DE112019001334T5 - Wegmesssystem und Wegmessverfahren für eine Sensorvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Wegmesssystem und ein Wegmessverfahren für eine Sensorvorrichtung, wobei das Wegmesssystem Folgendes umfasst: eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung (23), die zum Ausgeben eines Ansteuersignals an den ersten Wegsensor (10, 12) dient; eine erste Signalverarbeitungsschaltung (24, 102), die zum Empfangen des vom ersten Wegsensor (10, 12) kommenden Signals und zum Ausgeben eines AD-SO-Signals dient; und eine Recheneinrichtung (40, 60, 90, 110), die einen ersten Timer (41, 112) umfasst, wobei der erste Timer (41, 112) zum Empfangen eines CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals sowie zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal dient, wobei das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal ist, das sich auf die Periode und Phase des Ansteuersignals bezieht. Mit dem Wegmesssystem und -verfahren können eine Leistungsverbesserung zu geringeren Kosten, eine höhere Messauflösung und eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Positionierung und Wegmessung und insbesondere die Technik zur Winkel- und Längenpositionierung und Wegmessung und insbesondere ein Wegmesssystem und ein Wegmessverfahren für eine Sensorvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Wegsensoren werden in der Regel als Positionsmesselemente in Messsystemen wie Längenmessung, Winkelmessung, Geschwindigkeitsmessung, Präzisionspositionierung und Follow-up-Tracking eingesetzt. Wegsensoren umfassen kapazitive Sensoren, Inductosyne, Gittersensoren usw. Unter diesen wird beim kapazitiven Sensor der kapazitive Gittersensor am weitesten verbreitet eingesetzt. Der kapazitive Gittersensor und die Wegmessschaltung bilden ein Wegmesssystem für kapazitive Gittersensoren, das in den Typ der Phasenerkennung und den Typ der Amplitudenerkennung eingeteilt wird. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems für kapazitive Gittersensoren, bei dem der Gitterabstand als Messperiode verwendet und der Positionsbetrag des Gates des kapazitiven Sensors innerhalb einer Periode durch Phasenerkennung erhalten und die Wegmessung von mehr als einer Periode durch Richtungsidentifikation und Zählung erzielt wird. Das in 1 gezeigte herkömmliche auf Phasenerkennung basierende Wegmesssystem für kapazitive Gittersensoren umfasst einen kapazitiven Gittersensor 10 und einen ASIC-Chip für kapazitive Gittersensoren 20 (nachstehend auch als ASIC-Chip 20 oder kurz Chip 20 bezeichnet). Hierbei werden in den ASIC-Chip für kapazitive Gittersensoren 20 eine Kristalloszillatorschaltung 21, eine Taktteilerschaltung 22, eine Mehrkanal-Ansteuerschaltung (in der Regel 8-Kanal) zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23 (nachstehend auch als Ansteuersignalerzeugungsschaltung bezeichnet), eine Schaltung zur/zum Signaldemodulation, -verstärkung, -filterung und -vergleich für kapazitive Gitter 24 (nachstehend auch als Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 oder Signalverarbeitungsschaltung 24 bezeichnet), eine Phasenerkennungs- und Zählschaltung 25, eine Schaltung zur Verarbeitung von Verschiebungsdaten 26, eine LCD-Anzeigeschaltung 29, eine Spannungserfassungsschaltung 28 und ein serieller Ausgangsanschluss 27 integriert.
  • Die durch die Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 ausgegebene Signalperiode (512CP) entspricht räumlich der Länge eines Gitterabstands des kapazitiven Gittersensors. Unter der Annahme, dass die Länge eines Gitterabstands 5,08 mm beträgt, beträgt die Mindestgenauigkeit, die das auf Phasenerkennung basierende Wegmesssystem für kapazitive Gittersensoren unterscheiden kann, 5,08 mm / 512 ≈ 0,01 mm ≈ 0,0004 Zoll. In diesem Fall ändert sich die Phase des CSI-Signals jedes Mal um 180/256°, wenn das sich bewegende Gitter des kapazitiven Gittersensors sich um eine Einheit minimaler Genauigkeit bewegt. Es ist ersichtlich, dass die Auflösung des herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems für kapazitive Gittersensoren nicht hoch ist. Der Grund für die Verwendung dieses Systems mit niedrigerer Auflösung besteht darin, dass gemäß dem Messmechanismus der auf Phasenerkennung basierenden aktiven kapazitiven Gittertechnik die durch Phasenerkennung erhaltene Phasendifferenz und die Verschiebungsänderung des Gates des kapazitiven Gittersensors sich nicht vollständig linear proportional zueinander verhalten, sondern die beiden weisen eine Abweichung von etwa 0,1 % auf. Daher ist eine niedrigere Auflösung erforderlich, um eine bestimmte Ausgabegenauigkeit sicherzustellen. Darüber hinaus besteht bezüglich der Elektrizität eine starke Korrelation zwischen der Frequenz des 8-Kanal-Ansteuersignals und der Fläche des Gates des kapazitiven Gittersensors. Um die Anforderungen an die Impedanzanpassung des kapazitiven Gittersensors und des Chips zu erfüllen und dabei einen geringen Stromverbrauch und eine bestimmte Auflösung zu berücksichtigen, wird die Ansteuerfrequenz des kapazitiven Gittersensors in der Regel zwischen 200 Hz und 500 Hz eingestellt und wird die Betriebsfrequenz des Chips zwischen 100 kHz und 300 kHz eingestellt, wodurch die Auflösung des Messsystems verringert wird.
  • Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die Auflösung des herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems für kapazitive Gittersensoren durch die Betriebsfrequenz des Chips festgelegt und begrenzt wird. Um die Auflösung zu erhöhen, besteht die derzeit übliche Praxis darin, den Gitterabstand des kapazitiven Gittersensors zu verringern. Aufgrund technischer Einschränkungen, wie z. B. hinsichtlich der Herstellung und Montage, ist der zu verkleinernde Raum beim Gitterabstand des kapazitiven Gittersensors jedoch sehr begrenzt, was es für das herkömmliche auf Phasenerkennung basierende Wegmesssystem für kapazitive Gittersensoren weiterhin schwierig macht, eine hochauflösende Verschiebungsmessung zu erreichen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Um das oben genannte Problem im Stand der Technik zu lösen, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Wegmesssystem für eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung einen ersten Wegsensor umfasst, wobei das Wegmesssystem Folgendes umfasst:
    • eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung, die zum Ausgeben eines Ansteuersignals an den ersten Wegsensor dient;
    • eine erste Signalverarbeitungsschaltung, die zum Empfangen des vom ersten Wegsensor kommenden Signals und zum Ausgeben eines ADSO-Signals dient; und
    • eine Recheneinrichtung, die einen ersten Timer umfasst;
    wobei der erste Timer zum Empfangen eines CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals sowie zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal dient, wobei das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal ist, das sich auf die Periode und Phase des Ansteuersignals bezieht.
  • Das Wegmesssystem umfasst ferner eine Taktteilerschaltung, die zum Ausgeben eines Taktsignals an die Ansteuersignalerzeugungsschaltung und zum Ausgeben des CLK512-Signals dient.
  • Beim Wegmesssystem umfasst die Recheneinrichtung ferner einen Prozessor, der verwendet wird, um die durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer erhaltenen Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands umzuwandeln.
  • Das Wegmesssystem umfasst ferner eine Zähluhr, wobei der erste Timer zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal mittels der von der Zähluhr bereitgestellten Taktfrequenz dient.
  • Beim Wegmesssystem wird der erste Timer verwendet, um die Zeitmessung oder das Zählen mittels der von der Zähluhr bereitgestellten Taktfrequenz von Null zu starten bzw. mit Null zu beginnen, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und um die aktuelle Zeit oder den aktuellen Zählerstand an den Prozessor zu senden, wenn die steigende Flanke des ersten ADSO-Signals erfasst ist.
  • Beim Wegmesssystem umfasst der erste Timer ferner einen ersten Puffer, wobei der erste Timer verwendet wird, um die Zeitmessung oder das Zählen mittels der von der Zähluhr bereitgestellten Taktfrequenz von Null zu starten bzw. mit Null zu beginnen, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und um die aktuelle Zeit oder den aktuellen Zählerstand in den Prozessor zu schreiben, wenn die steigende Flanke des ersten ADSO-Signals erfasst ist; wobei der Prozessor zum Lesen der Daten des ersten Puffers dient, nachdem er das durch das erste ADSO-Signal oder das CLK512-Signal ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat.
  • Beim Wegmesssystem wird der Prozessor verwendet, um gemäß den durch Zählen vom ersten Timer erhaltenen Daten und der von der Zähluhr bereitgestellten Taktfrequenz ein Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten und das Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands umzuwandeln; wobei der Prozessor auch verwendet wird, um eine digitale Filterverarbeitung am Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands durchzuführen und eine Abweichungskorrektur am absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands vorzunehmen.
  • Beim Wegmesssystem kann die Zähluhr in der Recheneinrichtung enthalten sein.
  • Beim Wegmesssystem umfasst die Recheneinrichtung ferner einen zweiten Timer, der zum Empfangen des CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals und zum Zählen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal dient. Hierbei dient der Prozessor ferner zum Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors gemäß den durch Zählen vom zweiten Timer erhaltenen Daten und den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer erhaltenen Daten.
  • Beim Wegmesssystem sind die Ansteuersignalerzeugungsschaltung und die erste Signalverarbeitungsschaltung in denselben Chip integriert. Der Chip umfasst eine Phasenerkennungs- und Zählschaltung, die zum Empfangen des ersten ADSO-Signals dient, und einen seriellen Ausgangsanschluss, der zum Ausgeben des CLK-Signals und eines DATA-Signals, das die Verschiebungsinformationen des Gates des ersten Wegsensors enthält, dient. Die Recheneinrichtung dient ferner zum Empfangen des CLK-Signals und des DATA-Signals. Der Prozessor dient zum Erhalten der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, gemäß dem empfangenen CLK-Signal und DATA-Signal und zum Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, und den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer erhaltenen Daten.
  • Beim Wegmesssystem wird der Prozessor verwendet, um ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, und gemäß den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer erhaltenen Daten zu erhalten und um das absolute Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors in einen gesamten absoluten Verschiebungswert umzuwandeln.
  • Beim Wegmesssystem umfasst die Sensorvorrichtung ferner einen zweiten Wegsensor, wobei innerhalb eines Gitterabstands des zweiten Wegsensors der erste Wegsensor mehrere Gitterabstände aufweist, wobei die Ansteuersignalerzeugungsschaltung zum Ausgeben eines Ansteuersignals an den zweiten Wegsensor dient. Das Wegmesssystem umfasst ferner eine zweite Signalverarbeitungsschaltung, die zum Empfangen eines vom zweiten Wegsensor kommenden Signals und zum Ausgeben eines zweiten ADSO-Signals dient. Die Recheneinrichtung umfasst ferner einen dritten Timer, der zum Empfangen des zweiten ADSO-Signals und des CLK512-Signals sowie zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem zweiten ADSO-Signal und dem CLK512-Signal mittels der von der Zähluhr bereitgestellten Taktfrequenz dient; wobei der Prozessor auch verwendet wird, um die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, gemäß den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom dritten Timer erhaltenen Daten zu bestimmen und um den gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, und gemäß den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer erhaltenen Daten zu erhalten.
  • Beim Wegmesssystem wird der dritte Timer verwendet, um die Zeitmessung oder das Zählen mittels der von der Zähluhr bereitgestellten Taktfrequenz von Null zu starten bzw. mit Null zu beginnen, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und um die aktuelle Zeit oder den aktuellen Zählerstand an den Prozessor zu senden oder diese aufzuzeichnen, wenn die steigende Flanke des zweiten AD-SO-Signals erfasst ist.
  • Beim Wegmesssystem sind der erste Wegsensor und der zweite Wegsensor kapazitive Gittersensoren.
  • Beim Wegmesssystem ist das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal mit derselben Periode und derselben Phase wie beim Ansteuersignal.
  • Beim Wegmesssystem sind die Recheneinrichtung, die Ansteuersignalerzeugungsschaltung und die erste Signalverarbeitungsschaltung in denselben Chip integriert.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Wegmessverfahren für eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung einen ersten Wegsensor umfasst, wobei das Wegmessverfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • - Ausgeben eines Ansteuersignals an den ersten Wegsensor;
    • - Empfangen des vom ersten Wegsensor kommenden Signals, Verarbeiten des Signals und Ausgeben eines ersten ADSO-Signals; und
    • - Empfangen des CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals und Durchführen einer Zeitmessung oder eines Zählens gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten AD-SO-Signal, wobei das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal ist, das sich auf die Periode und Phase des Ansteuersignals bezieht.
  • Das Wegmessverfahren umfasst ferner den folgenden Schritt: Umwandeln der durch Zeitmessung oder Zählen erhaltenen ersten Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands.
  • Beim Wegmessverfahren umfasst der Schritt „Durchführen einer Zeitmessung oder eines Zählens gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal“ den folgenden Schritt: Starten der Zeitmessung oder des Zählens mittels der Taktfrequenz von Null, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und Senden oder Aufzeichnen der aktuellen Zeit oder des aktuellen Zählerstands, wenn die steigende Flanke des ersten ADSO-Signals erfasst ist.
  • Beim Wegmessverfahren umfasst der Schritt „Umwandeln der durch Zeitmessung oder Zählen erhaltenen ersten Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands“ die folgenden Schritte:
    • - Erhalten des Positionsäquivalents des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands gemäß den durch Zeitmessung und die Taktfrequenz erhaltenen ersten Daten; und
    • - Umwandeln des Positionsäquivalents des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands.
  • Das Wegmessverfahren umfasst ferner Folgendes:
    • - Durchführen einer digitalen Filterverarbeitung am Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands; und
    • - Durchführen einer Abweichungskorrektur am absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors innerhalb eines Gitterabstands.
  • Das Wegmessverfahren umfasst ferner Folgendes:
    • - Empfangen des CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals und Zählen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal; und
    • - Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors gemäß den durch Zählen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, erhaltenen zweiten Daten und den ersten Daten.
  • Beim Wegmessverfahren umfasst die Sensorvorrichtung ferner einen zweiten Wegsensor, wobei innerhalb eines Gitterabstands des zweiten Wegsensors der erste Wegsensor mehrere Gitterabstände aufweist. Das Wegmessverfahren umfasst ferner die folgenden Schritte:
    • - Ausgeben des Ansteuersignals an den zweiten Wegsensor;
    • - Empfangen des vom zweiten Wegsensor kommenden Signals, Verarbeiten des Signals und Ausgeben eines zweiten ADSO-Signals;
    • - Empfangen des zweiten ADSO-Signals und des CLK512-Signals und Durchführen einer Zeitmessung oder eines Zählens gemäß dem zweiten ADSO-Signal und dem CLK512-Signal mittels der Taktfrequenz, wobei die dritten Daten durch Zeitmessung oder Zählen gemäß dem zweiten ADSO-Signal und dem CLK512-Signal erhalten werden;
    • - Bestimmen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, gemäß den dritten Daten; und
    • - Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors vorbeibewegt, und den ersten Daten.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Effekte auf:
    • Auf der Grundlage der Technologie des herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems zur groß angelegten Produktion und ohne, dass eine Änderung der Größe der Kupplungsstruktur des Wegsensors notwendig ist, werden durch das erfindungsgemäße Wegmesssystem und -verfahren eine Leistungsverbesserung zu geringeren Kosten, eine höhere Messauflösung (wie z. B. im Mikrometer- und Submikrometer-Bereich) und eine höhere Messgenauigkeit erzielt.
  • Darüber hinaus ist der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung breit. Zusätzlich zu kapazitiven Gittersensoren kann die vorliegende Erfindung auch in Kombination mit anderen Arten von kapazitiven Sensoren, Inductosynen und Gittersensoren verwendet werden.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben. Die vorstehende Beschreibung stellt nur beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht den Umfang der Schutzansprüche beschränken. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind die Zeichnungen nicht als maßstabsgetreu anzusehen.
  • Dabei zeigt:
    • 1 ein Blockdiagramm des herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems für kapazitive Gittersensoren;
    • 2 ein schematisches Diagramm der äquivalenten impulsbreitenmodulierten Rechteckwelle, die durch das CLK512-Signal und das ADSO-Signal gebildet ist und durch das ADSO-Signal moduliert wird, eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ein Strukturblockdiagramm des kapazitiven Gittersensors und des ASIC-Chips des Wegmesssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ein Blockdiagramm der MCU des Wegmesssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ein Arbeitsflussdiagramm der MCU gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 6 ein Blockdiagramm der MCU des Wegmesssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ein Flussdiagramm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem die CPU der MCU einen Datenverarbeitungsvorgang durchführt;
    • 8 ein Strukturblockdiagramm des kapazitiven Gittersensors und des ASIC-Chips des Wegmesssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 9 ein Blockdiagramm der MCU des Wegmesssystems gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 10 ein Strukturblockdiagramm des kapazitiven Gittersensors, der einen grob unterteilten kapazitiven Gittersensor und einen fein unterteilten kapazitiven Gittersensor umfasst, und des ASIC-Chips des Wegmesssystems gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 11 ein Blockdiagramm der MCU des Wegmesssystems gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Zum besseren Verständnis der Aufgaben, der technischen Lösungen und der Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend konkrete Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben. Die nachstehende Beschreibung stellt nur konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken.
  • Vor der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollte angemerkt werden, dass zum leichteren Verständnis alle folgenden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf kapazitive Gittersensoren beschrieben werden. Jedoch eignen sich auch Wegsensoren, wie z. B. andere kapazitive Sensoren, dafür.
  • Der Erfinder hat das Messprinzip des herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems für kapazitive Gittersensoren untersucht und festgestellt, dass die zum Ansteuern des kapazitiven Gittersensors dienenden Mehrkanal-Ansteuersignale durch kombinatorische Logik der im Chip befindlichen Taktteilerschaltung erzeugt werden, wobei eine strikte Phasenanpassungsbeziehung zwischen dem Ansteuersignal und dem Signal (in der Erfindung als ADSO-Signal bezeichnet), das vom kapazitiven Gittersensor ausgegeben und durch Demodulation, Verstärkung, Filterung und Vergleich erhalten wird, vorliegt. Wenn ein Phasenvergleich zwischen dem ADSO-Signal und einem der Rechteckwellensignale (vgl. 2; das Rechteckwellensignal hat die gleiche Periode wie die zum Ansteuern des kapazitiven Gittersensors dienenden Mehrkanal-Ansteuersignale und hat die gleiche Phase wie eines der Ansteuersignale) durchgeführt wird, kann eine wie in 2 gezeigte äquivalente impulsbreitenmodulierte Rechteckwelle, die durch das ADSO-Signal moduliert ist, gebildet werden. Gleichzeitig haben weitere Untersuchungen ergeben, dass die modulierte Impulsbreite der äquivalenten impulsbreitenmodulierten Rechteckwelle (A1, A2, A3, A4, wie in 2 gezeigt) nicht nur der Phasendifferenz zwischen dem ADSO-Signal und dem Rechteckwellensignal entspricht, sondern auch räumlich dem Positionswert des Gates des kapazitiven Gittersensors innerhalb eines Gitterabstands entspricht. Zusätzlich hat der Erfinder noch festgestellt, dass im Vergleich zum Stand der Technik (wie oben erwähnt, verhalten sich die Phasendifferenz, die nach der Phasenerkennung im Stand der Technik erhalten wird, und die Verschiebungsänderung des Gates des kapazitiven Gittersensors nicht vollständig linear proportional zueinander) basierend auf der oben erwähnten Korrespondenzbeziehung es möglich ist, ein hochauflösendes Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors innerhalb eines Gitterabstands durch direktes Messen der modulierten Impulsbreite der äquivalenten impulsbreitenmodulierten Rechteckwelle zu erhalten und einen Positionswert des Gates des kapazitiven Gittersensors innerhalb eines Gitterabstands, auch als absoluter Verschiebungswert bezeichnet, durch Umwandlung des Positionsäquivalents zu erhalten.
  • Zur Verbesserung der Messauflösung auf der Basis des vorhandenen kapazitiven Gittersensors wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Wegmesssystem für eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung einen kapazitiven Gittersensor umfasst.
  • Es wird auf die 3 und 4 Bezug genommen. Das Wegmesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen ASIC-Chip 30 (vgl. 3), in den eine Kristalloszillatorschaltung 21, eine Taktteilerschaltung 22, eine Mehrkanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23 (im Folgenden wird diese anhand einer 8-Kanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale veranschaulicht) und eine Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 integriert sind, und eine MCU 40 (vgl. 4), die einen Timer 41, eine Zähluhr 42, eine CPU 43, einen RAM 44, eine Anzeigeeinheit 45 und eine serielle Schnittstelle 46 umfasst. Hierbei umfasst der Timer ferner einen Puffer (in 4 nicht gezeigt). Hierbei wird das erzeugte ADSO-Signal durch die im Chip 30 befindliche Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 an den Timer 41 der MCU 40 gesendet; Zusätzlich zum Senden von Taktsignalen an die 8-Kanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23 sendet die Taktteilerschaltung 22 auch eines der Rechteckwellensignale (in der vorliegenden Erfindung als CLK512-Signal bezeichnet, dessen Periode dieselbe wie die Periode des 8-Kanal-Ansteuersignals out1 bis out8 ist, beispielsweise 512T, wobei 1T den Kehrwert der Chip-Betriebsfrequenz darstellt; wobei dessen Phase dieselbe wie die eines der Ansteuersignale ist) an den Timer 41 der MCU 40. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Betriebsprozess des Messsystems nachfolgend beschrieben:
    1. 1) Im ASIC-Chip 30 wird ein Taktsignal von der Kristalloszillatorschaltung 21 erzeugt und an die Taktteilerschaltung 22 gesendet; Die Taktteilerschaltung 22 führt eine Frequenzteilungsverarbeitung für das Taktsignal durch und sendet das erzeugte Taktsignal an die 8-Kanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23; Die Taktteilerschaltung 22 gibt ferner ein Rechteckwellensignal (CLK512-Signal), dessen Periode dieselbe wie die des 8-Kanal-Ansteuersignals und dessen Phase dieselbe wie die eines der Ansteuersignale ist, aus; Die 8-Kanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23 empfängt das von der Taktteilerschaltung kommende Signal und erzeugt und gibt ein 8-Kanal-Ansteuersignal zur Ansteuerung des kapazitiven Gittersensors 10 aus. Nachdem die 8-Kanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23 das 8-Kanal-Ansteuersignal ausgegeben hat, führt der kapazitive Gittersensor 10 die folgende Verarbeitung durch: Die acht Emitter des kapazitiven Gittersensors 10 empfangen jeweils das vom ASIC-Chip 30 kommende 8-Kanal-Ansteuersignal, wobei ein periodisches Signal (nämlich das CSI-Signal) mit unterschiedlichen Spannungsamplituden durch die Gatekapazität des kapazitiven Gittersensors 10 moduliert und ausgegeben wird, anschließend wird das CSI-Signal durch den kapazitiven Gittersensor 10 in den ASIC-Chip 30 eingegeben.
    2. 2) Im ASIC-Chip 30 empfängt die Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 das vom kapazitiven Gittersensor 10 kommende CSI-Signal, wandelt das CSI-Signal, das sich auf die Verschiebung des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 bezieht, durch Demodulation, Verstärkung, Filterung und Vergleich in ein ADSO-Signal um, und gibt das ADSO-Signal aus. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass, wenn das ADSO-Signal um einen elektrischen Phasenwinkel von 360° phasenverschoben ist, es räumlich einem Gitterabstand des kapazitiven Gittersensors entspricht.
    3. 3) In der MCU 40 empfängt der Timer 41 der MCU 40 das von der Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 kommende ADSO-Signal und das von der Taktteilerschaltung 22 kommende CLK512-Signal. In diesem Ausführungsbeispiel verwendet der Timer 41 der MCU 40 die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz als Zählfrequenz (d. h. Zählen der Anzahl der Impulse der Zähluhr 42) und zählt gemäß dem ADSO-Signal und dem CLK512-Signal. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (siehe 5) ist nachfolgend der Betriebsprozess der MCU beschrieben:
      • 31) Der Timer 41 der MCU 40 empfängt das ADSO-Signal und das CLK512-Signal; Wenn der Timer 41 die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, wird der Zählwert auf Null zurückgesetzt; Wenn der Timer 41 die steigende Flanke des AD-SO-Signals erfasst, schreibt er den aktuellen Zählerstand in den Puffer, erzeugt gleichzeitig ein Interrupt-Flag-Signal und sendet dieses Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43.
  • Aus 2 ist ersichtlich, dass die vom Timer 41 in den Puffer geschriebene Zählung einer modulierten Impulsbreite (A1, A2 usw.; wie in 2 gezeigt) der äquivalenten impulsbreitenmodulierten Rechteckwelle entspricht. Diese Zählung stellt ein Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands dar. Da der Timer 41 mittels der von der Zähluhr 42 bereitgestellten Taktfrequenz zählt, kann ferner das Positionsäquivalent mit unterschiedlichen Auflösungen erhalten werden, indem unterschiedliche Taktfrequenzen bei der Zähluhr 42 eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Taktfrequenz der MCU 40 6 MHz beträgt und die Betriebsfrequenz des ASIC-Chips 30 153,6 kHz beträgt, beträgt die Dauer der 512T-Signalperiode, die einem Gitterabstand des kapazitiven Gittersensors 10 entspricht: 512 × 1 / 153,6 × 10 - 3 Sekunden = 10 / 3 × 10 - 3 Sekunden. Hierbei beträgt der maximale Zählwert des Timers 41 der MCU 40 in dieser Dauer (10 / 3 × 10 - 3) / (1 / 6 × 10 - 6) = 20.000. Daher wird das fein unterteilte Positionsäquivalent im Vergleich zum Original (nämlich 512) um etwa das 20.000 / 512 = 40-fache erhöht. Unter der Annahme, dass ein Gitterabstand des kapazitiven Gittersensors 5,08 mm beträgt, wird das erhaltene Positionsäquivalent in 5,08 / 20.000 = 0,000254 mm fein unterteilt. Da die Taktfrequenz der MCU 40 je nach Bedarf eingestellt werden kann, kann das Positionsäquivalent in das Mehrfache bis Hundertfache des Originals fein unterteilt werden, um das Ziel einer hohen Auflösung zu erreichen.
    32) Die CPU 43 führt nach dem Empfang des Interrupt-Flag-Signals die folgenden Vorgänge aus:
    • 321) Lesen der Daten im Puffer, nämlich das Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands;
    • 322) Umwandeln dieser Daten in einen tatsächlichen Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands (auch als absoluter Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands bezeichnet);
    • 323) Ausgeben des absoluten Verschiebungswerts des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands an die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46 und Ausgeben durch die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46.
  • Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel des Wegmesssystems kann in dem Fall verwendet werden, in dem der Bewegungsbereich des Gates des kapazitiven Gittersensors innerhalb eines Gitterabstands liegt.
  • Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des Wegmesssystems wird, wenn der Timer 41 die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst, ein Interrupt-Flag-Signal erzeugt und dieses Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 gesendet. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass der Timer 41 ebenfalls ein Interrupt-Flag-Signal erzeugt und dieses an die CPU 43 sendet, wenn er die fallende Flanke des ADSO-Signals erfasst oder wenn er die steigende oder fallende Flanke des CLK512-Signals erfasst. In einem anderen Ausführungsbeispiel liest die CPU 43 die Daten im Puffer nach dem Empfang des durch die fallende Flanke des ADSO-Signals, die steigende Flanke des CLK512-Signals oder die fallende Flanke des CLK512-Signals ausgelösten Interrupt-Flag-Signals und wandelt sie in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands um.
  • Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des Wegmesssystems steuert der Timer 41 die Zählung gemäß dem CLK512-Signal und der steigenden Flanke des AD-SO-Signals. D. h. wenn der Timer 41 die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, wird der Zählwert auf Null zurückgesetzt; Wenn der Timer 41 die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst, wird der aktuelle Zählerstand des Timers 41 in den Puffer geschrieben. Aus 2 ist jedoch ersichtlich, dass in einem anderen Ausführungsbeispiel der Timer 41 auch die Zählung gemäß der fallenden Flanke des CLK512-Signals und des ADSO-Signals steuern kann. D. h. wenn die fallende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, wird der Zählwert auf Null zurückgesetzt; Wenn der Timer 41 die fallende Flanke des ADSO-Signals erfasst, wird der aktuelle Zählerstand des Timers 41 in den Puffer geschrieben. Auf diese Weise kann ebenfalls ein Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands erhalten werden. In diesem Fall kann die CPU 43 die Daten im Puffer gemäß dem durch die steigende/fallende Flanke des ADSO-Signals oder die steigende/fallende Flanke des CLK512-Signals ausgelösten Interrupt-Flag-Signal lesen und sie in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands umwandeln.
  • Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des Wegmesssystems zählt der Timer 41 der MCU 40 kontinuierlich mittels der von der Zähluhr 42 bereitgestellten Taktfrequenz. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Timer wie folgt verwendet werden: Der Timer beginnt mit dem Zählen von Null mittels der von der Zähluhr 42 bereitgestellten Taktfrequenz, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist. Wenn die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist, wird die Zählung beendet und wird der aktuelle Zählerstand in den Puffer geschrieben (es versteht sich, dass die Zählung auch gemäß der fallenden Flanke des CLK512-Signals und des AD-SO-Signals gesteuert werden kann). Die CPU 43 kann die Daten im Puffer gemäß dem durch die steigende/fallende Flanke des ADSO-Signals oder die steigende/fallende Flanke des CLK512-Signals ausgelösten Interrupt-Flag-Signal lesen und sie in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands umwandeln. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Timer wie folgt verwendet werden: Der Timer beginnt mit der Zeitmessung von Null, wenn er die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst. Wenn er die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst, wird die aktuelle Zeit in den Puffer geschrieben (oder er beginnt mit der Zeitmessung von Null, wenn er die fallende Flanke des CLK512-Signals erfasst, und er schreibt die aktuelle Zeit in den Puffer, wenn die fallende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist). Nachdem die CPU 43 das Interrupt-Flag-Signal empfangen und die Daten im Puffer gelesen hat, wird ein Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands gemäß den Daten und der Taktfrequenz (zum Beispiel wird die aktuelle Zeit des Puffers mit der Taktfrequenz multipliziert) erhalten. Das Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands wird in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands umgewandelt. In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Timer wie folgt verwendet werden: Wenn der Timer die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, schreibt er den aktuellen Zählerstand in den Puffer, erzeugt gleichzeitig ein Interrupt-Flag-Signal und sendet dieses Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43. Die CPU 43 liest die Daten im Puffer, nachdem sie das durch die steigende Flanke des CLK512-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat. Wenn die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist, wird der aktuelle Zählerstand in den Puffer geschrieben und ebenfalls gleichzeitig ein Interrupt-Flag-Signal erzeugt und an die CPU 43 gesendet. Nachdem die CPU 43 das durch die steigende Flanke des AD-SO-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat, liest sie die Daten im Puffer und subtrahiert die beiden Daten, damit sie ebenfalls ein Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands erhalten kann.
  • Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des Wegmesssystems umfasst der Timer 41 einen Puffer zum vorübergehenden Speichern der Zählung. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann für den Timer 41 kein Puffer verwendet sein: Wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, wird der Zählwert auf Null zurückgesetzt. Wenn die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist, sendet der Timer 41 den aktuellen Zählerstand direkt an die CPU 43, wobei die CPU 43 diese Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands umwandelt.
  • Obwohl oben nicht im Detail beschrieben, wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass der RAM 44 der MCU 40 zum Speichern der Daten, die im Berechnungsprozess der CPU 43 verwendet werden, verwendet werden kann. Beispielsweise speichert die CPU 43 nach dem Empfangen des Interrupt-Flag-Signals die Daten im Puffer im RAM 44; Oder sie speichert die direkt vom Timer 41 gesendeten Daten im RAM 44 und anschließend verarbeitet sie die im RAM 44 gespeicherten Daten (beispielsweise werden die Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands umgewandelt). Im Fall eines ARM-Mikrocontrollers kann der DMA-Kanal die Daten im Puffer direkt im RAM 44 speichern und kann die CPU 43 gemäß dem empfangenen Interrupt-Flag-Signal die zuletzt gespeicherten Daten aus dem RAM 44 zum Umwandlung extrahieren.
  • In dem Fall, in dem die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz hoch ist (d. h. die Auflösung des Positionsäquivalents des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands ist relativ hoch), sind die durch Zeitmessung oder Zählen erhaltenen Daten des Positionsäquivalents möglicherweise nicht stabil und schwanken etwas. Um den Einfluss solcher Schwankungen zu verringern, kann die CPU 43 in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine digitale Filterverarbeitung am Positionsäquivalent durchführen, bevor der Umwandlungsvorgang durchgeführt wird (zum Durchführen einer digitalen Filterung werden acht Datensätze gemittelt, beispielsweise werden acht kürzlich gespeicherte Positionsäquivalente des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands aus dem RAM 44 extrahiert und dann gemittelt), sodass im Fall einer hohen Auflösung stabilere Daten erhalten werden können. Anschließend werden die Daten nach der digitalen Filterverarbeitung umgewandelt, um einen absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel führt die CPU 43 nach Erhalten des absoluten Verschiebungswerts des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands ferner eine Abweichungskorrektur des absoluten Verschiebungswerts durch. Beispielsweise kann die Abweichungskorrektur in einer segmentierten Weise oder Punkt-für-Punkt-Weise mittels der Positionskalibrierung eines Standardmessgeräts vorgenommen werden, um die Auswirkungen nichtlinearer Fehler und Fehler bei der Herstellung beweglicher Gitter zu eliminieren und somit eine hochpräzise Messung innerhalb eines Gitterabstands zu gewährleisten. Wenn beispielsweise das Auflösungsäquivalent innerhalb eines Gitterabstands (nämlich der maximale Zählwert des Timers innerhalb eines Gitterabstands) 20.000 beträgt, wird für einen Gitterabstand von 5,08 mm eine Auflösung von 0,000254 mm erreicht, was 254 nm entspricht. Nachdem die Interpolationskorrektur des linearen Koeffizienten auf eine gleichmäßig in acht Segmente unterteilte Weise (0,635 mm) durchgeführt wurde, wird die Unsicherheit mit dem 4-fachen angenommen, wobei die Genauigkeit im Bereich von 1 um liegt, was dem 10-fachen des Originals entspricht. Diese Abweichungskorrektur eignet sich für eine große Anzahl von Mikrometern.
  • Die verschiedenen Ausführungsbeispiele des oben beschriebenen Wegmesssystems eignen sich zum Messen eines absoluten Verschiebungswerts des Gates des kapazitiven Gittersensors innerhalb eines Gitterabstands. Im Folgenden wird beschrieben, wie ein gesamter absoluter Verschiebungswert gemessen wird, bei dem sich das Gate mehr als einen Gitterabstand vorbeibewegt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Wegmesssystem für eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung einen kapazitiven Gittersensor umfasst. In diesem System wird eine Kombination aus einer periodischen Positionsmessung und einer inkrementalen Wegmessung zur kontinuierlichen Überwachung der Positionsänderung des Gitterabstands verwendet. Dieses System eignet sich zum Messen der Bewegung des Gates des kapazitiven Gittersensors um mehr als einen Gitterabstand (d. h. eine Messung über große Entfernungen). Das Wegmesssystem umfasst einen ASIC-Chip 30 (vgl. 3) und eine MCU 60 (vgl. 6).
  • Der kapazitive Gittersensor 10 und der ASIC-Chip 30 (vgl. 3) und ihre Betriebsprozesse wurden oben beschrieben, weshalb sie hier nicht wiederholt werden. Das Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6 ausführlich beschrieben. Wie in 6 gezeigt, umfasst die MCU 60 zwei Timer 41, 61 (nämlich Timer 1 und Timer 2), eine Zähluhr 42, eine CPU 43, einen RAM 44, eine Anzeigeeinheit 45 und eine serielle Schnittstelle 46, wobei jeder Timer 41, 61 ferner jeweils einen Puffer umfasst. Kurz gesagt, empfängt der Timer 41 das von der im ASIC-Chip 30 befindlichen Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 kommende AD-SO-Signal und das von der im ASIC-Chip 30 befindlichen Taktteilerschaltung 22 kommende CLK512-Signal, wobei der Timer 41 die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz als Zählfrequenz verwendet und gemäß dem ADSO-Signal und dem CLK512-Signal zählt, um ein Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten (dies ist das gleiche wie das oben unter Bezugnahme auf 4 beschriebene Zählverfahren). Der Timer 61 empfängt ebenfalls das ADSO-Signal und das CLK512-Signal. Der Timer 61 führt einen Vorgang zum Addieren von 1 oder Subtrahieren von 1 gemäß diesen beiden Signalen aus, um die Anzahl der Gitterabstände des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 zu erhalten. Auf dieser Basis kann die CPU 43 ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent gemäß dem Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands und der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors vorbeibewegt, berechnen und dann einen gesamten absoluten Verschiebungswert erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend der Betriebsprozess der MCU 60 beschrieben:
    1. 1) Der in der MCU 60 befindliche Timer 41 verwendet die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz (beispielsweise 6 MHz) als Zählfrequenz und empfängt gleichzeitig das ADSO-Signal und das CLK512-Signal. Wenn der Timer 41 die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, wird der Zählwert auf Null zurückgesetzt; Wenn der Timer 41 die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst, schreibt er den aktuellen Zählerstand in seinen Puffer, wobei der Timer 41 ein Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 sendet. Gleichzeitig empfängt der in der MCU 60 befindliche andere Timer 61 ebenfalls das ADSO-Signal und das CLK512-Signal. Der Timer 61 führt, je nachdem, ob zwischen zwei benachbarten steigenden Flanken des CLK512-Signals eine steigende Flanke des ADSO-Signals und mehrere steigende Flanken des ADSO-Signals auftreten, einen Auf- und Abwärtszählvorgang durch (wenn es keine steigende Flanke des ADSO-Signals gibt oder eine steigende Flanke des ADSO-Signals zweimal zwischen den beiden benachbarten steigenden Flanken des CLK512-Signals auftritt, bedeutet dies, dass sich das Gate des kapazitiven Gittersensors mehr als einen Gitterabstand vorbeibewegt). Insbesondere führt der Timer 61 einen Vorgang zum Addieren von 1 durch, wenn er die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst; Wenn die steigende Flanke des AD-SO-Signals erfasst ist, führt er einen Vorgang zum Subtrahieren von 1 durch und schreibt den aktuellen Zählerstand in seinen Puffer. Diese Zählung stellt die aktuelle Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors 10 vorbeibewegt, dar (der Anfangswert des Timers 61 ist 0).
    2. 2) Nach dem Empfang des Interrupt-Flag-Signals (nämlich das durch die steigende Flanke des ADSO-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal) führt die CPU 43 die folgenden Vorgänge aus:
      • 210) Lesen der Daten im Puffer des Timers 41, nämlich das Positionsäquivalent An des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands; Gleichzeitiges Lesen der Daten im Puffer des Timers 61, nämlich die Anzahl der Gitterabstände Nn, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors 10 vorbeibewegt;
      • 220) Durchführen der folgenden Berechnung, um ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent Ln für mehr als einen Gitterabstand zu erhalten: L n = A n + N n × M
        Figure DE112019001334T5_0001
        Hierbei stellt M das Auflösungsäquivalent jedes Gitterabstands dar (wie oben erwähnt, ist M = 20.000, wenn die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz 6 MHz beträgt).
      • 230) Umwandeln des absoluten Gesamtverschiebungsäquivalents Ln des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 in einen tatsächlichen gesamten Verschiebungswert (oder einen gesamten absoluten Verschiebungswert).
      • 240) Ausgeben des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 an die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46 und Ausgeben durch die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46. Auf diese Weise wird eine hochauflösende, hochpräzise Wegmessung mit großer Reichweite erzielt.
  • Aus der obigen Lösung ist ersichtlich, dass sowohl der Timer 41 als auch der Timer 61 den aktuellen Zählerstand bei der steigenden Flanke des ADSO-Signals in ihre jeweiligen Puffer schreiben, anschließend liest die CPU 43 die Daten aus den beiden Puffern zur nachfolgenden Verarbeitung, nachdem sie das durch die steigende Flanke des ADSO-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat, um sicherzustellen, dass die durch den Puffer des Timers 41 und durch den Puffer des Timers 61 gelesenen Daten synchron sind. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass, obwohl oben nicht erwähnt, der Timer 61, wenn er die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst, zusätzlich zur Durchführung des Vorgangs zum Subtrahieren von 1 und zum Schreiben des aktuellen Zählerstands in den Puffer auch ein Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 senden kann. Daher kann die CPU 43 die Daten der beiden Puffer lesen und eine nachfolgende Verarbeitung durchführen, nachdem sie das vom Timer 41 oder Timer 61 kommende, durch die steigende Flanke des ADSO-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der obige Prozess unter Verwendung der fallenden Flanke des Signals durchgeführt. Wenn der Timer 41 die fallende Flanke des CLK512-Signals erfasst, wird der Zählwert auf Null zurückgesetzt; Wenn der Timer 41 die fallende Flanke des ADSO-Signals erfasst, schreibt er den aktuellen Zählerstand des Timers in seinen Puffer. Gleichzeitig führt er, wenn der Timer 61 die fallende Flanke des CLK512-Signals erfasst, einen Vorgang zum Addieren von 1 durch; Wenn die fallende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist, führt er einen Vorgang zum Subtrahieren von 1 durch und schreibt den aktuellen Zählerstand in seinen Puffer. Wenn die fallende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist, senden der Timer 41 oder der Timer 61 oder beide das Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43. Die CPU 43 liest die Daten der beiden Puffer zur nachfolgenden Verarbeitung, nachdem sie das durch die fallende Flanke des ADSO-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat. Dies stellt ebenfalls sicher, dass die aus dem Puffer des Timers 41 gelesenen Daten und die aus dem Puffer des Timers 61 gelesenen Daten synchron sind.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch kein Puffer für den Timer 41 und Timer 61 verwendet werden. Wenn die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist, wird der aktuelle Zählerstand direkt an die CPU 43 gesendet und durch die CPU 43 verarbeitet. In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel speichert die CPU 43 die im Puffer befindlichen Daten der Timer 41 und 61 im RAM 44 oder speichert die direkt von den Timern 41 und 61 gesendeten Daten im RAM 44, nachdem sie das Interrupt-Flag-Signal empfangen hat. Anschließend werden die im RAM 44 gespeicherten Daten verarbeitet, um einen gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 zu berechnen. Zusätzlich kann im Fall eines ARM-Mikrocontrollers der DMA-Kanal die im Puffer befindlichen Daten der Timer 41 und 61 direkt im RAM 44 speichern. Die CPU 43 kann gemäß dem empfangenen Interrupt-Flag-Signal die zuletzt gespeicherten Daten aus dem RAM 44 (nämlich das Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 des Timers 41 innerhalb eines Gitterabstands und die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors des Timers 61 vorbeibewegt) lesen, um sie zu verarbeiten.
  • Es wird auf 7 Bezug genommen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vor Schritt 230, d. h. vor der Umwandlung, die CPU 43 ferner eine digitale Filterverarbeitung am absoluten Gesamtverschiebungsäquivalent Ln des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 durchführen, um stabile Daten zu erhalten (siehe Schritt 221). Nach Schritt 230, d. h. nach der Umwandlung, kann die CPU 43 ferner eine Abweichungskorrektur innerhalb eines Gitterabstands am gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 durchführen (siehe Schritt 231), anschließend führt sie eine Abweichungskorrektur zwischen den Gitterabständen durch (siehe Schritt 232). Hierbei kann für die Abweichungskorrektur zwischen den Gitterabständen eine Methode für die Kalibrierungskorrektur, bei der die Länge des Gitterabstands als Kalibrierungsäquivalent verwendet wird, verwendet werden, wobei eine Gitterabstandsfehlerkorrektur am periodischen Signal an derselben Position des Gitterabstands erfolgt, um eventuell bei der Herstellung entstandene Fehler beim Gate des kapazitiven Gittersensors zu korrigieren.
  • Im oben erwähnten Ausführungsbeispiel des Wegmesssystems (das zum Messen des gesamten absoluten Verschiebungswerts dient, wenn sich das Gate um mehr als ein Gitterabstand bewegt) wird der Timer 61 verwendet, um die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors vorbeibewegt, zu zählen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass auch andere Zählverfahren verwendbar sind. Beispielsweise können in einem anderen Ausführungsbeispiel zwei Zähler verwendet werden, um das CLK512-Signal bzw. das ADSO-Signal zu erfassen. Einer der Zähler führt einen Zählvorgang zum Addieren von 1 durch und schreibt dann in den entsprechenden Puffer, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist. Der andere Zähler führt einen Zählvorgang zum Addieren von 1 durch und schreibt dann in den entsprechenden Puffer, wenn die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst ist. Darüber hinaus veranlasst die steigende Flanke des ADSO-Signals, dass die CPU 43 die Zählwerte der beiden Puffer liest und vergleicht. Wenn die Anzahl der steigenden Flanken des CLK512-Signals 1 größer als die Anzahl der steigenden Flanken des ADSO-Signals ist, bedeutet dies, dass zwischen den beiden benachbarten steigenden Flanken des CLK512-Signals keine steigende Flanke des ADSO-Signals liegt (die CPU 43 kann einen Vorgang zum Addieren von 1 an der Anzahl der Gitterabstände durchführen). Wenn die Anzahl der steigenden Flanken des CLK512-Signals 1 kleiner als die Anzahl der steigenden Flanken des AD-SO-Signals ist, bedeutet dies, dass zwischen den beiden benachbarten steigenden Flanken des CLK512-Signals zwei steigende Flanken des ADSO-Signals liegen (die CPU 43 kann einen Vorgang zum Subtrahieren von 1 an der Anzahl der Gitterabstände durchführen, wobei der Anfangswert der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate vorbeibewegt, 0 ist).
  • Um eine Messung mit großer Reichweite, hoher Auflösung und hoher Präzision gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ferner ein Wegmesssystem für eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, bei dem die Sensorvorrichtung einen kapazitiven Gittersensor umfasst. In diesem System werden die Funktionen des herkömmlichen ASIC-Chips genutzt, um gemäß der Ausgabe des herkömmlichen ASIC-Chips und der Zeitmessung (Zählen) des Timers der MCU einen tatsächlichen Gesamtverschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors zu messen. Dieses System eignet sich besonders für die tatsächliche Wegmessung des kapazitiven Gittersensors nach dem Stillstand.
  • Wie in 8 gezeigt, ist der ASIC-Chip 80 dem in 1 gezeigten herkömmlichen ASIC-Chip 20 ähnlich (zusätzlich zu der Kristalloszillatorschaltung 21 sind ferner eine Phasenerkennungs- und Zählschaltung 25, eine Schaltung zur Verarbeitung von Verschiebungsdaten 26 und ein serieller Ausgangsanschluss 27 in den ASIC-Chip integriert). Der Unterschied besteht darin, dass die in 8 gezeigte Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 24 nicht nur das ADSO-Signal zur Phasenerkennung und Zählung an die im ASIC-Chip 80 befindliche Phasenerkennungs- und Zählschaltung 25 überträgt, sondern auch das ADSO-Signal an die in 9 gezeigten MCU 90 überträgt, wobei die Taktteilerschaltung 22 ein CLK512-Signal, dessen Periode dieselbe wie die des 8-Kanal-Ansteuersignals und dessen Phase dieselbe wie irgendeiner der Ansteuersignale ist, ausgibt. Zusätzlich empfängt die in 9 gezeigte MCU 90 ferner die Ausgabe des seriellen Ausgangsanschlusses 27 des ASIC-Chips 80, einschließlich des DATA-Signals und des CLK-Signals, wobei das DATA-Signal ein Datensignal ist und die Informationen des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 (kurz: Verschiebungsinformationen), die gemäß einem herkömmlichen Verfahren (d. h. am ADSO-Signal werden Phasenerkennung, Zählung und Datenverarbeitung durchgeführt) erzeugt werden, enthält. Das CLK-Signal ist ein synchrones Taktsignal. Das herkömmliche Datenerfassungsverfahren ist nachfolgend beschrieben: Das DATA-Signal wird an der fallenden Flanke des schmalen Impulses des CLK-Signals abgetastet.
  • Zusätzlich zu den in 4 gezeigten Bauteilen weist die in 9 gezeigte MCU 90 ferner einen E/A-Port 91 auf, der zum Empfangen des DATA-Signals und des CLK-Signals des seriellen Ausgangsanschlusses 27 des ASIC-Chips 80 dient. Insbesondere umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel der Betriebsprozess der in 9 gezeigten MCU 90 Folgendes:
    1. 1) Die MCU 90 empfängt das CLK-Signal und das DATA-Signal des seriellen Ausgangsanschlusses 27 über seinen E/A-Port 91. Gleichzeitig empfängt der Timer 41 der MCU 90 das ADSO-Signal und das CLK512-Signal, was dem oben beschriebenen Verfahren zum Berechnen eines Positionsäquivalents des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands entspricht. Der Timer 41 verwendet die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz (beispielsweise 6 MHz) als Zählfrequenz und zählt gemäß dem ADSO-Signal und dem CLK512-Signal. Wenn er die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, wird die Zählung neu gestartet. Wenn er die steigende Flanke des ADSO-Signals erfasst, wird der aktuelle Zählerstand (nämlich das Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands) in den Puffer geschrieben (das Betriebsprinzip des in 9 gezeigten Timers 41 ist das gleiche wie das des in 4 und 6 gezeigten Timers 41).
    2. 2) Gemäß dem DATA-Signal und dem CLK-Signal, die vom E/A-Port 91 empfangen werden, erhält die CPU 43 die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors 10 vorbeibewegt; Gemäß dem vom Timer 41 gesendeten Interrupt-Flag-Signal werden die Daten im Puffer des Timers 41 gelesen und das Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands erhalten. Anschließend erhält die CPU 43 einen gesamten absoluten Verschiebungswert gemäß der Anzahl der Gitterabstände und dem Positionsäquivalent innerhalb eines Gitterabstands. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Betriebsprozess insbesondere die folgenden Schritte:
      • 21) Lesen der hohen und niedrigen Pegel des DATA-Signals gemäß dem durch die steigende oder fallende Flanke des CLK-Signals erzeugten Interrupt-Signal, um die im DATA-Signal enthaltenen Verschiebungsinformationen (bei der durch 0 und 1 dargestellten mehrstelligen Binärzahl befindet sich die niedrige Zahl vorne und stellt ab der 12. Stelle die Anzahl der Gitterabstände dar, an denen die sich das Gate vorbeibewegt) zu erhalten, wobei die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des kapazitiven Gittersensors 10 vorbeibewegt, von den Verschiebungsinformationen getrennt und erhalten wird; und Lesen der Daten aus dem Puffer des Timers 41 gemäß dem vom Timer 41 gesendeten Interrupt-Flag-Signal, um ein Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten.
      • 22) Erhalten eines absoluten Gesamtverschiebungsäquivalents des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 gemäß Formel (1). D. h. die aus dem DATA-Signal erhaltene Anzahl der Gitterabstände wird mit dem Auflösungsäquivalent (z. B. 20.000) jedes Gitterabstands multipliziert, anschließend wird sie zu dem durch die Zählung des Timers 41 erhaltenen Positionsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 innerhalb eines Gitterabstands addiert, um ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 zu erhalten.
      • 23) Umwandeln des absoluten Gesamtverschiebungsäquivalents des Gates des kapazitiven Gittersensors in einen gesamten absoluten Verschiebungswert.
      • 24) Ausgeben des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 an die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46 und Ausgeben durch die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46. Auf diese Weise wird eine hochauflösende, hochpräzise Wegmessung mit großer Reichweite erzielt.
  • Ähnlich wie bei einigen oben beschriebenen Lösungen kann im Timer 41 auch kein Puffer verwendet sein. Ferner kann ähnlich wie bei einigen oben beschriebenen Lösungen der RAM 44 zum Speichern der Daten im Puffer und der von der CPU 43 während der Verarbeitung erzeugten Daten dienen.
  • Ähnlich wie bei einigen oben beschriebenen Lösungen kann die CPU 43 vor der Umwandlung (d. h. das absolute Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 wird in einen gesamten absoluten Verschiebungswert umgewandelt) eine digitale Filterverarbeitung am absoluten Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 durchführen. Nach der Umwandlung führt die CPU eine Abweichungskorrektur innerhalb eines Gitterabstands am gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des kapazitiven Gittersensors 10 und eine Abweichungskorrektur zwischen den Gitterabständen durch.
  • Um eine Messung mit großer Reichweite, hoher Auflösung und hoher Präzision gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erzielen, wird ferner ein Wegmesssystem für eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung zwei kapazitive Gittersensoren umfasst. Die Beschreibung erfolgt nachstehend unter Bezugnahme auf die 10 und 11.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwei kapazitive Gittersensoren, nämlich ein grob unterteilter kapazitiver Gittersensor 11 und ein fein unterteilter kapazitiver Gittersensor 12, verwendet (eine Beschreibung der Kombination des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors und des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors zur Messung der absoluten Position eines großen Winkelbereichs findet sich in der chinesischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer CN200710050658.3 ). Hierbei weist der grob unterteilte Sensor einen Gitterabstand auf einem Kreisumfang (d. h. ein Gitterabstand entspricht 360° des gesamten Umfangsbereichs) und der fein unterteilte Sensor mehrere Gitterabstände (zum Beispiel 20) auf einem Kreisumfang auf.
  • 10 zeigt einen ASIC-Chip 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in den eine Kristalloszillatorschaltung 21, eine Taktteilerschaltung 22, eine 8-Kanal-Ansteuerschaltung zur Erzeugung analoger Schaltsignale 23 (es ist anzumerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel ein 8-Kanal-Ansteuersignal zum Ansteuern des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 und des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 dient) und zwei Signalverarbeitungsschaltungen für kapazitive Gitter 101, 102 integriert sind; wobei die beiden Signalverarbeitungsschaltungen für kapazitive Gitter 101, 102 jeweils das Ausgangssignal CSI1 des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 und das Ausgangssignal CSI2 des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 empfangen und jeweils ein ADSO1-Signal und ein AD-SO2-Signal an die in 11 gezeigte MCU 110 ausgeben. Ferner gibt die Taktteilerschaltung 22 ein CLK512-Signal, dessen Periode dieselbe wie die des 8-Kanal-Ansteuersignals und dessen Phase dieselbe wie irgendeiner der Ansteuersignale ist, aus.
  • Die in 11 gezeigte MCU 110 umfasst zwei identische Timer 111 und 112 (nämlich Timer 1 und Timer 2), wobei der Timer 111 das von der Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 101 kommende ADSO1-Signal und das von der Taktteilerschaltung 22 kommende CLK512-Signal empfängt und der Timer 112 das von der Signalverarbeitungsschaltung für kapazitive Gitter 102 kommende ADS02-Signal und das von der Taktteilerschaltung 22 kommende CLK512-Signal empfängt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Betriebsprozess der MCU 110 nachfolgend beschrieben:
    1. 1) Wie beim oben beschriebenen Verfahren zum Erhalten des Positionsäquivalents des Gates des kapazitiven Gittersensors innerhalb eines Gitterabstands verwendet der Timer 111 die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz (beispielsweise 6 MHz) als Zählfrequenz und zählt gemäß dem ADSO1-Signal und dem CLK512-Signal, um ein Positionsäquivalent des Gates des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten; Der Timer 112 verwendet ebenfalls die von der Zähluhr 42 bereitgestellte Taktfrequenz als Zählfrequenz und zählt gemäß dem ADS02-Signal und dem CLK512-Signal, um ein Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Timer 111 einen Puffer. Wenn der Timer 111 die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, beginnt er mit dem Zählen von Null; Wenn er die steigende Flanke des AD-SO1-Signals erfasst, wird der aktuelle Zählerstand in den Puffer geschrieben. Dieser Zählwert stellt das Positionsäquivalent des Gates des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 innerhalb eines Gitterabstands dar. Der Timer 12 umfasst ebenfalls einen Puffer. Wenn der Timer 112 die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst, beginnt er mit dem Zählen von Null; Wenn er die steigende Flanke des ADSO2-Signals erfasst, wird der aktuelle Zählerstand in den Puffer geschrieben. Dieser Zählwert stellt das Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb eines Gitterabstands dar. Wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, kann der Timer 111 oder der Timer 112 ein Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 senden, wodurch die CPU 43 die Daten im Puffer des Timers 111 und die im Puffer des Timers 112 synchron lesen kann.
    2. 2) Nachdem die CPU 43 das vom Timer 111 oder Timer 112 kommende und durch die steigende Flanke des CLK 512-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat, führt sie die folgenden Vorgänge aus:
      • 21) Die CPU liest die Daten im Puffer des Timers 111 und die Daten im Puffer des Timers 112, wobei die beiden Daten jeweils das Positionsäquivalent des Gates des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 innerhalb eines Gitterabstands und das Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb eines Gitterabstands darstellen.
      • 22) Gemäß dem Positionsäquivalent des Gates des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 innerhalb eines Gitterabstands wird die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 vorbeibewegt, bestimmt. Wenn beispielsweise das Auflösungsäquivalent jedes Gitterabstands 20.000 beträgt, entspricht dieses für die entsprechenden Messdaten des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 auf einem Kreisumfang 20.000/20 = 1000, d. h. 0 bis 999 entsprechen der Position des 0. Gitterabstands des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 (die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate vorbeibewegt, beträgt 0) und 1000 bis 1999 entsprechen der ersten Position des Gitterabstands des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 und so weiter. Auf diese Weise kann die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors vorbeibewegt, gemäß dem Positionsäquivalent des Gates des grob unterteilten kapazitiven Gittersensors 11 innerhalb eines Gitterabstands bestimmt werden.
      • 23) Es wird auf Formel (1) Bezug genommen. Die Anzahl der Gitterabstände wird mit dem Auflösungsäquivalent jedes Gitterabstands (wie z. B. 20.000) multipliziert und dann zu dem Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb eines Gitterabstands addiert, um ein gesamtes absolutes Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb des Umfangsbereichs zu erhalten.
      • 24) Das gesamte absolute Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb des Umfangsbereichs wird umgewandelt (d. h. es wird mit einem äquivalenten Koeffizienten von 18/20.000 multipliziert), um einen gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 (nämlich einen Winkelwert der tatsächlichen Position) zu erhalten.
      • 25) Der gesamte absolute Verschiebungswert wird an die Anzeigeeinheit 45 und die serielle Schnittstelle 46 ausgegeben und wird dann von der Anzeigeeinheit 45 und der seriellen Schnittstelle 46 ausgegeben.
  • Der Timer 111 und der Timer 112 weisen ihre eigenen Puffer auf, aber in einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch für den Timer 111 und den Timer 112 kein Puffer verwendet sein. In einem Ausführungsbeispiel, in dem der Timer 111 und der Timer 112 keine Puffer aufweisen, kann, wenn der Timer 111 die steigende Flanke des ADSO1-Signals erfasst, der aktuelle Zählerstand direkt an die CPU 43 gesendet und durch die CPU 43 im RAM 44 gespeichert werden. Wenn der Timer 112 die steigende Flanke des ADSO2-Signals erfasst, kann der aktuelle Zählerstand direkt an die CPU 43 gesendet und durch die CPU 43 im RAM 44 gespeichert werden. Wenn die CPU 43 das vom Timer 111 oder Timer 112 kommende und durch die steigende Flanke des CLK512-Signals ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfängt, entnimmt sie die beiden Zählwerte aus dem RAM und führt eine nachfolgende Verarbeitung durch. Zusätzlich kann in einem Ausführungsbeispiel, in dem ein ARM-Mikrocontroller verwendet wird, der DMA-Kanal die im Puffer befindlichen Daten der Timer 111 und 112 direkt im RAM 44 speichern. Die CPU 43 kann gemäß dem empfangenen Interrupt-Flag-Signal die zuletzt gespeicherten Daten zur Verarbeitung aus dem RAM 44 extrahieren.
  • Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass in einem weiteren Ausführungsbeispiel bei den Timern 111 und 112 auch der Zählwert gemäß der fallenden Flanke des CLK512-Signals auf Null zurückgesetzt werden kann, wobei der aktuelle Zählerstand gemäß der fallenden Flanke des ADSO1-Signals bzw. des ADSO2-Signals in den jeweiligen Puffer geschrieben werden kann, wobei, wenn die steigende Flanke (oder fallende Flanke) des CLK512-Signals erfasst ist, ein Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 gesendet werden kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Timer 111, wenn er die steigende Flanke des ADSO1-Signals erfasst, ein Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 senden und kann der Timer 112, wenn er die steigende Flanke des AD-SO2-Signals erfasst, ein Interrupt-Flag-Signal an die CPU 43 senden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel führt die CPU 43 ferner vor der Umwandlung eine digitale Filterverarbeitung am gesamten absoluten Positionsäquivalent des Gates des fein unterteilten kapazitiven Gittersensors 12 innerhalb des Umfangsbereichs durch und führt nach der Umwandlung am gesamten absoluten Verschiebungswert eine Abweichungskorrektur innerhalb eines Gitterabstands und zwischen den Gitterabständen durch.
  • In der obigen Beschreibung wurde der grob unterteilte Sensor so beschrieben, dass er einen Gitterabstand auf einem Kreisumfang aufweist, und wurde der fein unterteilte Sensor so beschrieben, dass er mehrere Gitterabstände auf einem Kreisumfang aufweist, d. h. mit dem Wegmesssystem kann eine Winkelmessung über den gesamten Umfang erreicht werden. Es versteht sich jedoch, dass das Wegmesssystem auch zur Messung der Sektorwinkel geeignet ist. In diesem Fall muss der fein unterteilte Sensor N innerhalb eines Gitterabstands des grob unterteilten Sensors Gitterabstände (N ist eine ganze Zahl und N ≥ 2) aufweisen. Zusätzlich zur Winkelmessung kann das in den 10 und 11 gezeigte Wegmesssystem auch zur Messung der absoluten Länge verwendet werden.
  • Die obige Beschreibung stellt drei hochauflösende, hochpräzise Wegmesssysteme mit großer Reichweite dar. Für diese brauchen für das in 3 und 6 gezeigte Wegmesssystem die herkömmliche Phasenerkennungs- und Zählschaltung 25 und die Schaltung zur Verarbeitung von Verschiebungsdaten 26 nicht verwendet zu werden, sodass das System nur wenig Raum einnimmt und sich zur Wegmessung während der Bewegung und nach dem Stillstand eignet. Das in den 8 und 9 gezeigte Wegmesssystem kann unter Verwendung vorhandener ASIC-Chips hergestellt werden. Im Vergleich zu anderen Wegmesssystemen ist es einfacher zu implementieren, nimmt aber mehr Raum ein. Dieses System ist hauptsächlich für die Wegmessung nach dem Stillstand geeignet. Das in den 10 und 11 gezeigte Wegmesssystem ist zur Messung der Winkelverschiebung und der linearen Verschiebung geeignet und kann sowohl während der Bewegung als auch nach dem Stillstand zur Messung verwendet werden. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Wegmesssysteme für eine Sensorvorrichtung können auf der Grundlage der Technologie des herkömmlichen auf Phasenerkennung basierenden Wegmesssystems zur groß angelegten Produktion bei der Messtechnologie des auf Phasenerkennung basierenden kapazitiven Gittersensors eine Leistungsverbesserung zu geringeren Kosten, eine höhere Messauflösung und eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden.
  • Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass, zwar die in der MCU befindliche Zähluhr 42 zur Zeitmessung und zum Zählen durch einen Timer verwendet wird, jedoch in anderen Ausführungsbeispielen auch ein außerhalb der MCU befindlicher Takt zur Bereitstellung der Taktfrequenz verwendet werden kann. Zwar werden in der obigen Beschreibung der ASIC-Chip und die MCU als Beispiele verwendet, d. h. die beiden wurden als zwei separate Komponenten beschrieben, jedoch kann in anderen Ausführungsbeispielen die MCU in den ASIC-Chip integriert sein, oder der ASIC-Chip kann in die MCU integriert sein, oder die beiden können miteinander kombiniert und in denselben Chip oder in mehrere Chips integriert sein.
  • Ein Fachmann auf dem Gebiet wird auch erkennen, dass statt einer MCU auch andere digitale Verarbeitungsvorrichtungen mit Rechenfunktion verwendet werden können, um die vorliegende Erfindung zu realisieren.
  • Ein Fachmann auf dem Gebiet wird auch erkennen, dass das erfindungsgemäße Wegmesssystem außer für kapazitive Gittersensoren auch für andere Wegsensoren wie kapazitive Sensoren, Inductosyne und Gittersensoren verwendbar ist. Das Betriebsprinzip dieser Wegsensoren ähnelt dem kapazitiver Gittersensoren. Deren Ansteuersignal ist ein sich periodisch änderndes Spannungssignal. Nachdem das Ansteuersignal durch einen Wegsensor gekoppelt und moduliert wurde, entspricht die Zeitänderungsperiode der Raumperiode der Gitterabstandsänderung eines Sensors, wobei das Ausgangssignal durch Phasenerkennung das Rechteckwellensignal mit der gleichen Periode, das mit der Position des Gitterabstands korrespondiert und eine elektrische Phasendifferenz gegenüber dem anfänglichen Ansteuersignal aufweist, erhalten kann.
  • In der obigen Beschreibung wurde zwar die vorliegende Erfindung am Beispiel eines kapazitiven Gittersensors, der Mehrkanal-Ansteuersignale (8-Kanal) empfängt, beschrieben, es sollte jedoch angemerkt werden, dass ein Wegsensor, der ein 1-Kanal-Ansteuersignal empfängt, auch für die vorliegende Erfindung geeignet ist. In diesem Fall kann die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 23 nur das 1-Kanal-Ansteuersignal ausgeben und hat das von der Taktteilerschaltung 22 ausgegebene CLK512-Signal dieselbe Periode und dieselbe Phase wie dieses Ansteuersignal. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Perioden oder Phasen des CLK512-Signals und des Ansteuersignals möglicherweise nicht vollständig gleich. Beispielsweise können die Perioden in einer Mehrfachbeziehung zueinander stehen und können die Phasen entgegengesetzt sein oder andere Korrespondenzbeziehungen aufweisen.
  • Es ist anzumerken, dass einige beispielhafte Verfahren als Flussdiagramme dargestellt sind. Obwohl in den Flussdiagrammen die Vorgänge als nacheinander ausgeführt ausgedrückt sind, versteht es sich, dass viele Vorgänge parallel oder synchron ausgeführt werden können. Außerdem kann die Reihenfolge der Vorgänge geändert werden. Die Verarbeitung kann beendet werden, wenn der Vorgang abgeschlossen ist. Es können jedoch zusätzliche Schritte vorhanden sein, die nicht in den Figuren oder Ausführungsbeispielen enthalten sind.
  • Das obige Verfahren kann durch Hardware, Software, Firmware, Middleware, Pseudocode, Hardwarebeschreibungssprache oder eine beliebige Kombination davon realisiert werden. Bei der Implementierung durch Software, Firmware, Middleware oder Pseudocode können der zur Ausführung der Aufgaben verwendete Programmcode oder die Codesegmente in einem computerlesbaren Medium wie einem Speichermedium gespeichert sein. Der Prozessor kann die Aufgaben ausführen.
  • Es versteht sich, dass die beispielhaften Ausführungsbeispiele, die durch Software realisiert werden, in der Regel für einige Programmspeichermedien codiert oder einige Übertragungsmedien implementiert sind. Das Programmspeichermedium kann ein beliebiges nicht vorübergehendes Speichermedium sein, wie eine Festplatte (z. B. Diskette oder Festplatte) oder ein CD (z. B. Nur-Lese-Speicher oder „CD-ROM“), wobei auf das Programmspeichermedium schreibgeschützt oder direkt zugegriffen werden kann. In ähnlicher Weise kann das Übertragungsmedium ein Twisted-Pair-Kabel, ein Koaxialkabel, ein Lichtwellenleiter oder ein anderes geeignetes Übertragungsmedium sein, das in diesem Fachgebiet bekannt ist.
  • Die vorstehende Beschreibung stellt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Schutzansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 200710050658 [0060]

Claims (26)

  1. Wegmesssystem für eine Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung einen ersten Wegsensor (10, 12) umfasst, wobei das Wegmesssystem Folgendes umfasst: eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung (23), die zum Ausgeben eines Ansteuersignals an den ersten Wegsensor (10, 12) dient; eine erste Signalverarbeitungsschaltung (24, 102), die zum Empfangen des vom ersten Wegsensor (10, 12) kommenden Signals und zum Ausgeben eines ADSO-Signals dient; und eine Recheneinrichtung (40, 60, 90, 110), die einen ersten Timer (41, 112) umfasst; wobei der erste Timer (41, 112) zum Empfangen eines CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals sowie zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal dient, wobei das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal ist, das sich auf die Periode und Phase des Ansteuersignals bezieht.
  2. Wegmesssystem nach Anspruch 1, wobei dieses ferner Folgendes umfasst: eine Taktteilerschaltung (22), die zum Ausgeben eines Taktsignals an die Ansteuersignalerzeugungsschaltung (23) und zum Ausgeben des CLK512-Signals dient.
  3. Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Recheneinrichtung (40, 90, 110) ferner Folgendes umfasst: einen Prozessor (43), der verwendet wird, um die durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer (41, 112) erhaltenen Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands umzuwandeln.
  4. Wegmesssystem nach Anspruch 3, wobei dieses ferner Folgendes umfasst: eine Zähluhr (42), wobei der erste Timer (41, 112) zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal mittels der von der Zähluhr (42) bereitgestellten Taktfrequenz dient.
  5. Wegmesssystem nach Anspruch 4, bei dem der erste Timer (41, 112) verwendet wird, um die Zeitmessung oder das Zählen mittels der von der Zähluhr (42) bereitgestellten Taktfrequenz von Null zu starten bzw. mit Null zu beginnen, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und um die aktuelle Zeit oder den aktuellen Zählerstand an den Prozessor (43) zu senden, wenn die steigende Flanke des ersten ADSO-Signals erfasst ist.
  6. Wegmesssystem nach Anspruch 4, bei dem der erste Timer (41, 112) ferner Folgendes umfasst: einen ersten Puffer, wobei der erste Timer (41, 112) verwendet wird, um die Zeitmessung oder das Zählen mittels der von der Zähluhr (42) bereitgestellten Taktfrequenz von Null zu starten bzw. mit Null zu beginnen, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und um die aktuelle Zeit oder den aktuellen Zählerstand in den Prozessor zu schreiben, wenn die steigende Flanke des ersten AD-SO-Signals erfasst ist; wobei der Prozessor (43) zum Lesen der Daten des ersten Puffers dient, nachdem er das durch das erste ADSO-Signal oder das CLK512-Signal ausgelöste Interrupt-Flag-Signal empfangen hat.
  7. Wegmesssystem nach Anspruch 4, bei dem der Prozessor (43) verwendet wird, um gemäß den durch Zählen vom ersten Timer (41, 112) erhaltenen Daten und der von der Zähluhr (42) bereitgestellten Taktfrequenz ein Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands zu erhalten und das Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands umzuwandeln.
  8. Wegmesssystem nach Anspruch 7, bei dem der Prozessor (43) auch verwendet wird, um eine digitale Filterverarbeitung am Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands durchzuführen und eine Abweichungskorrektur am absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands vorzunehmen.
  9. Wegmesssystem nach Anspruch 4, bei dem die Zähluhr (42) in der Recheneinrichtung (40, 60, 90, 110) enthalten ist.
  10. Wegmesssystem nach Anspruch 3, bei dem die Recheneinrichtung (60) ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Timer (61), der zum Empfangen des CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals und zum Zählen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (10) vorbeibewegt, gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal dient; wobei der Prozessor (43) ferner zum Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors (10) gemäß den durch Zählen vom zweiten Timer (61) erhaltenen Daten und den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer (41) erhaltenen Daten dient.
  11. Wegmesssystem nach Anspruch 10, bei dem der Prozessor (43) zum Berechnen der folgenden Formel dient, um ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent Ln des Gates des ersten Wegsensors (10) zu erhalten: L n = A n + N n × M
    Figure DE112019001334T5_0002
     wobei An die durch Zählen vom ersten Timer (41) erhaltenen Daten darstellt, Nn die durch Zählen vom zweiten Timer (61) erhaltenen Daten darstellt und M das Auflösungsäquivalent, das jedem Gitterabstand des ersten Wegsensors (10) entspricht, darstellt; wobei das absolute Gesamtverschiebungsäquivalent Ln des Gates des ersten Wegsensors (10) in einen gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10) umgewandelt wird.
  12. Wegmesssystem nach Anspruch 3, bei dem die Ansteuersignalerzeugungsschaltung (23) und die erste Signalverarbeitungsschaltung (24, 102) in denselben Chip integriert sind, wobei der Chip ferner Folgendes umfasst: eine Phasenerkennungs- und Zählschaltung (25), die zum Empfangen des ersten ADSO-Signals dient, und einen seriellen Ausgangsanschluss (27), der zum Ausgeben des CLK-Signals und eines DATA-Signals, das die Verschiebungsinformationen des Gates des ersten Wegsensors (10) enthält, dient; wobei die Recheneinrichtung (90) ferner zum Empfangen des CLK-Signals und des DATA-Signals dient; wobei der Prozessor (43) zum Erhalten der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (10) vorbeibewegt, gemäß dem empfangenen CLK-Signal und DATA-Signal und zum Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors (10) gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (10) vorbeibewegt, und den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer (41) erhaltenen Daten dient.
  13. Wegmesssystem nach Anspruch 12, bei dem der Prozessor (43) verwendet wird, um ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors (10) gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (10) vorbeibewegt, und gemäß den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer (41) erhaltenen Daten zu erhalten und um das absolute Gesamtverschiebungsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors (10) in einen gesamten absoluten Verschiebungswert umzuwandeln.
  14. Wegmesssystem nach Anspruch 4, bei dem die Sensorvorrichtung ferner einen zweiten Wegsensor (11) umfasst, wobei innerhalb eines Gitterabstands des zweiten Wegsensors (11) der erste Wegsensor (12) mehrere Gitterabstände aufweist, wobei die Ansteuersignalerzeugungsschaltung (23) zum Ausgeben eines Ansteuersignals an den zweiten Wegsensor (11) dient, wobei das Wegmesssystem ferner Folgendes umfasst: eine zweite Signalverarbeitungsschaltung (101), die zum Empfangen eines vom zweiten Wegsensor (11) kommenden Signals und zum Ausgeben eines zweiten ADSO-Signals dient; wobei die Recheneinrichtung (110) ferner Folgendes umfasst: einen dritten Timer (111), der zum Empfangen des zweiten ADSO-Signals und des CLK512-Signals sowie zur Zeitmessung oder zum Zählen gemäß dem zweiten ADSO-Signal und dem CLK512-Signal mittels der von der Zähluhr (42) bereitgestellten Taktfrequenz dient; wobei der Prozessor (43) auch verwendet wird, um die Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (12) vorbeibewegt, gemäß den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom dritten Timer (111) erhaltenen Daten zu bestimmen und um den gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (12) gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (41) vorbeibewegt, und gemäß den durch Zeitmessung oder durch Zählen vom ersten Timer (12) erhaltenen Daten zu erhalten.
  15. Wegmesssystem nach Anspruch 14, bei dem der dritte Timer (111) verwendet wird, um die Zeitmessung oder das Zählen mittels der von der Zähluhr (42) bereitgestellten Taktfrequenz von Null zu starten bzw. mit Null zu beginnen, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und um die aktuelle Zeit oder den aktuellen Zählerstand an den Prozessor (43) zu senden oder diese aufzuzeichnen, wenn die steigende Flanke des zweiten ADSO-Signals erfasst ist.
  16. Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem der erste Wegsensor (10, 12) und der zweite Wegsensor (11) kapazitive Gittersensoren sind.
  17. Wegmesssystem nach Anspruch 1, bei dem das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal mit derselben Periode und derselben Phase wie beim Ansteuersignal ist.
  18. Wegmesssystem nach Anspruch 1, bei dem die Recheneinrichtung (40, 60, 90, 110), die Ansteuersignalerzeugungsschaltung (23) und die erste Signalverarbeitungsschaltung (24, 102) in denselben Chip integriert sind.
  19. Wegmessverfahren für eine Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung einen ersten Wegsensor (10, 12) umfasst, wobei das Wegmessverfahren die folgenden Schritte umfasst: - Ausgeben eines Ansteuersignals an den ersten Wegsensor (10, 12); - Empfangen des vom ersten Wegsensor (10, 12) kommenden Signals, Verarbeiten des Signals und Ausgeben eines ersten ADSO-Signals; und - Empfangen des CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals und Durchführen einer Zeitmessung oder eines Zählens gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal, wobei das CLK512-Signal ein Rechteckwellensignal ist, das sich auf die Periode und Phase des Ansteuersignals bezieht.
  20. Wegmessverfahren nach Anspruch 19, wobei dieses ferner den folgenden Schritt umfasst: Umwandeln der durch Zeitmessung oder Zählen erhaltenen ersten Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands.
  21. Wegmessverfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem der Schritt „Durchführen einer Zeitmessung oder eines Zählens gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal“ den folgenden Schritt umfasst: Starten der Zeitmessung oder des Zählens mittels der Taktfrequenz von Null, wenn die steigende Flanke des CLK512-Signals erfasst ist, und Senden oder Aufzeichnen der aktuellen Zeit oder des aktuellen Zählerstands, wenn die steigende Flanke des ersten ADSO-Signals erfasst ist.
  22. Wegmessverfahren nach Anspruch 21, bei dem der Schritt „Umwandeln der durch Zeitmessung oder Zählen erhaltenen ersten Daten in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands“ die folgenden Schritte umfasst: - Erhalten des Positionsäquivalents des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands gemäß den durch Zeitmessung und die Taktfrequenz erhaltenen ersten Daten; und - Umwandeln des Positionsäquivalents des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands in einen absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands.
  23. Wegmessverfahren nach Anspruch 22, wobei dieses ferner Folgendes umfasst: - Durchführen einer digitalen Filterverarbeitung am Positionsäquivalent des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands; und - Durchführen einer Abweichungskorrektur am absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10, 12) innerhalb eines Gitterabstands.
  24. Wegmessverfahren nach Anspruch 20, wobei dieses ferner Folgendes umfasst: - Empfangen des CLK512-Signals und des ersten ADSO-Signals und Zählen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (10) vorbeibewegt, gemäß dem CLK512-Signal und dem ersten ADSO-Signal; und - Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors (10) gemäß den durch Zählen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (10) vorbeibewegt, erhaltenen zweiten Daten und den ersten Daten.
  25. Wegmessverfahren nach Anspruch 24, umfassend: Berechnen der folgenden Formel, um ein absolutes Gesamtverschiebungsäquivalent Ln des Gates des ersten Wegsensors (10) zu erhalten: L n = A n + N n × M
    Figure DE112019001334T5_0003
     wobei An die ersten Daten darstellt, Nn die zweiten Daten darstellt und M das Auflösungsäquivalent, das jedem Gitterabstand des ersten Wegsensors (10) entspricht, darstellt; und Umwandeln des absoluten Gesamtverschiebungsäquivalents Ln des Gates des ersten Wegsensors (10) in einen gesamten absoluten Verschiebungswert des Gates des ersten Wegsensors (10).
  26. Wegmessverfahren nach Anspruch 21, bei dem die Sensorvorrichtung ferner einen zweiten Wegsensor (11) umfasst, wobei innerhalb eines Gitterabstands des zweiten Wegsensors (11) der erste Wegsensor (12) mehrere Gitterabstände aufweist, wobei das Wegmessverfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: - Ausgeben des Ansteuersignals an den zweiten Wegsensor (11); - Empfangen des vom zweiten Wegsensor (11) kommenden Signals, Verarbeiten des Signals und Ausgeben eines zweiten ADSO-Signals; - Empfangen des zweiten ADSO-Signals und des CLK512-Signals und Durchführen einer Zeitmessung oder eines Zählens gemäß dem zweiten ADSO-Signal und dem CLK512-Signal mittels der Taktfrequenz, wobei die dritten Daten durch Zeitmessung oder Zählen gemäß dem zweiten ADSO-Signal und dem CLK512-Signal erhalten werden; - Bestimmen der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (12) vorbeibewegt, gemäß den dritten Daten; und - Erhalten des gesamten absoluten Verschiebungswerts des Gates des ersten Wegsensors (12) gemäß der Anzahl der Gitterabstände, an denen sich das Gate des ersten Wegsensors (12) vorbeibewegt, und den ersten Daten.
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