DE4306634A1 - Position measurement device e.g. for magnetic linear or rotary encoder - has magnetic scale, movable detector with magnetoresistive sensor arranged at angle to scale - Google Patents
Position measurement device e.g. for magnetic linear or rotary encoder - has magnetic scale, movable detector with magnetoresistive sensor arranged at angle to scaleInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Positionsermittlungsvorrichtung, beispielsweise einen Positionswandler, der in einem magnetischen Linearkodierer oder einem magnetischen Drehkodierer vorgesehen ist.The present invention relates generally to one Position determination device, for example a Position transducer that is in a magnetic Linear encoder or a magnetic rotary encoder is provided.
Im Stand der Technik besteht ein Positionswandler eines magnetischen Linearkodierers im allgemeinen aus einer Magnetskala in Form einer länglichen Platte, einem Nachweisteil, welches relativ beweglich zu der Magnetskala angebracht ist, und einem Signalprozessor, der an das Nachweisteil angeschlossen ist. Die Magnetskala weist ein Basisteil und eine magnetische Substanz auf, auf welcher eine magnetische Unterteilung ausgebildet ist, und die auf dem Basisteil angebracht ist. Das Nachweisteil weist einen Magnetwiderstandssensor auf, welcher der Magnetunterteilung der Magnetskala gegenüberliegend angeordnet ist, sowie eine Halterung zum Haltern des Magnetwiderstandsensors. Bewegt sich das Nachweisteil in Bezug auf die Längsrichtung der Skala entlang der auf dieser vorgesehenen Magnetunterteilung, so wird dem Signalprozessor eine Ausgangsspannung zugeführt, die von dem Magnetwiderstandssensor ausgegeben wird. Der Signalprozessor weist einen Vorverstärker und einen Detektor auf, um eine Relativverschiebung des Nachweisteils auf der Grundlage der Spannungssignale zu ermitteln, die von dem Magnetwiderstandssensor ausgegeben werden. Weiterhin ist im Stand der Technik eine zylindrische Magnetskala und ein Nachweisteil bekannt, welches so angeordnet ist, daß es der Seitenoberfläche der Magnetskala gegenüberliegt.In the prior art there is a position transducer magnetic linear encoder generally from one Magnetic scale in the form of an elongated plate, one Detection part, which is relatively mobile to the Magnetic scale is attached, and a signal processor, which is connected to the detection part. The Magnetic scale has a base part and a magnetic one Substance on which a magnetic subdivision is formed, and attached to the base part is. The detection part has a magnetic resistance sensor on which of the magnet division of the magnet scale is arranged opposite, and a holder for Hold the magnetic resistance sensor. Does that move Detection part in relation to the longitudinal direction of the scale along the magnetic division provided on this, so the signal processor becomes an output voltage supplied by the magnetic resistance sensor becomes. The signal processor has a preamplifier and a detector to detect a relative displacement of the Part based on the voltage signals determine the output from the magnetic resistance sensor will. Furthermore, in the prior art cylindrical magnetic scale and a detection part known, which is arranged so that it is the side surface is opposite the magnetic scale.
Allgemein ändert sich der elektrische Widerstand des Magnetwiderstandssensors, wenn an ihn ein Magnetfeld in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Sensors angelegt wird. Das auf den Magnetwiderstandssensor einwirkende Magnetfeld wird durch eine Relativverschiebung des Sensors bezüglich der magnetischen Unterteilung der magnetischen Substanz geändert. Der magnetische Kodierer stellt eine derartige Änderung des Magnetfeldes als Änderung des elektrischen Widerstands fest.In general, the electrical resistance of the Magnetic resistance sensor when a magnetic field in it the direction perpendicular to the longitudinal direction of the sensor is created. That on the magnetic resistance sensor magnetic field is affected by a Relative displacement of the sensor with respect to magnetic subdivision of the magnetic substance changed. The magnetic encoder provides one Change in magnetic field as change in electrical Resistance tight.
Eine übliche magnetische Positionsermittlungsvorrichtung weist eine magnetische Unterteilung auf, die durch ein Aufzeichnungsmedium mit konstanter Teilung gebildet wird, welches auf einer magnetischen Substanz vorgesehen ist.A common magnetic position detection device has a magnetic division, which is marked by a Recording medium with constant division is formed, which is provided on a magnetic substance.
In Fig. 8 weist eine magnetische Unterteilung 1 acht Spuren von Magnetmustern auf, T01, T02, T11, T12, T21, T22, T31 und T32, sowie acht Paare von Magnetwiderstandssensoren, 011, 012, 021, 022, 111, 112, 121, 122, 211, 212, 221, 222, 311, 312, 321 und 322, die auf einem Detektorteil 2 entsprechend jeder Spur auf der magnetischen Unterteilung 1 angeordnet sind. Vier Bits (2⁰, 21, 22 und 23 in der Figur) von Ausgangssignalen werden von den Spuren erhalten. Zwei Spuren der magnetischen Muster entsprechen jeweils einem Bit der Ausgangssignale. Zwei Paare von Magnetwiderstandssensoren sind auf einem Detektorteil 2 angeordnet, um magnetische Signale der beiden Spuren zu erfassen. Daher wird eine ursprüngliche Ordnung des Spurenpaares T01 und T02 entsprechend der Ursprungsordnung des Bits 2⁰ durch die Ursprungsordnung der Magnetwiderstandssensorenpaare 011, 012, 021 und 022 ermittelt. Die erste Ordnung des Spurenpaares T11 und T12 entsprechend der ersten Ordnung des Bits 2¹ wird durch die erste Ordnung der Sensorpaare 111, 112, 121 und 122 festgestellt. Die zweite Ordnung des Spurenpaares T21 und T22 entsprechend der zweiten Ordnung des Bits 2² wird durch die zweite Ordnung der Sensorpaare 211, 212, 221 und 222 ermittelt. Die dritte Ordnung des Spurenpaares T31 und T32 entsprechend der dritten Ordnung des Bits 2³ wird durch die dritte Ordnung der Sensorpaare 311, 312, 321 und 322 festgestellt.In Fig. 8, a magnetic partition 1 has eight tracks of magnetic patterns, T 01 , T 02 , T 11 , T 12 , T 21 , T 22 , T 31 and T 32 , as well as eight pairs of magnetic resistance sensors, 011 , 012 , 021 , 022 , 111 , 112 , 121 , 122 , 211 , 212 , 221 , 222 , 311 , 312 , 321 and 322 , which are arranged on a detector part 2 corresponding to each track on the magnetic partition 1 . Four bits (2⁰, 2 1 , 2 2 and 2 3 in the figure) of output signals are obtained from the tracks. Two tracks of the magnetic patterns each correspond to one bit of the output signals. Two pairs of magnetic resistance sensors are arranged on a detector part 2 in order to detect magnetic signals of the two tracks. Therefore, an original order of the track pair T 01 and T 02 corresponding to the original order of the bit 2 Bits is determined by the original order of the magnetic resistance sensor pairs 011 , 012 , 021 and 022 . The first order of the pair of tracks T 11 and T 12 corresponding to the first order of bit 2 1 is determined by the first order of the sensor pairs 111 , 112 , 121 and 122 . The second order of the track pair T 21 and T 22 corresponding to the second order of bit 2² is determined by the second order of sensor pairs 211 , 212 , 221 and 222 . The third order of the track pair T 31 and T 32 corresponding to the third order of bit 2³ is determined by the third order of the sensor pairs 311 , 312 , 321 and 322 .
Jede Spur der magnetischen Muster weist alternierend Abschnitte 1a mit aufgezeichneten Signalen und Abschnitte 1b ohne aufgezeichnete Signale auf. In den zwei Spuren mit demselben Bit weist der Abschnitt 1a mit einem aufgezeichneten Signal dieselbe Teilung auf wie der Abschnitt 1b ohne aufgezeichnetes Signal. Die Teilungen beider Abschnitte werden entsprechend der Erhöhung des Bits vergrößert. Zwischen den beiden Spuren mit derselben Teilung ist komplementär eine Kombination des Abschnitts 1a mit einem aufgezeichneten Signal und des Abschnitts 1b ohne aufgezeichnetes Signal angeordnet. Signale mit demselben Zyklus von 2λ (=p) sind in Abschnitten 1a mit aufgezeichnetem Signal aufgezeichnet. Die Polung der Signale wird in allen acht Spuren ermittelt. Ein Paar der Magnetwiderstandssensoren auf dem Erfassungsteil 2 ist so angeordnet, daß zwischen den Sensoren eine Entfernung von λ/2 besteht, so daß sie einer Spur auf der magnetischen Unterteilung gegenüberliegen. Eine magnetische Wechselwirkung zwischen den Signalen kann durch eine derartige Anordnung der Spuren und der Sensoren ausgeglichen werden, wodurch eine genaue Messung ermöglicht wird.Each track of the magnetic pattern alternately has sections 1 a with recorded signals and sections 1 b without recorded signals. In the two tracks having the same bit, the portion 1 a with a recorded signal on the same pitch as the portion 1b with no recorded signal. The pitches of both sections are increased in accordance with the bit increment. Between the two tracks at the same pitch of the section 1 is arranged with a a recorded signal and the portion 1 b without recorded signal complementary combination. Signals having the same cycle of 2λ (= p) are recorded in sections 1 a signal recorded. The polarity of the signals is determined in all eight tracks. A pair of the magnetic resistance sensors on the detection part 2 are arranged so that there is a distance of λ / 2 between the sensors so that they face a track on the magnetic partition. A magnetic interaction between the signals can be compensated by such an arrangement of the tracks and the sensors, which enables an accurate measurement.
Fig. 9 zeigt eine gemeinsame Schaltung einschließlich der Magnetwiderstandssensoren 011, 012, 021, 022, 111, 112, 121, 122, 211, 212, 221, 222, 311, 312, 321 und 322. Eine ursprüngliche Ordnung des Ausgangssignals E0 wird von einer Entfernung zwischen Ausgangsklemmen 500 und 501 ausgegeben, die erste Ordnung des Ausgangssignals E1 wird von einer Entfernung zwischen Ausgangsklemmen 511 und 512 ausgegeben, die zweite Ordnung des Ausgangssignals E2 wird von einer Entfernung zwischen Ausgangsklemmen 521 und 522 ausgegeben, und die dritte Ordnung des Ausgangssignals E3 wird von einer Entfernung zwischen Ausgangsklemmen 531 und 532 ausgegeben. Fig. 10 zeigt die Signalformen jedes Ausgangssignals. Das Ursprungsausgangssignal E0 weist einen Zyklus von 2H0 auf, entsprechend der Teilung des Abschnitts mit aufgezeichnetem Signal des Ursprungspaares der Spuren T01 und T02. Das erste Ausgangssignal E1 weist einen Zyklus von 2H1 auf, entsprechend der Teilung des Abschnitts mit aufgezeichnetem Signal des ersten Paares der Spuren T11 und T12. Das zweite Ausgangssignal E2 weist einen Zyklus von 2H2 auf, entsprechend der Teilung des Abschnitts mit aufgezeichnetem Signal des zweiten Paares der Spuren T21 und T22. Das dritte Ausgangssignal E3 weist einen Zyklus von 2H3 auf, entsprechend der Teilung des Abschnitts mit aufgezeichnetem Signal des dritten Paares der Spuren T31 und T32. Die Signalformen der Ausgangssignale weisen eine geringe Wellenbewegung an ihren Wellenbergen und Wellentälern auf. Entsprechend der Verschiebung des Magnetwiderstandssensors in Bezug auf die magnetische Skala, auf welcher die magnetische Unterteilung ausgebildet ist, ändert sich wie in Fig. 11 gezeigt der elektrische Widerstand des Sensors, so daß also, wenn einer der Sensoren durch den Abschnitt mit aufgezeichnetem Signal der magnetischen Unterteilung gelangt, der elektrische Widerstand R des Sensors verringert wird, wogegen andererseits, wenn der Sensor durch den Abschnitt ohne aufgezeichnetes Signal der magnetischen Unterteilung gelangt, der elektrische Widerstand R des Sensors erhöht wird, entsprechend dem Ausmaß x der Verschiebung des Sensors. Allerdings wird während der Verschiebung des Sensors durch den Abschnitt mit aufgezeichnetem Signal der elektrische Widerstand R des Sensors zyklisch erhöht, entsprechend der Änderung der Polung des Signals, welches in dem Abschnitt mit aufgezeichnetem Signal vorgesehen ist. Daher werden die tatsächlich erzeugten Wellenbewegungen größer als die, die in Fig. 10 gezeigt sind. Daher wird eine exakte Positionsermittlung verschlechtert, da Erfassungsfehler auftreten können. Daher ist eine exakte Erfassung der Änderung der Ausgangsspannung schwierig. Fig. 9 shows a common circuit including the magnetic resistance sensors 011 , 012 , 021 , 022 , 111 , 112 , 121 , 122 , 211 , 212 , 221 , 222 , 311 , 312 , 321 and 322 . An original order of the output signal E 0 is output from a distance between output terminals 500 and 501 , the first order of the output signal E 1 is output from a distance between output terminals 511 and 512 , the second order of the output signal E 2 is output from a distance between output terminals 521 and 522 are output, and the third order of the output signal E 3 is output from a distance between output terminals 531 and 532 . Fig. 10 shows the waveforms of each output signal. The original output signal E 0 has a cycle of 2H 0 , corresponding to the division of the portion with the recorded signal of the original pair of the tracks T 01 and T 02 . The first output signal E 1 has a cycle of 2H 1 , corresponding to the division of the recorded signal section of the first pair of tracks T 11 and T 12 . The second output signal E 2 has a cycle of 2H 2 , corresponding to the division of the recorded signal section of the second pair of tracks T 21 and T 22 . The third output signal E 3 has a cycle of 2H 3 , corresponding to the division of the recorded signal section of the third pair of tracks T 31 and T 32 . The waveforms of the output signals show a slight wave movement at their wave crests and wave troughs. In accordance with the displacement of the magnetic resistance sensor with respect to the magnetic scale on which the magnetic partition is formed, the electrical resistance of the sensor changes as shown in Fig. 11, so that when one of the sensors passes through the recorded signal portion of the magnetic Subdivision occurs, the electrical resistance R of the sensor is reduced, whereas, on the other hand, if the sensor passes through the section without a recorded signal of the magnetic division, the electrical resistance R of the sensor is increased according to the extent x of the displacement of the sensor. However, during the displacement of the sensor by the section with the recorded signal, the electrical resistance R of the sensor is increased cyclically in accordance with the change in the polarity of the signal which is provided in the section with the recorded signal. Therefore, the actually generated wave motions become larger than that shown in FIG. 10. Therefore, an exact position determination is deteriorated because detection errors can occur. Therefore, an accurate detection of the change in the output voltage is difficult.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Positionserfassungsvorrichtung, welche exakt Ausgangssignalwechsel der Vorrichtung mit Hilfe eines in dieser angebrachten Magnetsensors ermitteln kann.A main advantage of the present invention is therefore in providing one Position detection device, which exactly Output signal change of the device with the help of a this attached magnetic sensor can determine.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Positionserfassungsvorrichtung, welche Signalformen ausgibt, deren an Wellenbergen und Wellentälern erzeugte Wellenbewegungen verringert werden können.Another advantage of the present invention lies in the provision of a position detection device, which waveforms outputs, their at wave crests and Wave troughs generated are reduced can.
Zur Erzielung der voranstehend erwähnten und weiterer Vorteile besteht eine Positionserfassungsvorrichtung aus einer Skaliereinrichtung, welche eine magnetische Unterteilung aufweist, auf welcher zyklische Signale aufgezeichnet sind, wobei die Signale alternierend gepolt sind, und aus einer Erfassungseinrichtung, die in Bezug auf die Skaliereinrichtung relativ beweglich ist und einen auf ihr angebrachten Magnetwiderstandssensor aufweist, welcher der magnetischen Unterteilung der Skaliereinrichtung gegenüberliegt, wobei eine Breitenrichtung der magnetischen Unterteilung und eine Längsrichtung des Magnetwiderstandssensors in einer Ortsbeziehung mit einem Winkel R stehen.To achieve the above and others A position detection device has advantages a scaling device, which is a magnetic Has subdivision on which cyclic signals are recorded, the signals poling alternately and from a detector that is related is relatively movable on the scaling device and a magnetic resistance sensor attached to it which has the magnetic division of the Opposing scaling device, one Magnetic division width direction and a Longitudinal direction of the magnetic resistance sensor in one Stand local relationship with an angle R.
Der Magnetwiderstandssensor kann in Bezug auf eine Linie geneigt angeordnet sein, welche durch die zyklischen Signale der magnetischen Unterteilung gebildet wird, welche dieselbe Polung im selben Zyklus aufweisen, und zwar um einen Winkel R.The magnetic resistance sensor can be in relation to a line be arranged inclined by the cyclical Signals of magnetic division is formed which have the same polarity in the same cycle, and by an angle R.
Der Winkel R kann so festgelegt werden, daß er folgende Beziehung erfüllt:The angle R can be set to follow Relationship fulfilled:
sin R λ/Lsin R λ / L
und vorzugsweiseand preferably
sin R ≧ n λ/L,sin R ≧ n λ / L,
wobei λ die Hälfte einer Wellenlänge des zyklischen Signals ist, L die Länge des Magnetwiderstandssensors in Längsrichtung ist, und n eine natürliche Zahl ist.where λ is half a wavelength of the cyclic Signal, L is the length of the magnetic resistance sensor in Longitudinal direction, and n is a natural number.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Allerdings sollen die Zeichnungen nicht die Erfindung einschränken, sondern nur zu deren Erläuterung und Verständnis dienen. Es zeigt:The invention is illustrated below with reference to drawings illustrated embodiments explained in more detail which other advantages and features arise. However, the drawings are not intended to be the invention restrict, but only for their explanation and Serve understanding. It shows:
Fig. 8 eine Explosionsdarstellung hauptsächlicher Abschnitte einer Positionserfassungsvorrichtung nach dem Stand der Technik;8 is an exploded view of major portions of a prior art position sensing device ;
Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer Schaltung mit Magnetwiderstandssensoren der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung; FIG. 9 is a schematic circuit diagram of a circuit with magnetic resistance sensors of the device shown in FIG. 8;
Fig. 10 eine Erläuterung von Signalformen von Ausgangssignalen, die von der Schaltung von Fig. 9 abgegeben werden; Fig. 10 illustrates waveforms of output signals output from the circuit of Fig. 9;
Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand der Magnetwiderstandssensoren und dem Verschiebungsgrad einer magnetischen Unterteilung, die in der Vorrichtung von Fig. 8 angebracht ist; Fig. 11 is a graph showing the relationship between the electrical resistance of the magnetic resistance sensors and the degree of displacement of a magnetic partition installed in the device of Fig. 8;
Fig. 1 eine teilweise perspektivische Ansicht einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einer Darstellung von deren grundsätzlichem Aufbau; Fig. 1 is a partial perspective view of a position detecting device according to the present invention, with a representation of the basic design;
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine magnetische Unterteilung, wenn dieser Magnetwiderstandssensoren gegenüberliegen, gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 2 is a top view of a magnetic subdivision when opposed to magnetic resistance sensors in accordance with the present invention;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand der Sensoren und dem Verschiebungsgrad der magnetischen Unterteilung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 is a graph showing the relationship between the electrical resistance of the sensors and the displacement degree of magnetic subdivision according to the present invention;
Fig. 4 eine Aufsicht, in Explosionsdarstellung, eines Hauptabschnitts von Fig. 2; Fig. 4 is an exploded plan view of a main portion of Fig. 2;
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der nichtvereinigten Rate einer Signalform des Ausgangsignals und einen Wert von sin R (wobei R ein Winkel ist, der durch den Sensor bezüglich der magnetischen Unterteilung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird);5 is a graph showing the relationship between the non-combined rate of a waveform of the output signal, and a value of sin R (where R is an angle formed according to the present invention is formed by the sensor with respect to the magnetic division) Fig.
Fig. 6A bis 6C teilweise Aufsichten mit Darstellungen des Aufbaus magnetischer Unterteilungen und von Magnetwiderstandssensoren gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und . 6A to 6C are partial top views showing the structure with magnetic subdivisions and magnetic resistance sensors according to preferred embodiments of the present invention; and
Fig. 7A und 7B schematische Darstellungen von Schaltungen, die jeweils die Magnetwiderstandssensoren aufweisen, gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. FIGS. 7A and 7B are schematic illustrations of circuits, each having the magnetic resistance sensors according to preferred embodiments of the present invention.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, insbesondere in Fig. 1, weist eine Magnetskala 10 ein Basisteil 12 in Form einer länglichen Platte auf, eine auf das Basisteil 12 aufgebrachte magnetische Substanz 14, und eine auf der magnetischen Substanz vorgesehene magnetische Unterteilung 16. Ein Erfassungsteil 20 besteht aus einem Meßabschnitt 22, welcher der Oberfläche der magnetischen Substanz 14 gegenüberliegt, und einer Halterung 24, welche den Meßabschnitt 22 haltert. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Meßabschnitts 22 sind mehrere Magnetwiderstandssensoren 26 ausgebildet. Das Erfassungsteil 20 ist an einen Signalprozessor 30 einschließlich eines Vorverstärkers 32 und eines Detektors 34 angeschlossen. Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung, welche die relative Lage der Magnetwiderstandssensoren 26 in Bezug auf die magnetische Substanz 14 zeigt. Die magnetische Unterteilung 16 besteht aus einem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal und einem Abschnitt 16b ohne aufgezeichnetes Signal, welche alternierend so auf der Substanz 14 ausgebildet sind, daß sie aufeinanderfolgend von dem Magnetwiderstandssensor 26 erfaßt werden. Der Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal weist zyklische Signale auf, deren magnetische Polung alternierend geändert ist. Wellenberge und Wellentäler von Signalformen jedes Signals erstrecken sich senkrecht zu der Richtung, in welcher die Unterteilung 16 verläuft. Der Magnetwiderstandssensor 26 ist auf dem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal so angeordnet, daß er in Bezug auf die Richtung der Berge oder Täler der Signal formen des Signals geneigt ist. Daher wird der elektrische Widerstand R des Sensors 22 vergleichmäßigt, in jedem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal und jedem Abschnitt 16b ohne aufgezeichnetes Signal, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In Fig. 3 entsprechen Wellenbergabschnitte der Signalform den Abschnitten 16a mit aufgezeichnetem Signal von Fig. 2, und Wellentalabschnitte der Signalform entsprechen den Abschnitten 16b ohne aufgezeichnetes Signal. Daher können kleine Wellenbewegungen des Ausgangssignals, die in konventioneller Weise in dem ein aufgezeichnetes Signal aufweisenden Abschnitt erzeugt werden verringert werden.As shown in the drawings, particularly in FIG. 1, a magnetic scale 10 has a base part 12 in the form of an elongated plate, a magnetic substance 14 applied to the base part 12 , and a magnetic partition 16 provided on the magnetic substance. A detection part 20 consists of a measuring section 22 , which lies opposite the surface of the magnetic substance 14 , and a holder 24 , which holds the measuring section 22 . A plurality of magnetic resistance sensors 26 are formed on the opposite surface of the measuring section 22 . The detection part 20 is connected to a signal processor 30 including a preamplifier 32 and a detector 34 . Fig. 2 is an exploded view showing with respect to the magnetic substance 14, the relative position of the magnetoresistance sensors 26. The magnetic subdivision 16 consists of a section 16 a with a recorded signal and a section 16 b without a recorded signal, which are alternately formed on the substance 14 so that they are successively detected by the magnetic resistance sensor 26 . The section 16 a with recorded signal has cyclic signals whose magnetic polarity is alternately changed. Wave crests and wave troughs of waveforms of each signal extend perpendicular to the direction in which the division 16 extends. The magnetic resistance sensor 26 is arranged on the portion 16 a with recorded signal so that it is inclined with respect to the direction of the peaks or valleys of the signal forms of the signal. Therefore, the electrical resistance R of the sensor 22 is made uniform, in each section 16 a with a recorded signal and each section 16 b without a recorded signal, as shown in FIG. 3. In Figure 3 correspond to wave crest portions of the waveform sections 16 a signal recorded in Fig. 2, and Wellentalabschnitte the waveform. Correspond to the portions 16 b without recorded signal. Therefore, small wave movements of the output signal which are conventionally generated in the portion having a recorded signal can be reduced.
Fig. 4 zeigt nunmehr die gegenseitige örtliche Anordnung zwischen dem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal und dem Magnetwiderstandssensor 26, und man sieht, daß die Längsrichtung, in welcher sich die magnetische Unterteilung 16 erstreckt, als die X-Achse dargestellt ist, und deren Breitenrichtung als die Y-Achse. Der Wellenbergabschnitt und der Wellentalabschnitt des zyklischen Signals, welches in dem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal aufgezeichnet ist, erstrecken sich in der Richtung der Y-Achse. Ein Sinussignal wird besonders bevorzugt als Signalform eingesetzt, obwohl die Signalform einen konstanten Zyklus aufweisen kann, bei welchem die Magnetpolungen von N und S alternierend umgekehrt werden. In Fig. 4 ist eine Linie, auf welcher die Polarität N in demselben Zyklus vorhanden ist, durch eine Polaritätslinie 16N bezeichnet, und eine Linie, auf welcher eine Polarität S vorliegt, ist durch eine Polaritätslinie 16S bezeichnet. In demselben Zyklus der Signalform weisen sämtliche Punkte auf der Linie 16N oder 16N und sämtliche Punkte auf einer Linie parallel zur Linie 16N oder 16S dieselbe Phase auf. Fig. 4 shows the mutual spatial arrangement between the portion 16 a with recorded signal and the magnetic resistance sensor 26 , and it can be seen that the longitudinal direction in which the magnetic partition 16 extends as the X-axis is shown, and its width direction than the Y axis. The wave crest portion and the Wellentalabschnitt of the cyclic signal which is recorded in the section 16 a signal recorded, extending in the direction of the Y-axis. A sinusoidal signal is particularly preferably used as the waveform, although the waveform can have a constant cycle in which the magnetic poles of N and S are alternately reversed. In FIG. 4 is a line on which the polarity N is present in the same cycle, indicated by a polarity line 16 N, and a line on which a polarity of S is present, is indicated by a polarity line 16 S. In the same cycle of the waveform, all points on the 16 N or 16 N line and all points on a line parallel to the 16 N or 16 S line have the same phase.
Wenn die Wellenlänge, also die Teilung, der Signalform des Signals durch p (= 2λ) festgelegt wird, und ein Winkel, der durch eine Axiallinie des Magnetwiderstandssensors 26 mit der Polaritätslinie 16N oder 16S gebildet wird, mit e bezeichnet wird, so ergibt sich das Magnetfeld H, welches der Sensor 26 von dem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal der magnetischen Unterteilung 16 empfängt, aus der folgenden Formel (1):If the wavelength, i.e. the division, of the signal shape of the signal is determined by p (= 2λ), and an angle, which is formed by an axial line of the magnetic resistance sensor 26 with the polarity line 16 N or 16 S, is denoted by e, then results in e the magnetic field H, which the sensor 26 receives from the section 16 a with a recorded signal of the magnetic subdivision 16 , from the following formula (1):
H = H₀ sin (2π x/p) (1)H = H₀ sin (2π x / p) (1)
wobei H0 eine Konstante ist.where H 0 is a constant.
Der spezifische elektrische Widerstand des Magnetwiderstandssensors 26, der sich entsprechend seiner Position x ändert, wird durch die folgende Formel (2) gegeben:The specific electrical resistance of the magnetic resistance sensor 26 , which changes according to its position x, is given by the following formula (2):
ρ = ρ₀ - Δ ρ · (H/Hs)²ρ = ρ₀ - Δ ρ · (H / H s ) ²
= ρ₀ - Δ ρ (H₀/Hs)²sin²(2π x/p)= ρ₀ - Δ ρ (H₀ / H s ) ²sin² (2π x / p)
= ρ₀ - (1/2)Δ ρ (H₀/Hs)²{1-cos(4π x/p)}= ρ₀ - (1/2) Δ ρ (H₀ / H s ) ² {1-cos (4π x / p)}
= ρ₀ - (1/2)Δ ρ (H₀/Hs)² + (1/2) Δ ρ (H₀/Hs)²cos(4π x/p)= ρ₀ - (1/2) Δ ρ (H₀ / H s ) ² + (1/2) Δ ρ (H₀ / H s ) ²cos (4π x / p)
Δ ρ = ρ₀ - ρ₁ (2)Δ ρ = ρ₀ - ρ₁ (2)
wobei x eine Positionskoordinate der magnetischen Unterteilung 16 ist, ρ₀ der spezifische elektrische Widerstand in der Position x = 0 ist, ρ₁ der Spezifische elektrische Widerstand in der Position x = λ/2 ist, und HS das gesättigte Magnetfeld ist.where x is a position coordinate of the magnetic division 16 , ρ₀ is the specific electrical resistance in the position x = 0, ρ₁ is the specific electrical resistance in the position x = λ / 2, and H S is the saturated magnetic field.
Der elektrische Widerstand R des Magnetwiderstandssensors 26 wird so angenommen, daß er sich durch Integration des spezifischen Widerstands ρ pro Einheitslänge ergibt, und daher läßt sich die folgende Gleichung (3) erhalten:The electrical resistance R of the magnetic resistance sensor 26 is assumed to be obtained by integrating the specific resistance ρ per unit length, and therefore the following equation (3) can be obtained:
R = ∫ ρ dLR = ∫ ρ dL
= L[ρ₀ - Δ ρ /2(H₀/Hs)² [1 - cos {2π /p(2x + L sin R)} (1/k) sin k]]= L [ρ₀ - Δ ρ / 2 (H₀ / H s ) ² [1 - cos {2π / p (2x + L sin R)} (1 / k) sin k]]
k = (2π L/p) sin R (3)k = (2π L / p) sin R (3)
wobei L die Länge der Längsrichtung des Magnetwiderstandssensors darstellt.where L is the length of the longitudinal direction of the Magnetic resistance sensor represents.
Auf diese Weise wird der elektrische Widerstand R des Magnetwiderstandssensors 26 in Abhängigkeit von der Positionskoordinate x geändert.In this way, the electrical resistance R of the magnetic resistance sensor 26 is changed as a function of the position coordinate x.
Allerdings wird dessen elektrischer Widerstand R unabhängig von der Position x konstant, wenn die folgende Formel in die Formel (3) eingesetzt wird,However, its electrical resistance R regardless of the position x constant if the following Formula is used in formula (3),
sin {(2π L/p) sin R} = 0,sin {(2π L / p) sin R} = 0,
dies bedeutet mit anderen Worten, daß dann, wenn folgende Beziehung erfüllt istin other words, this means that if the following Relationship is satisfied
sin R = np/2L = nλ/L (4)sin R = np / 2L = nλ / L (4)
der elektrische Widerstand R constant wird, mit folgendem Ergebnis:the electrical resistance R becomes constant with the following Result:
R = L{ρ₀ - Δ ρ/2(H₀/Hs)²}R = L {ρ₀ - Δ ρ / 2 (H₀ / H s ) ²}
Auf diese Weise kann der elektrische Widerstand R des Magnetwiderstandssensors 26 in den Positionen, welche dem Abschnitt 16a mit aufgezeichnetem Signal gegenüberliegen, dadurch vereinheitlicht werden, daß der Sensor 26 gegenüber der Polaritätslinie 16N oder 16S der magnetischen Unterteilung 16 geneigt wird. Die Signalform entsprechend der Position, in welcher der Wert des elektrischen Widerstands R konstant ist, bildet ein Plateau. Daher können von dem Magnetwiderstandssensor 26 erhaltene Ausgangssignale vereinheitlicht werden, so daß die Meßgenauigkeit verbessert wird. Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen der nicht vereinheitlichten Rate der Signalform und dem Wert von sin R gemäß Formel (4). Die Vertikalachse der Figur ist der Wert A des Prozentsatzes von b/a, wobei b eine Wellenhöhe entsprechend dem Abschnitt mit aufgezeichnetem Signal der magnetischen Unterteilung ist, und a eine Wellenhöhe entsprechend dem Abschnitt ohne aufgezeichnetes Signal ist. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, liegt vorzugsweise der Neigungswinkel R des Magnetwiderstandssensors 26 in einem Wertebereich, welche die folgende Beziehung (5) erfüllen:In this way, the electrical resistance R of the magnetic resistance sensor 26 in the positions opposite to the section 16 a with recorded signal can be standardized by the sensor 26 being inclined relative to the polarity line 16 N or 16 S of the magnetic division 16 . The waveform corresponding to the position in which the value of the electrical resistance R is constant forms a plateau. Therefore, output signals obtained from the magnetic resistance sensor 26 can be unified so that the measurement accuracy is improved. Fig. 5 shows a relationship between the non-unified rate of the waveform and the sin value of R of the formula (4). The vertical axis of the figure is the value A of the percentage of b / a, where b is a wave height corresponding to the portion with a recorded signal of the magnetic division and a is a wave height corresponding to the portion without a recorded signal. As can be seen from FIG. 5, the angle of inclination R of the magnetic resistance sensor 26 is preferably in a range of values which satisfy the following relationship ( 5 ):
sin R ≧ λ/L (5)sin R ≧ λ / L (5)
Es ist besonders vorzuziehen, daß der Winkel R in dem Wertebereich liegt, welcher die voranstehende Formel (4) erfüllt. Der Wert neben dem aus Formel (4) erhaltenen Bereich ist ebenfalls vorzuziehen.It is particularly preferable that the angle R in the Range of values which corresponds to the above formula (4) Fulfills. The value next to that obtained from formula (4) Area is also preferable.
Die Fig. 6A bis 6C zeigen Einsatzfälle der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung des Typs mit einer Aufzeichnung mit konstanter Teilung. Wie aus Fig. 6A hervorgeht, ist eine magnetische Unterteilung 16 so ausgebildet, daß Signale senkrecht zur Längsrichtung der Unterteilung 16 angeordnet sind. Mehrere Paare von Magnetwiderstandssensoren 401 und 402, und 411 und 412 sind so auf einem Halter 44 eines Erfassungsteils angeordnet, daß sie gegenüber einer Polaritätslinie 16N oder 16S einer zugehörigen Spur T1 oder T2 der Unterteilung 16 geneigt sind. Fig. 6B zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mehrere Paare von Magnetwiderstandssensoren 501 und 502, und 511 und 512 sind entlang der Richtung parallel zur Breitenrichtung der Spur angeordnet, also entlang der Richtung der Y-Achse. Andererseits sind Polaritätslinien 160N und 160S der Signale so angeordnet, daß sie gegenüber der Richtung der Y-Achse geneigt sind. Der Neigungswinkel der Linien 160N und 160S wird innerhalb des Wertebereiches festgelegt, welcher die voranstehend erwähnte Formel (5) oder bevorzugt die Formel (4) erfüllt. Fig. 6C zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Signale auf einer magnetischen Unterteilung 160 und Magnetwiderstandssensoren auf einer Halterung 64 ähnlich angeordnet wie bei der zweiten Ausführungsform von Fig. 6B mit der Ausnahme, daß zwei Paare von Magnetwiderstandssensoren 601 und 602, und 603 und 604 in Beziehung zu einer Spur der magnetischen Unterteilung 160 angeordnet sind. FIGS. 6A to 6C show applications of the position detecting device according to the present invention of the type having a recording with a constant pitch. As is apparent from FIG. 6A, a magnetic partition 16 is formed such that signals are arranged perpendicular to the longitudinal direction of the partition 16 . A plurality of pairs of magnetic resistance sensors 401 and 402 , and 411 and 412 are arranged on a holder 44 of a detection part in such a way that they are inclined with respect to a polarity line 16 N or 16 S of an associated track T1 or T2 of the division 16 . Fig. 6B shows a second embodiment of the present invention. A plurality of pairs of magnetic resistance sensors 501 and 502 , and 511 and 512 are arranged along the direction parallel to the width direction of the track, that is, along the direction of the Y axis. On the other hand, polarity lines 160 N and 160 S of the signals are arranged so that they are inclined with respect to the direction of the Y axis. The angle of inclination of the lines 160 N and 160 S is determined within the range of values which meets the above-mentioned formula (5) or preferably the formula (4). Fig. 6C shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, signals on a magnetic partition 160 and magnetic resistance sensors are arranged on a bracket 64 similar to the second embodiment of Fig. 6B except that two pairs of magnetic resistance sensors 601 and 602 , and 603 and 604 are related to a track of the magnetic division 160 are arranged.
Fig. 7A ist eine Brückenschaltung, in welcher in den Fig. 6A oder 6B gezeigte Magnetwiderstandssensoren angeordnet sind, und Fig. 7B ist eine Brückenschaltung, in welche die in Fig. 6C gezeigten Sensoren angeordnet sind. In Fig. 7A bilden Konstantwiderstände 400 und ein Paar von Magnetwiderstandssensoren 401 und 402, oder 501 und 502 eine Brücke, und in Fig. 7B bilden Magnetwiderstandssensoren 601, 602, 603 und 604 eine Brücken. Fig. 7A is a bridge circuit in which magnetic resistance sensors shown in Fig. 6A or 6B are arranged, and Fig. 7B is a bridge circuit in which the sensors shown in Fig. 6C are arranged. In Fig. 7A, constant resistors 400 and a pair of magnetic resistance sensors 401 and 402 , or 501 and 502 bridge, and in Fig. 7B magnetic resistance sensors 601 , 602 , 603 and 604 bridge.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele erläutert, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu erleichtern, jedoch läßt sich die Erfindung auf unterschiedliche Weisen verwirklichen, ohne von ihren Grundlagen abzuweichen. Daher soll die Erfindung sämtliche möglichen Ausführungsformen und Abänderungen der gezeigten Ausführungsformen einschließen, die sich ohne Abweichung von den Grundlagen der vorliegenden Erfindung verwirklichen lassen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben. Although the present invention was based on its preferred embodiments explained to a facilitate understanding of the invention, however the invention can be done in different ways realize without deviating from their basics. Therefore, the invention is intended to be all possible Embodiments and modifications of the shown Include embodiments that do not deviate from the basics of the present invention that can be realized from the totality of the available registration documents.
Beispielsweise kann die magnetische Unterteilung nur durch Abschnitte mit aufgezeichnetem Signal gebildet werden. Weiterhin kann die Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem magnetischen Drehkodierer eingesetzt werden, der eine zylindrische magnetische Skala aufweist, auf welcher eine magnetische Unterteilung ausgebildet ist, sowie ein Detektorteil, welches neben der Seitenoberfläche der Skala so angeordnet ist, daß ein dieser und der magnetischen Unterteilung gegenüberliegender Magnetwiderstandssensor gebildet wird.For example, the magnetic division can only formed by sections with recorded signal will. Furthermore, the position detection device according to the present invention in a magnetic Rotary encoders are used, which is a cylindrical has a magnetic scale on which a magnetic Subdivision is formed, as well as a detector part, which next to the side surface of the scale like that is arranged that one of these and the magnetic Subdivision of opposing magnetic resistance sensor is formed.
Claims (6)
eine Skaleneinrichtung mit einer magnetischen Unterteilung, auf welcher zyklische Signale aufgezeichnet sind, die alternierend gepolt sind, und
einer Erfassungseinrichtung, die in Bezug auf die Skaleneinrichtung relativ beweglich angeordnet ist und einen Magnetwiderstandssensor aufweist, welcher der magnetischen Unterteilung der Skaleneinrichtung gegenüberliegt, wobei eine Breitenrichtung der magnetischen Unterteilung und eine Längsrichtung des Magnetwiderstandssensors in einem Winkel R zueinander angeordnet sind.1. Position detection device , characterized by
a scale device with a magnetic division on which cyclic signals are recorded, which are alternately poled, and
a detection device which is arranged to be relatively movable with respect to the scale device and has a magnetic resistance sensor which is opposite to the magnetic division of the scale device, a width direction of the magnetic division and a longitudinal direction of the magnetic resistance sensor being arranged at an angle R to one another.
eine magnetische Skaleneinrichtung mit einer magnetischen Unterteilung, auf welcher zyklische Signale aufgezeichnet sind, welche alternierend gepolt sind, und
eine Erfassungseinrichtung, die relativ beweglich zur Skaleneinrichtung angeordnet ist und einen Magnetwiderstandssensor aufweist, welche der magnetischen Unterteilung der Skaleneinrichtung gegenüberliegt, wobei der Magnetwiderstandssensor in Bezug auf eine Linie geneigt ist, welche durch die zyklischen Signale der magnetischen Unterteilung gebildet wird, welche dieselbe Polarität im selben Zyklus aufweisen, um einen Winkel R.4. Position detection device, characterized by
a magnetic scale device with a magnetic division on which cyclic signals are recorded, which are alternately poled, and
a detection device which is arranged to be movable relative to the scale device and which has a magnetic resistance sensor which is opposite the magnetic division of the scale device, the magnetic resistance sensor being inclined with respect to a line which is formed by the cyclic signals of the magnetic division which have the same polarity in the same Cycle at an angle R.
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