter 618 verbunden. Jeweils der zweite unter den ersten Verbindungsleitern 616 und den zweiten Verbindungsleitern 618 sind verdrillt, um eine räumliche Modulation der Polaritäten der ersten, zweiten und dritten Kopplungsschleifenabschnitte 610, 612 bzw. 614 entlang der Meßachse 620 zu erzielen.

Die Empfängerwicklungsgruppen weisen jeweils erste und zweite Empfängerwicklungen 606a, 606B, 608A bzw. 608B auf. Kopplungsschleifenabschnitte 610 sind in einem Abstand entlang der Meßachse von der Hälfte einer Wellenlänge λ₁ angeordnet, während die dritten Kopplungsschleifenabschnitte 614 einen Abstand entlang der Meßachse von der Hälfte einer Wellenlänge λ₂ aufweisen.

Die beispielhafte Ausführungsform des Absolutpositionswandlers 600 mit verringertem Offset ist dazu fähig, gleichzeitig die erste Empfängerwicklungsgruppe 606, die in positionsabhängiges Ausgangssignal aufweist, das sich bei der Wellenlänge λ₁ ändert, und die zweite Empfängerwicklungsgruppe 608 abzutasten, die ein positionsabhängiges Ausgangssignal aufweist, das sich bei der Wellenlänge λ₂ ändert. Ein sich zeitlich änderndes Treibersignal wird an die Senderwicklung 602 angelegt, und die erste Empfängerwicklungsgruppe 606 und die zweite Empfängerwicklungsgruppe 608 können gleichzeitig abgetastet oder gemessen werden, um die Position des Lesekopfes entlang dieser Skala zu bestimmen, wie dies in der Anmeldung '268 beschrieben wird.

Die in Fig. 10 gezeigten Kopplungsschleifenabschnitte 610 und 614 können einfach gemäß der vorliegenden Erfindung abgeändert werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, um den Bereich des Absolutpositionswandlers 600 mit verringertem Offset zu vergrößern. Wie aus Fig. 11 hervorgeht, weist dieser Absolutpositionswandler 700 mit verringertem Offset mehrere Kopplungsschleifen 704 auf, eine erste Empfängerwicklungsgruppe 706 und eine zweite Empfängerwicklungsgruppe 708. Die mehreren Kopplungsschleifen 704 umfassen jeweils einen ersten Kopplungsschleifenabschnitt 710, einen zweiten Kopplungsschleifenabschnitt 712, und einen dritten Kopplungsschleifenabschnitt 714. Die ersten Kopplungsschleifenabschnitte 710 sind mit den zweiten Kopplungsschleifenabschnitten 712 durch Verbindungsleiter 716 verbunden, und die zweiten Kopplungsschleifenabschnitte 712 sind mit den dritten Kopplungsschleifenabschnitten 714 durch Verbindungsleiter 718 verbunden. Jeweils die zweiten unter den ersten Verbindungsleitern 716 und den zweiten Verbindungsleitern 718 sind verdrillt, um eine räumliche Modulation der Polaritäten der ersten, zweiten und dritten Kopplungsschleifenabschnitte 710, 712 bzw. 714 entlang der Meßachse 720 zu erzielen.

Der zweite Kopplungsschleifenabschnitt 712 in jeder der mehreren Kopplungsschleifen 704 weist dieselbe Größe auf. Wie jedoch in Fig. 11 gezeigt ist, weisen die ersten Kopplungsschleifenabschnitte 710 und die dritten Kopplungsschleifenabschnitte 714 nicht dieselbe Breite über das Skalenteil 710 auf. Im einzelnen weisen die ersten Kopplungsschleifenabschnitte 710 und die dritten Kopplungsschleifenabschnitte 714 eine zunehmende Änderung der Innenfläche in Richtung über die Länge des Positionswandlers 700 auf. Dies führt dazu, daß sich der Fluß ändert, der in den Empfängerwicklungen induziert wird, die oberhalb des ersten Kopplungsschleifenabschnitts 710 und des dritten Kopplungsschleifenabschnitts 714 angeordnet sind. Diese sich ändernde induktive Kopplung führt dazu, daß sich die Fundamentalamplitude der Signale an den Empfängerwicklungen ändert, während sich der Lesekopf in Bezug auf das Skalenteil entlang der Meßachse 720 bewegt. Diese Varianz der Amplitude kann zusammen mit Gleichung 12, wie dies voranstehend geschildert wurde, dazu verwendet werden, den absoluten Meßbereich der Absolutpositionswandler zu vergrößern, die in der eingeschlossenen Anmeldung '268 beschrieben sind.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Beziehung (A - B)/(A + B) gemäß der Erfindung eine lineare Beziehung hervorruft, die eine bestimmte Steigung aufweist, wie dies durch die Linie 310 von Fig. 7 dargestellt ist. Die Empfindlichkeit des Absolutpositionswandlers und ebenso der Absolutbereich hängen von der Steigung der Linie 310 ab. Eine flachere Steigung erzeugt einen größeren Absolutbereich. Allerdings verringert eine flachere Steigung die Empfindlichkeit oder Auflösung des Positionswandlers. Daher läßt eine flachere Steigung ein stärkeres Ausmaß der Bewegung zu, welches nicht detektiert werden kann.

Zur weiteren Erläuterung der Empfindlichkeit und des Absolutbereiches des Positionswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Signalamplitude durch eine Größe variiert werden, die als Faktor "p" bezeichnet werden kann. Hierbei sind beispielsweise V₁ und V₂ die Spannungen an entgegengesetzten Enden der in Fig. 3 dargestellten Skala. Die Beziehung zwischen V₁ und V₂ kann durch (V₂ = p . V₁) ausgedrückt werden, oder alternativ durch p = V₂/V₁. Der Faktor p kann auch als Empfindlichkeit bezeichnet werden.

Unter Verwendung dieser Beziehung kann wiederum das Verhältnis (A - B)/(A + B) gemäß der Erfindung folgendermaßen ausgedrückt werden:

(A - B)/(A + B) = [2x(p - 1)]/[L(p + 1)] (17)

Es ist nützlich, die absoluten Enden der Skala 104 zu betrachten. An den absoluten Enden gilt x = -L/2 und x = +L/2. Einsetzen dieser Werte in Gleichung 17 führt zu

(A - B)/(A + B) = ±(p - 1)/(p + 1) (18)

an den extremen Enden der Skala. Weiterhin gilt im Zentrum der Skala x = 0, und erhält man daher aus Gleichung 17 im Zentrum der Skala das Verhältnis (A - B)/(A + B) = 0.

Weiterhin läßt sich die Beziehung L = m . λ₁ aufstellen, wobei m eine positive ganze Zahl ist, und λ₁ die Wellenlänge eines der Wandler ist. Wenn sich daher x um einen Betrag βλ₁ ändert, ändert sich das Verhältnis (A - B)/(A + B) um folgenden Betrag:

Nimmt man für die Empfindlichkeit p = 2 an, dann ist es erforderlich, die Auflösung von (A - B)/(A + B) um grob einen Faktor von β/m durchzuführen, um eine Bruchteilsverschiebung von β/m zu messen. Unter Verwendung einer Elektronik, wie sie momentan für Positionswandler verfügbar ist, läßt sich ein Faktor von 1000 sehr gut bei momentanen Schaltungen erzielen.

Die beispielhaften Ausführungsformen der Absolutpositionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung wurden so beschrieben, daß sich linear ändernde Flußmodulationselemente zur Erzeugung der räumlich abhängigen Amplituden verwendet wurden. Dies erfolgte nur zu dem Zweck, die Untersuchung der Ausgangssignale zu vereinfachen, die dazu erforderlich sind, die amplitudenabhängigen und phasenabhängigen Positionswerte zu erhalten. Daher wird darauf hingewiesen, daß jede vorher festgelegte Funktion für die räumlich abhängige Amplitude dazu verwendet werden kann, die Eigenschaften der Flußmodulationselemente abzuändern, so weit es möglich bleibt, die sich ergebenden Ausgangssignale zu untersuchen, um die amplitudenabhängigen und phasenabhängigen Positionswerte mit der erforderlichen Auflösung zu erhalten. Derartige Funktionen können Funktionen zweiter oder höherer Ordnung sein, Exponentialfunktionen, kontinuierliche Funktionen, diskontinuierliche Funktionen oder alle anderen Funktionen, die einen Positionswert für jeden Amplitudenwert zur Verfügung stellen.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den voranstehend geschilderten, beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, jedoch wird offensichtlich, daß Fachleuten auf diesem Gebiet zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Änderungen auffallen werden. Daher sollen die voranstehend geschilderten, beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung als Erläuterung verstanden werden, jedoch nicht als Einschränkung. Verschiedene Änderungen lassen sich vornehmen, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Induktiver Absolutpositionswandler, welcher aufweist:
ein Skalenteil;
ein Lesekopfteil, wobei sich das Lesekopfteil und das Skalenteil relativ zueinander entlang einer Meßachse bewegen können;
zumindest eine Senderwicklung, die auf dem Lesekopfteil vorgesehen ist,
zumindest eine Gruppe von Empfängerwicklungen, die auf dem Lesekopfteil vorgesehen sind, wobei jede Gruppe zumindest zwei Empfängerwicklungen umfaßt, und
eine Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung, die elektrisch mit zumindest einer Senderwicklung und zumindest einer Gruppe von Empfängerwicklungen verbindbar ist; und
mehrere Flußmodulationselemente, die auf dem Skalenteil vorgesehen und räumlich entlang der Meßachse verteilt sind, wobei die Flußmodulationselemente in zumindest einer Spur angeordnet sind, wobei:
für jede Spur die Flußmodulationselemente dieser Spur die induktive Kopplung zwischen zumindest einer ersten Senderwicklung entsprechend dieser Spur und zumindest einer Gruppe von Empfängerwicklungen entsprechend der Spur modulieren, auf der Grundlage der räumlichen Verteilung der Flußmodulationselemente dieser Spur entlang der Meßachse, und entsprechend einer relativen Position zwischen dem Lesekopfteil und dem Skalenteil entlang der Meßachse, und
für zumindest eine Spur die Flußmodulationselemente dieser Spur zumindest eine sich ändernde Flußmodulationseigenschaft aufweisen, die sich zwischen den Flußmodulationselementen und entlang der Meßachse ändert, um darüber hinaus die induktive Kopplung zwischen zumindest der ersten Senderwicklung und zumindest der ersten Gruppe von Empfängerwicklungen entsprechend dieser Spur auf der Grundlage der zumindest einen Flußmodulationseigenschaft zu modulieren.

2. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem die Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung eine Absolutposition des Lesekopfteils in Bezug auf das Skalenteil mit einer ersten Auflösung bestimmt, die zumindest teilweise auf einer Signalkomponente beruht, die sich infolge der Flußmodulationselemente ergibt, welche die zumindest eine, sich ändernde Flußmodulationseigenschaft aufweist.

3. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 2, bei welchem die Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung die Absolutposition des Lesekopfteils in Bezug auf das Skalenteil mit einer zweiten Auflösung bestimmt, die feiner ist als die erste Auflösung, auf der Grundlage von zumindest teilweise einer Signalkomponente, die sich aufgrund der räumlichen Verteilung der Flußmodulationselemente entlang der Meßachse ergibt.

4. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem die räumliche Verteilung der Flußmodulationselemente in zumindest einer Spur eine periodische Funktion ist.

5. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem die zusätzliche Modulation der induktiven Kopplung zwischen der zumindest, ersten Senderwicklung und der zumindest einen Gruppe von Empfängerwicklungen durch die Flußmodulationselemente eine lineare Funktion entlang der Meßachse ist.

6. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Spur von Flußmodulationselementen eine einzelne Spur von Flußmodulationselementen darstellt.

7. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem die zumindest eine Spur von Flußmodulationselementen zwei Spuren von Flußmodulationselementen umfaßt.

8. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 7, bei welchem die Signalerzeugungs- und Verarbeitungsschaltung Signale verarbeitet, die von jeder der beiden Spuren erzeugt werden, um eine Absolutposition des Lesekopfteils in Bezug auf das Skalenteil zu bestimmen, wobei die bestimmte Absolutposition relativ unempfindlich auf Gesamtsignalamplitudenvariationen ist.

9. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem zumindest eines der Flußmodulationselemente ein Flußerhöhungselement ist.

10. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 9, bei welchem die Flußmodulationseigenschaft die magnetischen Permeabilitäten der Flußerhöhungselemente ist.

11. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem zumindest eines der Flußmodulationselemente ein Flußunterbrechungselement ist.

12. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 11, bei welchem die Flußmodulationseigenschaft die Leitfähigkeiten der Flußunterbrechungselemente ist.

13. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 11, bei welchem die Flußmodulationseigenschaft die Dicken der Flußunterbrechungselemente ist.

14. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem zumindest eines der Flußmodulationselemente eine Flußkopplungsschleife ist.

15. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 1, bei welchem die Flußmodulationseigenschaft eine sich ändernde Fläche der Flußmodulationselemente ist.

16. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 15, bei welchem die sich ändernde Fläche eine sich ändernde Breite über die Meßachse der Flußmodulationselemente ist.

17. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 16, bei welchem die sich ändernden Breiten der Flußmodulationselemente sich linear entlang der Meßachse ändern.

18. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 15, bei welchem die sich ändernde Fläche durch sich ändernde Längen entlang der Meßachse der Flußmodulationselemente vorgegeben wird.

19. Induktiver Absolutpositionswandler nach Anspruch 16, bei welchem die sich ändernden Längen der Flußmodulationselemente sich linear entlang der Meßachse ändern.

20. Verfahren zum Betrieb eines induktiven Absolutpositionswandlersystems, wobei das induktive Absolutpositionswandlersystem umfaßt:
ein erstes Teil;
ein zweites Teil, das in Bezug auf das erste Teil entlang einer Meßachse relativbeweglich ist;
zumindest eine erste Wicklung, die auf einem ersten unter dem ersten und zweiten Teil vorgesehen ist;
zumindest eine Gruppe zweiter Wicklungen, die auf dem ersten unter den ersten und zweiten Teilen vorgesehen ist, wobei jede Gruppe zweiter Wicklungen eine konstante räumliche Wellenlänge aufweist; und
mehrere Flußmodulationselemente, die auf einem zweiten unter den ersten und zweiten Teilen vorgesehen sind, und entlang der Meßachse angeordnet sind;
wobei das Verfahren umfaßt:
Erzeugung eines sich ändernden Magnetflusses unter Verwendung der zumindest einen ersten Wicklung;
räumliches Modulieren des sich ändernden Magnetflusses entsprechend einer räumlich periodischen Funktion und einer zweiten vorbestimmten Funktion der Relativposition des zweiten Teils in Bezug auf das erste Teil entlang einer Meßachse unter Verwendung der mehreren Flußmodulationselemente;
Abtastung des räumlich modulierten, sich ändernden Magnetflusses unter Verwendung der zumindest einen Gruppe zweiter Wicklungen, um zumindest ein räumlich periodisches, abgetastetes Signal zu erzeugen, welches einen Amplitudenbereich aufweist, der von der relativen Position zwischen dem ersten und zweiten Teil abhängt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem das räumliche Modulieren des sich ändernden Magnetflusses das Ändern der Flußmodulation umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Änderung der Flußmodulatoren das Ändern der Flußerhöhungseigenschaften zumindest eines der Flußmodulationselemente umfaßt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Änderung der Flußerhöhungseigenschaften das Modulieren der magnetischen Permeabilität der Flußerhöhungselemente umfaßt.

24. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Änderung der Flußmodulatoren die Änderung der Flußunterbrechungseigenschaften des zumindest einen der Flußmodulationselemente umfaßt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem das Ändern der Flußunterbrechungseigenschaften das Ändern des Leitvermögens der Flußunterbrechungselemente umfaßt.

26. Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem die Änderung der Flußunterbrechungseigenschaften die Änderung der Dicken der Flußunterbrechungselemente umfaßt.

27. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem das Ändern der Flußmodulatoren das Ändern einer Abmessung einer Flußkopplungsschleife umfaßt.

28. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Änderung der Flußmodulatoren die Änderung einer Fläche der Flußmodulationselemente umfaßt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem das Ändern der Fläche das Ändern der Breiten der Flußmodulationselemente über die Meßachse umfaßt.

30. Verfahren nach Anspruch 29, bei welchem das Ändern der Breiten das Ändern der Breiten der Flußmodulationselemente linear der Meßachse umfaßt.

31. Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem das Ändern der Fläche das Ändern der Längen der Flußmodulationselemente entlang der Meßachse umfaßt.

32. Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem das Ändern der Längen das Andern der Längen der Flußmodulationselemente linear entlang der Meßachse umfaßt.

33. Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem das Ändern der Fläche das Ändern der Flächen eines oder mehrerer Löcher in jedem der Flußmodulationselemente umfaßt.

34. Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem das Ändern der Flächen das Ändern der Flächen linear entlang der Meßachse umfaßt.

35. Verfahren zum Betrieb eines induktiven Absolutpositionswandlersystems, wobei das induktive Absolutpositionswandlersystem umfaßt:
ein erstes Teil;
ein zweites Teil, das relativ zu dem ersten Teil entlang einer Meßachse bewegbar ist;
zumindest eine erste Wicklung, die auf einem ersten unter dem ersten und zweiten Teil vorgesehen ist;
zumindest eine Gruppe zweiter Wicklungen, die auf dem ersten unter den ersten und zweiten Teilen vorgesehen ist, wobei jede Gruppe zweiter Wicklungen eine konstante räumliche Wellenlänge aufweist; und
mehrere Flußmodulationselemente, die auf einem zweiten unter den ersten und zweiten Teilen vorgesehen sind, und entlang der Meßachse angeordnet sind;
wobei das Verfahren umfaßt:
Erzeugung eines sich ändernden Magnetflusses unter Verwendung der zumindest einen ersten Wicklung;
positionsabhängiges, räumliches Modulieren des sich ändernden Magnetflusses unter Verwendung der mehreren Flußmodulationselemente auf solche Weise, daß das Ausmaß der räumlichen Modulation positionsabhängig ist;
Abtastung des räumlich modulierten, sich ändernden Magnetflusses unter Verwendung der anderen Wicklung unter der zumindest einen ersten Wicklung und der zumindest einen Gruppe zweiter Wicklungen, um zumindest ein räumlichperiodisches, abgetastetes Signal zu erzeugen.