TWI647434B - 位置偵測裝置 - Google Patents

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TWI647434B
TWI647434B TW105141596A TW105141596A TWI647434B TW I647434 B TWI647434 B TW I647434B TW 105141596 A TW105141596 A TW 105141596A TW 105141596 A TW105141596 A TW 105141596A TW I647434 B TWI647434 B TW I647434B
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山岸健
阿木智彦
尾崎憲正
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日商Ｓｍｃ股份有限公司
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Abstract

一種位置偵測裝置(11)，具有n個霍爾元件(24)，係響應活塞(14)之磁鐵(16)之磁力而輸出類比偵測訊號。n個AD轉換器(30)係執行類比/數位(AD)轉換以將該類比偵測訊號轉換成數位偵測訊號。階梯電路(20)接收自n個磁性偵測器(18)所輸出之數位偵測訊號，如n位元數位訊號，且將該訊號進行數位/類比(DA)轉換以變成單一類比輸出訊號。控制積體電路(22)根據輸入於該控制積體電路之該單一類比輸出訊號而偵測出該活塞(14)之大致位置。

Description

位置偵測裝置
本發明係關於一種位置偵測裝置，係用於藉由偵測設於運動體上之磁鐵之磁力，以偵測出該運動體之位置。
目前，習知有活塞偵測裝置、磁性偵測開關及雷射位移儀器等，用以量測如氣動缸等之致動器之被動部(運動體)之位置。磁性偵測開關能以低成本製造。另一方面，此種磁性偵測開關僅能確認作為受測物的設有磁鐵之運動體是否停留於指定位置上。雷射位移儀器雖能夠量測該運動體之位置，然而，雷射位移儀器不僅需與該致動器獨立地安裝外，必須事先確定用以將雷射光照射至該運動體上的定位點。相較之下，對於位置偵測裝置，如磁性長度量測感測器，係能輕易量測該運動體之位置，且能將該裝置直接設於致動器上。
日本特開平2007-178158號專利揭露一種磁性長度量測感測器，其依序讀取來自排成一列之磁性感測器之輸出資料，而基於該對應之讀出輸出資料而偵測出該作為運動體之磁鐵之位置。
然而，依據揭露於日本特開平2007-178158號專利之技術，由於依序讀取來自大量磁性感測器之輸出資料，故處理時間需配合該磁性感測器之數量，致使反應性不佳。
因此，可考慮對各該磁性感測器提供線路，以匯集讀取各該磁性感測器之輸出資料。於此方式中，由於提供之線路必須對應該磁性感測器之數量，故該些線路需要佈線空間，因而造成該設備之尺寸與成本之增加的問題。
本發明之目標係用以解決該前述問題，而提供一種位置偵測裝置，其目的係藉由迅速偵測設有磁鐵之運動體之位置而能改善反應性，且其能實現該裝置之尺寸與成本之減少。
本發明之一種位置偵測裝置係包括：n個磁性偵測器、DA轉換器以及位置偵測單元。
該n個磁性偵測器各具有磁性感測元件及第一AD轉換器，該磁性感測元件係組構成用以偵測設於運動體上之磁鐵之磁力並輸出響應該磁力之類比偵測訊號，且該第一AD轉換器係組構成用以執行將該類比偵測訊號變成數位偵測訊號的AD轉換並輸出該數位偵測訊號。此外，該n個磁性偵測器係沿該運動體之運動方向有規則地隔開間隔佈設。
該DA轉換器係組構成用以接收分別從該n 個磁性偵測器輸出之該數位偵測訊號，即n位元數位訊號，且對該n位元數位訊號進行DA轉換，並輸出DA轉換後之類比輸出訊號。
該位置偵測單元係組構成用以基於自該DA轉換器輸入於該位置偵測單元之該類比輸出訊號而偵測出該運動體之位置。
於是，於本發明中，該DA轉換器於接收分別自該n個磁性偵測器輸出之該數位偵測訊號(如n位元數位訊號)後，執行DA轉換以將該n位元數位訊號轉換成類比輸出訊號，且輸出該類比輸出訊號至該位置偵測單元。結果，該位置偵測單元無需依序讀取該n個類比偵測訊號或n個數位偵測訊號，因而該位置偵測單元能僅基於該類比輸出訊號而迅速地偵測出該運動體之位置。
再者，當該運動體正靠近該第n個磁性感測元件時，該磁性感應元件反應(即偵測)該磁鐵之磁力且輸出高階類比偵測訊號，而當該運動體從此處遠離且無法偵測到該磁力時，該磁性感應元件即輸出低階類比偵測訊號。於是，從響應該n位元數位訊號(基於該n個類比偵測訊號)之該類比輸出訊號的數值與該n個磁性感應元件所佈設的位置之間的相對關係，該位置偵測單元能輕易地偵測出該磁鐵之位置(即該設有該磁鐵之運動體之位置)。
又，由於該位置偵測單元僅讀取來自該DA轉換器之類比偵測訊號，故能減少該位置偵測單元與該DA轉換器之間的線路數量。因此，可依據該具有最少線路需 求量之位置偵測裝置，可偵測出該運動體之位置。因此，能避免該位置偵測裝置之尺寸與規格之增加，且能降低成本。
於是，本發明之位置偵測裝置係藉由迅速地偵測該設有該磁鐵之運動體之位置而能改善反應性，且能實現該位置偵測裝置之尺寸與成本之減少。
於此種情況下，該位置偵測單元包含第二AD轉換器，其構成係用以對輸入於該第二AD轉換器之該類比輸出訊號進行AD轉換，且該位置偵測單元基於經AD轉換後之n位元數位輸出訊號而特定出該磁鐵之位置，藉此偵測出設有該磁鐵之該運動體之位置。
該n位元數位輸出訊號為一種數位訊號，係對應自第n個磁性偵測器輸出至該DA轉換器之數位偵測訊號。於是，從該n位元數位訊號的數值與該第n個磁性感應元件所佈設的位置之間的相對關係，該位置偵測單元能快速地定義出該磁鐵之位置，且能輕易地偵測出設有該磁鐵之該運動體之位置。
順便一提，該磁鐵之磁力具備固定的範圍或散佈。因此，該位置偵測單元基於該n位元數位輸出訊號而所偵測到的該運動體之位置，可能為對應該磁力之範圍或散佈的大致位置。
因此，為了詳細地特定出該運動體之位置，較佳地，本發明係配置有以下構造。具體地，該位置偵測裝置復包含訊號線，該訊號線連接該n個磁性偵測器 與該位置偵測單元。該位置偵測單元特定複數個擺設於關於已偵測出之該運動體之位置之預定範圍中的磁性偵測器，並經由該訊號線讀取自所特定之該複數個磁性偵測器之類比偵測訊號之數值，且依據所讀取之該複數個類比偵測訊號之數值而定義出該運動體之詳細位置。
依據此特徵，基於採用該n位元數位輸出訊號而定義出的該運動體之大致位置，該位置偵測單元讀取自該複數個擺設於該預定範圍中之磁性偵測器的該類比偵測訊號之數值。具體地，由於該位置偵測單元無需讀取來自全部的磁性偵測器之該類比偵測訊號之數值，故定義出該運動體之詳細位置的所需處理時間能縮短。於是，依據本發明，特定出該運動體之詳細位置之過程能極快速地運作，且更能提升反應性。
再者，該位置偵測單元計算出已讀取自所指定之複數個磁性偵測器之該複數個類比偵測訊號相對所特定之該複數個磁性偵測器之佈設位置的數值，藉以確定表示該複數個類比偵測訊號相對該運動方向之數值變化的波形，且偵測出該已確定之波形與零位線相交的零交叉點，藉此將所偵測出之該零交叉點之位置定義為該運動體之詳細位置。
依此特徵，可快速地與可靠地指出該運動體之詳細位置。
又，該位置偵測單元基於所定義之該運動體之詳細位置而可計算出該運動體之運動速度及/或運動 距離。
此外，於本發明中，該DA轉換器係較佳為R-2R型階梯電路。
再者，於本發明中，該n個磁性感應元件係為霍爾元件，該運動體係為活塞，其構成係用以於致動器之汽缸管之內部中沿該運動方向移動，該磁鐵係設於該活塞上並使該磁鐵之磁極沿該運動方向定向，且該n個磁性偵測器係於該汽缸管之外側沿該運動方向排成一列。
依此特徵，僅藉由將該位置偵測裝置應用至該致動器，且將該n個磁性偵測器於該汽缸管之外側排成一列，即能快速地與可靠地指出該設有磁鐵之活塞之詳細位置。
再者，藉由將該n個磁性偵測器於該汽缸管之外側佈設成一列，即能制止朝該寬度方向(該汽缸管之外側邊緣方向)之擴大。因此，當該n個磁性偵測器能於沿該汽缸管縱向伸長之長方形印刷電路板上佈設成一列且該印刷電路板佈設於該汽缸管上時(該佈設係例如，將該印刷電路板嵌埋於設於該汽缸管縱向之溝槽中時)，能減少該印刷電路板之線路數量，且一併實現減少該寬度方向上之佈佔空間。於是，本發明在該位置偵測裝置應用於致動器之情況下，相較於習知技術，將達成與該覆蓋區(安裝區域)之條件及成本相關之優點。
以下將採用以舉例說明之方式呈現本發明之較佳實施例的附圖，以更明確地描述本發明之上述目的 及其它目的、特徵與優點。
10‧‧‧致動器
11‧‧‧位置偵測裝置
12‧‧‧汽缸管
12a、12b‧‧‧氣體埠口
13‧‧‧空間
13a、13b‧‧‧空間
14‧‧‧活塞(運動體)
14a‧‧‧活塞桿
16‧‧‧磁鐵
18‧‧‧磁性偵測器
20‧‧‧階梯電路(DA轉換器)
22‧‧‧控制積體電路(位置偵測單元)
24‧‧‧霍爾元件(磁性感應元件)
26‧‧‧微電腦
30、40‧‧‧AD轉換器(第一AD轉換器、第二AD轉換器)
32‧‧‧I/O埠口
34、44‧‧‧通訊單元
42‧‧‧控制器
50‧‧‧訊號線
P‧‧‧零交叉線
R、2R‧‧‧電阻
第1圖係顯示本實施例之位置偵測裝置應用於致動器之構造之概略剖面圖； 第2圖為第1圖之位置偵測裝置之原理方塊圖；第3圖係顯示一個霍爾元件所偵測到之類比偵測訊號(類比訊號之垂直分)之波形之示意圖；第4圖係顯示於八個磁性偵測器之方式中，輸入至階梯電路之八位元數位訊號與活塞之大致位置之間的相對關係的圖表；以及第5圖係為針對從一波形特定出零交叉點之目的之示意圖。
以下，本發明之位置偵測裝置之較佳實施例將參考附圖詳細說明。
[致動器與位置偵測裝置之概略架構]
第1圖係顯示本實施例之位置偵測裝置11應用於一致動器10之構造之概略剖面圖。
該致動器10包含一汽缸管12及一活塞14(運動體)。該活塞14係將位於該汽缸管12內部之空間13隔成兩個空間13a,13b，且於該汽缸管12之內部中沿該箭頭A方向(運動方向)移動。活塞桿14a連接於該活塞14。於第1圖中，箭頭a1方向表示該箭頭A方向中之右手側 方向，箭頭a2方向表示該箭頭A方向中之左手側方向。
於該汽缸管12沿該箭頭A方向之兩端上設有對應之氣體埠口12a,12b，其目的係令氣體流進該空間13a,13b以及令氣體從該空間13a,13b內部排出。於此方式中，當令氣體從該氣體埠口12b流進且氣體從該氣體埠口12a排出時，由於該兩空間13a,13b之間的氣體壓力不同，該活塞14會沿該箭頭a1方向移動。相反地，當令氣體從該氣體埠口12a流進且氣體從該氣體埠口12b排出時，由於該兩空間13a,13b之間的氣體壓力不同，該活塞14即沿該箭頭a2方向移動。
磁鐵16係設於該活塞14上。本實施例之位置偵測裝置11為一種磁性長度量測感測器，其偵測來自該磁鐵16之磁力，且依據該所偵測到的磁力而偵查出該設有該磁鐵16之活塞14之位置。具體地，於該致動器10之汽缸管12之外側上，構成該位置偵測裝置11之複數個個(n個)磁性偵測器18係沿該活塞14之運動方向(該箭頭A方向)等距間隔排成一列。依據該活塞偵測裝置11，基於該複數個磁性偵測器18之偵測訊號而能特定出該活塞14之位置。
該磁鐵16朝該箭頭A方向之一側為N極，而另一側為S極。於此情況下，該磁鐵16朝該箭頭a2方向之側為N極，而其朝該箭頭a1方向之側為S極。因此，該磁鐵16之磁極之方位與該活塞14之運動方向(該箭頭A方向)係相同方向。再者，於本實施例中，較佳地，有一個 未繪示之溝槽係沿該縱向(該箭頭A方向)設於該汽缸管12上，且該n個磁性偵測器18係於嵌埋及佈設於該溝槽中之長方形印刷電路板上排成一列。
[該位置偵測裝置之詳細構造與運作]
接著，關於本實施例之位置偵測裝置11之詳細構造將配合附件第2圖之原理方塊圖予以說明。
作為磁性長度量測感測器之位置偵測裝置11係配置有n個磁性偵測器18、階梯電路20(DA轉換器)及一控制積體電路22(位置偵測單元)。每一該磁性偵測器18包含一微電腦26與一霍爾元件24(磁性感應元件)。換言之，每一該磁性偵測器18為一種將一霍爾元件24與一微電腦26結合於其中之模組形式。每一該磁性偵測器18之霍爾元件24上設有一驅動電位VCC及一基準電位GND。
該霍爾元件24偵測該磁鐵16之磁力，且將響應該偵測到之磁力的類比偵測訊號(以下稱為類比偵測訊號)輸出至該微電腦26。於此方式中，該霍爾元件24輸出類比偵測訊號(類比訊號之垂直分)，其係對應一垂直該活塞14之運動方向(該磁鐵16之磁極之方位)之磁力的垂直分量。
第3圖係顯示一個霍爾元件24所偵測到的類比偵測訊號(類比訊號之垂直分)之波形。於此情況下，第3圖之水平軸係代表該磁鐵16之位置，且該垂直軸係代表該類比偵測訊號之數值(電壓數值)。
當該磁鐵16之N極正靠近該霍爾元件24 時，該類比偵測訊號之數值為正值，而當該磁鐵16之N極到達最接近該霍爾元件24時，該類比偵測訊號之數值為最高。相反地，當該磁鐵16之S極正靠近該霍爾元件24時，該類比偵測訊號之數值為負值，且當該磁鐵16之S極到達最接近該霍爾元件24時，該類比偵測訊號之數值為最低。在該磁鐵16之N極與S極的交界處位於最接近該霍爾元件24的狀態下，該類比偵測訊號之數值變成零(伏特)。
例如，於第2圖所示之佈設中，在聚焦於左側第二個磁性偵測器18(從朝該箭頭a2方向之一側數來第二個)之方式中，當該磁鐵16正以等速行進而從該箭頭a1方向朝該箭頭a2方向(朝該N極側之方向)靠近該第二個磁性偵測器18之霍爾元件24時，該類比偵測訊號之數值會從零(伏特)增加，並於其達到正峰值後，逐漸減少，而之後數值回到零(伏特)。此外，當該磁鐵16進一步朝該箭頭a2方向移動時，該類比偵測訊號之數值變得更低，並於其達到負峰值後，逐漸增加，而之後數值回到零(伏特)。
另一方面，於第2圖所示之佈設中，例如，在聚焦於最右側磁性偵測器18(朝該箭頭a1方向之一側)之方式中，當該磁鐵16正以等速行進而從該箭頭a2方向朝該箭頭a1方向(朝該S極側之方向)靠近該最右側磁性偵測器18之霍爾元件24時，該類比偵測訊號之數值會從零(伏特)減少，並於其達到負峰值後，逐漸增加，而之後數值回到零(伏特)。此外，當該磁鐵16進一步朝該箭頭a1 方向移動時，該類比偵測訊號之數值變得更高，並於其達到正峰值後，逐漸減少，而之後數值回到零(伏特)。
於此情況下，於第3圖所示之波形中，該類比偵測訊號交會(交叉)該零位(伏特)線的點即代表零交叉點P。
回到第2圖，每一該微電腦26包含至少一AD轉換器30(第一AD轉換器)、一I/O埠口32及一通訊單元34。該AD轉換器30係將該霍爾元件24恆定週期地所偵測到之類比偵測訊號轉換成一個1位元數位訊號(於後述稱為數位偵測訊號)，且輸出該1位元數位訊號至該I/O埠口32。
具體地，如果該霍爾元件24所偵測之類比偵測訊號之絕對值高於一臨界值，該AD轉換器30輸出一個「1」的數位偵測訊號至該I/O埠口32，而另一方面，如果該類比偵測訊號之絕對值低於該臨界值，則該AD轉換器30輸出一個「0」的數位偵測訊號至該I/O埠口32。於第3圖中，該類比偵測訊號藉由該AD轉換器30轉換成「1」的數位偵測訊號之區域即以陰影線表示。
該I/O埠口32係將從該AD轉換器30傳輸至該I/O埠口32的該1位元數位偵測訊號輸出至該階梯電路20。因此，1位元數位偵測訊號係從該對應之n個磁性偵測器18輸入至該階梯電路20。因此，當數位訊號(n位元數位訊號)具有對應該n個磁性偵測器18的位元數時，該階梯電路20接收來自該對應之n個磁性偵測器18所輸 出的數位偵測訊號。例如，如果該磁性偵測器18之數量為8個，則來自該8個磁性偵測器18之1位元數位偵測訊號即輸出至該階梯電路20，因而一個8位元數位偵測訊號即輸入該階梯電路20中。
該磁性偵測器18之個數n可依據該量測距離或其它等條件任意修改。如第2圖所示，自該n個磁性偵測器18輸出之1位元數位偵測訊號係沿該箭頭A方向分別從該最右側磁性偵測器18依序對應該n位元數位訊號之第1數碼、第2數碼…、第n數碼。該n位元數位訊號表示該活塞14(磁鐵16)之位置(大致位置)。第4圖為顯示在該磁性偵測器18之數量為8個之情況下，輸入該階梯電路20中之8位元數位訊號與該活塞14(磁鐵16)之位置(大致位置)之間的相對關係。於第4圖中，係以10進位法顯示輸入該階梯電路20中之8位元數位訊號數值(輸出值)。
順便一提，來自該磁鐵16之磁力具備一個固定的範圍或散佈。因此，有複數個個磁性偵測器18會輸出「1」之數位偵測訊號。再者，該磁性偵測器18所輸出位於該零交叉點P附近之數位偵測訊號係變成零(見第3圖)。於是，該數位偵測訊號之資料串分別從處於該活塞14(磁鐵16)之位置之預定範圍中的複數個磁性偵測器18(例如，假設有6個獨立的磁性偵測器18)輸出，而成為例如朝該箭頭a1方向之「110011」。因此，如果使用如第4圖所示之圖表，可從該n位元數位訊號特定出該磁鐵16之位置。然而，應當知悉，所特定出之磁鐵16之位置係為 大致位置。
回到第2圖，該階梯電路20為R-2R型階梯電路，該電路係由電阻R,2R(該電阻2R之電阻值為該電阻R之電阻值之兩倍)所構成。具體地，該階梯電路20之輸出端係連接於該控制積體電路22，且該複數個電阻R與一個電阻2R係於該控制積體電路22與接地之間呈串聯。再者，該階梯電路20之複數個輸入端係連接於對應之微電腦26，且藉由該電阻2R分別連接至所對應之串聯電阻R,2R之間。
於此方式中，該階梯電路20係將從該n個微電腦26輸入之n位元數位訊號(n個數位訊號)轉換成單一類比訊號(類比輸出訊號)，且輸出該單一類比訊號至該控制積體電路22。此外，由該n個微電腦26恆定週期地將新的n位元數位訊號傳遞至該階梯電路20。因此，在該活塞14移動之情況下，就有一個從該階梯電路20輸出至該控制積體電路22的類比訊號固定週期地改變。
該控制積體電路22包括至少一AD轉換器40(第二AD轉換器)、一控制器42及一通訊單元44。一個來自該階梯電路20之類比輸出訊號係輸出至該控制積體電路22之AD轉換器40。該AD轉換器40係固定週期地將輸入至該AD轉換器40之類比輸出訊號轉換成n位元數位訊號(數位輸出訊號)，且輸出該n位元數位訊號至該控制器42。
該控制器42係基於輸入於該控制器42之n 位元數位輸出訊號而確定該活塞14(磁鐵16)之大致位置。該控制器42包含第4圖所示之資料表，且基於輸入於該控制器42之n位元數位訊號而確定該活塞14(磁鐵16)之大致位置。依此，能立即確定該活塞14(磁鐵16)之大致位置。
更具體而言，該階梯電路20係將該n個磁性偵測器18固定週期地傳遞至該階梯電路20之n位元數位訊號進行DA轉換，且該DA轉換後之單一類比輸出訊號係輸入該控制積體電路22中。因此，由於該控制積體電路22能以一個類比輸出訊號之形式匯集獲取該些來自所有之磁性偵測器18的訊號，故該控制積體電路22能迅速地偵測出該活塞14(磁鐵16)之位置，而無需依序讀取來自所有之磁性偵測器18的類比偵測訊號。
此外，該控制器42基於固定週期地確定該活塞14(磁鐵16)之大致位置而可計算出該活塞14(磁鐵16)之運動速度及/或運動距離。
該通訊單元44與該n個微電腦26藉由訊號線50相互連接。在已確定該活塞14(磁鐵16)之大致位置之後，該控制器42基於該活塞14(磁鐵16)所確定之大致位置而經由該訊號線50特定複數個該磁性偵測器18，用以讀取來自於該控制器42之類比偵測訊號。
更具體而言，如前所述，由於事實上該磁鐵16之磁力具備一個固定的範圍或散佈，故該n位元數位輸出訊號所特定之磁鐵16之位置係為大致之位置。因此，該控制器42為了發現及索取(偵查)該零交叉點P以詳細特 定出該磁鐵16之位置(詳細位置)，即從確定之該活塞14(磁鐵16)之大致位置周圍的預定範圍內特定磁性偵測器18作為用於讀取來自該控制器42之類比偵測訊號，換言之，磁性偵測器18包括從已確定之該活塞14的大致位置在該箭頭a1方向以及在朝該箭頭a2方向之兩側上的偵測器之預定數量之偵測器。順便一提，相較於佈設於該汽缸管12之外側之全部n個磁性偵測器18，特定用來作為讀取該類比偵測訊號之磁性偵測器18之數量係相當少。
於此方式中，該控制器42(控制積體電路22)經由該訊號線50依序傳遞控制訊號至該指定之複數個磁性偵測器18之微電腦26。接收該控制訊號之磁性偵測器18之微電腦26係經由該訊號線50將該霍爾元件24所偵測出之類比偵測訊號傳遞至該控制積體電路22(控制器42)。依此特徵，該控制器42(控制積體電路22)係經由該訊號線50能夠依序獲得來自該指定之複數個磁性偵測器18之微電腦26之類比偵測訊號。
前述訊號線50的類比偵測訊號之傳輸係藉由該通訊單元34與該通訊單元44以該微電腦26與該控制積體電路22間的串列通信之方式進行。於此方式中，此種串列通信係藉由一IIC(I2C)匯流排(IIC與I2C係註冊商標)、一SPI匯流排等元件實施。
該控制器42係基於接收來自該複數個磁性偵測器18之類比偵測訊號而定義出該活塞14(磁鐵16)之準確位置。具體地說，該控制器42計算出該接收自該複數 個磁性偵測器18之類比偵測訊號相對該磁性偵測器18之佈設位置的數值(電壓值)，而藉以確定一如第5圖所示之波形，並定義出此處之零交叉點P。此外，該控制器42指出該活塞14(磁鐵16)之詳細位置與該經定義之零交叉點P之位置。
於此方式中，由於無需從所有(n個)的磁性偵測器18依序獲取類比偵測訊號，故能快速而精確地確定出該活塞14(磁鐵16)之詳細位置。此外，該控制器42基於已指出之活塞14(磁鐵16)之詳細位置而可計算該活塞14(磁鐵16)之運動速度及/或運動距離。
[本實施例之優點與效果]
如上所述，依據本實施例之位置偵測裝置11，用作DA轉換器之階梯電路20於接收n位元數位訊號(該數位偵測訊號分別從該n個磁性偵測器18輸出)之後進行DA轉換，以將該n位元數位訊號轉換成一個類比輸出訊號，而輸出該類比輸出訊號至該控制積體電路22。因此，無需依序讀取n個類比偵測訊號或n個數位偵測訊號，因而該控制積體電路22僅基於一個類比輸出訊號即能迅速地偵測出該設有磁鐵16之活塞14之位置。
再者，當該活塞14正靠近該第n個霍爾元件24時，該霍爾元件24反應(即偵測)該磁鐵16之磁力而輸出高階類比偵測訊號，而當該活塞14從此處遠離且無法偵測到此磁力時，該霍爾元件24輸出低階類比偵測訊號。於是，從響應該n位元數位訊號(基於該n個類比偵測訊號) 之單一類比輸出訊號的數值與該n個霍爾元件24所佈設的位置之間的相對關係中，該控制積體電路22能輕易地偵測出該磁鐵16之大致位置(即設有該磁鐵16之活塞14之大致位置)。
再且，由於該控制積體電路22僅讀取一個來自該階梯電路20之類比輸出訊號，故能減少該控制積體電路22與該階梯電路20之間的線路數量。因此，依據該具有最少線路需求量之控制積體電路22，可偵測出該活塞14之大致位置。因此，能避免該位置偵測裝置11之尺寸與規格之增加，且能降低成本。
於是，本實施例之位置偵測裝置11藉由迅速地偵測該設有磁鐵16之活塞14之大致位置而可改善反應性，且能實現該位置偵測裝置11之尺寸及成本之減少。
再者，該控制積體電路22之AD轉換器40執行AD轉換以將輸入於此之單一類比輸出訊號變成該n位元數位輸出訊號，且該控制器42基於該n位元數位輸出訊號而指出該磁鐵16之大致位置，藉此偵測出該設有磁鐵16之活塞14之位置。具體地說，該n位元數位輸出訊號係為一種數位訊號，其係對應自該n個磁性偵測器18輸出至該階梯電路20之數位偵測訊號。於是，依據該n位元數位輸出訊號與該n個霍爾元件24所佈設之位置之間的相對關係(見第4圖)，該控制器42能輕易地偵測出該活塞14之大致位置。
於上述說明中，已解釋將霍爾元件24作為 磁性感應元件以偵測該磁鐵16之磁力的方式。然而，於本實施例中，該磁性感應元件不限於霍爾元件24，且針對例如能夠偵測磁力之條件，亦可採用其它類型之磁性感應元件。例如，該線圈或MR感測器之使用可適當地取代該霍爾元件24。
再者，基於採用該n位元數位輸出訊號而定義出該活塞14之大致位置，該控制器42係經由該訊號線50讀取來自佈設於特定範圍中之複數個個微電腦26之類比偵測訊號之數值。具體地，由於該控制器42無需讀取全部的微電腦26之類比偵測訊號之數值，故定義出該活塞14之詳細位置的所需處理時間能縮短。於是，依據本實施例之位置偵測裝置11，指出該活塞14之詳細位置之過程能極快速地運作，且更能提升反應性。
再者，該控制器42計算出該讀取自所指定之複數個微電腦26之複數個類比偵測訊號相對該所指定之複數個磁性偵測器18之佈設位置的數值，藉以確定該第5圖所示之該複數個類比偵測訊號相對該箭頭A方向之數值變化的波形，且進一步偵測出該已確定之波形與零位線相交的零交叉點P，藉此將所偵測出之零交叉點P之位置定義為該活塞14之詳細位置。依此特徵，可快速地與可靠地指出該活塞14之詳細位置。再者，藉由定義出該活塞14之詳細位置，亦能基於已定義出之該活塞14之詳細位置而計算出該活塞14之運動速度及/或運度距離。
因此，於本實施例之位置偵測裝置11中， 該磁鐵16設於該活塞14上並具有沿該活塞14之運動方向定位的磁極，且該n個磁性偵測器18係於該汽缸管12之外側沿該運動方向排設成一列。依此特徵，該位置偵測裝置11能應用至該致動器10，且僅藉由將該n個磁性偵測器18於該汽缸管12之外側佈設成一列，即能快速地與可靠地指出該設有磁鐵16之活塞14之詳細位置。
再者，藉由將該n個磁性偵測器18於該汽缸管12之外側佈設成一列，能制止朝該寬度方向(該汽缸管12之外側邊緣方向)加寬。因此，該n個磁性偵測器18能於一沿該汽缸管12縱向(該箭頭A方向)伸長之長方形印刷電路板上佈設成一列，且當該印刷電路板佈設於該汽缸管12上時(該佈設係例如，當該印刷電路板嵌埋於一設於該汽缸管12縱向之溝槽中時)，能減少該印刷電路板之線路數量，且一併實現減少該寬度方向上之佈佔空間。於是，本實施例在該位置偵測裝置11應用於致動器10之情況下，相較於習知技術，將達成與該覆蓋區(安裝區域)之條件及成本相關之優點。
本發明不限於上述實施例，且於不偏離本發明之申請專利範圍所闡述之範疇下，當然可採用各種修改或附加之構造。

Claims (6)

  1. 一種位置偵測裝置(11)，包括：n個磁性偵測器(18)，各具有磁性感應元件(24)及第一AD轉換器(30)，該磁性感應元件(24)係組構成用以偵測設於運動體(14)上之磁鐵(16)之磁力並輸出響應該磁力之類比偵測訊號，且該第一AD轉換器(30)係組構成用以執行將該類比偵測訊號變成數位偵測訊號的AD轉換並輸出該數位偵測訊號，該n個磁性偵測器(18)係沿該運動體(14)之運動方向有規則地隔開間隔佈設；DA轉換器(20)，係組構成用以接收分別從該n個磁性偵測器(18)輸出之該數位偵測訊號，即n位元數位訊號，且對該n位元數位訊號進行DA轉換，並輸出DA轉換後之類比輸出訊號；以及位置偵測單元(22)，係組構成用以基於自該DA轉換器(20)輸入於該位置偵測單元(22)之該類比輸出訊號而偵測出該運動體(14)之位置；該位置偵測單元(22)計算出已讀取自所特定之該複數個磁性偵測器(18)之該複數個類比偵測訊號相對所特定之該複數個磁性偵測器(18)之佈設位置的數值，藉以確定表示該複數個類比偵測訊號相對該運動方向(A)之數值變化的波形，且偵測出該已確定之波形與零位線相交的零交叉點(P)，藉此將所偵測出之該零交叉點(P)之位置定義為該運動體(14)之詳細位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置(11)，其中，該位置偵測單元(22)包括第二AD轉換器(40)，係組構成用以對輸入於該位置偵測單元(22)之該類比輸出訊號進行AD轉換，且該位置偵測單元(22)基於AD轉換後之n位元數位輸出訊號而特定該磁鐵(16)之位置，藉此偵測出設有該磁鐵(16)之該運動體(14)之位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置(11)，復包括：訊號線(50)，係組構成用以連接該n個磁性偵測器(18)與該位置偵測單元(22)；其中，該位置偵測單元(22)特定複數個擺設於關於已偵測出之該運動體(14)之位置之特定範圍中的磁性偵測器(18)，並藉由該訊號線(50)讀取自所特定之該複數個磁性偵測器(18)之類比偵測訊號之數值，且基於所讀取之該複數個類比偵測訊號之數值而定義出該運動體(14)之詳細位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之位置偵測裝置(11)，其中，該位置偵測單元(22)基於所定義之該運動體(14)之詳細位置而計算該運動體(14)之運動速度及/或運動距離。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置(11)，其中，該DA轉換器(20)包括R-2R型階梯電路。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置(11)，其中，該n個磁性感應元件(24)為霍爾元件；該運動體(14)為活塞，係組構成用以於致動器(10)之汽缸管(12)之內部中沿該運動方向(A)移動；該磁鐵(16)係設於該活塞(14)上並具有沿該運動方向(A)定位之磁極；以及該n個磁性偵測器(18)係於該汽缸管(12)之外側沿該運動方向(A)排成一列。
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