DE69925353T2

DE69925353T2 - Induktiver Positionsgeber mit hoher Genauigkeit und reduziertem Offset

Info

Publication number: DE69925353T2
Application number: DE69925353T
Authority: DE
Inventors: Nils Ingvar Andermo
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: EP1014041A1; CN1198111C; CN1272620A; DE69925353D1; EP1014041B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Sachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf lineare und Dreh-Absolut-Positionswandler mit induziertem Strom. Insbesondere ist diese Erfindung auf Dreh- und Linear-Absolut-Positionswandler mit induziertem Strom mit verbesserten Wickelanordnungen gerichtet, um das Verhältnis der nutzbaren Ausgangs-Signal-Komponenten, d.h. solche, die zu der Wandler-Position in Bezug gesetzt sind, relativ zu äußeren („Offset") Komponenten des Ausgangs-Signals, die nicht zu der Wandler-Position in Bezug gesetzt sind, zu erhöhen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Positionswandler mit induziertem Strom besitzen typischerweise einen Lesekopf, der relativ zu einem Skalenelement bewegbar ist. Der Positionswandler kann einen Lesekopf mit einem oder mehreren Wandlern haben, wobei jeder eine Senderwicklung und überlappende Empfängerwicklungen besitzt. Jeder Wandler wird eine Skala auf demselben Skalenelement haben. Jede Skala auf dem Skalenelement umfasst eine Vielzahl von Fluss-Modulatoren. Es ist wichtig, dass die Empfängerwicklungen jedes Wandlers eine Wellenlänge haben, die gegenüber anderen Empfängerwicklungen unterschiedlich ist. Ähnlich besitzen die Fluss-Modulatoren jeweils eine Länge, gemessen entlang der Messachse, gleich zu der Hälfte der Wellenlänge der entsprechenden Empfängerwicklung.
Jeder Wandler verwendet zwei sich überlappende Empfängerwicklungen, die ein viertel der Skalen-Wellenlänge voneinander beabstandet sind, um Ausgangs-Signale bereitzustellen, die sich in Quadratur befinden. Die Signale, ausgegeben von den Empfängerwicklungen, befinden sich deshalb 90 Grad aus der Phase zueinander. Die Relation zwischen den Signalen von den zwei Empfängerwicklungen ermöglicht, dass die Bewegungsrichtung bestimmt werden kann.
Die Signalamplituden der Empfängerwicklungen folgen einer sinusförmigen Funktion, wenn sich die Skala entlang der Messachse bewegt. Jede der Empfängerwicklungen besitzt Schleifen mit alternierenden Wickel-Richtungen. Die Empfängewicklungen besitzen jeweils einen ersten Satz von Schleifen mit einer positiven Polarität und einen zweiten Satz von Schleifen mit einer negativen Polarität, die einzeln zwischen jeder benachbarten Wicklung in dem ersten Satz positioniert sind. Demzufolge besitzt die elektromotorische Kraft („EMF"), induziert in den Schleifen mit positiver Polarität, eine Polarität, die entgegengesetzt zu der Polarität der EMF, induziert in den Schleifen mit negativer Polarität, ist. Die Schleifen mit positiver Polarität umschließen allgemein einen Abschnitt derselben Größe wie die Schleifen der negativen Polarität, und, nominal, denselben Umfang eines magnetischen Flusses. Deshalb ist die absolute Größe der EMF, erzeugt in den Schleifen mit positiver Polarität, nominal dieselbe wie die EMF, erzeugt in den Schleifen mit negativer Polarität.
Die Anzahl von Schleifen mit positiver Polarität entspricht auch der Anzahl von Schleifen mit negativer Polarität. Demzufolge ist die positive Polarität der EMF, induziert in den Schleifen mit positiver Polarität, exakt zu der EMF mit negativer Polarität, induziert in den Schleifen mit negativer Polarität, versetzt. Demzufolge ist die nominale Netto-EMF an jeder der Empfängerwicklungen Null und ist so vorgesehen, dass kein Signal von den Empfängerwicklungen als Folge der direkten Kopplung von den Senderwicklungen zu den Empfängerwicklungen ausgegeben wird.
Wenn der Lesekopf in der Nähe der Skala platziert ist, führt der sich ändernde, magnetische Fluss, erzeugt durch die Senderwicklung, auch durch die Fluss-Modulatoren hindurch. Die Fluss-Modulatoren modulieren den sich ändernden, magnetischen Fluss.
1A stellt den positionsabhängigen Ausgang von den Schleifen mit positiver Polarität dar, wenn sich die Fluss-Modulatoren relativ zu den Schleifen mit positiver Polarität bewegen. Unter der Annahme, dass die Fluss-Modulatoren Fluss-Unterbrecher sind, entspricht die minimale Signalamplitude solchen Positionen, wo sich die Fluss-Unterbrecher exakt zu den Schleifen mit positiver Polarität ausrichten, während die Positionen mit maximaler Amplitude den Fluss-Unterbrechern entsprechen, die zu den Schleifen mit negativer Polarität ausgerichtet sind.
1B stellt den Signalausgang von jeder der Schleifen mit negativer Polarität dar. Entsprechend des Signals, dargestellt in 1A, entspricht die minimale Signalamplitude solchen Positionen, wo sich die Fluss-Unterbrecher exakt zu den Schleifen mit positiver Polarität ausrichten, während der maximale Signalausgang solchen Positionen entspricht, wo sich die Fluss-Unterbrecher exakt zu den Schleifen mit negativer Polarität ausrichten. Es sollte ersichtlich sein, dass dann, wenn Fluss-Verstärker anstelle von Fluss-Unterbrechern verwendet werden würden, die minimalen Signalamplituden in den 1A und 1B den Fluss-Verstärkern entsprechen würden, die sich zu den Schleifen mit negativer Polarität ausrichten, während die maximale Signalamplitude den Fluss-Verstärkern entsprechen würde, die sich zu den Schleifen mit positiver Polarität ausrichten.
1C stellt den Netto-Signalausgang von jeder der sich überlappenden Empfängerwicklung dar. Dieses Netto-Signal ist gleich zu der Summe der Signale, ausgegeben von den Schleifen mit positiver und negativer Polarität, d.h. die Summe der Signale, dargestellt in 1A und 1B. Das Netto-Signal, dargestellt in 1C, sollte idealerweise symmetrisch um Null herum sein, das bedeutet die Schleifen mit positiver und negativer Polarität sollten exakt ausbalanciert sein, um einen symmetrischen Ausgang mit einem Offset von Null zu erzeugen.
Allerdings erscheint eine „DC" (positionsunabhängig) Komponente oftmals in dem Netto-Signal in einer realen Vorrichtung. Diese DC-Komponente ist das Offset-Signal V₀. Diese Offset V₀ ist eine äußere Signal-Komponente, die eine Signalverarbeitung verkompliziert und zu unerwünschten Positions-Messfehlern führt. Dieses Offset besitzt zwei Hauptquellen.
Als Erstes führt die vollständige Amplitude der Senderfelder durch die Empfängerwicklungen hindurch. Wie vorstehend angegeben ist, induziert dies eine Spannung in jeder Schleife. Die induzierte Spannung wird normal aufgehoben, da die Schleifen positive Wicklungs-Richtungen haben. Allerdings erfordert, um perfekt die induzierte Spannung in den Empfängerwicklungen aufzuheben, dies, dass die positiven und negativen Schleifen perfekt positioniert und geformt sind, und zwar für ein perfekt ausbalanciertes Ergebnis. Die Toleranzen in Bezug auf die Balance sind kritisch, da die Spannungen, induziert direkt in den Empfängerwicklungsschleifen durch die Senderwicklungen, viel stärker als die Modulation in der induzierten Spannung, verursacht durch die Fluss-Modulatoren, sind. In der Praxis verhindern Herstellungs-Toleranzen immer ein perfektes Ausbalancieren.
Als Zweites zeigt das räumlich modulierte Feld, erzeugt durch die Fluss-Modulatoren, auch eine durchschnittliche, Positions-unabhängige Offset-Komponente. Das bedeutet, dass die Fluss-Modulatoren innerhalb des magnetischen Felds, erzeugt durch die Senderwicklungen, alle dieselbe, räumliche Polaritäts-Modulation in dem ma gnetischen Feld erzeugen. Zum Beispiel besitzt, wenn Fluss-Unterbrecher verwendet werden, das induzierte Wirbelsstromfeld von den Fluss-Modulatoren ein Offset, da die Fluss-Unterbrecher innerhalb der Senderfelder alle ein sekundäres Magnetfeld mit derselben Polarität erzeugen. Gleichzeitig erzeugt der Raum zwischen den Fluss-Unterbrechern kein Feld mit sekundärer Größe.
Demzufolge sieht jede Schleife mit positiver Polarität und jede Schleife mit negativer Polarität der Empfängerwicklungen ein Netto-Magnetfeld, das zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert, die dieselbe Polarität haben, variiert. Der Durchschnittswert dieser Funktion ist nicht um Null herum ausbalanciert, d.h. er besitzt ein großes nominales Offset. Ähnlich besitzt, wenn Fluss-Verstärker verwendet werden, die Feld-Modulation aufgrund der Fluss-Verstärker eine Vorspannung, da die Verstärker innerhalb der Senderwicklungen alle dieselbe Feld-Modulation erzeugen, während der Raum zwischen den Modulatoren keine Modulation erzielt. Jede Schleife mit positiver und negativer Polarität jeder Empfängerwicklung sieht deshalb ein räumlich moduliertes Feld, das zwischen einem minimalen Wert und einem maximalen Wert, mit derselben Polarität, variiert. Der Durchschnittswert dieser Funktion besitzt auch ein großes, nominales Offset.
Eine Empfängerwicklung, die eine gleiche Anzahl von ähnlichen Schleifen mit positiver und negativer Polarität besitzt, hilft dabei, Offset-Komponenten zu beseitigen. Allerdings ermöglicht irgendeine nicht perfekte Balance zwischen den Schleifen mit positiver und negativer Polarität ein Rest-Offset entsprechend der vorherigen Beschreibung.
Beide dieser Offset-Komponenten werden dahingehend erwartet, dass sie nur durch die Symmetrie zwischen den Schleifen positiver und negativer Polarität in den Empfängerwicklungen ausbalanciert werden. Dies legt sehr beschränkende Erfordernisse der Herstellungs-Präzision der Empfängerwicklungen auf. Eine Erfahrung beim Herstellen des Wandlers zeigt an, dass dies praktisch unmöglich ist, um diese Quelle eines Fehlers von einem Positionswandler für einen induzierten Strom zu beseitigen.
Deshalb besteht ein Erfordernis nach einem Absolut-Positionswandler, der die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigt und der einfach hergestellt werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung schafft einen Absolut-Positionswandler für einen induzierten Strom mit verbesserten Wicklungs-Anordnungen, der die DC-Offset-Komponente des Ausgangssignals reduziert, gemäß Anspruch 1, einen Satz von induktiven Kopplungsschleifen ge mäß Anspruch 29, einen Lesekopf und ein Skalenelement gemäß Anspruch 30 und ein Verfahren gemäß Anspruch 32.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Absolut-Positionswandler für einen induzierten Strom mit einem „reduzierten Offset", der eine Skala und einen Lesekopf besitzt, die relativ zueinander entlang einer Messachse bewegbar sind, geschaffen.
Die verbesserten Wicklungs-Konfigurationen erhöhen das Verhältnis der nutzbaren Ausgangssignal-Komponenten relativ zu äußeren („Offset") Komponenten des Ausgangssignals, ohne eine erhöhte Wandler-Herstellungs-Genauigkeit zu erfordern. Weiterhin erhöhen die Wicklungs-Konfigurationen den Grad einer Ausgangssignal-Änderung pro Einheit einer Verschiebung für einen gegebenen Messbereich. Zusätzlich schafft die verbesserte Wicklungs-Konfiguration ein verringertes Offset-Ausgangssignal in einem Absolut-Positionswandler.
Dies wird durch Wicklungs-Konfigurationen erreicht, die die äußere Kopplung zwischen den Sender- und Empfängerwicklungen minimieren oder zu Null machen. Die Wicklungs-Konfigurationen ergeben auch eine erhöhte, positionsabhängige Kopplung zwischen den Wicklungen über eine Vielzahl von Kopplungs-Wicklungen auf der Skala, die mit einer Vielzahl von räumlichen Modulationen der Windungen bzw. Wicklungen zusammenwirken.
Der Lesekopf umfasst mindestens einen Magnetfluss-Sensor. Der Lesekopf umfasst weiterhin mindestens einen Magnetfeld-Generator, der auf ein Steuersignal anspricht, um einen ersten, sich ändernden, magnetischen Fluss in einem ersten Fluss-Abschnitt zu erzeugen.
Das Skalenelement besitzt eine Vielzahl von Fluss-Kopplungsschleifen, die sich entlang der Messachse erstrecken. Die Fluss-Kopplungsschleifen umfassen mindestens eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifen-Abschnitten und eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifen-Abschnitten. Die erste Vielzahl von Kopplungsschleifen-Abschnitten ist entlang der Messachse unter eine ersten Wellenlänge beabstandet und die zweite Vielzahl von Fluss-Kopplungsschleifen ist entlang der Messachse unter einer zweiten Wellenlänge beabstandet, die zu der ersten Wellenlänge unterschiedlich ist. Die Fluss-Kopplungsschleifen sprechen auf den ersten, sich ändernden, magnetischen Fluss in einer der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen-Abschnitten und der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen-Abschnitten an, um einen zweiten, sich ändernden, magnetischen Fluss außerhalb des ersten Fluss-Abschnitts und in dem anderen der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen-Abschnitte und der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen-Abschnitte zu erzeugen.
Der Lesekopf des induktiven Absolut-Positions-Sensors mit verringertem Offset umfasst auch einen Magnetfluss-Sensor, der außerhalb des ersten Fluss-Abschnitts positioniert ist. Der Magnetfluss-Sensor spricht auf den zweiten, sich ändernden, magnetischen Fluss an, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Funktion der relativen Position zwischen dem Magnetfluss-Sensor und den Fluss-Kopplungsschleifen ist. Das Ausgangssignal variiert unter der ersten oder zweiten Wellenlänge des entsprechenden anderen der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen-Abschnitte und der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen-Abschnitte, die den zweiten, sich ändernden, magnetischen Fluss erzeugen. Das Ausgangssignal, das bei der ersten Wellenlänge variiert, wird mit dem Ausgangssignal verglichen, das bei der zweiten Wellenlänge variiert, um eine grobe (oder synthetische) Wellenlänge zu erzielen, die den Umfang des absolut messbaren Abstands definiert. Der messbare Abstand kann durch Zählen aufeinander folgend quer verlaufender, grober Wellenlängen erweitert werden.
Eine beispielhafte Ausführungsform dieser Erfindung besitzt Fluss-Kopplungsschleifen, die mindestens zwei Abschnitte haben. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist jeder der zwei Abschnitte auf einem Skalenelement bei der Hälfte der entsprechenden einen der zwei Wellenlängen entlang der Messachse beabstandet. Die ersten Abschnitte der Kopplungsschleifen erstrecken sich in einen ersten Fluss-Abschnitt hinein. Eine Senderwicklung erzeugt einen ersten, sich ändernden Fluss in dem ersten Fluss-Abschnitt und der erste, sich ändernde Fluss induziert einen Strom in den ersten Abschnitten der Fluss-Kopplungsschleifen. Der induzierte Strom führt durch die zweiten Abschnitte der Kopplungsschleifen hindurch, die in einem zweiten Fluss-Abschnitt positioniert sind, der räumlich von dem ersten Fluss-Abschnitt versetzt ist. Der induzierte Strom in den zweiten Abschnitten erzeugt einen räumlich modulierten, sekundären, sich ändernden magnetischen Fluss in dem zweiten Fluss-Abschnitt. Die Kopplungsschleifen modulieren räumlich den sekundären, magnetischen Fluss bei der Wellenlänge, bei der jeder der entsprechenden Kopplungsschleifen-Abschnitte entlang der Messachse beabstandet ist. Ein Fluss-Sensor in dem zweiten Fluss-Abschnitt erfasst den sekundären, magnetischen Fluss, um ein positionsabhängiges Ausgangssignal zu erzeugen.
Eine zweite Senderwicklung kann in dem zweiten Fluss-Abschnitt positioniert werden, während eine entsprechende zweite Senderwicklung in dem ersten Fluss-Abschnitt positioniert ist. Die zweite Senderwicklung kann dann wahlweise so mit Energie beaufschlagt werden, dass die zweite Empfängerwicklung ein positionsabhängiges Ausgangssignalerzeugt, das mit der Wellenlänge variiert, unter der jeder andere eine der ersten Schleifen-Abschnitte entlang der Messachse beabstandet ist. Deshalb werden mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen-Ausgänge unter Verwendung derselben Fluss-Kopplungsschleifen erzeugt. Demzufolge ermöglichen die unterschiedlichen Wellenlängen ein Absolut-Positions-Erfassungssystem. Auch wird, da derselbe Satz von Kopplungsschleifen zwei unterschiedliche Wellenlängen erzeugt, ein hoher Grad einer räumlichen Effektivität erreicht.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung folgen aus den abhängigen Ansprüchen.
Diese und andere Merkmale dieser Erfindung werden in der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung von verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen der Wandler mit verringertem Offset gemäß der Erfindung beschrieben oder werden daraus ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene, beispielhafte Ausführungsformen von Wandlern mit einem verringerten Offset gemäß dieser Erfindung werden im Detail, unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren, beschrieben, wobei:
1A stellt den positionsabhängigen Ausgang von Schleifen mit positiver Polarität eines Positionswandlers mit induziertem Strom dar;
1B stellt den positionsabhängigen Ausgang von Schleifen mit negativer Polarität eines Positionswandlers mit induziertem Strom dar;
1C stellt den positionsabhängigen Netto-Ausgang der Schleifen mit positiver und negativer Polarität der 1A und 1B dar;
2 stellt einen Absolut-Positionswandler dar, der nicht erwünschte, äußere Signal-Offset-Komponenten besitzt;
3 stellt eine Skala einer ersten Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar;
4 stellt die erste Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar;
5 stellt eine zweite Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar;
6A stellt eine dritte Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar;
6B stellt einen ersten Wandler des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom der 6A dar;
6C stellt einen zweiten Wandler des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom der 6A dar;
7 stellt eine vierte Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar; und
8 stellt eine fünfte Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar;
9 stellt eine sechste Ausführungsform des Offset-Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom gemäß dieser Erfindung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das US-Patent 5,886,519 offenbart einen Absolut-Positionswandler mit induziertem Strom. Das 519 Patent offenbart auch zugeordnete Signalverarbeitungstechniken für einen Absolut-Positionswandler mit induziertem Strom, der in einem Absolut-Positionswandler mit induziertem Strom mit verringerten Offset gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
2 stellt allgemein die Betriebsweise des Absolut-Positionswandlers mit induziertem Strom des 519 Patents dar. Wie in 2 dargestellt ist, umfasst der Absolut-Positionswandler 100 mit induziertem Strom einen Lesekopf 148, der relativ zu einer Skala 132 bewegbar ist. Die Skala 132 und der Lesekopf 148 sind vorzugsweise auf gedruckten Schaltungs-Leiterplatten, unter Verwendung einer Standard-Technologie für Schaltungs-Leiterplatten, gebildet.
Der induktive Absolut-Positionswandler 100 umfasst drei Wandler 102, 104 und 106 auf parallelen Spuren. Jeder der drei Wandler 102, 104 und 106 umfasst eine Senderwicklung 108, 110 und 112, jeweils, und zwei überlappende Empfängerwicklungen 114 und 116, 118 und 120, und 122 und 124, jeweils. Jeder Wandler 102, 104 und 106 umfasst auch eine Skala 126, 128 und 130. Die Skalen 126, 128 und 130 sind auf einem Skalenelement 132 des induktiven Absolut-Positionswandlers 100 gebildet. Jede Skala 126, 128 und 130 umfasst eine Vielzahl von Fluss-Modulatoren 134. Es ist wichtig, dass die Empfängerwicklungen 114 und 116, 118 und 120, und 122 und 124 der Wandler 102, 104 und 106 jeweils Wellenlängen von λ₁, λ₂ und λ₃ haben. Ähnlich besitzen die Fluss-Modulatoren 134 auf den Skalen 126, 128 und 130 jeweils eine Länge 136, 138 und 140, jeweils, gemessen entlang der Messachse 142, gleich zu der Hälfte der entsprechenden Wellenlänge λ₁, λ₂ und λ₃.
2 stellt verschiedene, vertikale Linien, gleichmäßig beabstandet unter der Wellenlänge λ₃, dar, wobei die Markierungen der halben Wellenlänge durch unterbrochene Linien angezeigt sind. Die vertikalen Linien und die unterbrochenen Linien bilden eine sichtbare Referenz, um dabei zu helfen, anzuzeigen, wie sich die Wellenlängen λ₁ und λ₂ von der Wellenlänge λ₃ unterscheiden.
Vorzugsweise entspricht die Wellenlänge λ₁ 2,54 mm, die Wellenlänge λ₂ entspricht 2,4094 mm und die Wellenlänge λ₃ entspricht 2,56 mm. Jeder der Wandler 102 und 106 kann dazu verwendet werden, eine feine Wellenlängen-Messung zu erreichen. Die Wellenlänge λ₃ (2,56mm) ist besonders für Millimeter-Messungen nützlich, da sie einfache, digitale Berechnungen ermöglicht. Die Wellenlänge λ₁ (2,54 mm) ist gleich zu 0,1 Inch. Demzufolge wird sie in Inch-Messungen verwendet, da sie einfache Inch/Millimeter-Umwandlungs-Berechnungen ermöglicht.
Die Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃ besitzen Werte mit kleinen Differenzen zueinander. Demzufolge ändert sich die räumliche Phasendifferenz zwischen Paaren dieser Wellenlänge entlang der Skala und verläuft über einen vollen Kreis mit 360° über eine räumliche Länge viel länger als irgendeine der individuellen Wellenlängen λ₁, λ₂ oder λ₃. Dementsprechend können Positions-Ausgangs-Informationen von zwei Wandlern mit unterschiedlichen Wellenlängen, wie beispielsweise zwei von den Wandlern 102, 104 und 106, für Langbereichs-Messungen kombiniert werden.
Die kombinierten Positions-Informationen liefern Absolut-Positions-Informationen, basierend auf einer räumlichen „Phasen-Beziehungs-" Berechnung, über eine „mittlere Wellenlänge" oder eine „grobe Wellenlänge". Diese „mittlere" oder „grobe" Wellenlänge entspricht 360° einer relativen, räumlichen Phasen-Verschiebung, und wird von den räumlichen Wellenlängen der zwei Wandler abgeleitet. Diese „mittlere" oder „grobe" Wellenlän ge ist viel länger als der Bereich der absoluten Messung, der durch irgendeinen der Wandler 102, 104 oder 106 alleine erreicht werden könnte.
Wenn die räumlichen Wellenlängen der zwei Wandler zunehmend ähnlich werden, geht die Phasendifferenz, abgeleitet von Signalen von den zwei Wandlern, über einen vollen Zyklus von 360° über eine zunehmend längere „Phasen-Beziehungs-" Wellenlänge. Dies entspricht einem größeren, absoluten Messbereich.
Die zulässige, praktische Beziehung zwischen den Wellenlängen der Wandler 102, 104 und 106, und demzufolge der gesamte Absolut-Messbereich der Vorrichtung, ist von der Mess-Genauigkeit jeder der drei Wellenlängen/Wandler abhängig. Eine hohe Messungs-Genauigkeit für einen individuellen Wandler zeigt an, dass Positionen genau bis zu einer Auflösung bestimmt werden können, die ein kleiner Teil der Wandler-Wellenlänge ist.
„Interpolations-Verhältnis" beschreibt den Grad, zu dem eine Unter-Wellenlängen-Auflösung oder -Genauigkeit erhalten werden kann. Das bedeutet, dass es das Verhältnis der Wellenlänge zu der ausgewählten Erhöhung einer Positions-Auflösung ist. Dieser Ausdruck kann auf die Wellenlänge eines individuellen Wandlers, oder die effektiven „mittleren" oder „groben" Wellenlängen, beschrieben vorstehend, angewandt werden.
In dem induktiven Absolut-Positionswandler 100, dargestellt in 2, muss der induktive Absolut-Positionswandler 100 mit einer sehr konservativen „Fehlergrenze" für die relativen Phasen-Berechnungen aufgebaut werden. Das bedeutet, dass, unter den schlechtesten Bedingungen, die „mittlere" oder „grobe", relative Phasen-Berechnung die Position der relativ sich bewegenden Wandler-Elemente entsprechend zu einer bestimmten, individuellen Wellenlänge des „nächsten, feineren" Messungs-Modus des absoluten Systems identifizieren muss. Ansonsten wird ein Fehler entsprechend zu mindestens einer Wellenlänge des „nächsten, feineren" Messungs-Modus in der gesamten absoluten Positions-Berechung erzeugt werden. „Wellenlängen-Verhältnis" bedeutet das Verhältnis der relativ gröberen, effektiven Wellenlänge zu der „nächsten, feineren" effektiven Wellenlänge, zum Beispiel, grob/mittel oder mittel/fein.
Für den induktiven Absolut-Positionswandler 100 der 2 wird eine konservative Fehlergrenze unter Verwendung eines Wellenlängen-Verhältnisses erhalten, das niedrig verglichen mit dem Interpolations-Verhältnis der individuellen Wandler ist. Die Wellenlängen-Verhältnisse, die in den verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des induktiven Absolut-Positionswandlers dieser Erfindung, diskutiert hier, verwendet werden, sind nur 16/1 für mittel/fein und 8/1 für grob/mittel. Diese Wellenlängen-Verhältnisse ergeben eine ausreichende Sicherheitsgrenze gegenüber der nominalen Genauigkeit, und ein Interpolations-Verhältnis von 256/1, erwartet für die individuellen Wandler 102, 104 und 106, und deren zugeordneten, feinen Wellenlängen. Die Wellenlängen-Verhältnisse können in Abhängigkeit von System-Design-Toleranzen und zulässigen Kosten erhöht werden. Allerdings könnte dies zu einem größeren Risiko von Fehlern führen, was nicht korrekte Absolut-Messungs-Auslesungen verursacht.
Die Phasendifferenz zwischen den Wellenlängen λ₁ und λ₃ ergibt eine effektive, grobe Wellenlänge von 325,12 mm. Um eine mittlere Wellenlänge λ_M, zu erzielen, ergibt die Differenz zwischen der Wellenlänge λ₃ von 2,56 mm und der Wellenlänge λ₂ von 2,4094 mm eine Wellenlänge von 40,96 mm, die gleich zu 16 × 2,56 mm und 17 × 2,4094 mm ist. Demzufolge ist das grobe/mittlere Verhältnis 325,12/40,94, oder ungefähr 8. Das grobe/feine Verhältnis ist 325,12/2,54 = 128 oder 325,12/2,56 = 127. Es sollte ersichtlich sein, dass, um einen induktiven Absolut-Positionswandler sicherzustellen, der einen ausreichenden Messbereich besitzt, das grobe/feine Verhältnis vorzugsweise mindestens 100 beträgt, während das mittlere/feine Verhältnis vorzugsweise mindestens 10 beträgt. Die nachfolgende, quantitative Beschreibung fasst die Design-Richtlinien entsprechend zu feinen (Millimeter und Inch), mittleren und groben Betriebsmoden, verwendet in den verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des induktiven Absolut-Positionswandlers gemäß dieser Erfindung, zusammen, die hier diskutiert sind.
Insbesondere sind die Wellenlängen λ₁, λ₂ und λ₃: λ₁ = 2,54 mm; λ₂ = 2,4094 mm; und λ₃ = 2,56 mm. Die räumliche Phasen-Position jedes Wandlers 102, 104 und 106 ist als ϕ₁, ϕ₂ und ϕ₃, jeweils, definiert. Die Wellenlängen λ₁ werden für Inch-Fine-Mode-Messungen verwendet. Die Wellenlänge λ_M für den mittleren Modus wird bestimmt als:
Demzufolge ist die Wellenlänge λ_M für den mittleren Modus 40,96 mm.
Die Wellenlänge λ_c für den groben Modus wird bestimmt als:
Demzufolge ist, wenn λ₁ den Wert 2,54 mm hat und λ₃ den Wert 2,56 mm hat, die Wellenlänge λ_c für den groben Modus 325,12 mm.
Die Phasen-Position der groben Wellenlänge λ_c ist ϕ₁-ϕ₃. Die Phasen-Position der mittleren Wellenlänge λ_M3 ist ϕ_2-ϕ₃. Die Berechnung der allgemeinen Phasen-Position ϕ_n wird nachfolgend definiert. Die Phasen-Position für jede feine Wellenlänge λ₁ oder λ₃ wird durch Quadratur bestimmt, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Die Senderwicklungen 108, 110 und 112 und die Empfängerwicklungen 114 und 116, 118 und 120, und 122 und 124 der Wandler 102, 104 und 106, jeweils, werden vorzugsweise auf zwei Schichten einer einzelnen, gedruckten Schaltungs-Leiterplatte hergestellt, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Wie vorstehend angeführt ist, verwendet jeder Wandler 102, 104 und 106 zwei Empfängerwicklungen 114 und 116, 118 und 120, und 122 und 124, jeweils. Die Empfängerwicklungen befinden sich, indem sie ein Viertel einer Skalen-Wellenlänge voneinander entfernt sind, in Quadratur. Die Signale, ausgegeben von den Empfängerwicklungen, befinden sich deshalb räumlich um 90° außerhalb der Phase. Die Beziehung zwischen den Signalen von den zwei Empfängerwicklungen ermöglicht, dass die Richtung einer Bewegung bestimmt wird, und ermöglicht, dass eine eindeutige, feine Positions-Messung irgendwo innerhalb einer feinen Wellenlänge berechnet werden kann.
In dem induktiven Absolut-Positionswandler 100 der 2 folgen die Signalamplituden der Empfängerwicklungen einer sinusförmigen Funktion, wenn sich die Skala 132 entlang der Messachse 142 bewegt. Die linearen und Phasen-Positionen x und ϕ_n werden, jeweils, innerhalb einer lokalen Wellenlänge der Skala relativ zu den entsprechenden Empfängerwicklungen erhalten als: X = tan–1(s1/s2)·(λn/360°) ϕn = tan–1(Sn1/Sn2)wobei:
x ist die lineare Position;
ϕ_n ist die räumliche Phasen-Position, wobei n = 1, 2 oder 3 für Wandler 102, 104 oder 106, jeweils, gilt;
S_n1 und S_n2 sind die Amplitude der Ausgangssignale von den entsprechenden Empfängerwicklungen; und
λ_n ist die entsprechende Wellenlänge.
Die tan^–1 Funktion führt einen Winkel zwischen 0° und 360°, unter Verwendung der Signal-Polarität von den S_n1 und S_n2 Signalen, zurück, um den geeigneten „Quadranten" der Wellenlänge, der den Signalen entspricht, zu identifizieren.
Zusätzlich sollte, in diesen Ausführungsformen, die Länge der Empfängerwicklungen jedes Wandlers 102, 104 und 106 das Ganzzahlige von Wellenlängen sein, die am nächsten zu der mittleren Wellenlänge λ_M gelangen. Vorzugsweise wird die mittlere Wellenlänge λ_M gleich zu einer ganzen Zahl von Wellenlängen für jeden Wandler 102, 104 und 106 sein. Allerdings werden höchstens zwei der Wandler 102, 104 und 106 ein Ganzzahliges der Wellenlängen gleich zu der mittleren Wellenlänge λ_M haben.
Die 3 und 4 stellen eine erste, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 200 mit verringertem Offset gemäß dieser Erfindung dar. Der Wandler 200 mit induziertem Strom mit verringertem Offset erzeugt einen Ausgangs-Typ, der gewöhnlich als „absolut" bezeichnet wird. „Absolut" bedeutet, dass der Wandler 200 einen zyklischen Ausgang erzeugt, der nicht über den Umfang der Wandler-Verschiebung wiederholt wird. Insbesondere stellt 3 eine erste, beispielhafte Ausführungsform der Skala 202 mit verringertem Offset des Wandlers 200 dar. Wie in 3 dargestellt ist, umfasst die Skala 202 mit verringertem Offset eine Vielzahl von Kopplungsschleifen 204 mit geschlossener Schleife. Jede der Kopplungsschleifen 204 ist elektrisch gegen die anderen der Kopplungsschleifen 204 isoliert.
Jede der Vielzahl der Kopplungsschleifen 204 umfasst einen ersten Schleifenabschnitt 206 und einen zweiten Schleifenabschnitt 208, verbunden durch ein Paar Verbindungsleiter 210. Die ersten Schleifenabschnitte 206 sind entlang einer seitlichen Kante der Skala 202 angeordnet und sind entlang der Messachse 212 feldmäßig vorhanden. Die zweiten Schleifenabschnitte 208 sind entlang einer zweiten, seitlichen Kante der Skala 202 angeordnet und sind feldmäßig entlang der Messachse 212 vorhanden. Die Verbindungsleiter 210 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Messachse 212, um die ersten Schleifenabschnitte 206 mit den zweiten Schleifenabschnitten 208 zu verbinden.
Wie in 4 dargestellt ist, umfasst der Lesekopf 214 des Wandlers 200 eine erste Senderwicklung 216 und eine zweite Senderwicklung 218. Wie in 4 dargestellt ist, ist die erste Senderwicklung 216 an einer ersten, seitlichen Kante des Lesekopfs 214 vorgesehen, während die zweite Senderwicklung 218 an der anderen, seitlichen Kante des Le sekopfs 214 vorgesehen ist. Jede der Senderwicklungen 216 und 218 besitzt dieselbe, lange Dimension, die sich entlang der Messachse 212 erstreckt.
Die Anschlüsse 216A und 216B der ersten Senderwicklung 216 und die Anschlüsse 218A und 218B der zweiten Senderwicklung 218 sind mit dem Senderansteuersignal-Generator 220 verbunden. Der Senderansteuersignal-Generator 220 gibt selektiv ein Zeit variierendes Ansteuersignal zu entweder der ersten Senderwicklung 216 oder der zweiten Senderwicklung 218 aus. Demzufolge fließt jeder Zeit variierende Strom durch die erste Senderwicklung 216 oder durch die zweite Senderwicklung 218.
Wie in 4 dargestellt ist, erzeugt, in Abhängigkeit des Senderansteuersignal-Generators 220, der ein Zeit variierendes Ansteuersignal anlegt, einen Strom in Uhrzeigerrichtung verursachend, um augenblicklich in der ersten Senderwicklung 216 zu fließen, die erste Senderwicklung 216 ein magnetisches Feld, das sich in die Ebene der 4 innerhalb der ersten Senderwicklung 216 absenkt und bis zu der Ebene der 4 außerhalb der Schleife, gebildet durch die erste Senderwicklung 216, ansteigt. Daraufhin wird ein Strom in Gegenuhrzeigerrichtung in den ersten Schleifenabschnitten 206 induziert, der der Änderung des magnetischen Felds entgegenwirkt.
Demzufolge fließt der induzierte Strom in jeder der ersten Schleifenabschnitte 206 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Strom, der in der angrenzenden ersten Senderwicklung 216 fließt. Wie in 4 dargestellt ist, besitzen angrenzende solche der zweiten Schleifenabschnitte 208 Schleifenströme, die entgegengesetzte Polaritäten haben. Demzufolge wird ein sekundäres, magnetisches Feld erzeugt, das Feldabschnitte einer entgegengesetzten Polarität, periodisch verteilt entlang der Messachse über die zweiten Schleifenabschnitte 208 der Skala 202, besitzt. Die Wellenlänge λ₂ des periodischen, sekundären, magnetischen Felds ist gleich zu dem Abstand, unter dem die zweiten Schleifenabschnitte 208, die eine ähnliche Stromrichtung haben, beabstandet sind.
Auf ein Anlegen eines Zeit variierenden Ansteuersignals durch den Ansteuersignal-Generator 220 hin, was einen Strom in Uhrzeigerrichtung verursacht, der augenblicklich in der zweiten Senderwicklung 218 fließt, erzeugt die zweite Senderwicklung 218 ein primäres, magnetisches Feld, das sich in die Ebene der 4 innerhalb des zweiten Senderwicklungsabschnitts 218 absenkt und bis zu der Ebene der 4 außerhalb der Schleife, gebildet durch die zweite Senderwicklung 218, ansteigt. Daraufhin wird ein Strom in Ge genuhrzeigerrichtung in den zweiten Schleifenabschnitten 208 induziert, der der Änderung des magnetischen Felds entgegenwirkt.
Demzufolge fließt der induzierte Strom in jeder der zweiten Schleifenabschnitte 208 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Strom, der in den jeweiligen, benachbarten, zweiten Senderwicklungen 218 und benachbarten solchen der ersten Schleifenabschnitte 206 an der äußeren Kante der Skala 214, die Schleifenströme haben, die entgegengesetzte Polaritäten haben, fließt. Demzufolge wird ein sekundäres, magnetisches Feld erzeugt, das Feldabschnitte einer entgegengesetzten Polarität, periodisch verteilt an der anderen Kante der Skala, besitzt. Die Wellenlänge λ₁ des periodischen, sekundären, magnetischen Felds ist gleich zu dem Abstand, unter dem die ersten Schleifenabschnitte 206 einer gleichen Stromrichtung beabstandet sind.
Der Lesekopf 214 umfasst erste und zweite Empfängerwicklungs-Gruppen 224 und 226. Die erste Empfängerwicklungs-Gruppe 224 umfasst erste und zweite Empfängerwicklungen 224A und 224B. Die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe umfasst erste und zweite Empfängerwicklungen 226A und 226B. Die erste und die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 224 und 226 sind jeweils durch eine Vielzahl von Schleifensegmenten 228 und 230, gebildet auf zwei angrenzenden Schichten der gedruckten Schaltungs-Leiterplatte, die den Lesekopf 214 bildet, gebildet.
Die Schleifensegmente 228 und 230 sind ähnlich über Zuführungs-Tröge 232, um alternierende Schleifen 234 mit positiver Polarität und Schleifen 236 mit negativer Polarität in jeder der Empfängerwicklungen 224A, 224B, 226A und 226B zu bilden, verbunden. Die erste Empfängerwicklungs-Gruppe 224 ist entlang einer ersten Kante des Lesekopfs 214 positioniert und ist induktiv mit den ersten Schleifenabschnitten 206 entlang der Messachse gekoppelt. Die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 226 ist entlang einer zweiten Kante des Lesekopfs 214 angeordnet und ist induktiv mit den zweiten Schleifenabschnitten 208 entlang der Messachse 212 gekoppelt.
Jeder der ersten Schleifenabschnitte 206 ist unter einer Teilung gleich zu der Hälfte einer Wellenlänge λ₁ der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 224 angeordnet. Weiterhin erstrecken sich die ersten Schleifenabschnitte 206 jeweils um einen Abstand entlang der Messachse 212, was den Abstand der zweiten Schleifenabschnitte anpasst, die sich entlang der Messachse erstrecken. Jeder der zweiten Schleifenabschnitte 208 ist unter einer Teilung gleich zu der Hälfte der Wellenlänge λ₂ der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226 angeordnet. Weiterhin erstrecken sich die zweiten Schleifenabschnitte 208 jeweils einen Abstand entlang der Messachse 212, was so nahe wie möglich zu der Wellenlänge λ₂ ist, während noch ein isolierender Raum 240 zwischen benachbarten solchen der zweiten Schleifenabschnitte 208 erreicht wird. Zusätzlich erstrecken sich der erste und der zweite Schleifenabschnitt 206 und 208 einen Abstand d₁ in einer Richtung senkrecht zu der Messachse 212.
Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, sind die zweiten Schleifenabschnitte 208 einen Abstand d₂ von den entsprechenden ersten Schleifenabschnitten 206 beabstandet, und die erste und die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 224 und 226 sind um einen Abstand d₂ voneinander beabstandet. Dementsprechend koppeln sich, wenn der Lesekopf 212 in der Nähe der Skala 202 platziert ist, wie dies in 4 dargestellt ist, die erste Empfängerwicklung 216 und die erste Empfängerwicklungs-Gruppe 224 induktiv mit den ersten Schleifenabschnitten 206 der Vielzahl der Kopplungsschleifen 204. Ähnlich koppeln sich die zweite Senderwicklung 218 und die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 226 induktiv mit den zweiten Schleifenabschnitten 208 der Vielzahl der Kopplungsschleifen 204.
Im Betrieb wird ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal selektiv durch den Senderansteuersignal-Generator 220 zu entweder der ersten Senderwicklung 216 oder der zweiten Senderwicklung 218 ausgegeben. In dem Fall eines Aktivierens der ersten Senderwicklung 216 wird jeder des ersten Schleifenabschnitts 206 der Vielzahl der Kopplungsschleifen 204 induktiv mit der ersten Senderwicklung 216 durch das Magnetfeld, erzeugt durch die erste Senderwicklung 216, gekoppelt. Demzufolge induziert ein Strom in Uhrzeigerrichtung, der durch die erste Sendewicklung 216 fließt, einen Strom in Gegenuhrzeigerrichtung durch die ersten Schleifenabschnitte 206.
Der momentane, in Gegenuhrzeigerrichtung fließende Strom in jeder der ersten Schleifenabschnitte 206 der Kopplungsschleifen 204 erzeugt ein magnetisches Feld, das sich in die Ebene von 4 innerhalb jeder anderen einen der zweiten Schleifenabschnitte 208 absenkt und der hoch in die Ebene der 4 in den anderen jeder der zweiten Schleifenabschnitte 208 ansteigt. Demzufolge wird ein alternierendes oder räumlich moduliertes, magnetisches Netto-Feld entlang der Messachse 212 gebildet. Dieses räumlich modulierte, magnetische Feld der zweiten Schleifenabschnitte 208 der Kopplungsschleifen 204 besitzt eine Wellenlänge λ₂.
Der Netto-Ausgang der Schleifen 234 mit positiver Polarität der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226 ist, wenn sich der Lesekopf 214 relativ zu der Skala 202 bewegt, eine periodische Funktion der Position „x" des Lesekopfs 214 entlang der Skala 202. Ähnlich ist, wenn sich der Netto-Ausgang von den Schleifen 236 mit negativer Polarität der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226, wenn sich der Lesekopf 214 relativ zu der Skala 202 bewegt, auch eine periodische Funktion der Position „x" des Lesekopfs 214 entlang der Skala 202. Die EMF-Beiträge von den Schleifen 234 der positiven Polarität und den Schleifen 236 der negativen Polarität befinden sich in Phase. Demzufolge erzeugen die kombinierten Schleifen 234 mit positiver Polarität und die Schleifen 236 mit negativer Polarität ein von einer Position abhängiges Netto-Ausgangssignal entsprechend zu 1C, allerdings wird die DC-Vorspannung V₀ aufgrund einer äußeren Kopplung reduziert, um unwesentlich den Absolut-Positionswandler 200 mit verringertem Offset zu beeinflussen.
Wenn ein Zeit variierendes Ansteuersignal an die erste Senderwicklung 216 angelegt wird, wird ein erstes, magnetisches Feld innerhalb der ersten Senderwicklung 216 erzeugt, das einen Strom in den ersten Schleifenabschnitt 206 der Kopplungsschleifen 204 induziert. Demzufolge sind die ersten Schleifenabschnitte 206 der Kopplungsschleifen 204 „induktiv" mit der ersten Senderwicklung 216 „gekoppelt". Der Strom, der in den ersten Schleifenabschnitten 206 induziert wird, fließt auch durch die zweiten Schleifenabschnitte 208 der Kopplungsschleifen 204. Demzufolge wird der Strom in den zweiten Schleifenabschnitten 208 mit dem Strom in den ersten Schleifenabschnitten 206 „gekoppelt". Der Strom in den zweiten Schleifenabschnitten 208 erzeugt ein magnetisches Feld, das räumlich in der Richtung der Messachse 212 moduliert ist. Dieses räumlich modulierte, magnetische Feld wird durch die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 226 erfasst. Demzufolge sind die zweiten Schleifenabschnitte 208 „induktiv" mit der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226 „gekoppelt".
Dabei ist auch eine direkte, induktive Kopplung zwischen der ersten Senderwicklung 216 und der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226 aufgrund des ersten, magnetischen Felds, das durch die erste Senderwicklung 216 erzeugt ist, die sich über die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 226 erstreckt und einen sekundären Strom innerhalb der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226 direkt induziert, vorhanden. Allerdings ist diese direkte, induktive Kopplung schwächer als die induktive Kopplung zwischen den zweiten Schleifenabschnitten 208 und der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226, und zwar aufgrund des räumlichen Offsets zwischen der ersten Senderwicklung 216 und der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226. Dies ist der Fall, da sich die Stärke des magnetischen Felds, erzeugt durch die erste Senderwicklung 216, wesentlich verringert, wenn sich der Abstand von der ersten Senderwicklung 216 erhöht. Deshalb wird die DC-Vorspannung V₀ aufgrund einer direkten Kopplung wesentlich durch das räumliche Offset reduziert.
Eine ähnlich reduzierte DC-Vorspannung V₀ wird dann erreicht, wenn das in der Zeit variierende Ansteuersignal an die zweite Senderwicklung 218 angelegt wird und die erste Empfängerwicklungs-Gruppe 224 dazu verwendet wird, das räumlich modulierte, magnetische Feld, erzeugt durch die ersten Schleifenabschnitte 206, zu erfassen.
Ein Empfängersignal-Prozessor 242 gibt die Ausgangssignale von der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 226 ein und tastet sie ab, wandelt diese Signale in digitale Werte um und gibt sie zu der Steuereinheit 244 aus. Die Steuereinheit 244 verarbeitet diese digitalisierten Ausgangssignale, um die relative Position x zwischen dem Lesekopf 214 und der Skala 202 innerhalb einer Wellenlänge λ₂ zu bestimmen.
Nachdem die Steuereinheit 244 die relative Position zwischen dem Lesekopf 214 und der Skala 202 innerhalb einer Wellenlänge λ₂ bestimmt, wählt der Senderansteuersignal-Generator 220 dann die zweite Senderwicklung 218 aus, um ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die zweite Senderwicklung 218 anzulegen.
Jede der zweiten Schleifenabschnitte 208 ist induktiv mit dem zweiten Senderwicklungsabschnitt 218 durch ein magnetisches Feld, erzeugt durch die erste Senderwicklung 218, gekoppelt. Demzufolge induziert ein momentan in Uhrzeigerrichtung fließender Strom durch die zweite Senderwicklung 218 einen in Gegenuhrzeigerrichtung induzierten Strom durch jeden der zweiten Schleifenabschnitte 208. Der momentane, in Gegenuhrzeigerrichtung fließende Strom in jeder der zweiten Schleifenabschnitte 208 erzeugt ein räumlich moduliertes, magnetisches Feld, das sich in die Ebene der 4 innerhalb jedes anderen einen der ersten Schleifenabschnitte 206 absenkt, und das zu der Ebene der 4 in jeder anderen einen der ersten Schleifenabschnitte 206 ansteigt. Demzufolge wird ein räumlich moduliertes, magnetisches Feld entlang der Messachse 212 gebildet. Dieses räumlich modulierte, magnetische Feld besitzt eine Wellenlänge λ₁ der ersten Schleifenabschnitte 206 der Kopplungsschleifen 204.
Dementsprechend ist der Netto-Ausgang der Schleifen 234 mit positiver Polarität der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 224, wenn sich der Lesekopf 214 relativ zu der Skala 202 bewegt, eine periodische Funktion der Position „x" des Lesekopfs 214 entlang der Skala 202. Ähnlich ist der Netto-Ausgang von den Schleifen 236 mit negativer Polarität der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 224 des ersten Empfängers, wenn sich der Lesekopf 214 relativ zu der Skala 202 bewegt, auch eine periodische Funktion der Position „x" des Lesekopfs entlang der Skala. Das EMF trägt dazu bei, dass die Schleifen 234 mit positiver Polarität und die Schleifen 236 mit negativer Polarität in Phase sind. Demzufolge erzeugen die Schleifen 234 mit positiver Polarität und die Schleifen 236 mit negativer Polarität jeweils ein von der Netto-Position abhängiges Ausgangssignal entsprechend zu 1C, allerdings wird die DC-Vorspannung V₀ aufgrund einer äußeren Kopplung unwesentlich in diesem Absolut-Positionswandler 200 mit verringertem Offset verringert.
Die Empfängersignal-Verarbeitungsschaltung 242 gibt dann die Ausgangssignale von der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 244 ein und tastet sie ab, wandelt die Signale in digitale Werte um und gibt sie zu der Steuereinheit 244 aus. Die Steuereinheit 244 verarbeitet diese digitalisierten Ausgangssignale, um die relative Position x zwischen dem Lesekopf 214 und der Skala 202 innerhalb einer Wellenlänge λ₁ zu bestimmen.
Die Steuereinheit 244 gibt auch Steuersignale zu dem Sender-Treibersignal-Generator 220 aus, um die in der Zeit variierenden Sender-Treibersignale zu erzeugen. Es sollte ersichtlich werden, dass irgendeine der Signalerzeugungs- und – verarbeitungsschaltungen, dargestellt in den Referenzen, verwendet werden kann, um den Empfängersignal-Prozessor 242, den Sender-Treibersignal-Generator 220 und die Steuereinheit 244 auszuführen. Demzufolge werden diese Schaltungen nicht weiter im Detail hier beschrieben.
Entweder die erste oder die zweite Senderwicklungen 216 oder 218 können ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal, angelegt durch das Senderansteuersignal, haben, während die entsprechenden, jeweiligen, zweiten und ersten Empfängerwicklungs-Gruppen 226 und 224 ein Ausgangssignal erzeugen, um eine Fein-Wellenlängen-Messung zu erzielen.
Die Wellenlängen λ₁ und λ₂ besitzen Werte, die nahe zu einander liegen. Demzufolge verläuft die räumliche Phasendifferenz zwischen den Signalen, abgeleitet von den zwei Empfängern 216 und 218, über einen vollen Zyklus von 360° über eine räumliche Länge, die viel länger als irgendeine der individuellen Wellenlängen λ₁ und λ₂ ist. Demzufolge können Positionsausgangs-Informationen von der ersten und der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 224 und 226 für Langabschnitts-Messungen kombiniert werden. Die Verarbeitung für Signale, um solche Langabschnitts-Messungen zu erhalten, ist in dem eingeschlossenen 519 Patent beschrieben. Demzufolge wird eine Diskussion der Signalverarbeitungs-Techniken hier nicht vorgenommen werden.
5 stellt eine zweite, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 300 mit induziertem Strom und verringertem Offset dar. Der Absolut-Positionswandler 300 umfasst eine einzelne Senderwicklung 302, eine Vielzahl von Kopplungsschleifen 304, eine erste Empfängerwicklungs-Gruppe 306 und eine zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 308. Die Vielzahl der Kopplungsschleifen 304 umfasst jeweils einen ersten Kopplungsschleifenabschnitt 310, einen zweiten Kopplungsschleifenabschnitt 312 und einen dritten Kopplungsschleifenabschnitt 314. Die ersten Kopplungsschleifenabschnitte 310 sind mit den zweiten Kopplungsschleifenabschnitten 312 durch Verbindungsleiter 316 verbunden und die zweiten Kopplungsschleifenabschnitte 312 sind mit den dritten Kopplungsschleifenabschnitten 314 durch Verbindungsleiter 318 verbunden. Jeder andere eine der ersten Verbindungsleiter 316 und der zweiten Verbindungsleiter 318 sind verdrillt, um räumlich die Polaritäten des ersten, des zweiten und des dritten Kopplungsschleifenabschnitts 310, 312 und 314 entlang der Messachse 320 zu modulieren.
Die Empfängerwicklungs-Gruppen besitzen jeweils erste und zweite Empfängerwicklungen 306A, 306B, 308A und 308B, jeweils. Kopplungsschleifenabschnitte 310 sind entlang der Messachse mit der Hälfte einer Wellenlänge λ₁ beabstandet, während die dritten Kopplungsschleifenabschnitte 314 entlang der Messachse mit der Hälfte einer Wellenlänge λ₂ beabstandet sind.
Die zweite, beispielhafte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 300 besitzt die Fähigkeit, gleichzeitig die erste Empfängerwicklungs-Gruppe 306, die ein positionsabhängiges Ausgangssignal besitzt, das bei der Wellenlänge λ₁ variiert, und die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 308, die ein positionsabhängiges Ausgangssignal besitzt, das bei der Wellenlänge λ₂ variiert, zu erfassen. Ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal wird an die Senderwicklung 302 angelegt und die erste Empfängerwicklungs-Gruppe 306 und die zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 308 können gleichzeitig erfasst werden, um die Position des Lesekopfs entlang dieser Skala zu bestimmen.
Ähnlich zu der ersten, beispielhaften Ausführungsform kann die zweite, beispielhafte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 300 den positionsabhängigen Ausgang an entweder der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 306 oder der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 308 verwenden, um eine Fein-Wellenlängen-Messung zu erreichen.
Die Wellenlängen λ₁ und λ₂ liegen eng zueinander. Demzufolge geht die räumliche Phasendifferenz zwischen diesen Wellenlängen über einen vollen Zyklus von 360° über eine räumliche Länge, die viel länger als irgendeine der individuellen Wellenlängen λ₁ und λ₂ ist. Dementsprechend können Positions-Ausgangs-Informationen von der ersten und der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 306 und 308 für Langabschnitts-Messungen kombiniert werden.
Die 6A–6C stellen eine dritte, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 400 dar. Die dritte, beispielhafte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 400 ist ähnlich zu der zweiten, beispielhaften Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 300. Allerdings umfasst die erste, beispielhafte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 400 eine erste Senderwicklung 402 und eine zweite Senderwicklung 404 und nur eine einzelne Empfängerwicklungs-Gruppe 406.
Die dritte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 400 umfasst eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifen 408, die erste Schleifenabschnitte 410, verbunden durch Verbindungsleiter 412 mit zweiten Schleifenabschnitten 414, haben. Die zweiten Schleifenabschnitte 414 sind entlang der Messachse 416 mit der Hälfte einer Wellenlänge λ₁ beabstandet. Der Absolut-Positionswandler besitzt auch eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifen 418, die erste Schleifenabschnitte 420, verbunden durch Verbindungsleiter 422 mit zweiten Schleifenabschnitten 424, haben. Die zweiten Schleifenabschnitte 424 sind entlang der Messachse 416 mit der Hälfte einer Wellenlänge λ₂ beabstandet.
6B stellt, zum Zwecke der Deutlichkeit, nur die erste Vielzahl der Kopplungsschleifen 408, die Empfängerwicklungs-Gruppe 406 und die erste Senderwicklung 402 dar. Ähnlich stellt 6C, zum Zwecke der Deutlichkeit, nur die zweite Vielzahl der Kopplungsschleifen 418, die Empfängerwicklungs-Gruppe 406 und die zweite Senderwicklung 404 dar.
Im Betrieb legt ein Senderansteuersignal-Generator (nicht dargestellt) wahlweise ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an entweder die erste Senderwicklung 402 oder die zweite Senderwicklung 404 an. Falls der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die erste Senderwicklung 402 anlegt, dann erfasst die Empfängerwicklungs-Gruppe 406 ein in der Position abhängiges Ausgangssignal, das unter einer Wellenlänge λ₁ variiert. Ähnlich empfängt, falls der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die zweite Senderwicklung 404 anlegt, dann die Empfängerwicklungs-Gruppe 406 ein von der Position abhängiges Ausgangssignal, das mit der Wellenlänge λ₂ variiert.
Die dritte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 400 verringert die Komplexität des Wandlers, da sie nur eine einzelne Empfängerwicklungs-Gruppe erfordert. Allerdings muss die Steuereinheit auswählen, welche Senderwicklung 402 oder 404 anzusteuern ist, und kann nicht gleichzeitig positionsabhängige Ausgangssignale empfangen, die um beide Wellenlängen λ₁ und λ₂ variieren.
7 stellt eine vierte, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 500 mit verringertem Offset gemäß der Erfindung dar. Der Absolut-Positionswandler 500 mit verringertem Offset umfasst eine erste Senderwicklung 502 und eine zweite Senderwicklung 504. Die zweite Senderwicklung 504 umfasst einen ersten Senderwicklungsabschnitt 506 und einen zweiten Senderwicklungsabschnitt 508. Der Absolut-Positionswandler 500 mit verringertem Offset umfasst auch eine erste Empfängerwicklungs-Gruppe 510, eine zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 512 und eine dritte Empfängerwicklungs-Gruppe 514. Zum Zwecke der Vereinfachung stellt 7 nur eine einzelne Wicklung jeder der Empfängerwicklungs-Gruppen 510, 512 und 514 dar. Jede der Empfängerwicklungs-Gruppen 510, 512 und 514 besteht aus mindestens zwei Empfängerwicklungen, wie dies in den vorherigen Ausführungsformen dargestellt ist.
Der Absolut-Positionswandler 500 mit verringertem Offset umfasst auch eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifen 518 und eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifen 520. Die erste Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 umfasst erste Schleifenabschnitte 522 und zweite Schleifenabschnitte 524, die durch einen Verbindungsleiter 526 verbunden sind. Jeder andere Satz der Verbindungsleiter 526 ist „verdrillt", so dass ein Strom, der in Uhrzeigerrichtung in dem ersten Schleifenabschnitt 522 fließt, in Gegenuhrzeigerrichtung in jedem anderen, zweiten Schleifenabschnitt 524 fließen wird. Demzufolge fließen Ströme in entgegengesetzten Richtungen in jedem anderen, zweiten Schleifenabschnitt 524. Das „Verdrillen" kann durch Bilden von Abschnitten der Kopplungsschleifen 518 auf getrennten Schichten einer gedruckten Schaltungs-Leiterplatte und durch Verbinden der Schichten der Kopplungsschleifen 518 unter Verwendung von Durchführungen, wie dies in 3 und 4 dargestellt ist, erreicht werden.
Jede der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifen 520 umfasst einen ersten Schleifenabschnitt 528 und einen zweiten Schleifenabschnitt 530, verbunden durch einen Verbindungsleiter 532. Jeder andere Satz der Verbindungsleiter 532 ist so „verdrillt", dass ein Strom, der in Uhrzeigerrichtung in einem ersten Schleifenabschnitt 528 fließt, in Gegenuhrzeigerrichtung in jedem anderen zweiten Schleifenabschnitt 530 fließen wird. Demzufolge fließen Ströme in entgegengesetzten Richtungen in jedem anderen, zweiten Schleifenabschnitt 530. Das „Verdrillen" bzw. „Verdrehen" kann durch Bilden von Abschnitten der Kopplungsschleifen 520 auf getrennten Schichten einer gedruckten Schaltungs-Leiterplatte und durch Verbinden der Schichten der Kopplungsschleifen 520 unter Verwendung von Durchführungen, wie dies in 3 und 4 dargestellt ist, erreicht werden.
Die ersten Schleifenabschnitte 522 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 sind entlang der Messachse 516 bei der Hälfte einer Wellenlänge λ₁ beabstandet. Die ersten Schleifenabschnitte 528 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 520 sind entlang der Messachse 516 mit der Hälfte einer Wellenlänge λ₂ beabstandet.
Die zweiten Schleifenabschnitte 524 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 sind entlang der Messachse 516 mit dem zweiten Kopplungsschleifenabschnitt 530 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 520 verschachtelt. Der zweite Kopplungsschleifenabschnitt 524 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 ist entlang der Messachse 516 unter der Hälfte einer Wellenlänge λ₃ beabstandet und der zweite Kopplungsschleifenabschnitt 530 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 520 ist auch entlang der Messachse 516 mit der Hälfte einer Wellenlänge λ₃ beabstandet, was zu einer Beabstandung entlang der Messachse 516 der Kombination der zweiten Kopplungsschleifenabschnitte 524 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 und der zweiten Kopplungsschleifenabschnitte 530 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 520 mit einem Viertel einer Wellenlänge λ₃ führt.
Im Betrieb legt ein Senderansteuersignal-Generator (nicht dargestellt) wahlweise ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an entweder die erste Senderwicklung 502 oder die zweite Senderwicklung 504 an. Wenn der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die erste Senderwicklung 502 anlegt, dann erfasst der Empfängersignal-Prozessor (nicht dargestellt) ein von der Position abhängiges Ausgangssignal von der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 510, das bei der Wellenlänge λ₁ variiert, und ein von der Position abhängiges Ausgangssignal von der zweiten Empfängerwicklung 512, das bei der Wellenlänge λ₂ variiert.
Das von der Position abhängige Ausgangssignal von der ersten Empfängerwicklung 510 ist von dem räumlich modulierten, magnetischen Feld abhängig, das durch die erste Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 erzeugt ist, und wird räumlich bei der Wellenlänge λ₁ moduliert, und zwar aufgrund der Verdrehung jedes anderen Satzes der Verbindungsleiter 526. Ähnlich gibt die zweite Empfängerwicklung 512 ein von der Position abhängiges Ausgangssignal aus, das mit dem räumlich modulierten, magnetischen Feld, erzeugt durch die zweite Vielzahl der Kopplungsschleifen 520, variiert, und bei der Wellenlänge von λ₂ variiert, und zwar aufgrund der Verdrehung jedes anderen Satzes der Verbindungsleiter 532. Deshalb empfängt, wenn ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die Senderwicklung 502 angelegt wird, der Empfängersignal-Prozessor gleichzeitig von der Position abhängige Ausgangssignale mit Wellenlängen λ₁ und λ₂.
Wie in 7 dargestellt ist, induziert, wenn der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die Senderwicklung 504 anlegt, der Senderwicklungsabschnitt 506 einen in der Zeit variierenden Strom in dem ersten Schleifenabschnitt 522 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 518, was ein sekundäres, magnetisches Feld in den zweiten Schleifenabschnitten 524 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 518 erzeugt. Gleichzeitig induziert der zweite Senderwicklungsabschnitt 508 einen in der Zeit variierenden Strom in den ersten Schleifenabschnitten 528 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 520, der durch die zweiten Schleifenabschnitte 530 fließt und der ein sekundäres Magnetfeld innerhalb der zweiten Schleifenabschnitte 530 erzeugt.
Der Strom, der in jeder der Senderwicklungen 506 und 508 fließt, läuft in entgegengesetzten Richtungen. Deshalb werden magnetische Felder mit entgegengesetzter Polarität in den entsprechenden ersten Schleifenabschnitten 522 und 528 jeweils erzeugt. Die sekundären, magnetischen Felder, erzeugt in den zweiten Schleifenabschnitten 524 und 530, werden räumlich entlang der Messachse 516 bei einer Wellenlänge λ₃ moduliert. Dieses räumlich modulierte, magnetische Feld wird durch die dritte Empfängerwicklungs-Gruppe 514 erfasst, die ein positionsabhängiges Ausgangssignal ausgibt, das mit der Position des Lesekopfs entlang der Skala bei einer Wellenlänge λ₃ variiert.
Ähnlich induziert, wenn ein Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die erste Senderwicklung 502 anlegt, die erste Senderwicklung 502 einen in der Zeit variierenden Strom in den zweiten Schleifenabschnitten 524 und 530. Die in der Zeit variierenden Ströme in den Kopplungsschleifen 518 erzeugen ein erstes, räumlich moduliertes, sekundäres Magnetfeld in den ersten Schleifenabschnitten 522. Das erste, sekundäre, magnetische Feld wird räumlich bei einer Wellenlänge λ₁ entlang der Messachse moduliert. Der in der Zeit variierende Strom in den Kopplungsschleifen 520 erzeugt auch ein zweites, räumlich moduliertes, sekundäres, magnetisches Feld in den ersten Schleifenabschnitten 528. Das zweite, sekundäre, magnetische Feld wird räumlich bei einer Wellenlänge λ₂ entlang der Messachse moduliert.
Die vierte, beispielhafte Ausführungsform besitzt einen Vorteil gegenüber den ersten drei Ausführungsformen, da die vierte, beispielhafte Ausführungsform die Fähigkeit besitzt, von der Position abhängige Signale zu erfassen, die unter drei unterschiedlichen Wellenlängen variieren. Dieses Drei-Wellenlängen-System besitzt allgemein einen vergrößerten Messabschnitt verglichen mit einem Zwei-Wellenlängen-System. Eine Signalverarbeitung für ein Drei-Wellenlängen-System ist in dem eingeschlossenen 519 Patent beschrieben. Alle folgenden Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, erfassen auch einen von der Position abhängigen Ausgang, der zumindest mit drei unterschiedlichen Wellenlängen variiert. Eine Signalverarbeitung für diese Ausführungsform wird hier nicht beschrieben werden, da die Referenzen Signalverarbeitungs-Techniken beschreiben.
Dieser vierte Absolut-Positionswandler 500 mit verringertem Offset besitzt von der Position abhängige Ausgangssignale mit einem verringerten Offset bzw. Versatz und kann drei unterschiedliche, von der Position abhängige Signale erfassen, die entlang drei unterschiedlicher Wellenlängen variieren. Irgendeine der Wellenlängen kann eine Zeitmessung liefern, während irgendeine Kombination von Wellenlängen eine mittlere und/oder grobe Wellenlängen-Messung ergeben kann, die viel länger als irgendeine der Fein-Wellenlängen-Messungen ist.
8 stellt eine fünfte, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset dar. Der Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset umfasst eine erste Senderwicklung 602 und eine zweite Senderwicklung 604, und kann optional eine dritte Senderwicklung 606 umfassen. Die erste Senderwicklung 602 umfasst einen ersten Abschnitt 608 und einen zweiten Abschnitt 610. Der erste Abschnitt 608 und der zweite Abschnitt 610 können in Reihe oder parallel verbunden sein, allerdings vorzugsweise in einer Art und Weise, die den Stromfluss in entgegengesetzten Richtungen, in Uhrzeigerrichtung und in Gegenuhrzeigerrichtung, in den zwei Abschnitten, gestaltet.
Der Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset umfasst auch eine erste Empfängerwicklungs-Gruppe 612, eine zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 614 und eine dritte Empfängerwicklungs-Gruppe 616. Falls der Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset die optionale, dritte Senderwicklung 606 umfasst, wird er auch eine vierte Empfängerwicklungs-Gruppe 618 umfassen. Jede der Empfängerwicklungs-Gruppen 612, 614, 616 und 618 umfasst eine erste Empfängerwicklung 612A, 614A, 616A und 618A, jeweils, und eine zweite Empfängerwicklung 612B, 614B, 616B und 618B, jeweils. Die Paare der ersten und der zweiten Empfängerwicklungen 612A und 612B, 614A und 614B, 616A und 616B, und 618A und 618B, sind jeweils entlang der Messachse 620 unter einem räumlichen Phasen-Offset von 90° positioniert. Dies versetzt die erste und die zweite Empfängerwicklung jedes Paars der Empfängerwicklungen in eine Quadratur.
Es sollte ersichtlich sein, dass, anstelle der Quadratur-Empfängerwicklungen 612A und 612B, 614A und 614B, und 616A und 616B, und optional 618A und 618B, beschrieben vorstehend, N-Phasen-Empfängerwicklungen verwendet werden könnten. Beispiele von N-Phasen-Empfängerwicklungen sind in 14 der 769 Anmeldung dargestellt und sind im Detail, unter Bezugnahme auf Drei-Phasen-Empfängerwicklungen, in der US-Patentanmeldung Serial No. 08/834,432 diskutiert. In N-Phasen-Empfängerwicklungen für diese fünfte, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset sind n Empfängerwicklungen in jeder der Empfängerwicklungs-Gruppen 612, 614 und 616, und optional 618, vorhanden. Die n Empfängerwicklungen in jeder Empfängerwicklungs-Gruppe 612, 614, 616 oder 618 sind voneinander mit λ/n beabstandet, wobei λ die räumliche Wellenlänge der bestimmten Empfänger-Gruppe 612, 614, 616 oder 618 ist. Es sollte weiterhin ersichtlich sein, dass dies äquivalent dazu ist, dass n Empfängerwicklungen voneinander mit 360°/n beabstandet sind. Allgemein ist n gewöhnlich 3. Allerdings kann in solchen N-Phasen-Empfängerwicklungs-Gruppen n irgendein ganzzahliger Wert größer als 2 sein.
Es sollte weiterhin ersichtlich sein, dass irgendeine Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers mit verringertem Offset gemäß dieser Erfindung, umfassend die verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen, die hier diskutiert sind, N-Phasen-Empfängerwicklungen verwenden kann. Es sollte auch ersichtlich sein, dass irgendeine raum-effiziente Kombination der Sender- und Empfängerwicklungs-Strukturen und der Fluss-Kopplungsschleifen-Strukturen, die hier und in der 432 Anmeldung diskutiert sind, offenbart sind. Zum Beispiel kann der Wandler der 4, der hier offenbart ist, verwendet werden, um zwei Wellenlängen eines Drei-Wellenlängen-Wandlers bereitzustellen, und könnte mit dem Wandler, dargestellt in 4 der 432 Anmeldung, kombiniert werden, um eine dritte, hoch genaue Wellenlänge bereitzustellen. Diese Kombination liefert einen hochgenauen Wandler mit langem Abschnitt. Diese Kombination führt auch zu einer Drei-Wellenlängen-Alternativen in Bezug auf die fünfte, beispielhafte Ausführungsform des Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset, dargestellt in 8, wenn sie die optionale, dritte Senderwicklung 606 und die vierte Empfängerwicklungs-Gruppe 618 umfasst.
Der Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset umfasst auch eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifen 622 und eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifen 624. Falls der Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset die optionale, dritte Senderwicklung 606 umfasst, wird er auch eine dritte Vielzahl von Kopplungsschleifen 626 umfassen. Die erste Vielzahl der Kopplungsschleifen 622 umfasst jeweils einen ersten Schleifenabschnitt 628, verbunden durch Verbindungsleiter 630 mit einem zweiten Schleifenabschnitt 632. Die zweite Vielzahl der Kopplungsschleifen 624 umfasst jeweils einen ersten Schleifenabschnitt 634, verbunden durch Verbindungsleiter 636 mit einem zweiten Schleifenabschnitt 638. Die dritte Vielzahl der Kopplungsschleifen 626 umfasst jeweils einen ersten Schleifenabschnitt 640, verbunden durch Verbindungsleiter 642 mit einem zweiten Schleifenabschnitt 644.
Die ersten Schleifenabschnitte 628 sind entlang der Messachse 620 mit einer Wellenlänge λ₃ beabstandet. Der erste Schleifenabschnitt 634 ist auch entlang der Messachse 620 mit einer Wellenlänge λ₃ beabstandet. Die zweiten Schleifenabschnitte 632 sind ent lang der Messachse 620 mit den zweiten Schleifenabschnitten 638 verschachtelt. Die zweiten Schleifenabschnitte 632 sind entlang der Messachse mit einer Wellenlänge λ₁ beabstandet. Die zweiten Schleifenabschnitte 638 sind auch entlang der Messachse mit einer Wellenlänge λ₁, verschachtelt mit den zweiten Schleifenabschnitten 632, beabstandet. Falls die ersten Schleifenabschnitte in dem Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset enthalten sind, werden die ersten Schleifenabschnitte 640 entlang der Messachse 620 unter einer Wellenlänge λ₂ beabstandet sein.
Im Betrieb legt ein Senderansteuersignal-Generator (nicht dargestellt) wahlweise ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an entweder die erste Senderwicklung 602 oder die zweite Senderwicklung 604 an. Falls die dritte Senderwicklung 606 in dem Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset umfasst ist, kann der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die dritte Senderwicklung 606 auch anlegen.
Wenn der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die erste Senderwicklung 602 anlegt, induziert der erste Abschnitt 608 einen in der Zeit variierenden Strom in den ersten Schleifenabschnitten 628 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 622. Dies wiederum erzeugt ein sekundäres, magnetisches Feld in den zweiten Schleifenabschnitten 632 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 622.
Gleichzeitig legt der Senderansteuersignal-Generator dasselbe, in der Zeit variierende Ansteuersignal an den zweiten Abschnitt 610 des Senders 602 so an, dass Strom in dem zweiten Abschnitt 610 in einer Richtung entgegengesetzt zu, zum Beispiel, einer Uhrzeigerrichtung gegenüber einer Gegenuhrzeigerrichtung, dem Stromfluss in dem ersten Schleifenabschnitt 608 fließt. Dies erzeugt magnetische Felder von entgegengesetzten Polaritäten in dem ersten Senderschleifenabschnitt 608 und dem zweiten Senderschleifenabschnitt 610. Das magnetische Feld, erzeugt durch den zweiten Schleifenabschnitt 610, Induziert einen in der Zeit variierenden Strom in den ersten Schleifenabschnitten 634 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 624. Dies wiederum erzeugt ein sekundäres, magnetisches Feld, in den zweiten Schleifenabschnitten 638 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 624.
Die Polarität der sekundären, magnetischen Felder, erzeugt durch die zweite Schleifenabschnitten 632 und 638, sind von einer entgegengesetzten Polarität. Deshalb wird ein räumlich moduliertes Feld entlang des Felds der zweiten Schleifenabschnitte 632 und 638 der Vielzahl der Kopplungsschleifen 622 und 624 entlang der Messachse bei der Wellenlänge λ₁ erzeugt. Dieses räumlich modulierte Feld induziert Signale in den Empfängerwicklungen 612A und 612B des Empfängers 612. Die Amplitude dieser Signale ist eine periodische Funktion der Position des Lesekopfs relativ zu der Skala mit der Wellenlänge λ₁. Die Amplituden-Funktionen der zwei Wicklungen 612A und 612B sind entlang der Messachse 620 um ein Viertel der Wellenlänge λ₁ in der Phase verschoben. Dem magnetischen Streufeld durch die Empfängerwicklungsabschnitte 612A und 612B von dem Senderabschnitt 608 des Senders 602 wird durch das Streufeld von dem Senderabschnitt 610 des Senders 602 aufgrund der entgegengesetzten Richtungen der Ströme in den zwei Senderabschnitten 608 und 610 des Senders 602 entgegengewirkt.
Wenn der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die zweite Senderwicklung 604 anlegt, fließt ein in der Zeit variierender Strom in der zweiten Senderwicklung 604, was ein in der Zeit variierendes, magnetisches Feld erzeugt. Dieses in der Zeit variierende, magnetische Feld induziert in der Zeit variierende Ströme in den Schleifenabschnitten 632 und 638. Diese induzierten Ströme fließen in entgegengesetzten Richtungen, in Uhrzeigerrichtung gegenüber der Gegenuhrzeigerrichtung, in den Schleifenabschnitten 632 und 638 relativ zu dem in der Zeit variierenden Strom in der zweiten Senderwicklung 604.
Diese in der Zeit variierenden Ströme fließen durch die Schleifenabschnitte 632 und 638, die Verbindungsleiter 630 und 636 und die zweiten Kopplungsschleifenabschnitte 628 und 634 in derselben Richtung wie in den Schleifenabschnitten 632 und 638, und in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des in der Zeit variierenden Stroms in der zweite Senderwicklung 604. Die in der Zeit variierenden Ströme in den zweiten Kopplungsschleifenabschnitten 632 und 638 induzieren ein magnetisches Feld innerhalb des Abschnitts, der durch die Kopplungsschleifenabschnitte 628 und 634 umschlossen sind, und ein magnetisches Feld der entgegengesetzten Polarität außerhalb des Abschnitts, der durch die Kopplungsschleifenabschnitte 628 und 634 umschlossen ist. Demzufolge werden, da die Kopplungsschleifenabschnitte 628 und 634 beide entlang der Messachse 620 mit einer Wellenlänge λ₃ beabstandet sind, sich allerdings nur ungefähr λ₃/2 entlang der Messachse 620 erstrecken, die räumlich modulierten Felder bei einer Wellenlänge λ₃ auf beiden Spuren erzeugt.
Die Kopplungsschleifenabschnitte 634 sind mit der Hälfte der Wellenlänge λ₃ entlang der Messachse 620 von den Kopplungsschleifenabschnitten 628 versetzt. Im Gegensatz dazu sind die Empfängerwicklungen 616 an derselben Position entlang der Messachse 620 wie die Empfängerwicklungen 614 beabstandet. Aufgrund der Anordnung entlang der Messachse 620 der Kopplungsschleifenabschnitte 628 und 634 relativ zu den Empfängerwicklungen 614 und 616 ist die Signal-Modulation aufgrund einer Position entlang der Messachse 320 von der Empfängerwicklung 614 von einer entgegengesetzten Polarität relativ zu der Signal-Modulation aufgrund einer Position entlang der Messachse 320 von der Empfängerwicklung 616.
Die Signale von den Empfängerwicklungen 614 und 616 werden ein Offset, verursacht durch das Streufeld von der Empfängerwicklung 604, und da die Kopplungsschleifenabschnitte 622 und 624 alle einen Strom führen, der in derselben Richtung zirkuliert, haben. Die Offsets in den Signalen von den Empfängerwicklungen 614 und 616 sind von derselben Polarität, während die Signal-Modulationen aufgrund einer Position entlang der Messachse von einer entgegengesetzten Polarität sind. Durch Verbinden der Empfängerwicklungen in „Anti-Reihe", in Reihe mit den Verbindungen zu einer Wicklung umgekehrt relativ zu der anderen, werden die Modulationen in Bezug auf eine Position entlang der Messachse 620 hinzugefügt werden und die Offsets werden aufgehoben werden. In beispielhaften Ausführungsformen des Absolut-Positionswandler 600 mit verringertem Offset, die die dritte Senderwicklung 606 umfassen, erzeugt, auf den Senderansteuersignal-Generator hin, der ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal anlegt, der bewirkt, dass ein Strom in Uhrzeigerrichtung zu einem augenblicklichen Zeitpunkt in der dritten Senderwicklung 606 fließt, die dritte Senderwicklung 606 ein primäres, magnetisches Feld. Dieses primäre, magnetische Feld senkt sich in die Ebene der 8 innerhalb der Schleife, gebildet durch die dritte Senderwicklung 606, ab, und steigt aus der Ebene der 8 außerhalb der Schleife, gebildet durch die Senderwicklung 606, auf. Hieraufhin wird ein Strom in Gegenuhrzeigerrichtung in den zweiten Schleifenabschnitten 644 induziert, der der Änderung des magnetischen Felds entgegenwirkt.
Demzufolge fließt der induzierte Strom in jeder der zweiten Schleifenabschnitte 644 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Strom, der in der jeweiligen, angrenzenden, dritten Senderwicklung 606 fließt. Der Strom in Gegenuhrzeigerrichtung, induziert in den zweiten Schleifenabschnitten 644, fließt auch durch die ersten Schleifenabschnitte 640.
Der Strom in Gegenuhrzeigerrichtung in jedem der ersten Schleifenabschnitte 640 erzeugt ein sekundäres, magnetisches Feld, das sich aus der Ebene der 8 heraus innerhalb der ersten Schleifenabschnitte 640 erhebt und sich in die Ebene der 8 hinein, außerhalb der ersten Schleifenabschnitte 640, erstreckt.
Deshalb wird, da die ersten Schleifenabschnitte entlang der Messachse 620 unter einer Wellenlänge λ₂ beabstandet sind und sich die ersten Schleifenabschnitte 640 einzeln nur mit der Hälfte der Wellenlänge λ₂ entlang der Messachse 620 erstrecken, ein räumlich moduliertes Feld erzeugt, das periodisch unter der Wellenlänge λ₂ entlang der Messachse verteilt ist. Dieses räumlich modulierte Feld besitzt kein Offset aufgrund des magnetischen Streufelds außerhalb der dritten Senderwicklung 606 und da die Signale in den ersten Kopplungsschleifenabschnitten 640 alle von derselben Polarität sind. Dieses Offset ist kleiner als dasjenige des Stands der Technik, dargestellt in 2, da der Sender unter einem Abstand von der zugeordneten Empfängerwicklung angeordnet ist. Das Offset wird nominal durch die Balance der positiven und negativen Schleifen in den Empfängerwicklungen 618A und 618B beseitigt.
In den verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des fünften Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset gestaltet die symmetrische Anordnung der λ₃-Wicklungen um die λ₁-Wicklungen herum die Kombination davon für eine grobe Messung unempfindlich gegen ein Gieren in der Befestigung des Lesekopfs relativ zu der Skala.
Die verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des fünften Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset sind vorteilhaft verglichen mit den zuvor beschriebenen, beispielhaften Ausführungsformen mit verdrehten Verbindungsleitern zwischen den Kopplungsschleifenabschnitten auf der Skala, da er die Kosten einer Herstellung der Skala verringert, da die Kopplungsschleifen 622, 624 und 626 in einer einzelnen Schicht in einer gedruckten Schaltungs-Leiterplatte liegen und Durchführungs-Vertiefungen, um zwischen Schichten zu verbinden, nicht notwendig sind.
In den verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des fünften Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset, der nur die erste Senderwicklung 602 und die zweite Senderwicklung 604 umfasst, würden die zwei Wellenlängen in einer typischen, beispielhaften Ausführungsform des fünften Positionswandlers 600 mit verringertem Offset sein:
λ₁ = 5,4 mm, und λ₃ = 5,27 mm
Die Phasenwinkeldifferenz zwischen den λ₁- und λ₂-Spuren ändern sich mit 360° über einen Abstand von (λ₁·λ₃)/(λ₁ – λ₃) = 219 mm, was die grobe Wellenlänge λ_c ist. Es ist weiterhin vorteilhaft, die äußere λ₁- Spur für die Fein-Wellenlänge λ_F zu verwenden, da die λ₁-Wellenlänge gleichmäßig durch die Messauflösung von 10μm unterteilbar ist.
Die λ₁- Spur wird zum Vornehmen von Fein-Auflösungs-Messungen verwendet. Diese Spur besitzt das Signal mit der besten Qualität, und zwar aufgrund der symmetrischen Anordnungen der Senderschleifen 608 und 610 mit deren Strömen, die in entgegengesetzten Richtungen auf jeder Seite des Empfängers 612 fließen, um dadurch irgendeine direkte Kopplung von den Senderwicklungen 608 oder 610 zu den Empfängerwicklungen 612 auszubalancieren. Auch ist, falls die Senderwicklungen 608 und 610 parallel zueinander verbunden sind, die Signalstärke maximal für diese Spur. Das Signal mit hoher Qualität, hoher Amplitude ist für einen hohen Interpolations-Faktor, 1/512 zum Beispiel, vorteilhaft, um eine feine Auflösung, wie zum Beispiel 10 μm, zu erreichen. Es ist weiterhin vorteilhaft, die äußere λ₁-Spur für eine Fein-Wellenlänge λ_F zu verwenden, da die λ₁-Wellenlänge gleich durch die Fein-Messauflösung von 10 μm unterteilbar ist.
In den verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des fünften Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset, der die dritte Senderwicklung 606 umfasst, würden die drei Wellenlängen in einer typischen, beispielhaften Ausführungsform des fünften Positionswandlers 600 mit verringertem Offset sein:
λ₁ = 5,12 mm; λ₂ = 5,461 mm; λ₃ = 5,130 mm
Die Phasenwinkeldifferenz zwischen den λ₁- und λ₂-Spuren ändert sich mit 360° über einen Abstand von (λ₁·λ₃)/(λ₁ – λ₃) = 16·λ1 = 82 mm, was die mittlere Wellenlänge λ_M ist. Es ist weiterhin vorteilhaft, die unabhängige Spur, ausgeführt mit den Kopplungsschleifen 626 für die mittlere Wellenlänge λ_M, zu verwenden, da die mittlere Wellenlänge einige 360° Phasen-Verschiebungen relativ zu den anderen Spuren über den gesamten Messbereich zeigen wird. Solche Mehrfach-Wellenlängen-Verhältnisse können nicht in miteinander verbundenen Kanälen ohne Unterbrechung des Felds von Kopplungsschleifen unter regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, was Messfehler verursacht, die die Genauigkeit und das maximale, mögliche Fein- oder Mittel-Wellenlängen-Verhältnis begrenzen.
Die Phasendifferenz zwischen den λ₁-und λ₃-Spuren ergibt eine Phasen-Verschiebung von 360° über einen Abstand von 32·λ_M = 512·λ₁ ≅ (λ₁·λ₃)/(λ₃ – λ₁) = 2627 mm, was die grobe Wellenlänge λ_c ist.
Wie vorstehend angegeben ist, wird die λ₁-Spur für eine Feinmessung verwendet. Diese Spur besitzt das Signal der besten Qualität aufgrund der symmetrischen Anordnung der Senderschleifen 608 und 610, wobei deren Ströme in entgegengesetzten Richtungen auf jeder Seite des Empfängers 612 fließen, um dadurch irgendeine direkte Kopplung von den Senderwicklungen 608 oder 610 zu den Empfängerwicklungen 612 auszubalancieren. Auch ist, falls die Senderwicklungen 608 und 610 parallel zueinander verbunden sind, die Signalstärke maximal für diese Spur. Das Signal mit hoher Qualität, hoher Amplitude ist für einen hohen Interpolations-Faktor, 1/512, zum Beispiel, vorteilhaft, um eine hohe Auflösung, 10 Mikron für dieses Beispiel, zu erreichen.
Die symmetrische Anordnung der λ₃-Kanäle um den λ₁-Kanal herum gestaltet die Kombination davon für eine grobe Messung unempfindlich in Bezug auf ein Gieren in der Befestigung des Lesekopfs relativ zu der Skala. Die λ₂-Spur ist für ein Gieren empfindlich, was das Verhältnis von λ₂/λ₁ begrenzt, und zwar basierend auf der Gier-Stabilität des Aufhängungs-Systems des Lesekopfs relativ zu der Skala. Diese Beschränkung könnte durch Einsetzen einer anderen λ₂-Spur, gespiegelt auf der anderen Seite der λ₁- und λ₃-Spuren, beseitigt werden.
Diese verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen des fünften Absolut-Positionswandlers 600 mit verringertem Offset sind vorteilhaft verglichen mit den zuvor beschriebenen, beispielhaften Ausführungsformen mit verdrehten bzw. verdrillten Verbindungsleitern zwischen den Kopplungsschleifenabschnitten auf der Skala, da sie die Kosten einer Herstellung der Skala aufgrund der Kopplungsschleifen 622 und 624, und der Kopplungsschleifen 626, falls sie vorhanden sind, die sich in einer einzelnen Schicht in einer gedruckten Schaltungs-Leiterplatte befinden, und da Zuführungsvertiefungen, um zwischen Schichten zu verbinden, nicht notwendig sind, reduzieren.
9 stellt eine sechste, beispielhafte Ausführungsform eines Absolut-Positionswandlers 700 mit verringertem Offset dar. Der Absolut-Positionswandler 700 mit verringertem Offset umfasst eine erste Senderwicklung 702 und eine zweite Senderwicklung 704. Die erste Senderwicklung 702 umfasst einen ersten Abschnitt 706 und einen zweiten Abschnitt 708. Die zweite Senderwicklung 704 umfasst einen ersten Abschnitt 710 und einen zweiten Abschnitt 712.
Der Absolut-Positionswandler 700 mit verringertem Offset umfasst auch eine erste Empfängerwicklungs-Gruppe 714, eine zweite Empfängerwicklungs-Gruppe 716 und eine dritte Empfängerwicklungs-Gruppe 718. Jede der Empfängerwicklungs-Gruppen 714, 716 und 718 umfasst eine erste Empfängerwicklung 714A, 716A und 718A, jeweils, und eine zweite Empfängerwicklung 714B, 716B und 718B, jeweils. Jede Wicklung des Paars der ersten und der zweiten Empfängerwicklungen 714A und 714B, 716A und 716B, und 718A und 718B ist jeweils entlang der Messachse 720 unter einem räumlichen Phasen-Offset von 90° von der anderen Wicklung des Paars positioniert. Dies versetzt die erste und die zweite Empfängerwicklung jedes Paars der Empfängerwicklungen in eine Quadratur.
Der Absolut-Positionswandler 700 mit verringertem Offset umfasst auch eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifen 722 und eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifen 724. Die erste Vielzahl der Kopplungsschleifen 722 umfasst jeweils einen ersten Schleifenabschnitt 726, verbunden durch einen Verbindungsleiter 728 mit einem zweiten Schleifenabschnitt 730. Jede der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 724 umfasst einen ersten Schleifenabschnitt 732, verbunden durch einen Verbindungsleiter 734 mit einem zweiten Schleifenabschnitt 736. Die ersten Schleifenabschnitte 726 der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 722 sind entlang der Messachse 720 mit einer Wellenlänge λ₁ beabstandet. Die ersten Schleifenabschnitte 732 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 724 ist auch entlang der Messachse 720 unter einer Wellenlänge λ₁ beabstandet.
Die zweiten Schleifenabschnitte 730 in der ersten Vielzahl der Kopplungsschleifen 722 sind entlang der Messachse 720 mit den zweiten Schleifenabschnitten 736 der zweiten Vielzahl der Kopplungsschleifen 724 verschachtelt. Die zweiten Schleifenabschnitte 730 und 736 alternieren auch so, dass sie so ausgerichtet sind, dass sie induktiv den ersten Abschnitt 710 oder den zweiten Abschnitt 712 der zweiten Senderwicklungen 704 koppeln. Die zweiten Schleifenabschnitte 730 und 736 sind jeweils entlang der Messachse unter einer Wellenlänge λ₂ positioniert.
Im Betrieb legt ein Senderansteuersignal-Generator (nicht dargestellt) wahlweise ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an entweder die erste Senderwicklung 702 oder die zweite Senderwicklung 704 an. Wenn der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die erste Senderwicklung 702 anlegt, empfängt der Empfänger-Signal-Prozessor (nicht dargestellt) ein von der Position abhängiges Ausgangssignal von der dritten Empfängerwicklungs-Gruppe 718, das bei einer Wellenlänge λ₂ variiert. Das von der Position abhängige Ausgangssignal von der dritten Empfängerwicklungs-Gruppe 718 ist von dem räumlich modulierten, magnetischen Feld abhängig, das durch die zweiten Schleifenabschnitte 730 und 736 erzeugt ist, das räumlich bei einer Wellenlänge λ₂ moduliert ist.
Wenn der Senderansteuersignal-Generator ein in der Zeit variierendes Ansteuersignal an die zweite Senderwicklung 704 anlegt, empfängt der Empfänger-Signal-Prozessor ein von der Position abhängiges Ausgangssignal von der ersten Empfängerwicklungs-Gruppe 714, das unter einer Wellenlänge λ₁ variiert, und ein von der Position abhängiges Ausgangssignal von der zweiten Empfängerwicklungs-Gruppe 716, das auch bei einer Wellenlänge λ₁ variiert.
Der fünfte und der sechste Absolut-Positionswandler 600 und 700 mit verringertem Offset dieser Erfindung besitzen einen Vorteil gegenüber der ersten vier Absolut-Positionswandler 200–500 mit verringertem Offset. Die Kopplungsschleifen in den fünften und sechsten Absolut-Positionswandler 600 und 700 mit verringertem Offset befinden sich alle auf derselben Schicht einer gedruckten Schaltungs-Leiterplatte. Demzufolge sind Durchführungs-Öffnungen nicht notwendig und die Kosten einer Herstellung des Skalenelements werden wesentlich verringert. Der sechste Positionswandler 700 mit verringertem Offset besitzt einen Vorteil gegenüber dem fünften Positionswandler 600 mit verringertem Offset dahingehend, dass die sekundären, magnetischen Felder, erzeugt durch die ersten Kopplungsschleifenabschnitte 726 und 732, beide nominal reine, alternierende Felder ohne irgendein DC-Offset sind. Eine Einschränkung des Absolut-Positionswandlers 700 ist diejenige, dass das relativ komplizierte Zwischenverbindungs-Muster auf der Skala deren Benutzung auf relativ lange Wellenlängen beschränkt.
Es sollte ersichtlich werden, dass, obwohl die vorstehenden, beispielhaften Ausführungsformen des Absolut-Positionswandlers mit verringertem Offset dieser Erfindung als lineare Wandler dargestellt sind, die Design-Gestaltungen leicht zu Dreh-Anwendungen umgewandelt werden können, wie dies in der US-Patentanmeldung 08/441,769 beschrieben ist. Weiterhin wird, obwohl die vorstehenden Ausführungsformen mit räumlich gleichförmigen Wicklungen, ausgelegt als die Senderwicklungen, dargestellt sind, und räumlich modulierte Wicklungen als die Empfängerwicklungen ausgelegt sind, für einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass die offenbarten Konfigurationen der Wandlerwicklung alle deren erfindungsgemäßen Vorteile beibehalten werden, falls die Rollen der Sender- und Empfängerwicklungen in Verbindung mit einer geeigneten Signalverarbeitung „umgekehrt werden". Eine solche geeignete Signalverarbeitungs-Technik ist unter Bezugnahme auf 21 der 769 Anmeldung dargestellt und diskutiert. Andere, anwendbare Signalverarbeitungs-Techniken werden für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden.

Claims

Induktiver Absolut-Positionssensor, der umfasst: ein erstes Element (214); ein zweites Element (202) mit einer Messachse (212), wobei das erste Element (214) und das zweite Element (202) relativ zueinander entlang der Messachse (212, 320, 416, 620, 720) und wenigstens einer Vielzahl von Flusskopplungsschleifen (204, 304, 408, 418, 518, 520, 622, 624, 626, 722, 724) an dem zweiten Element (202) bewegt werden können, und jede Flusskopplungsschleife wenigstens einen ersten Kopplungsschleifenabschnitt (206, 310, 410, 420, 522, 528, 628, 634, 640, 726, 732) und einen zweiten Kopplungsschleifenabschnitt (208, 312, 414, 424, 524, 530, 632, 638, 644, 730, 736) hat; und wenigstens eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (302) an dem ersten Element (214), wobei jede der wenigstens einen Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (302) wenigstens eine Flusserzeuger-Wicklung, die auf ein aktivierendes Ansteuersignal anspricht und einen ersten veränderlichen Magnetfluss in einem entsprechenden aktivierten primären Flussbereich erzeugt, und wenigstens zwei Gruppen von Magnetfluss-Sensoren (306, 308) umfasst, die außerhalb des wenigstens einen entsprechenden primären Flussbereiches an dem ersten Element (214) angeordnet sind; oder wenigstens zwei Magnetfeld-Erzeugungseinrichtungen (402, 404) an dem ersten Element (214), wobei jede Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (402, 404) wenigstens eine Flusserzeuger-Wicklung, die auf ein aktivierendes Ansteuersignal anspricht und einen ersten veränderlichen Magnetfluss in einem entsprechenden aktivierten primären Flussbereich erzeugt, und wenigstens eine Gruppe von Magnet fluss-Sensoren (406) umfasst, die außerhalb der entsprechenden primären Flussbereiche an dem ersten Element (214) angeordnet sind; oder wenigstens zwei Magnetfeld-Erzeugungseinrichtungen (216, 218, 502, 504, 602, 604, 606, 702, 704) an dem ersten Element (214), wobei jede Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (216, 218, 502, 504, 602, 604, 606, 702, 704) wenigstens eine Flusserzeuger-Wicklung, die auf ein aktivierendes Ansteuersignal anspricht und einen ersten veränderlichen Magnetfluss in einem entsprechenden aktivierten primären Flussbereich erzeugt, und wenigstens zwei Gruppen von Magnetfluss-Sensoren (224, 226, 510, 512, 514, 612, 614, 616, 618, 714, 716, 718) umfasst, wobei jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (224, 226, 510, 512, 514, 612, 614, 616, 618, 714, 716, 718) außerhalb wenigstens eines der entsprechenden primären Flussbereiche an dem ersten Element (214) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn das erste Element und das zweite Element betriebsfähig angeordnet sind: eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachse auf eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren ausgerichtet und voneinander entlang der Messachse auf eine Weise beabstandet sind, die mit einer ersten Wellenlänge (λ₁) entlang der Messachse (212, 320, 416, 516, 620, 720) zusammenhängt; und eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachse auf eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren ausgerichtet und voneinander entlang der Messachse auf eine Weise beabstandet sind, die mit einer zweiten Wellenlänge (λ₂) entlang der Messachse (212, 320, 416, 516, 620, 720) zusammenhängt, wobei sich die erste Wellenlänge von der zweiten Wellenlänge unterscheidet; und jeder Kopplungsschleifenabschnitt der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten elektrisch mit einem entsprechenden Kopplungsschleifenabschnitt verbunden ist, der quer über die Messachse von der ersten Vielzahl von Kopplungsabschnitten angeordnet ist, die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachsenrichtung auf eine angrenzende Flusserzeuger-Wicklung ausgerichtet sind, die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf einen ersten veränderlichen Magnetfluss dieser angrenzenden Flusserzeuger-Wicklung ansprechen und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss in der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten außerhalb eines Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung erzeugen, wobei die Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet sind, auf den zweiten veränderlichen Magnetfluss in der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ansprechen und ein erstes Ausgangssignal erzeugen, eine Änderung des ersten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position der ersten und der zweiten Elemente entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der ersten Wellenlänge entspricht; und jeder Kopplungsschleifenabschnitt der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten elektrisch mit einem entsprechenden Kopplungsschleifenabschnitt verbunden ist, der quer über die Messachse von der zweiten Vielzahl von Kopplungsabschnitten angeordnet ist, die entsprechend verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachsenrichtung auf eine angrenzende Flusserzeuger-Wicklung ausgerichtet sind, die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf den ersten veränderlichen Magnetfluss dieser angrenzenden Flusserzeuger-Wicklung ansprechen und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss in der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten außerhalb eines Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung erzeugen, wobei die Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet sind, auf den zweiten veränderlichen Magnetfluss in der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ansprechen und ein zweites Ausgangssignal erzeugen, eine Änderung des zweiten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position der ersten und der zweiten Elemente entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der zweiten Wellenlänge entspricht; und das erste Ausgangssignal sowie das zweite Ausgangssignal verwendet werden können, um eine Absolutposition des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element über einen Bereich zu bestimmen, der länger ist als die erste oder die zweite Wellenlänge.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei: eine erste Gruppe von Magnetfluss-Sensoren entlang der Messachse auf die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet ist; eine zweite Gruppe von Magnetfluss-Sensoren entlang der Messachse auf die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet ist; jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (224, 226, 306, 308, 510, 512, 514, 612, 614, 616, 618, 714, 716, 718) wenigstens ein Ausgangssignal auf Basis ihres erfassten Magnetflusses erzeugt, jedes Ausgangssignal eine Funktion wenigstens der relativen Position entlang der Messachse zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element oder eines räumlich modulierten Flussmusters des zweiten veränderlichen Magnetflusses ist, der mit dieser Gruppe von Magnetfluss-Sensoren verknüpft ist; und wobei: an jeder beliebigen relativen Position zwischen dem ersten und dem zweiten Element (214, 202) der induktive Absolut-Positionssensor wenigstens das erste Ausgangssignal, das eine Änderung einschließt, die der ersten Wellenlänge entspricht, von wenigstens der ersten Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (224) erzeugen kann, indem eine Flusserzeuger-Windung aktiviert wird, die nahe an wenigstens einer Teil-Vielzahl der entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten (204) ist, und der induktive Absolut-Positionssensor wenigstens das zweite Ausgangssignal, das eine Änderung einschließt, die der zweiten Wellenlänge entspricht, von wenigstens der zweiten Gruppe von Magnetfluss-Sensoren ausgeben kann, indem eine Flusserzeuger-Wicklung aktiviert wird, die nahe an wenigstens einer Teil-Vielzahl der entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ist; und eine Beziehung zwischen dem wenigstens ersten und zweiten Ausgangssignal für jede relative Position zwischen den ersten und den zweiten Elementen entlang der Messachse über den Bereich einzigartig ist, der länger ist als die erste oder die zweite Wellenlänge.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren wenigstens zwei Magnetfluss-Sensoren umfasst und jeder Magnetfluss-Sensor eine Empfängerwicklung umfasst und jede Empfängerwicklung abwechselnde Schleifen positiver Polarität und Schleifen negativer Polarität umfasst.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 2, wobei die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten umfassen und die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten umfassen.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 4, wobei: die Flusserzeuger-Wicklung, die nahe an wenigstens einer Teil-Vielzahl der entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ist, eine erste Flusserzeuger-Wicklung umfasst und die Flusserzeuger-Wicklung, die nahe an wenigstens einer Teil-Vielzahl der entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ist, eine zweite Flusserzeuger-Wicklung umfasst; und eine erste von der ersten und der zweiten Flusserzeuger wicklung während eines ersten Zeitraums aktiviert wird und eine zweite von der ersten und der zweiten Flusserzeuger-Wicklung während eines zweiten Zeitraums aktiviert wird, der nach dem ersten Zeitraum auftritt.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 5, wobei: die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten und die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten die ersten und die zweiten Kopplungsschleifenabschnitte einer ersten Vielzahl von Flusskopplungsschleifen umfassen; und der induktive Absolut-Positionssensor des Weiteren umfasst: eine dritte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten und eine vierte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten, die die ersten und die zweiten Kopplungsschleifenabschnitte einer zweiten Vielzahl von Flusskopplungsschleifen umfassen; und eine dritte Gruppe von Magnetfluss-Sensoren und eine dritte Flusserzeuger-Wicklung, wobei: die dritte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachse auf die dritte Gruppe von Magnetfluss-Sensoren und die dritte Flusserzeuger-Wicklung ausgerichtet und voneinander entlang der Messachse (212) auf eine Weise beabstandet sind, die mit einer entsprechenden vorgegebenen Wellenlänge entlang der Messachse (212) zusammenhängt; und jeder der dritten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten elektrisch mit einem der vierten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten verbunden ist, der davon quer über die Messachse angeordnet ist, und die vierte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachsenrichtung mit der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten verschachtelt und entlang der Messachsenrichtung auf die erste Flusserzeuger-Wicklung und die erste Gruppe von Magnetfluss-Sensoren ausgerichtet und voneinander entlang da Messachse (212) auf eine Weise beabstandet sind, die mit der ersten Wellenlänge zusammenhängt; und jeder der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten sich von der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten in einer ersten Richtung quer zu der Messachse erstreckt; jeder der dritten Vielzahl von Flusskopplungs-Schleifenabschnitten sich von der vierten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten in einer zweiten Richtung quer zu der Messachse erstreckt, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; und die dritte Vielzahl von Flusskopplungs-Schleifenabschnitten auf einen ersten veränderlichen Magnetfluss der dritten Flusserzeuger-Wicklung anspricht und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss in der vierten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten außerhalb des Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung erzeugt, wobei die erste Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten und die vierte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet ist, auf diesen damit verknüpften zweiten veränderlichen Magnetfluss ansprechen und das erste Ausgangssignal erzeugen und die Änderung des ersten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position der ersten und der zweiten Elemente entlang der Messachsenrichtung die Änderung einschließt, die der ersten Wellenlänge entspricht; und die vierte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf den ersten veränderlichen Magnetfluss in der dritten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten der ersten Flusserzeuger-Wicklung anspricht und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss außerhalb des Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung erzeugt, wobei die dritte Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die dritte Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet ist, auf diesen damit verbundenen zweiten veränderlichen Magnetfluss anspricht und ein drittes Ausgangssignal erzeugt und eine Änderung des dritten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position des ersten und des zweiten Elementes entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der jeweiligen vorgegebenen Wellenlänge entspricht; und das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal sowie das dritte Ausgangssignal verwendet werden können, um eine Absolutposition des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element über eine Bereich zu bestimmen, der länger ist als die erste Wellenlänge, die zweite Wellenlänge oder eine jeweilige vorgegebene Wellenlänge.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 6, der des Weiteren eine Signalverarbeitungsschaltung (242) umfasst, wobei: die jeweilige vorgegebene Wellenlänge die gleiche ist wie die zweite Wellenlänge und die entsprechenden Signale der zweiten Gruppe von Magnetflusssensoren und der dritten Gruppe von Magnetfluss-Sensoren durch elektrische Verbindung oder durch Signalverarbeitung kombiniert werden; oder die jeweilige vorgegebene Wellenlänge eine dritte Wellenlänge umfasst und das erste Ausgangssignal, das zweite Ausgangssignal sowie das dritte Ausgangssignal in der Signalverarbeitungsschaltung verwendet werden können, um eine Absolutposition des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element über einen Bereich zu bestimmen, der länger ist als der Absolutpositions-Bereich, der bei Verwendung des ersten und des zweiten Ausgangssignals allein erreicht werden kann.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 5, wobei: der zweite Zeitraum innerhalb eines dritten Zeitraums des ersten Zeitraums auftritt; und der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum jeweils eine entsprechende Dauer haben, die so kurz ist, dass relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Element eine zu vernachlässigende Auswirkung auf die Beziehung zwischen dem wenigstens ersten und zweiten Ausgangssignal hat.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 6, wobei: die jeweilige vorgegebene Wellenlänge die gleiche ist wie die zweite Wellenlänge, und die zweite Flusserzeuger-Wicklung sowie die dritte Flusserzeuger-Wicklung elektrisch verbundene Abschnitte einer einzelnen Flusserzeuger-Wicklung so umfassen, dass sie gleichzeitig aktiviert werden, wenn die Flusserzeuger-Wicklung aktiviert wird.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 3, wobei jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren eine erste Empfängerwicklung und eine zweite Empfängerwicklung umfasst, die phasenverschoben angeordnet sind.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 3, wobei jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren eine erste Empfängerwicklung, eine zweite Empfängerwicklung sowie eine dritte Empfängerwicklung umfasst und jede Wicklung in einer Gruppe entlang der Messachse entsprechend einer räumlichen Phasentrennung von 60° oder 120° in Bezug auf eine Raumwellenlänge eines räumlich modulierten Flusses positioniert ist, der von dieser Gruppe von Empfängerwicklungen erfasst wird.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 3, wobei jede der Empfängerwicklungen in einer Gruppe von Magnetfluss-Sensoren bei der gleichen Wellenlänge wie ein Muster eines räumlich modulierten Flusses räumlich moduliert ist, der von dieser Gruppe von Wicklungen erfasst wird.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 3, wobei jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (224, 226) N Empfängerwicklungen umfasst und N größer oder gleich 4 ist und jede Wicklung in einer Gruppe entlang der Messachse entsprechend einer räumlichen Phasentrennung von 360°/N in Bezug auf die Raumwellenlänge des räumlich modulierten Flusses positioniert ist, der von dieser Gruppe von Wicklungen empfangen wird.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei: für wenigstens eine Teil-Vielzahl der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten, die entlang der Messachse voneinander auf eine Weise beabstandet sind, die mit der ersten Wellenlänge zusammenhängt, und für wenigstens eine Teil-Vielzahl der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten der Gruppe von Kopplungsschleifenabschnitten, die voneinander entlang der Messachse auf eine Weise beabstandet sind, die mit der zweiten Wellenlänge zusammenhängt, die erste und die zweite Teil-Vielzahl einen übereinstimmenden Bereich entlang der Messachse haben, die räumliche Phasenbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge für jede Position entlang der Messachse innerhalb einer Spanne einzigartig ist, die in dem übereinstimmenden Bereich eingeschlossen ist.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein Lesekopfelement ist und das zweite Element ein Skalenelement ist.
Verfahren zum Betreiben eines induktiven Absolut-Positionssensors zum Bestimmen einer Absolutposition eines ersten Elementes relativ zu einem zweiten Element entlang einer Messachse, wobei der induktive Absolut-Positionssensor umfasst: ein erstes Element (214); ein zweites Element (202) mit einer Messachse (212), wobei das erste Element (214) und das zweite Element (202) relativ zueinander entlang der Messachse (212, 320, 416, 620, 720) und wenigstens einer Vielzahl von Flusskopplungsschleifen (204, 304, 408, 418, 518, 520, 622, 624, 626, 722, 724) an dem zweiten Element (202) bewegt werden können, und jede Flusskopplungsschleife wenigstens einen ersten Kopplungsschleifenabschnitt (206, 310, 410, 420, 522, 528, 628, 634, 640, 726, 732) und einen zweiten Kopplungsschleifenabschnitt (208, 312, 414, 424, 524, 530, 632, 638, 644, 730, 736) hat; und wenigstens eine Magneffeld-Erzeugungseinrichtung (302) an dem ersten Element (214), wobei jede der wenigstens einen Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (302) wenigstens eine Flusserzeuger-Wicklung, die auf ein aktivierendes Ansteuersignal anspricht und einen ersten veränderlichen Magnetfluss in einem entsprechenden aktivierten primären Flussbereich erzeugt, und wenigstens zwei Gruppen von Magnetfluss-Sensoren (306, 308) umfasst, die außerhalb des wenigstens einen entsprechenden primären Flussbereiches an dem ersten Element (214) angeordnet sind; oder wenigstens zwei Magnetfeld-Erzeugungseinrichtungen (402, 404) an dem ersten Element (214), wobei jede Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (402, 404) wenigstens eine Flusserzeuger-Wicklung, die auf ein aktivierendes Ansteuersignal anspricht und einen ersten veränderlichen Magnetfluss in einem entsprechenden aktivierten primären Flussbereich erzeugt, und wenigstens eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (406) umfasst, die außerhalb der entsprechenden primären Flussbereiche an dem ersten Element (214) angeordnet sind; oder wenigstens zwei Magnetfeld-Erzeugungseinrichtungen (216, 218, 502, 504, 602, 604, 606, 702, 704) an dem ersten Element (214), wobei jede Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (216, 218, 502, 504, 602, 604, 606, 702, 704) wenigstens eine Flusserzeuger-Wicklung, die auf ein aktivierendes Ansteuersignal anspricht und ein erstes veränderliches Magnetfeld in einem entsprechenden aktivierten primären Flussbereich erzeugt, und wenigstens zwei Gruppen von Magnetfluss-Sensoren (224, 226, 510, 512, 514, 612, 614, 616, 618, 714, 716, 718) umfasst, wobei jede Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (224, 226, 510, 512, 514, 612, 614, 616, 618, 714, 716, 718) außerhalb wenigstens eines der entsprechenden primären Flussbereiche an dem ersten Element (214) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn das erste Element und das zweite Element betriebsfähig angeordnet sind: eine erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachse auf eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren ausgerichtet und voneinander entlang der Messachse auf eine Weise beabstandet sind, die mit einer ersten Wellenlänge (λ₁) entlang der Messachse (212, 320, 416, 516, 620, 720) zusammenhängt; und eine zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachse auf eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren ausgerichtet und voneinander entlang der Messachse auf eine Weise beabstandet sind, die mit einer zweiten Wellenlänge (λ₂) entlang der Messachse (212, 320, 416, 516, 620, 720) zusammenhängt, wobei sich die erste Wellenlänge von der zweiten Wellenlänge unterscheidet; und jeder Kopplungsschleifenabschnitt der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten elektrisch mit einem entsprechenden Kopplungsschleifenabschnitt verbunden ist, der quer über die Messachse von der ersten Vielzahl von Kopplungsabschnitten angeordnet ist, wobei die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschniten entlang der Messachsenrichtung auf eine angrenzende Flusserzeuger-Wicklung ausgerichtet sind, die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf einen ersten veränderlichen Magnetfluss dieser angrenzenden Flusserzeuger-Wicklung ansprechen und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss in der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten außerhalb eines Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung erzeugen, wobei die Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet sind, auf den zweiten veränderlichen Magnetfluss in der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ansprechen und ein erstes Ausgangssignal erzeugen, eine Änderung des ersten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position der ersten und der zweiten Elemente entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der ersten Wellenlänge entspricht; und jeder Kopplungsschleifenabschnitt der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten elektrisch mit einem entsprechenden Kopplungsschleifenabschnitt verbunden ist, der quer über die Messachse von der zweiten Vielzahl von Kopplungsabschnitten angeordnet ist, die entsprechend verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachsenrichtung auf eine angrenzende Flusserzeuger-Wicklung ausgerichtet sind, die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf den ersten veränderlichen Magnetfluss dieser angrenzenden Flusserzeuger-Wicklung ansprechen und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss in der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten außerhalb eines Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung erzeugen, wobei die Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet sind, auf den zweiten veränderlichen Magnetfluss in der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten anspre chen und ein zweites Ausgangssignal erzeugen, eine Änderung des zweiten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position der ersten und der zweiten Elemente entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der zweiten Wellenlänge entspricht; und das erste Ausgangssignal sowie das zweite Ausgangssignal verwendet werden können, um eine Absolutposition des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element über einen Bereich zu bestimmen, der länger ist als die erste oder die zweite Wellenlänge, wobei das Verfahren umfasst: Ansteuern der Flusserzeuger-Wicklung, die entlang der Messachse auf die entsprechenden verbunden Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet ist, um den ersten veränderlichen Magnetfluss dieser Flusserzeuger-Wicklung zu erzeugen und einen Strom in den entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitten der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten zu induzieren und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss außerhalb des Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung in der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf Basis des induzierten Stroms zu erzeugen; Erfassen des zweiten Veränderlichen Magnetflusses der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten mit der Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet sind; Erzeugen eines ersten Ausgangssignals auf Basis des erfassten zweiten veränderlichen Magnetflusses der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten, wobei eine Änderung des ersten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position des ersten und des zweiten Elementes entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der ersten Wellenlänge entspricht; Ansteuern der Flusserzeuger-Wicklung, die entlang der Messachse auf die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet ist, um den ersten veränderlichen Magnetfluss dieser Flusserzeuger-Wicklung zu erzeugen und einen Strom in den entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitten der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten zu induzieren und einen zweiten veränderlichen Magnetfluss außerhalb des Bereiches dieser Flusserzeuger-Wicklung in der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifen-Abschnitten auf Basis des induzierten Stroms zu erzeugen; Erfassen des zweiten veränderlichen Magnetflusses der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten mit der Gruppe von Magnetfluss-Sensoren, die auf die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ausgerichtet sind; Erzeugen eines zweiten Ausgangssignals auf Basis des erfassten zweiten veränderlichen Magnetflusses der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten, wobei eine Änderung des zweiten Ausgangssignals in Bezug auf eine Änderung der relativen Position des ersten und des zweiten Elementes entlang der Messachsenrichtung eine Änderung einschließt, die der zweiten Wellenlänge entspricht; und Verwenden des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangssignals, um eine Absolutposition des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element zu bestimmen.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 2, der eine einzelne Magnet feld-Erzeugungseinrichtung (302) aufweist, die eine einzelne Flusserzeuger-Wicklung an dem ersten Element umfasst, wobei: jede Flusskopplungsschleife des Weiteren einen dritten Kopplungsschleifenabschnitt umfasst, der sich zwischen dem ersten Kopplungsschleifenabschnitt und dem zweiten Kopplungsschleifenabschnitt befindet und entlang der Messachse auf die einzelne Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung ausgerichtet ist, und die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten und entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten die gleiche Vielzahl dritter Kopplungsschleifenabschnitten umfassen, so dass jeder der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten über einen der dritten Kopplungsschleifenabschnitte elektrisch mit einem der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten verbunden ist; und die Flusserzeuger-Wicklung, die nahe an wenigstens einer Teil-Vielzahl der entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ist, und die Flusserzeuger-Wicklung, die nahe an wenigstens einer Teil-Vielzahl der entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten ist, die einzelne Flusserzeuger-Wicklung umfassen.
Induktiver Absolut-Positionssensor nach Anspruch 1, der eine erste und eine zweite Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (402, 404) und eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren (406) umfasst, wobei jeder Magnetfeldsensor eine Empfängerwicklung umfasst, die entlang der Messachse bei einer Wellenlänge räumlich moduliert ist, die ungefähr die gleiche ist wie die erste und die zweite Wellenlänge, wobei: die erste Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten und die zweite Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten entlang der Messachse auf die eine Gruppe von Magnetfluss-Sensoren und aufeinander ausgerichtet sind; die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der ersten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf den ersten veränderlichen Magnetfluss der ersten Flusserzeuger-Wicklung (402) ansprechen und ihren jeweiligen zweiten veränderlichen Magnetfluss erzeugen, und die entsprechenden verbundenen Kopplungsschleifenabschnitte der zweiten Vielzahl von Kopplungsschleifenabschnitten auf den ersten veränderlichen Magnetfluss der zweiten Flusserzeuger-Wicklung (402) ansprechen und ihren jeweiligen zweiten veränderlichen Magnetfluss erzeugen; und eine erste von der ersten und der zweiten Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung (402, 404) während eines ersten Zeitraums aktiviert wird und eine zweite von der ersten und der zweiten Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung während eines zweiten Zeitraum aktiviert wird, der nach dem ersten Zeitraum auftritt.