專利名稱：具有磁阻電極的測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有磁阻電極的尺寸測量裝置，以及用這種裝置測量尺寸的方法。
工業(yè)中測量長度或角度位置的電子裝置，舉例來說，一般必須滿足一些局部矛盾的需要，必須提供足夠的精度及分辨率，并且能夠在受到振動或污染的環(huán)境中使用，例如在有灰塵、油或潮濕的環(huán)境中。這種傳感器最好還易于裝配在一個小尺寸的裝置中，無需重大調(diào)整或修正，并且盡可能以最低成本實現(xiàn)高速測量及低功率消耗。
為了滿足上述各種需求，已經(jīng)根據(jù)不同的物理原理，研制出一些不同類型的測量裝置。特別是大量如卡尺之類的便攜式裝置中，采用了以傳感器刻度移動指示容量變化的測量系統(tǒng)。這些裝置必須保持足夠清潔才能工作，因此不適合在潮濕或者受到潤滑劑或切削液噴灑的環(huán)境下運行。以磁阻電極的原理為基礎的長度測量裝置已經(jīng)有人提出，例如在專利文獻DE4233331(IMO)中，提供的裝置具有更大的耐污性。該文獻所描述的裝置包括一個傳感器，傳感器裝配有磁阻電極網(wǎng)絡，連接成兩個惠斯登(Wheatstone)電橋。傳感器安裝在滑塊上，能夠在一個磁化的刻度上移動一個磁化周期λ。傳感器在刻度上的移動引起作用于傳感器上各磁阻電極的磁場變化，因而改變其阻值。通過對兩個惠斯登電橋施加電壓，可以在其輸出上獲得指示傳感器沿刻度位置進行周期操作的電信號。
兩個惠斯登電橋由四個相移λ/2的磁阻電極構成。每個電橋的相應電極處于相移λ/4的位置。兩個測量電橋的電極是混合設置的。前述文獻進一步提出采用理發(fā)店標志筒(barberpole)結(jié)構，這種結(jié)構可以改變電流矢量I的方向。由于磁阻電極的阻值是磁化矢量和電流矢量間角度的函數(shù)，理發(fā)店標志筒結(jié)構能夠控制由傳感器移動引起的電極阻值變化的方向和幅度。
惠斯登電橋的每個分支由單個磁阻電極構成，其寬度必須足以對刻度所產(chǎn)生的較小磁場起作用。因此電橋分支的電阻減小，相當大的電流循環(huán)流過電橋，從而增大了該裝置的功耗。
專利文獻US5386642(Heidenhain)描述了一種傳感器，其中的電極構成測量電橋，電橋的每個分支由相同相位并互相串連的幾個磁阻電極構成。因而電橋分支的電阻較大，可使功耗明顯減小。但是，這種類型的傳感器的功耗仍保持在很高的水平，以至于無法用在自帶電源的裝置中，例如便攜式精密卡尺。
專利文獻JP-A-1-212313描述了一種帶有磁阻電極、可用于尺寸測量裝置的電子電路，在該電路中，磁阻電極由不間斷的電源供電。
專利文獻JP-A-61-173113描述了一種角度測量裝置中磁阻電極連接的新方法，其目的是減小功耗。功耗減小的原因在于電極的特殊連接方式。
這里引用文獻EP0924491的內(nèi)容作為參考。此文獻描述了一種磁阻類型尺寸測量裝置的電子電路，其中測量電橋的電壓饋送周期性地減小或中斷，從而降低了磁阻電極中的能耗。以1/n的周期比饋送測量電橋的電壓，電極的耗電量就可以降低，只有原來的n分之一。
該電路還描述了一種待用模式電路，能夠使裝置在不用時減小耗電量。在待用模式中，顯示器和電路控制器關閉，因此不能進行測量讀取。當磁阻電極一旦發(fā)現(xiàn)傳感器移動時，這些部件就恢復活動；磁阻電極必須保持緊張狀態(tài)。
由于待用模式中的裝置不能用來顯示測量結(jié)果，但仍然要給磁阻電極不斷饋送較大電流，因此EP0924491中所描述的待用模式使用起來并非十分有利。
本發(fā)明的一個目的是獲得不同于現(xiàn)有技術裝置的帶有磁阻電極的測量裝置，而耗電量與之相等或較低。
本發(fā)明特別有一個目的，就是獲得便攜式測量裝置，例如以電池供電的游標卡尺。
按照本發(fā)明，上述目的通過以獨立權利要求中所述元件裝配的電路來實現(xiàn)，此外，在從屬權利要求中說明其他的實施方案。
閱讀下列舉例和附圖所作的說明，可以更好地理解本發(fā)明

圖1表示按照本發(fā)明的便攜式電子卡尺的部件分解圖。
圖2的電路圖表示傳感器的不同電極構成兩個測量電橋的連接方式。
圖3表示按照第一現(xiàn)有技術實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖4表示按照第二現(xiàn)有技術實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖5表示按照本發(fā)明第一實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖6表示按照本發(fā)明第二實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖7表示按照本發(fā)明第三實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖8表示按照本發(fā)明第四實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖9表示按照本發(fā)明第五實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖10表示按照本發(fā)明第六實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖11表示按照本發(fā)明第七實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖12表示按照本發(fā)明第八實施方案的測量電橋的饋送信號的計時圖。
圖1是按照本發(fā)明的便攜式電子卡尺的部件分解圖。這種卡尺的設計是已知的，曾經(jīng)在申請人的專利申請EP19999中作為示例進行過說明，在此引入其內(nèi)容只是作為參考。
本發(fā)明的卡尺包含標尺2和能夠沿標尺的長度方向移動的滑塊1。滑塊上裝配了可移動的游標10，而標尺上裝配了固定游標20。永磁材料的磁性刻度21固定在標尺2上，并且裝配了一系列磁化區(qū)?？潭?1上覆蓋有非磁化材料的保護層22，保護層22帶有印刷的刻度220。
電子部件，一般用符號11表示，能夠?qū)㈦S卡尺游標10和20之間距離而變化的讀數(shù)顯示在電子液晶顯示器12上。這些電子部件直接裝配在印刷線路板115上，主要包括裝配在印刷線路板115下面、對著刻度21的磁阻傳感器5。傳感器5包含一個由分組的大量磁阻電極形成的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡的各阻值的值是滑塊1沿標尺2移動的位置的循環(huán)函數(shù)。舉例來說，傳感器可以采用前述專利文獻DE4233331或US5386642所說明的類型中的一種，或者最好采用本申請人自己的專利申請EP0877228，在此引入其內(nèi)容作為參考。電子部件11還自帶電源，即本例中的電池110。電池110最好采用平板鋰電池，必須保證裝置自動工作幾天，最好甚至用幾個月。
ASIC型電子集成電路3，根據(jù)傳感器5上的磁阻電極的阻值，至少可以決定一個取決于游標10和20間距離的參數(shù)；電子電路3連接到一個標準微控制器6，微控制器6控制電路3，并控制用于顯示所測距離的顯示器12。電子部件11最好還包括一個安裝在印刷電路115上方并與傳感器5相對的極化磁鐵114。
電子部件11由外殼13保護，外殼13上的按鈕132用于控制例如卡尺的開關或其他功能，例如復位、添加或?qū)B續(xù)的測量取平均值等。光電串行連接器133被用來作為卡尺1和外接部件，例如打印機、個人計算機或其他機器等的接口。
磁阻傳感器5包含大量磁阻電極100，應選擇可以獲得高阻值的尺寸，以減小傳感器的功耗。
各個磁阻電極配置在傳感器5的縱向方向上，從而可以占據(jù)相對于刻度2所產(chǎn)生的磁場的各個相位。在距離刻度2足夠遠的地方，磁場大致為傳感器在x軸的位置的正弦函數(shù)?？潭?1在傳感器每個磁阻電極上所產(chǎn)生的磁場因而是該電極長度位置的正弦函數(shù)；當滑塊1沿標尺移動時，每個電極的阻值按正弦值展開。測量電路3、6借助各個磁阻電極的阻值確定滑塊的位置，并將這一信息顯示在顯示器12上。
圖2簡略表示磁阻電極的優(yōu)選連接方式。本例中，磁阻電極互相連接，構成兩個測量電橋100(惠斯登電橋)。電橋的每個分支由幾個串連的一組電極構成，每組中電極的相位相等或接近。在一個優(yōu)選實施方案中，每組中包含的電極按空間相移180°定位，但是兩組理發(fā)店標志筒結(jié)構按相反方向取向，例如+45°和-45°。在本例中，每個測量電橋的相應電極相移90°。每個電橋包括四組磁阻電極，分別為ABCD和A’B’C’D’。其他連接方式，例如一個或三個測量電橋，或者電橋分支之間采用不同的相移，也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)應用。
每組磁阻電極的數(shù)量最好大于4，不過只是要受集成電路5尺寸的限制；在本發(fā)明的一個實施方案中，每組磁阻電極的數(shù)量為72。在這一無限制的實施方案中，傳感器5有兩個測量電橋，每個電橋有4組各72個電極，因此磁阻電極100的全部數(shù)量為576。
在圖2的示例中，電極組A和A’分別相對于電極組C和C’相移180°。相同地，電極組B和B’分別相對于電極組D和D’相移180°。電極組A、A’、C、C’分別和B、B’、D、D’占據(jù)相同的相位。然而AA’、BB’、CC’、DD’每一對磁阻電極設置為相反方向定位的理發(fā)店標志筒結(jié)構，例如+45°和-45°。
按照本發(fā)明，兩個測量電橋100通過電阻101、103、105、107在端子UP和UN之間加上電壓；開關102、104、106、108可以使每個電阻單獨短路。所有的開關閉合時，兩個測量電橋直接連通電壓UP和UN；打開所有開關，施加電壓分別轉(zhuǎn)到UPSb和UNSb，因此減小了電橋端子之間的電壓差，降低了耗電量。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，開關102、104、106、108用同一個信號Sb同步控制，但是在本發(fā)明的框架中，也可以分別單獨控制這些開關。與此類似，如果采用幾種不同的中間水平的功耗，就可以在幾個不同的串聯(lián)電阻之間測量電橋施加電壓，而每個電阻可以單獨短路。
當滑塊1對著刻度21移動時，測量電橋返回近似正弦差分信號c(端子C和C’之間)和s(端子S和S’之間)，作為傳感器位置的函數(shù)，一個信號相對于另一個信號相移90°。這些信號傳送給電路3，信號傳送將在下面參照圖5討論，電路3將其放大，并且根據(jù)這些放大信號確定傳感器的位置。電路3還用按鈕132控制接口，并用外接設備控制可選接口，例如串行接口RS232(133)。
本發(fā)明的測量裝置最好還包括一個小型的參數(shù)隨機存取存儲器(PRAM或EEPRAM)，附圖中未標示，用于存儲某些參數(shù)，例如測量單元的選擇，電路狀態(tài)，常用測量電橋的饋電方式等等。這一存儲區(qū)也可以集成在電路3中或集成在微控制器6中。
關于電路3的一種可能的實施方案的更詳細的說明見專利申請EP0924491，此處引入其內(nèi)容作為參考。
下面參照圖3～12討論本發(fā)明電路的不同饋電方式。
在圖3所示的現(xiàn)有技術實施方案中，值UPmax(例如3伏)的連續(xù)電壓uP施加在端子UPsb上，而與UNmin的值(如0伏)不同的連續(xù)電壓uN施加在端于UN的UNsb點上。于是，兩個測量電橋采用連續(xù)電壓UPmax-UNmin的單一方式饋送，因而耗電量恒定并且較高。因此，這種變體不適合用于電池供電的便攜式裝置中，因為耗電量是這種裝置的關鍵參數(shù)。
用脈沖饋電方式連通測量電橋的一種變化的實施方案示于圖4。在此實施方案中，施加在UPsb點的電壓在最大電壓UPmax和最低電壓UPsb之間變化(例如在Vdd和Vdd/2之間)。UNsb點的電壓在UNsb＝UPsb和UNmin之間變化(例如在Vdd/2和Vss＝0伏之間)。周期比為常數(shù)，等于T1/(T1+T2)。
如果對時序邏輯電路的開關損耗及消耗忽略不計，這種饋電模式可以通過一個與周期比相等的因數(shù)使電極耗電量減小。為了防止供給信號的放大器承受過大的電壓脈沖，每個周期中電壓的變化在兩個端子UP和UN之間擴展。因此可以采用具有次臨界共模抑制比(CMRR)的輸入放大器。此外，由于寄生容量的充/放電以及饋電區(qū)間及饋電降低區(qū)間的變換時間，電壓的這種變化結(jié)構可以使其降低消耗；并且通過Un的補充傳輸，可以補償由信號Up的傳輸引起的交叉耦合。
信號UP和UN是由順序邏輯電路(附圖中未標示)在振蕩器(附圖中未標示)的時鐘信號的基礎上供給的。饋電區(qū)間和饋電降低區(qū)間的周期比可以通過電路3中適當?shù)目刂萍拇嫫鬟M行修改。例如，其中一個寄存器的兩位可供選擇4種運行周期比100％(不斷供電)、50％、25％(如圖所示)、0％(完全停止)。
與圖3所示已知的連續(xù)饋電方式相比，這種變化的實施方案可以降低電極中的耗電量。但是不能任意選擇降低因數(shù)T1/(T1+T2)在中斷饋電的T2期間，不可能測出傳感器的移動，因此，在此期間內(nèi)顯示的數(shù)值可以證明是錯誤的。此外，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，電極的形狀和編碼不能進行絕對測量，只能對位置部分測量；當傳感器在T2期間移動時，失去了絕對位置，這樣就在其后的測量中引起錯誤。因此，T2的值必須選擇得足夠低，以確保傳感器的任何移動都能測出，并且位置的基準不會丟失。
按照本發(fā)明，饋送測量電橋的另一個變化的實施方案示于圖5。在這一實施方案中，在饋電間隔T1期間，測量電橋在最大電壓UPmax和電壓UNmin之間饋送電壓；在饋電降低間隔T2期間，測量電橋在UPsb和UNsb之間饋送電壓，UPsb大于UNsb。饋電間隔T1和饋電降低間隔T2間的變換通過信號sb啟動開關102、104、106、108來實現(xiàn)。因此，測量電橋可以單獨采取脈沖模式的饋送電壓，其中端子的電壓總是至少等于UPsb-UNsb，這些數(shù)值可以選擇，以保證能夠進行粗略測量，沒有插入位置進行測量。
與圖4所示的現(xiàn)有技術實施方案相比，即使在饋電降低間隔T2期間，本方法也能檢測出傳感器的移動，并且保持傳感器的絕對位置。因此，可以選擇低得多的周期比T1/(T1+T2)，并且限定間隔T1，在其期間施加最大電壓。電能消耗與端子UP和UN之間的電壓差平方成正比，因此，按照為T1、T2、UPsb、UNsb所選擇的數(shù)值，與圖4所示的變化的實施方案相比，可以額外降低消耗。
到目前為止所示的實施方案中，測量電橋都是單獨采取連續(xù)模式或脈沖模式饋送電壓。因此，在卡尺工作期間，其平均消耗保持恒定，無論其是否在使用。然而，在本發(fā)明使用的范圍中曾經(jīng)觀察到，使用者常常開動卡尺長達幾小時，即使在卡尺打開期間，往往只在部分時間中得到有效使用。
裝配待用模式電路的具有磁阻電極的測量裝置在前述專利文獻EP0924491中已有說明。但是，在該文獻中，甚至當裝置處于待用模式時也對磁阻電極饋電，因此耗電量相當大。
圖6表示本發(fā)明一個變化的實施方案，此實施方案把上述觀察結(jié)果考慮在內(nèi)因而能夠使耗電量下降。這一變化的實施方案采用測量電橋的兩種饋電模式。在第一模式中，測量電橋100斷電，即施加在上面端子UPsb的電壓等于施加在下面端子UNsb的電壓。
一旦檢測出裝置有任何操作，測量電橋的饋電馬上轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙Ｊ?，例如傳感器的移動或控制鍵的啟動。在這種情況下，產(chǎn)生信號Trig，這一信號，借助于一個邏輯電路(附圖中未標示)，使施加在端子UPsb和UNsb的電壓產(chǎn)生變化，分別變換為UPmax和UNmin，從而使測量電橋饋送的電壓足以在測量間隔插入位置進行精確測量。在預先規(guī)定的時間間隔ΔT1期間保持這種饋電模式，然后測量電橋的饋電結(jié)束。
舉例來說，信號Trig可以由下述事件之一的作用而觸發(fā)卡尺上一個132按鈕的啟動，串行輸入133的控制信號，或者傳感器3相對于標尺的移動。舉例來說，這種移動可以通過一個附加的磁阻電極(附圖中未標示)檢測出來，這個磁阻電極甚至在測量電橋斷電時也保持接通狀態(tài)，而且其電壓變化可以測出來產(chǎn)生信號Trig。
時間間隔ΔT1最好選擇得足夠大，例如10分鐘，能夠在大多數(shù)環(huán)境下進行測量和讀取結(jié)果。這一時間間隔最好小于接通待用模式前或者停止卡尺的諸如顯示之類其他功能前的等待時間。因此，在有限的時間間隔內(nèi)甚至在電極的饋電已經(jīng)中斷之后，也仍然可以進行已完成的測量的讀取。
饋電中斷期間，在傳感器不能確定絕對位置的情況下，最好將后者存儲在臨時寄存器中，例如位置計數(shù)器。
圖6所示的方法有效，但是在測量電橋之外還需要一個附加的磁阻電極，并且還需要一個檢測移動的電路，在測量電橋斷電時用來檢測傳感器的移動。這些元件使成本增加，并且使耗電量加大。此外，為了在再次接通測量電橋的饋電電壓期間保持絕對位置，位置計數(shù)器必須受到特殊的限制。
圖7所示的饋電實施方案使這些不便之處得到改善。按照這一實施方案，在饋電降低間隔期間，測量電橋通過電阻101、103、105、107饋電。于是，電橋饋接電壓等于UPsb-UNsb，電壓差選擇得足以至少進行移動的檢測和粗略測量(沒有位置的插入)。一旦通過粗略測量檢測出移動或別的動作，就產(chǎn)生信號Trig，信號Trig使信號sb在ΔT1期間激活，并使電阻101、103、105、107短路，從而在電橋端子重新建立全部電壓UPmax-UNmax。
與圖6所示的實施方案相比，本方法簡化了信號Trig的產(chǎn)生，并且解決了測量電橋未饋電時位置基準丟失的問題。因此，盡可能對信號Trig的產(chǎn)生提出更嚴格的條件，并且只是在檢測到具有足夠幅度并持續(xù)足夠時間的移動時，才接通測量電橋的全饋電模式。但是，甚至當卡尺處于饋電降低模式時，也有電流連續(xù)流過磁阻電極100。
圖8所示的實施方案與有關圖7所說明的實施方案相似，但是，在圖8中，在時間間隔ΔT2之后，測量電橋的饋電完全切斷，時間間隔ΔT2大于ΔT1。這種變化的實施方案采用電橋的三種不同的饋電方式·“關斷”模式，在這種模式中，對于時間間隔ΔT2，已經(jīng)檢測不到移動時，測量電橋的饋電完全切斷；·待用模式，在這種模式中，對于時間間隔ΔT1，已經(jīng)檢測不到移動時，測量電橋的饋電僅僅降低。
·精密測量模式，在時間間隔ΔT1期間，檢測出移動或動作之后，立刻就能夠進行更精確的測量。
例如，卡尺可以在其按鈕之一被按動時從“關斷”模式轉(zhuǎn)換到待用模式或者直接轉(zhuǎn)換到精密測量模式。此外，可以將卡尺的其他元件，例如顯示器，在時間間隔ΔT3(附圖中未標示)之后置于待用模式或“關斷”模式，ΔT3大于ΔT2。
圖9表示與有關圖7所說明的實施方案相似的另一個變化的實施方案，但是在這一實施方案中，饋電降低期間，測量電橋以脈沖的方式饋電，周期比為T1/(T1+T2)，其結(jié)果是能夠以最小的能耗檢測移動，并且保持絕對位置。在間隔T1期間，當信號Trig指示例如已接收到移動的檢測時，則電橋可以在間隔ΔT1’期間，恢復完全、連續(xù)的饋電。
在圖9中，在間隔T1期間，卡尺處于饋電降低模式時，測量電橋的端電壓在(UPmax-UNmin)和0之間波動。在一個本文未標示的變化的實施方案中，在這些間隔期間，顯然也可以施加更低的電壓(UPsb-UNsb)剛好足夠完成一次粗略的測量。
圖10表示與有關圖7所說明的實施方案相似的另一個變化的實施方案，但是在這一實施方案中，在ΔT1期間，電橋處于精密測量模式時，測量電橋以脈沖方式饋電，周期比為T1/(T1+T2)。因此，這一實施方案可以在任何時間以粗略的精度檢測移動并且測量位置。只有在信號Trig已經(jīng)產(chǎn)生并指示卡尺已經(jīng)啟動之后的時間間隔ΔT1期間才能進行更精確的測量。
在一個優(yōu)選實施方案中，T1持續(xù)的時間間隔與顯示器12更新的時間間隔同步，從而能夠在顯示器12上指示的測量值更新時或恰在此之前進行位置的精確測量。
在圖10所示的實施方案中，甚至在沒有檢測出移動時，測量電橋仍然饋送電壓UPsb-UNsb。本領域技術人員知道在產(chǎn)生信號Trig之后接著的間隔ΔT1或ΔT2之后，也可以轉(zhuǎn)到“關斷”模式并且完全停止饋送電壓。
圖11表示與有關圖11所說明的測量電橋的饋電相似的另一個變化的實施方案，但是在這一實施方案中，測量電橋始終饋送脈沖電壓。但是，檢測出由信號Trig指示的動作之后，周期比增加，從T3/(T3+T4)轉(zhuǎn)換為T1/(T1+T2)。在一個優(yōu)選實施方案中，T1時間間隔與顯示器12更新的時間間隔同步，從而能夠在顯示器上指示的測量值更新時或恰在此之前進行位置的精確測量。因此，只有當電路處于精密測量模式時，亦即在信號Trig指出已檢測出某一事件之后的時間間隔ΔT1期間，本實施方案才能經(jīng)常更新所顯示的測量值。
在圖11中，電橋的端電壓總是在(UPmax-UNmin)和0之間波動。在一個未標示的變化的實施方案中，在時間間隔T3期間，當測量電橋處于待用模式時，顯然也可以在這些間隔期間施加更低的電壓(UPsb-UNsb)恰恰足夠完成粗略測量。此外，如圖12所示，在信號Trig啟動之后的饋電降低間隔T2期間，也可以不完全停止饋送電壓，從而減小了電壓躍變，因而在精確測量期間減小了電容損耗及擾動。
本領域技術人員知道，在產(chǎn)生信號Trig之后接著的間隔ΔT1或ΔT2之后，在圖11和12的實施方案中，也可以完全停止測量電橋的饋電。
在一個變化的實施方案中，電路3還包含一個頻率表(附圖中未標示)，用于確定測量信號的頻率，從而確定傳感器的移動速度。按照本發(fā)明的一項可選特性，測量電橋的饋電模式取決于測出的頻率，因此，當傳感器快速移動時，周期比T1/(T1+T2)增加。
周期比還可以用一個電路(附圖中未標示)進行控制，用于檢測給電路供電的電池110的充電水平當電池提供的電壓低于預定的最小值時，為了減少消耗，周期比或電橋的端電壓減小。
還應該知道，此處提到的各種實施方案可以相互結(jié)合，因此可設計變化的實施方案，磁阻電極饋送電壓可以采用兩種或更多種不同的模式，每種模式可以采用不同的電壓，可以連續(xù)地或以不同的周期比的脈沖饋送電壓。此外，也可以采用不同的條件，從一種模式轉(zhuǎn)換到另一種模式，例如檢測由一個或多個信號Trig指示的移動或動作，測量信號的頻率變化，電池的充電水平的變化，可變長度ΔT1的計時器的計算，以及幾種事件觸發(fā)的不同條件，例如來自信號Trig的觸發(fā)，或者出于電路3中至少一個適宜的控制寄存器的指示。舉例來說，控制寄存器就可以指示由用戶選擇的測量分辨率。
因此，舉例來說，為了根據(jù)預期用途獲得最佳耗電量，可以按不同饋電模式，對同一電路編制運行程序。程序的編制既可以用軟件在處理器6的控制下完成，也可在傳感器5和/或測量電路3裝配(粘接)在印刷電路版115上的期間完成，專用電壓設置在傳感器和/或測量電路的某些引腳上。
此外，為簡便起見，所有圖示說明的實施方案表示的饋電信號UP和UN都是矩形的。但是，應該知道，本發(fā)明中的卡尺也可以采用任何形狀的饋電信號，例如正弦波形、三角形等。在本發(fā)明的框架內(nèi)，也可以根據(jù)卡尺所處的模式，修改饋電信號的波形，例如，在待用模式時用矩形脈沖序列檢測移動，一旦檢測出移動或動作，就采用正弦波形饋電信號。
也可以根據(jù)所用的傳感器設想其他的磁阻電極100的饋電方式，例如饋送電流，無差別饋電等。此外，在電路包含幾個測量電橋的情況下，在本發(fā)明的框架之內(nèi)，也可按照不同的模式給這些不同的電橋饋電。
正如所述，測量電路3包含幾個差分輸入放大器(附圖中未標示)用于放大來自兩個測量電橋100的差分信號s-s’和c-c’。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，這些放大器可以根據(jù)兩種模式控制運行，兩種模式可以根據(jù)不同的耗電量及噪聲水平加以區(qū)分。因此，放大器最好只在信號Trig產(chǎn)生之后的間隔ΔT1期間按照低噪聲及高消耗模式控制運行。
盡管所說明的電路證明特別有利于用在便攜式測量裝置中，例如卡尺和千分尺，當然這種電路也可以用在任何類型固定的或移動的測量長度或角度的裝置中。
權利要求
1.尺寸測量裝置(1)，包括一個配備了一系列磁化區(qū)域(23，24)的刻度(21)，一個能平行于刻度并相對刻度(21)移動的傳感器(5)，其中裝配了磁阻電極網(wǎng)絡(100)因而至少構成了一個測量電橋，一個電路，用于對所述至少一個測量電橋饋電、并且把取決于至少一個輸出信號的至少一個數(shù)值提供給所述至少一個測量電橋；所述至少一個測量電橋按照第一模式饋電，能夠以通過所述磁阻電極的降低的耗電量，檢測出所述傳感器相對于刻度的移動，然后按照至少一個第二模式，能夠根據(jù)所述裝置的動作的檢測以較高的耗電量進行較精密的測量。
2.按照上述權利要求的裝置，其中所述第一模式能夠?qū)λ鰝鞲衅鞯奈恢眠M行粗略測量。
3.按照權利要求1或者2的裝置，其中在按照第一模式饋電時，沒有電流流過所述至少一個測量電橋；所述裝置包括至少一個不屬于電橋組成部分的磁阻電極，該電極以第一模式饋電；一旦由至少一個附加的磁阻電極檢測出傳感器的移動，立即啟動所述第二模式。
4.按照上述權利要求之一的裝置，根據(jù)檢測出所述傳感器相對于所述刻度的移動，啟動所述第二模式。
5.按照上述權利要求之一的裝置，包括至少一個控制按鈕，所述第二模式根據(jù)所述至少一個控制按鈕的操作而啟動。
6.按照上述權利要求之一的裝置，包括至少一個串行接口，所述第二模式根據(jù)該串行接口的控制信號而啟動。
7.按照上述權利要求之一的裝置，其中在所述第二模式中，至少有一個所述測量電橋的饋送電壓大于所述第一模式中的饋送電壓。
8.按照上述權利要求之一的裝置，其中所述第一模式是脈沖的，所述第二模式是連續(xù)的。
9.按照權利要求1至7之一的裝置，其中所述第一模式是連續(xù)的，所述第二模式是脈沖的。
10.按照權利要求1至7之一的裝置，其中所述第一模式以第一周期比脈動，而所述第二模式以不同于第一周期比的第二周期比脈動。
11.按照上述權利要求之一的測量裝置，其中饋電間隔和饋電降低間隔之間的工作周期比取決于輸入信號的頻率。
12.按照權利要求9至11之一的裝置，包括所述測量的顯示器，該顯示器被周期性地更新，所述測量電橋在第二模式期間的饋電間隔與顯示器更新的時間間隔同步，因此能夠在顯示器顯示的測量值更新期間或恰在此之前進行位置的精確測量。
13.按照上述權利要求之一的裝置，其中所述測量電橋在所述第一和第二模式中的饋電信號的波形是不同的。
14.按照上述權利要求之一的裝置，在預定的間隔(ΔT1)之后轉(zhuǎn)到所述第一模式。
15.按照上述權利要求之一的裝置，其中，在檢測所述傳感器相對于所述刻度移動之后，經(jīng)過一段預定間隔(ΔT2)，完全切斷對所述測量電橋的饋電。
16.按照上述權利要求之一的測量裝置，其中所采用的饋電模式取決于所述傳感器移動的速度。
17.按照上述權利要求之一的測量裝置，包括自行供電的電池以及用于檢測該電池充電水平的電路，采用的饋電模式取決于所述充電水平。
18.按照上述權利要求之一的測量裝置，包括至少一個控制寄存器，所采用的饋電模式取決于至少一個所述控制寄存器的狀態(tài)。
19.按照上述權利要求之一的測量裝置，其中所述控制寄存器中的一個指示由用戶選擇的分辨率。
20.按照上述權利要求之一的測量裝置，其中饋電電壓被提供于所述至少一個測量電橋的兩個外部端子(Up，Un)之間，當所述至少一個測量電橋饋電時，一個端子(Up)饋送最大電位(Upmax)，另一個端子(Un)饋送最小電位，當施加的電壓降低時，兩個端子饋送中間電壓。
21.按照上述權利要求之一的測量裝置，其中所述測量電橋，通過至少一個電阻(101，103，105，107)，連接到所述外部端子，當最大電位必須施加到所述測量電橋時，至少有一個開關(102，104，106，108)使至少一個所述電阻短路。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于尺寸測量裝置并具有磁阻電極(100)的電子電路(3)，包括提供至少一個電源電壓(U
文檔編號G01B3/20GK1454308SQ00819856
公開日2003年11月5日 申請日期2000年6月27日 優(yōu)先權日2000年6月27日
發(fā)明者P·喬爾迪爾 申請人:布朗和沙普·特薩有限公司