TWI388800B - 併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置 - Google Patents

Description

併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置

本發明與應用磁性記錄載體的程序控制系統有關，特別是指一種併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置。

目前用來測量如馬達或線性馬達等旋轉或直線位移裝置的位移距離或位置的感測裝置，大多數分為磁性式與光學式兩種，其中光學式的精度高於磁性式，因此追求高精密度的產業便採用光學式，而一般光學式的感測裝置如第1圖所示，是由一個光學尺A配合一個感測器B所構成，該光學尺A上具有並排的四個尺條A1、A2、A3、A4(此處舉出使用四個尺條的光學尺為例，實際上根據需求不同則有不同數量的尺條)，且該各尺條A1、A2、A3、A4上具有複數個透孔A11、A21、A31、A41，該各尺條A1、A2、A3、A4的透孔A11、A21、A31、A41長度與相鄰透孔A11、A21、A31、A41的間距相等，且如第2圖所示，該第一尺條A1的透孔A11長度為該第二尺條A2的透孔A21長度的兩倍，該第二尺條A2的透孔A21長度為該第三尺條A3的透孔A31長度的兩倍，該第三尺條A3的透孔A31長度為該第四尺條A4的透孔A41長度的兩倍，而該感測器B上相對該光學尺A的該各尺條A1、A2、A3、A4設置有四個數位感應讀頭B1、B2、B3、B4，該各數位感應讀頭B1、B2、B3、B4藉由感應該各尺條A1、A2、A3、A4上透孔A11、A21、A31、A41的有或無，而輸出高或低的訊號，將該四數位感應讀頭B1、B2、B3、B4輸出的訊號整合後便如第3圖所示，因此只要根據當時該四數位感應讀頭B1、B2、B3、B4的訊號，便能組成得知該感測器B相對該光學尺A位移的距離；由於該各尺條A1、A2、A3、A4的透孔A11、A21、A31、A41長度與相鄰透孔A11、A21、A31、A41的間距決定了該感測器B的解析度(解析度即為判斷該感測器B位移距離最小值的程度)，而光學式的是使用該光學尺A，以現今的微米技術能將該各尺條A1、A2、A3、A4的透孔A11、A21、A31、A41長度與相鄰透孔A11、A21、A31、A41的間距成型在相當微小的距離，因此精度相當的高，反之磁性式的是使用磁性尺，而磁性尺是以N極與S極的交錯讓感應讀頭輸出高或低的訊號，由於N極與S極的間距無法到達與光學式一般的精度，因此高精密度的產業會選擇使用光學式的感測裝置；不過光學式的感測裝置在越精密的情況下，就必須使用在環境條件越好的場所(如無塵室，避免灰塵或微粒遮蔽該尺條的透孔，而造成感應讀頭讀取與輸出上的錯誤)，但一般的產業無法提供環境條件優渥的場所，因此只能採用不受環境條件影響的磁性式，而相對的精密度也大打折扣；本創作人有鑑於此，便朝向提升磁性式感測裝置的方向研究，進而開發出具有高度環境適應力以及高解析度的併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置。

本發明目的在提供一種併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置，是利用複數個數位感應讀頭配合複數個磁條，另以一個類比感應讀頭感測其中一個磁條，藉此由該些感應讀頭輸出的數據便能得知位置與位移距離，而具有高度的環境適應力以及高解析度的效能。

為達前述目的，該磁性式位置感測裝置包含一個磁性尺及一個感測器，該磁性尺具有複數個磁條，該各磁條具有複數個磁區，該各磁區由N極與S極等分構成，同一磁條上的複數個磁區彼此長度相等，且任二磁條彼此的磁區長度相異，該感測器位於該磁性尺上方，且該感測器相對該磁性尺的磁條設置複數個數位感應讀頭，該感測器又相對其中一個磁條設置一個類比感應讀頭，該些感應讀頭用以感應相對的磁條的磁性；當該感測器在該磁性尺上方位移時，該感測器的數位感應讀頭會感應該磁條的磁區的N極或S極的磁性，該些數位感應讀頭並根據所感應的磁性輸出高或低的訊號，另外該類比感應讀頭也能感應該磁條的磁性而輸出呈弦波的訊號，將該類比感應讀頭的訊號切割細分後，再配合該些數位感應讀頭的訊號，便能得知該感測器與該磁性尺的相對位置或位移距離，如此該磁性式位置感測裝置便能同時具有磁性式的高度環境適應力，以及利用該類比感應讀頭所達成的高解析度。

本發明併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置，實施例如第4及5圖所示，包含：一個磁性尺10，具有四個磁條11、12、13、14，該各磁條11、12、13、14具有複數個磁區111、121、131、141，該各磁區111、121、131、141等分為N極及S極兩部分，同一磁條11、12、13、14上的複數個磁區111、121、131、141彼此長度相等，該第一磁條11的磁區111長度為該第二磁條12的磁區121長度的兩倍，該第二磁條12的磁區121長度為該第三磁條13的磁區131長度的兩倍，該第三磁條13的磁區131長度為該第四磁條14的磁區141長度的兩倍，即任二磁條11、12、13、14彼此的磁區111、121、131、141長度相異，且該四磁條11、12、13、14的磁區111、121、131、141長度呈二倍數差異；以及一個感測器20，位於該磁性尺10上方，該感測器20具四個數位感應讀頭21、22、23、24，該第一數位感應讀頭21與該磁性尺10的第一磁條11相對，該第二數位感應讀頭22與該第二磁條12相對，該第三數位感應讀頭23與該第三磁條13相對，該第四數位感應讀頭24與該第四磁條14相對，即該各數位感應讀頭21、22、23、24與該各磁條11、12、13、14相對，該各數位感應讀頭21、22、23、24用以感應相對的該各磁條11、12、13、14的磁性，該感測器20又相對該第四磁條14設置一個類比感應讀頭25，該類比感應讀頭25用以感應該第四磁條14的磁性，該類比感應讀頭25與該第四數位感應讀頭24相對於相鄰的磁區141的相同磁極，例如該類比感應讀頭25相對於該第四磁條14的一個磁區141的N極，該第四數位感應讀頭24則相對於該磁區141的相鄰磁區141的N極。

當該感測器20在該磁性尺10的上方位移時，該各數位感應讀頭21、22、23、24及該類比感應讀頭25會在相對的磁條11、12、13、14上位移，且該各數位感應讀頭21、22、23、24及該類比感應讀頭25也會改變所感應的磁條11、12、13、14的磁區111、121、131、141，該各數位感應讀頭21、22、23、24及該類比感應讀頭25感應呈現的磁性也會呈N極與S極的交錯變化，例如該第一感應讀頭21相對該第一磁條11位移時，首先該第一感應讀頭21相對該第一磁條11的其中一磁區111的N極，位移後該第一感應讀頭21變成相對該磁區111的S極，再次位移後該第一感應讀頭21變成相對另一個磁區111的N極，由此可知該各數位感應讀頭21、22、23、24及該類比感應讀頭25在位移時所感應的磁性會呈現N極及S極的交錯變化，該各數位感應讀頭21、22、23、24並配合感應的N極或S極輸出高或低的訊號，該類比感應讀頭25則配合感應的N極或S極輸出呈弦波的訊號，將該各數位感應讀頭21、22、23、24及該類比感應讀頭25所輸出的訊號整理後便如第6圖所示；如此根據該各數位感應讀頭21、22、23、24輸出的訊號便能概略得知該感應器10與該磁性尺20的相對位置與該感應器10的位移距離，而該類比感應讀頭25輸出的訊號呈弦波，每個弦波代表360度，因此能依據需求將弦波切割細分，最小值根據需求不同可取1度、0.1度或0.01度，由該些數位感應讀頭21、22、23、24的概略位置再搭配上該類比感應讀頭25的弦波的位置，便能精確地得知該感應器10與該磁性尺20的相對位置與該感應器10的位移距離，例如得到的訊號中，該第一數位感應讀頭21的訊號為高，該第二數位感應讀頭22的訊號為低，該第三數位感應讀頭23的訊號為高，該第四數位感應讀頭24的訊號為低，便能得知位置位於該類比感應讀頭25的訊號的第六組個弦波內(該類比感應讀頭25的一組弦波為兩個相位角相差90度的弦波)，只要再配合該類比感應讀頭25的訊號為幾度，便能如第6圖所示，精確地得知該感應器10與該磁性尺20的相對位置a與該感應器10的位移距離；由此可知，該磁性式位置感測裝置使用該磁性尺10，確實具有磁性式的高度環境適應力，再配合上該類比感應讀頭25，而能達到高解析度的效果，且前述實施例中所使用的磁條數量與數位感應讀頭數量，僅為一種較佳實施例，並非限制本創的技術，使用與本創相同技術概念者當在本創保護範圍內。

《習知》

A．．．光學尺

A1．．．第一尺條

A2．．．第二尺條

A3．．．第三尺條

A4．．．第四尺條

A11、A21、A31、A41．．．透孔

B．．．感測器

B1、B2、B3、B4．．．數位感應讀頭

《本發明》

10．．．磁性尺

11．．．第一磁條

12．．．第二磁條

13．．．第三磁條

14．．．第四磁條

111、121、131、141．．．磁區

20．．．感測器

21．．．第一數位感應讀頭

22．．．第二數位感應讀頭

23．．．第三數位感應讀頭

24．．．第四數位感應讀頭

25．．．類比感應讀頭

a．．．相對位置

第1圖　習知光學式感測裝置的示意圖。

第2圖　習知感測裝置的光學尺的示意圖。

第3圖　習知感測器輸出的訊號的示意圖。

第4圖　本發明實施例的示意圖。

第5圖　本發明實施例磁性尺的示意圖。

第6圖　本發明實施例感測器輸出的訊號的示意圖。

10．．．磁性尺

11．．．第一磁條

12．．．第二磁條

13．．．第三磁條

14．．．第四磁條

20．．．感測器

21．．．第一數位感應讀頭

22．．．第二數位感應讀頭

23．．．第三數位感應讀頭

24．．．第四數位感應讀頭

25．．．類比感應讀頭

Claims (4)

1. 一種併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置，包含：一個磁性尺，具有複數個磁條，該各磁條具有複數個磁區，該各磁區由N極與S極等分構成，同一磁條上的複數個磁區彼此長度相等，且任二磁條彼此的磁區長度相異；以及一個感測器，位於該磁性尺上方，且該感測器相對該磁性尺的磁條設置複數個數位感應讀頭，該感測器又相對其中一個磁條設置一個類比感應讀頭，該些數位感應讀頭及該類比感應讀頭皆用以感測相對的磁條的磁性，利用該感測器在該磁性尺上方位移，使該些數位感應讀頭分別根據感應的磁性輸出高或低的訊號，該類比感應讀頭輸出弦波的訊號，比對所有訊號便能得知該感測器與該磁性尺的相對位置或位移距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置，其中，該磁性尺的該些磁條的磁區長度呈二倍數差異。
3. 如申請專利範圍第1項所述併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置，其中，該感測器的類比感應讀頭與相對於相同磁條的數位感應讀頭，兩者相對於該磁條相鄰的磁區 的相同磁極。
4. 如申請專利範圍第1項所述併用數位與類比感應的磁性式位置感測裝置，其中，該感測器的類比感應讀頭感測的磁條的磁區長度最短。