專利名稱:用于探測測位電容型傳感器信號的方法和線路的制作方法
本發(fā)明涉及探測測位電容型傳感器信號的方法和線路。具體來說，涉及改進(jìn)向傳輸電極提供傳輸信號的方法及改進(jìn)處理相應(yīng)接收的信號的方法。
測位電容型傳感器是公知的。這些傳感器是那種傳輸電極組和接收電極組分別放置于彼此之間有一相對位移的第一標(biāo)尺和第二標(biāo)尺上，而該兩組電極組是彼此電容性地耦合，而兩標(biāo)尺之間的相對位移的距離是通過測定兩組電極組之間的電容值的變化而測定的。這種類型的傳感器應(yīng)用范圍廣泛，例如在三維空間測量器件中在各軸上用于測位的儀器或用作微小長度尺寸的測量器件如卡規(guī)或測微計。
通常，為了探測兩組電極之間的電容值的變化，對傳輸電極組提供一多個不同相位的交流信號。由于從接收電極在此時獲得的接收信號的值按照該兩組電極組的電容值的變化而變化，故可能從電性方面發(fā)現(xiàn)前述的電容值。
通過應(yīng)用這種類型的利用靜電電容量的傳統(tǒng)的長度測量器件可獲得多種益處。例如可在無須利用接觸而對兩個標(biāo)尺之間進(jìn)行電的信號探測。這種器件有高的耐用性。此外，長度測量器件的測量靈敏度可通過分割所獲得的接收信號而加以改進(jìn)。
盡管如此，以往通常應(yīng)用于探測前述電容值的方法是一種其中特定相位組合的信號是被提供給傳輸電極的，并將在此時對獲得的接收信號進(jìn)行處理。相位方法是前述信號處理方法的一公知實例。
在以往的相位方法中，與提供到傳輸電極組的相位組合比較，在接收邊發(fā)生與兩組電極組的靜電電容量相對應(yīng)的相位變化。為求出這些相位變化，須找出被接收信號中的零交叉點，兩個標(biāo)尺間的相對位移距離是按照被接收信號中的零交叉點的位置而確定的。
因此，在以往的方法中存在著如下的一些問題。向傳輸電極組提供一單一的組合信號組就已足夠。在另一方面，在接收邊接收的信號須經(jīng)一預(yù)先確定的濾波效應(yīng)。這種濾波效應(yīng)將導(dǎo)致信號的精確性受到損壞，同時需要一個相當(dāng)可觀的信號穩(wěn)定時間以便處理接收的信號。其結(jié)果，在取得測量值之前是需要一個加長的等待時間。
本發(fā)明是在考慮前述已往的任務(wù)而做出的，其目的在于提供具有良好測量精確度的、及在測量中能以高速度進(jìn)行處理并只有很短的等待時間的改進(jìn)的信號探測線路。
與已往的方法其中只提供以一組傳輸相位組合不同，為了實現(xiàn)前述目的，在本發(fā)明中傳輸是由兩組有不同，相位差的相位組合執(zhí)行的，而所需的相對位移距離是通過處理在此時獲得的兩組接收信號。
因此，在探測線路邊，有可能通過兩組接收信號增加確定相對位移距離所需的數(shù)據(jù)的數(shù)量。具體地說，由于傳輸?shù)南辔唤M合在傳輸邊是變化的，理論上在接收邊是獲得不同接收信號的特定組合。通過運算處理這兩組接收信號，有可能不用經(jīng)過如以往的方法中必須經(jīng)過的需要一穩(wěn)定時間的濾波器而極為輕易地獲得質(zhì)量良好的接收信號。這可使快速的、無延遲的處理成為可能。
在本發(fā)明中最好通過第一組接收信號對前述兩組接收信號在一預(yù)定時間內(nèi)進(jìn)行正積分，接著通過第二組接收信號對這些積分值進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分。有可能從反轉(zhuǎn)積分時間直至達(dá)到通常為零的一預(yù)定值時獲得相對位移距離。
在本發(fā)明中，最好前述兩組傳輸相位組合具有90度的電性相位差。如果是這樣，可通過計算簡單的三角函數(shù)就可迅速地并輕易地找出相對位移距離的值。
在本發(fā)明中，在保持測量的精確度的情況下，為了增加長度測量的范圍，須配備以多個帶有具相位差的相位組合的傳輸信號對，而兩組傳輸信號是指派到各個前述待測長度范圍。所需的相對位移距離可通過一個接著其它地試用具不同相位組合的傳輸對而求出來。
當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時，首先將第一組具有特定相位組合的傳輸信號，例如將八個相互具有45度相位差的傳輸信號提供到各自分割成八個塊體的傳輸電極。
在此傳輸狀態(tài)下獲得的第一組接收信號包含關(guān)于前述在傳輸邊的相位組合和兩組電極組間的靜電電容量的值的數(shù)據(jù)。這些信號被存入存儲器中。
前述第一組接收信號可例如將它們作為數(shù)字值那樣簡單地存儲它們而加以存儲起來，或可將它們通過利用一積分器在一預(yù)定時間內(nèi)進(jìn)行正積分后而作為模擬值加以存儲起來。
將前述第一組接收信號存儲后，接著提供到傳輸電極的相位組合被轉(zhuǎn)換成具有一不同于前述第一組特定相位組合的預(yù)定相位差的第二組相位組合。為了簡化三角函數(shù)的計算，最好將這兩組傳輸信號中電性的相位差調(diào)定在例如90度角的差值。
第二組接收信號是作為這第二傳輸?shù)慕Y(jié)果而獲得的，且這第二組接收信號也用相同的方法被存入存儲器中。前述存儲器可為數(shù)字式或模擬式存儲器。例如，當(dāng)應(yīng)用模擬式存儲器時，在前述第一傳輸過程中利用正積分獲得的模擬積分值也可通過第二組接收信號進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分。
一旦第一組和第二組接收信號都按這種方法存入存儲器后，就可利用運算單元對它們進(jìn)行處理以求出所需的相對位移距離。
如上所述，當(dāng)模擬計算是通過正積分及反轉(zhuǎn)積分進(jìn)行的，則可求出直至前述反轉(zhuǎn)積分值達(dá)到一例如為零的預(yù)定值的反轉(zhuǎn)積分時間，則運算單元可從這反轉(zhuǎn)積分時間確定所需要的相對位移距離。
圖1 為本發(fā)明一測位電容型傳感器的信號探測線路的方框線路圖。
圖2 為說明圖1中傳輸線路的一個實施例的一線路圖。
圖3 為說明圖2中傳輸信號中相位組合的說明圖。
圖4 為說明示于圖1的測量線路的操作的時序圖。
圖5 為說明示于圖1的測量線路中的測量基本原理的說明圖。
圖6 為說明兩個接收信號以及如何對它們在圖1的測量線路中進(jìn)行正積分和反轉(zhuǎn)積分的說明圖。
圖7 為說明用圖1的測量線路在進(jìn)行測量時的測量程序的流程圖。
圖8 為說明用于測位的本發(fā)明的電容型傳感器的一個適宜的實施例的斜視圖。
下面將以附圖為基礎(chǔ)解釋本發(fā)明的一個適宜的實施例。
圖8示出其中應(yīng)用本發(fā)明的測位電容型傳感器的簡略構(gòu)型。
傳感器包含一第一標(biāo)尺10及第二標(biāo)尺20。第一組傳輸電極12是在第一標(biāo)尺10上形成的，它們是由至少八個有規(guī)則地一字排列的、彼此絕緣的電極組成的一個組。通常，這些電極是用諸如汽相沉積法在由絕緣材料組成的標(biāo)尺10上沉積而形成的。
第二標(biāo)尺20也是由絕緣材料組成的，多個第二接收電極22沿該標(biāo)尺的縱向有規(guī)則地一字地排列在其上。
在圖8中，被前述第二接收電極22接收的信號在進(jìn)一步被傳輸?shù)降谝粯?biāo)尺邊之后即被檢測。為了信號的這種傳輸，在前述第二標(biāo)尺20上提供一組通過耦合電極26而與前述第二接收電極22電性導(dǎo)通的第二傳輸電極24。此外，在第一標(biāo)尺10邊對應(yīng)于第二傳輸電極24的位置上放置第一接收電極14。
前述第一傳輸電極12和第二接受電極22是彼此間電容性耦合，并在兩電極之間產(chǎn)生對應(yīng)于兩個標(biāo)尺10與12之間的相對位移距離X的靜電電容量。
另一方面，如將會明白的那樣，前述第二傳輸電極24和第一接收電極14也是彼此間電容性地耦合起來，而被第二接收電極22接收的信號通過電容性耦合返回到第一接收電極14。
振蕩器30的輸出從一相位轉(zhuǎn)換器34被提供到前述第一傳輸電極12上作為各自具有例如45度的電性相位差的相位組合。另一方面，第一接收電極14所獲得的接收信號通過測量線路32進(jìn)行處理。
圖1說明前述傳感器的傳輸線路和接收線路的一實施例。
圖中傳感器是由號數(shù)100表示。由前述說明已知，這傳感器100具有一第標(biāo)尺和一第二標(biāo)尺，該兩標(biāo)尺彼此間有一相對的位移，前述第一標(biāo)尺上配有第一傳輸電極，而第二標(biāo)尺上配有第二傳輸電極。此兩電極彼此間是電容性地耦合起來，而其靜電電容量的值按照它們兩者的相對位移位置的變化而變化的。
前述傳感器100的第一傳輸電極被提供以多個從傳輸線路中的用不同相位調(diào)制過的交流信號。在本實施例中傳輸線路包含一振蕩器40和一傳輸相位轉(zhuǎn)換線路42，并能向傳輸電極提供由控制單元44選擇的用各種相位組合調(diào)制的交流信號。
圖2說明在本實施例中傳輸線路的一個實例。由具有從振蕩器40來的高頻信號的八個各自具有45度的傳輸相位差的調(diào)制信號獲得的輸出被作為一組提供到一多個傳輸電極12-1至12-8上。
在本實施例中，振蕩器40的高頻信號為頻率在例如約為100至200千赫茲的交流信號。它們都由設(shè)置在傳輸相位轉(zhuǎn)換線路42上的八個異或門進(jìn)行調(diào)制。
轉(zhuǎn)換信號P1至P8是由控制單元44提供到前述傳輸相位轉(zhuǎn)換線路42上的各異或門。在本實施例中，前述控制信號P的組合是調(diào)定在八個不同的相位上，如圖3中所示，從第一相位組合到第八相位組合?？刂茊卧?4可選擇性地確定這些八個相位組合的任意一個。
事實上，前述八個組合將由向傳感器100所接收的信號名自給出45度相位差的信號組成的。
在圖4中給出說明本實例的工作的一個說明圖。其總的工作描述如下，但在這圖中所示前述振蕩器40的輸出f0是一時鐘脈沖串，而在圖4中所示的傳輸信號400為第一相位組合(t0-t1)的信號和第三相位組合(t1-)的信號。
讓我們用第一相位組合作為一個例子對此進(jìn)行解釋。由圖3可清楚看到，當(dāng)傳輸相位轉(zhuǎn)換線路42調(diào)定在第一相位組合的輸出時，P1至P4為0，而P5至P8為1。其結(jié)果，傳輸信號400將為所示信號，其中時鐘脈沖為在圖4中的400-5至400-8上的輸出。
當(dāng)使用圖2中所示的實際的傳輸相位轉(zhuǎn)換線路42時，該線路將由一異或門組成的。因此，在第一相位組合中的傳輸信號400-1至400-4將包含著完全為180度相位差異的時鐘脈沖，但為使解釋更易于理解，用于這些反相信號的時鐘脈沖在圖4中是作為空白信號而示出的。
同樣，第三相位組合可被認(rèn)為是在接收邊上具有與第一相位組合相差90度的相位差的信號。在這情況下，傳輸信號400-1，400-2，400-7和400-8將輸出時鐘脈沖，而400-3至400-6將作為空白的時鐘脈沖信號(反轉(zhuǎn)信號)提供到各傳感器的第一傳輸電極12。
在各圖中沒詳細(xì)地示出，但在圖3中所示的其它傳輸?shù)南辔唤M合中八個傳輸信號400也以同樣的方法組合起來并提供到第一傳輸電極12上。這使傳輸線路有可能向傳感器100提供隨意選擇的具有任意的八個不同相位組合的傳輸信號。
對應(yīng)于前述傳輸信號的接收信號是從前述傳感器100的接收電極的輸出。
作為前置放大器46的輸出，它的接收信號電平是由靜電電容量決定的，而靜電電容量是由傳感器100的第一和第二標(biāo)尺的相對位置所確定的、也就是由它的第一傳輸電極和它的第二接收電極間的相對位移位置所確定。如在本實施例中所示前置放大器的輸出是由同步解調(diào)器48進(jìn)行同步解調(diào)的，使得該輸出具有用高頻信號調(diào)制的波形。振蕩器40的輸出f0是提供到該解調(diào)器48用以提供一個供解調(diào)所用的基準(zhǔn)信號。
同步解調(diào)器48的輸出402是由傳輸線路的傳輸相位和傳感器100的傳輸電極的位置確定的。接收信號402-1和402-2是作為這情形的例子而示于圖4中。
圖5說明了一種方法，其中相對于在前述傳感器100中傳輸電極和接收電極的相對位移距離X，接收信號V在傳輸邊與各個傳輸相位組合不同。從中可看到它們按正弦波形變化，如同示于圖中按照傳輸相位組合(從第一相位組合到第八相位組合)或兩組電極的相對位移距離X的變化一樣。
接收信號V的這些變化的波形是由傳感器100中的電極的形狀確定的。在本實施例中，第二接收電極的形狀已經(jīng)被選擇成例如矩形的，使得正弦波形的變化將對應(yīng)于當(dāng)?shù)谝粋鬏旊姌O和第二接收電極的相對位置變化時的相對位移距離X。然而，它們的形狀也可以這樣選擇，使得能獲得具有諸如三角形波形的其它波形的信號。
在圖5中，讓我們把注意力只集中在一個傳輸相位上，例如只集中在第一相位組合上。如在圖中粗線所示即為接收信號402，當(dāng)傳感器100中的相對位移距離X發(fā)生變化時，該信號將從解調(diào)器48中輸出。
在圖中，當(dāng)?shù)谝幌辔唤M合的接收信號V為零時，計時是調(diào)定到對應(yīng)于相對位移距離X1＝0(500)的位置。當(dāng)從這基準(zhǔn)位置兩組電極或兩個標(biāo)尺的相對位移距離X變化時，從解調(diào)器48接收的解調(diào)信號402將按照示于圖5中的第一相位組合的正弦波形而變化。
在圖5中，當(dāng)從傳輸線路的傳輸相位組合變化時，在相同相對位移距離X下從傳感器必定獲得不同的接收信號V。例如，在本實施例中所示的標(biāo)尺位置(500)X2上，當(dāng)將該傳感器100固定在相同位置上而傳輸相位發(fā)生變化時，即可理解，在此時接收的信號V將是在距離X1有一距離X2的線上傳輸相位組合的預(yù)定的電平上的。
意即，當(dāng)?shù)谝幌辔唤M合的傳輸相位被提供到傳輸電極12時，在相對位移距離X2(位置500)處將獲得V1。此后，類似地對于第二傳輸相位將獲得V2，對于第三傳輸相位將獲得V3，而對于第四、第五、第六、第七和第八傳輸相位則分別獲得V4、V5、V6、V7和V8所表示的信號。
因此，可以理解;當(dāng)使用這種線路時，如果相對位移距離X是固定于傳感器100中的第一和第二標(biāo)尺間的一特定相對測量位置(例如X2)時，所獲接收信號V作為選擇八個不同傳輸相位組合的結(jié)果可表現(xiàn)為八個不同的值。
此外，可以理解，在使用這線路的情況下，當(dāng)為相對位移距離X選擇一特定的相位組合時，在此時所獲得的接收信號V，考慮到接收信號V的梯度，將被限定在接收邊的一波長(意即Xm之內(nèi))之內(nèi)，這將形成各個相位組合的最大測量范圍。很清楚，在這最大測量范圍內(nèi)，相對位移距離X的變化通過處理接收信號V將是可探測的。換句話說，如果已經(jīng)有超過這最大測量范圍Xm的相對位移，該接收波形又再回到正弦波形時，則將很難把它們之間加以區(qū)別。
在本發(fā)明中，前述最大測量范圍Xm是調(diào)定成，使得能包括整個標(biāo)尺的長度上。
在這線路中，這最大測量范圍Xm是分割成數(shù)目等于傳輸相位組合的數(shù)目的測量范圍，而各個不同傳輸相位組合的傳輸信號是指派到各個測量范圍。在本實施例中，選擇了八個傳輸相位組合，因此前述最大測量范圍Xm也被分割成八個部分，該傳輸相位組合的位移距離構(gòu)成各相位組合的測量范圍。在圖5中，Xq表示第一相位組合的測量范圍。它是被指派到具有第一相位組合的傳輸中去。
這些測量范圍是各自設(shè)置集中在響應(yīng)第一相位組合的傳輸而獲得的接收信跨過零點的位置(即圖5中所示的第一相位X1＝0的位置)處周圍。各個范圍是如此設(shè)置，使得能達(dá)到將整個45度分成兩半，即在X＝0的位置的兩個邊各為22.5度。
因此，該器件是如此形成，使得各個相位組合將獲得45度的測量范圍，而這八個相位組合將可能測量最大測量范圍Xm。
一旦已經(jīng)從前述理解到，在圖5中由Xq所示的測量范圍內(nèi)的位置是利用第一相位組合測量的，也同樣會理解到，其它的相位也可按相同的方式來測量其它范圍。在下面，我們將參照第一相位組合解釋測量/處理線路。
在這些線路中，一旦確定了一傳輸相位組合后，前述測量范圍也必定被確定。例如，當(dāng)選擇了第一相位組合時，它的基準(zhǔn)位置將被確定為X1＝0。當(dāng)我們求出在這測量范圍(意即，圖5中的X2)內(nèi)的位移時，通過將前述的X1和X2相加，我們將會找出由傳感器100電流確定相對位移距離X。
本發(fā)明的特征特性事實上是為了確定前述X2，具有兩個不同傳輸相位組合的傳輸信號被提供給第一組傳輸電極上，而相對位移距離X2是通過簡單處理從此時獲得兩個接收信號求出的。
在本實施例中，所需的測量值是通過對兩個前述接收信號利用積分器進(jìn)行正積分然后進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分而獲得的。
在本實施例中，前述積分器是用號數(shù)50表示。該積分器在一限定的時間內(nèi)對解調(diào)器48的模擬輸出402進(jìn)行正向積分，然后它對在不同的傳輸相位上獲得的接收信號進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分。
為了便于說明起見，本實施例中假定在接收邊上經(jīng)過第二反轉(zhuǎn)積分的信號的傳輸相位組合與那些經(jīng)過第一正積分的傳輸相位組合之間是有90度相位差。
當(dāng)有圖5中用號數(shù)500所示的相對位移距離時，傳感器100的傳輸電極首先被第一相位組合所激發(fā)。此時接收的信號V將是相對位移距離X的正弦函數(shù)V1＝ksinx此處，k為一常數(shù)。
在這第一傳輸相位組合的狀態(tài)上，積分器50首先在一限定時間內(nèi)執(zhí)行正積分，并可獲得積分值Vi。
這種積分運算在圖6中標(biāo)出。正積分時間To是在任意特定時間中調(diào)定的。這特定時間To的值是按照線路的分辨率預(yù)先確定的。在圖6中的正積分中作為積分梯度可從圖5中清楚地看到接收信號V為V1＝k sinx因此，經(jīng)過圖6中限定時間的推移后積分Vi為Vi＝To ksinx (1)當(dāng)前述正積分完成后，第二傳輸從帶有90度相位差的傳輸相位組合的傳輸線路中發(fā)生。在此時，傳感器100的相對位置是沒有變化并在圖5中的位置500上保持靜止。因此，在此時獲得的接收信號V將是從第三相位組合即V3獲得的那個波形?？梢岳斫猓揤3是一個相對位移距離X的馀弦函數(shù)V3＝-kcosx其結(jié)果是，積分器50將執(zhí)行在這第二傳輸相位組合的狀態(tài)下接收的信號V3＝-kcosx的反轉(zhuǎn)積分，而前述積分值Vi將如圖6中所示被積分梯度。
V3＝-kcosx所反轉(zhuǎn)積分。
因此，積分器50的輸出404，即積分值Vi，作為反轉(zhuǎn)積分的結(jié)果而表現(xiàn)為零值，而這零值將被模擬比較器線路52所探測。
在本實施例中，當(dāng)前述積分器50的輸出404變?yōu)榱銜r，模擬比較器線路將產(chǎn)生輸出406。
在圖6中用T表示積分器50的輸出404(Vi)達(dá)到零所需的時間。由圖中可知，這反轉(zhuǎn)積分滿足下列關(guān)系;
Vi≌Tk cosx (2)其結(jié)果是，作為前述正積分和反轉(zhuǎn)積分的結(jié)果，下述關(guān)系近似地得到滿足Vi＝To k sinx＝Tk cosx (3)因此，可得到T＝To sinx/cosx (4)由于sinx/cosx＝tanx獲得下述關(guān)系T＝To tanx (5)如前所述，指派到各個傳輸相位組合的測量范圍在此處是指派到圖5中所示的接收信號的零位的附近，即指派到±22.5度的范圍?；诖耍诟鱾€測量范圍內(nèi)，接收信號的波形將近似于一或多或少的線性方式，而在那種帶有小的相位角的區(qū)域內(nèi)下述關(guān)系將會成立tanx≌x因此，前述方程式(5)將呈現(xiàn)成下述形式T＝To x (6)并將獲得下述近似方程式X＝T/To (7)在前述中Vi為一負(fù)數(shù)，此處X將作為負(fù)數(shù)加以處理之。在這種情況下，To為一常值。因此，可理解到，當(dāng)找到了前述反轉(zhuǎn)積分時間T時，可通過簡單的運算程序處理求出在測量范圍(此情況下為X2)內(nèi)的相對位移距離X。
在本實施例中，這種運算程序處理是由一計數(shù)器54完成的。在前述反轉(zhuǎn)積分開始時該計數(shù)器54是從控制單元44的信號啟動的，并用從前述模擬比較器線路52的輸出406來停止的。該計數(shù)器將前述振蕩器40的fo作為時鐘信號而加以計數(shù)，而它的輸出將表示前述反轉(zhuǎn)積分時間T。
因此，當(dāng)將前述反轉(zhuǎn)積分時間T提供到運算單元56且前述方程式(7)的運算程序處理是用從控制單元44的命令而執(zhí)成時，可求出X2。此外，由于控制單元44提供起著此時的基準(zhǔn)作用的第一傳輸相位組合到運算單元56，所需求的相對位移距離X可通過將它與從這第一傳輸相位組合確定的、已知的X1相加來求出。
在本實施例中，這相對位移距離經(jīng)過一顯示驅(qū)動器58，并在顯示單元60作為測量值而顯示出來。
在各個選擇的傳輸相位組合上的相對位移距離按照上面所述計算出來的。然而，如上所述，各T相位的測量范圍被限制在用作基準(zhǔn)的第一傳輸相位組合之前或之后22.5度的一范圍。當(dāng)超出這范圍時，前述線性近似法將遇到困難，并且這將是造成誤差的最主要因素。
為了此原因，在本實施例中，比較器62將前述計數(shù)器54的輸出與上限置位器件64的輸出進(jìn)行比較。當(dāng)前述反轉(zhuǎn)積分時間T已超出上限值時，該比較器向控制單元44輸出一信號以使達(dá)到測量是不可能進(jìn)行的效果，而傳輸相位組合轉(zhuǎn)換到用作基準(zhǔn)的第一相位組合。
其結(jié)果是，當(dāng)測量開始時，如果被尋求的相位位移距離是不在所選擇的第一傳輸相位組合的測量范圍之內(nèi)，則要選擇下一個傳輸相位組合，且第一傳輸相位組合是一個接著另一個地重復(fù)地試驗，直到計數(shù)器54的輸出即反轉(zhuǎn)積分時間T進(jìn)入限制值的范圍之內(nèi)為止。由于須進(jìn)行最多為八個重復(fù)的測量，因此可以無失敗地獲得高度精確的測量值。
圖7說明本發(fā)明的測量操作的總的流程。
一旦由傳感器100確定了測量位量后，線路就進(jìn)入開始測量的狀態(tài)。首先，積分器的內(nèi)容被復(fù)原。
接著，在振蕩器線路邊調(diào)定一任意的特定相位組合，并將用相位組合N調(diào)制的交流信號提供到傳輸電極上。
將在傳輸狀態(tài)下這相位組合N上的一段限定時間(To)內(nèi)所接收的信號V進(jìn)行積分。
積分器50將保持從這正積分產(chǎn)生的積分值Vi。
接著，由傳輸線路傳輸?shù)南辔唤M合將變化到相位組合N+2，即到從前述傳輸相位組合變化到帶有90度差值的傳輸相位組合。在這狀態(tài)下從傳感器100接收的信號將被探測出來。
計數(shù)器54的計數(shù)操作被啟動與這相位組合N+2被輸出是同時發(fā)生的，與此同時積分器50執(zhí)行前述積分值Vi的反轉(zhuǎn)積分。
通過模擬比較器線路52監(jiān)測積分值Vi，該比較器線路確定積分值Vi是否在由上限置位器件64調(diào)定的上限值Tm范圍內(nèi)變?yōu)榱?。如果在此時反轉(zhuǎn)積分時間T太大，它認(rèn)定第一傳輸相位組合是不適當(dāng)?shù)?，而前述操作是在相位組合N+1上再重復(fù)進(jìn)行。
這些積分操作重復(fù)進(jìn)行直至反轉(zhuǎn)積分值Vi在上限值Tm范圍內(nèi)變?yōu)榱銥橹?。?dāng)獲得了所需的輸出時，計數(shù)器54被間斷，該反轉(zhuǎn)積分時間T已被計算出來并在顯示單元60上顯示。在此，測量的序列完成了。
以上述解釋可清楚理解，利用本實例使得通過獲得的帶有兩個具有90度差值的傳輸相位組合的不同接收信號及通過將它行進(jìn)行運算處理以精確地求出相對位移距離成為可能。
當(dāng)然，在本發(fā)明中傳輸相位組合的分割數(shù)目并非僅限于八個，而是可以選用任意數(shù)目。此外，該兩不同傳輸相位組合可如在本實施例中給定的調(diào)定在45度的相位差值，而非90度的差值。在上述給定的實施例中，當(dāng)使用90度相位差值時，在兩個相位組合被傳輸時，獲得的接收信號將是正弦信號或是馀弦信號的組合，而對它們的計算是容易進(jìn)行的。然而，當(dāng)它們間的相位差值是45度時，也可能在同樣的方法下通過進(jìn)行函數(shù)的預(yù)先運算處理以求出相對位移距離。
如上所述，當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時，通過向傳輸電極一個接著另一個地發(fā)兩個具有不同相位組合的傳輸信號，及利用在此時(在這實施例中)在一正積分和反轉(zhuǎn)積分的組合中獲得的兩個接收信號，有可能計算出所需的測量值。
在前述的說明中，說及第一接收信號和第二接收信號是存入存儲器中以供積分器正積分和反轉(zhuǎn)積分之用，但是在本發(fā)明中，也可能只將它們作為數(shù)字信號值簡單地存入存儲器中。然后將它們在預(yù)先計算的方程式的基礎(chǔ)上經(jīng)受數(shù)字計算處理。
如上所解釋過的那樣，當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時，在按照靜電電容量變化的絕對值測量兩結(jié)構(gòu)組件之間的相對位移的量時，該結(jié)構(gòu)組件中彼此間的相對位移(通常為第一標(biāo)尺與第二標(biāo)尺之間的位移)時，可能通過傳輸兩個帶有不同相位組合的信號到傳輸電極上及存儲而后在此時處理獲得的接收信號而求出所需求的相對位移距離。其結(jié)果是，使之可以獲得具高精密度的及無延遲的高速處理，并不同于其中測量值是用單一傳輸信號求出的傳統(tǒng)方法的情況。
權(quán)利要求
1.用于探測測位電容型傳感器信號的方法，其中有第一標(biāo)尺和第二標(biāo)尺，該兩標(biāo)尺之間有一相對位移，交流信號被提供到設(shè)置在第一標(biāo)尺上的傳輸電極，設(shè)置在第二標(biāo)尺上的接收電極與前述傳輸電極互相電容性地耦合，而前述兩標(biāo)尺之間的相對位移距離是通過測量從接收電極導(dǎo)出的探測信號求出根據(jù)兩標(biāo)尺間相對位移距離而變化的電容值而測量出的；其特征在于該方法包括；-首先，當(dāng)一特定相位組合的第一傳輸信號提供到傳輸電極組時，將從接收電極探測到的第一接收信號存入-存儲器中，-其次，當(dāng)具有與前述特定相位組合不同的相位組合的第二傳輸信號提供到傳輸電極組時，將從接收電極探測的第二接收信號存入-存儲器中，-處理該兩前述接收信號以獲得兩標(biāo)尺之間的相對位移。
2.用于探測測位電容型傳感器的信號的方法，其特征在于，其中有彼此間具有一相對位移的第一標(biāo)尺和第二標(biāo)尺，交流信號被提供到設(shè)置在第一標(biāo)尺上的傳輸電極上，設(shè)置在第二標(biāo)尺上的接收電極與前述傳輸電極是電容性耦合的，前述兩標(biāo)尺間的相對位移距離通過測量從接收電極導(dǎo)出的探測信號而求出按照兩標(biāo)尺間相對位移距離而變的電容值而測量出的;當(dāng)將一特定相位組合的第一傳輸信號被提供到傳輸電極組時，將在一預(yù)定時間間隔內(nèi)進(jìn)行從接收電極探測的第一接收信號的正積分，當(dāng)將帶有一與該特定相位組合不同的相位組合的第二傳輸信號被提供到傳輸電極組時，通過第二接收信號將前述正積分值進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分，通過直至反轉(zhuǎn)積分值達(dá)到零的反轉(zhuǎn)積分時間探測兩標(biāo)尺間的相對位移距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所敘述的用于探測測位電容型傳感器信號的方法，其特征事實上在于，當(dāng)前述反轉(zhuǎn)積分時間已超出一預(yù)定上限值時，正積分與反轉(zhuǎn)積分通過改變起著新的相位組合的基準(zhǔn)作用的第一傳輸相位組合完成的;-前述傳輸相位組合的變化被一個接著另一個地重復(fù)直至反轉(zhuǎn)積分時間適合于一預(yù)定值范圍之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的用于探測測位電容型傳感器信號的方法，其特征事實上在于，所敘述的方法中，在一特定相位組合與第二相位組合之間有90度的相位差。
5.用于探測測位電容型傳感器信號的線路，該線路包括一向第一標(biāo)尺的傳輸電極提供用不同相位調(diào)制的多個交流信號的傳輸線路;和-一測量線路，該測量線路在接收電極接收到的信號的基礎(chǔ)上從傳輸與接收之間的相位差測量兩組電極間的位移量，該接收電極與設(shè)置于第二標(biāo)尺上的傳輸電極是電容性地耦合，而該第二標(biāo)尺相對于前述第一標(biāo)尺是有一位移的;-所述用于探測測位電容型傳感器信號的線路其特征在于，事實上該傳輸線路具有一傳輸相位轉(zhuǎn)換線路，該轉(zhuǎn)換線路向傳輸電極組提供用任意特定相位組合調(diào)制的交流信號;-和該測量線路有一積分器，該積分器對在傳輸狀態(tài)下在第一特定相位組合上接收到的信號進(jìn)行一限定時間的正積分，然后通過在第二相位組合上接收到的第二信號將積分值進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分，該第二相位組合與前述第一相位組合之間具有一預(yù)定相位差，-一比較器，當(dāng)前述積分器的反轉(zhuǎn)積分值達(dá)到一預(yù)定值時，該比較器探測這事實，-一計數(shù)器，該計數(shù)器計數(shù)反轉(zhuǎn)積分時間，直至達(dá)到前述預(yù)定值為止，-和一運算單元，該運算單元從前述計數(shù)器計數(shù)的值計算出兩標(biāo)尺間相對位移距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的用于探測測位電容型傳感器信號的線路，其特征事實上在于，包括-一比較器，該比較器將反轉(zhuǎn)積分時間與一預(yù)定上限值進(jìn)行比較;和一控制單元，該控制單元按照所述比較器的輸出一個接著一個地轉(zhuǎn)換特定第一相位組合，該第一相位組合在反積分時間超出上限值時起著基準(zhǔn)的作用，而最佳的特定相位組合是可以選擇的。
專利摘要
設(shè)置在用于卡規(guī)或測微計的第一和第二標(biāo)尺的傳輸和接收電極列，彼此間有相對位移。而取決于兩標(biāo)尺之間相對位移的電極間電容差值可被用于測量兩標(biāo)尺之間相對位置。傳輸電極提供以具不同相位的交流信號，兩標(biāo)尺間相對位置可由接收電極所獲信號測量。當(dāng)兩標(biāo)尺靜止時提供第一特定相位組合到傳輸電極，在此時接收的信號在預(yù)定時間內(nèi)受正積分。接著，提供不同于前述相位組合的第二特定相位組合的傳輸信號到傳輸電極，對接收的信號進(jìn)行反轉(zhuǎn)積分，兩標(biāo)尺間位置從積分值達(dá)到零所需時間而求出。
文檔編號G01B7/00GK87102807SQ87102807
公開日1987年10月28日 申請日期1987年4月13日
發(fā)明者英格瓦·安德莫 申請人:株式會社三豐制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan