專利名稱：用于節(jié)電測(cè)量?jī)x器的電容式位移接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種電容式位移測(cè)量系統(tǒng)和特別是電容式長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)，用這個(gè)可以電測(cè)量和顯示位置或移動(dòng)行程。
從EP 0 442 898 B1中已知構(gòu)成為差動(dòng)電容器的電容式測(cè)量值接收器的一種位移測(cè)量系統(tǒng)，以及使用由積分器和比較器組成的西格馬西格馬/德爾塔-變換器。差動(dòng)電容器有并列安排的兩個(gè)發(fā)送電極和與發(fā)送電極距離很小的一個(gè)共同的接收電極。與這些發(fā)送電極有關(guān)地將差動(dòng)電容器可移動(dòng)地安排在刻度尺上面。根據(jù)移動(dòng)位移接收電極與單個(gè)發(fā)送電極不同程度地重疊，這導(dǎo)致了差動(dòng)電容器的部分電容器的電容改變。這是準(zhǔn)備測(cè)量的移動(dòng)行程的一個(gè)尺度。
為了確定部分電容的比例將差動(dòng)電容器的單個(gè)發(fā)送電極用按照節(jié)拍預(yù)先規(guī)定大小然而不同極性的電荷組供電。如果經(jīng)過接收電極傳輸給積分器和在那里組合的整個(gè)充電量是負(fù)的，將正的電荷組發(fā)送給發(fā)送電極，和如果整個(gè)的充電是正的，將負(fù)的電荷組發(fā)送給另外的發(fā)送電極。用所屬的插補(bǔ)計(jì)數(shù)器測(cè)出被發(fā)送的各個(gè)包的數(shù)目，其相互比例反映了被尋找的部分電容的比例。
為了測(cè)量的長(zhǎng)度比較大將多個(gè)發(fā)送電極安排成一個(gè)系列。如果當(dāng)移動(dòng)時(shí)離開由一對(duì)發(fā)送電極確定的測(cè)量范圍，更換到下一對(duì)。將更換過程的數(shù)目和方向同時(shí)計(jì)數(shù)和共同與插補(bǔ)計(jì)數(shù)器使用在確定走過的行程路段上。
已知的行程測(cè)量系統(tǒng)在實(shí)際中得到了驗(yàn)證。當(dāng)然將由于發(fā)送電極控制，顯示器和其他干擾源引起的干擾信號(hào)綜合在一起。這導(dǎo)致了在測(cè)量精度上表現(xiàn)出的非線性。此外必須安排一個(gè)供應(yīng)源，這個(gè)在選定的時(shí)間點(diǎn)可以將一定極性的電荷組發(fā)送給相應(yīng)的部分電容器。
因此本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)建一種特別適合于蓄電池運(yùn)行的手持式儀器的行程測(cè)量系統(tǒng)，這個(gè)在盡可能大的分辨率時(shí)保證盡可能高的測(cè)量精度。此外具有簡(jiǎn)單的能源供應(yīng)的行程測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該可以夠用了。
這些任務(wù)是通過具有權(quán)利要求1特征的行程測(cè)量系統(tǒng)解決的。
按照本發(fā)明的行程測(cè)量系統(tǒng)有構(gòu)成為差動(dòng)電容器的一個(gè)或多個(gè)電容測(cè)量值接收器。電容式行程測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)為最省電的。所使用的電容位于pF-范圍，因此被傳輸?shù)某潆娏亢彤a(chǎn)生的電流是非常小的。有益的是構(gòu)成為一系列具有恒定分度的至少2或者16個(gè)發(fā)送電極，以及一個(gè)或有益的多個(gè)，例如64個(gè)同樣安排成系列的對(duì)應(yīng)電極屬于每個(gè)測(cè)量值接收器。將對(duì)應(yīng)電極安排在體現(xiàn)尺寸的物體，一個(gè)刻度尺或帶子上在各個(gè)發(fā)送電極的對(duì)面和與發(fā)送電極有很小的，均勻的距離。體現(xiàn)尺寸的物體涉及到發(fā)送電極是可以相對(duì)調(diào)整地支撐的，特別是可以移動(dòng)地支撐的。因此構(gòu)成了至少兩個(gè)部分電容器，在其中至少一個(gè)部分電容器的電容是隨著行程成比例變化的。為此使用一個(gè)控制裝置，為了產(chǎn)生信號(hào)在預(yù)先確定的時(shí)間點(diǎn)上單獨(dú)或成組用二進(jìn)制信號(hào)供應(yīng)被選定的發(fā)送電極。兩個(gè)部分電容器的控制信號(hào)相互有一定的相位移，這樣得到的測(cè)量信號(hào)在時(shí)間上盡可能不重疊。當(dāng)用脈沖電壓控制時(shí)測(cè)量信號(hào)原則上是被傳輸?shù)碾娏髅}沖，這產(chǎn)生一個(gè)電荷量(電荷組)。如果將電流信號(hào)或電荷組使用作為控制信號(hào)，相反測(cè)量電壓。適宜的是安排具有開關(guān)的開關(guān)單元以便定義時(shí)窗，被選定的控制信號(hào)的側(cè)邊位于其中。在時(shí)窗內(nèi)部將所屬的測(cè)量信號(hào)穿過到達(dá)一個(gè)處理裝置，處理裝置處理測(cè)量信號(hào)和從其中確定差動(dòng)電容器的部分電容。處理裝置從部分電容中求出準(zhǔn)備測(cè)量的行程。
在本發(fā)明中可以非常簡(jiǎn)單地構(gòu)成能量供應(yīng)。發(fā)送給一個(gè)部分電容器的控制信號(hào)可以與另外的部分電容器的控制信號(hào)有同樣的曲線形狀。它們甚至可以有同樣的極性和采用同樣的數(shù)值，這樣或者正的或者負(fù)的矩形信號(hào)特別適合于作為控制信號(hào)。簡(jiǎn)單的電池就夠了。
有益的是這樣確定相位移和時(shí)窗，在一個(gè)時(shí)窗內(nèi)部只觀察一個(gè)信號(hào)側(cè)邊。如果相位移為90°，在兩個(gè)部分電容器的控制信號(hào)的側(cè)邊之間得到節(jié)拍周期四分之一等距的距離。時(shí)窗是小于一個(gè)控制信號(hào)的脈沖周期。有益的是如果原則上時(shí)窗只包括相應(yīng)的側(cè)邊更換時(shí)，則表示整個(gè)信號(hào)周期的一小部分。后果是干擾信號(hào)在整個(gè)信號(hào)周期期間不影響處理，而只是短時(shí)間的，而是側(cè)邊更換期間，在其中然而干擾距離是大的。這改善了測(cè)量系統(tǒng)的線性度和使測(cè)量精度高成為可能。
處理裝置可以包括一個(gè)電容式西格馬/德爾塔-變換器，這原則上是由具有后置的比較器的積分器構(gòu)成的。積分器將被差動(dòng)電容器接收的電荷進(jìn)行積分。比較器提供與這個(gè)電荷符號(hào)對(duì)應(yīng)的確定下一個(gè)準(zhǔn)備處理的信號(hào)側(cè)邊的輸出信號(hào)。如果例如兩個(gè)部分電容器是用正的矩形信號(hào)控制的，依賴于比較器輸出或者選定部分電容器控制信號(hào)的升高的側(cè)邊或者選定發(fā)送給另外部分電容器控制信號(hào)的位移半個(gè)周期的下降的側(cè)邊。當(dāng)具有不同極性的控制信號(hào)時(shí)連續(xù)地或者選定控制信號(hào)前面的或者控制信號(hào)后面的側(cè)邊。
時(shí)窗應(yīng)該足夠大，以便在積分器的積分電容器上考慮到積分電容器供應(yīng)源的內(nèi)阻情況下幾乎完全將被接收的電荷組積分。有益的是大于控制信號(hào)上升時(shí)間和十倍時(shí)間常數(shù)τ＝RiC的和，如果Ri表示所使用的電壓源內(nèi)阻和C表示最大可能的測(cè)量電容時(shí)。另外一方面時(shí)窗應(yīng)該盡可能小，則原則上只測(cè)量信號(hào)側(cè)邊和與這些盡可能準(zhǔn)確地同步，以便盡可能限制非線性和干擾信號(hào)的影響。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式中開關(guān)單元也有可能在一個(gè)差動(dòng)電容器的部分電容器上建立定義的電壓比例。在發(fā)送控制信號(hào)之前將部分電容器相互相反地極性化，不改變被積分的總電荷。用這種方法保證了要求高測(cè)量精度的測(cè)量系統(tǒng)的線性度。
測(cè)量系統(tǒng)工作是同步的，也就是說將發(fā)送信號(hào)和測(cè)量信號(hào)用同一個(gè)節(jié)拍發(fā)生器控制。因此在很大程度上抑制了干擾信號(hào)。或者由顯示單元控制，例如液晶顯示器(LCD)或者在刻度尺上感應(yīng)的干擾信號(hào)引起的低頻干擾影響可以很大程度降低，如果將發(fā)送信號(hào)和測(cè)量信號(hào)周期地，在節(jié)拍循環(huán)的一個(gè)數(shù)目之后，有益地在每個(gè)節(jié)拍循環(huán)之后變換。為了實(shí)現(xiàn)可以例如在處理周期地由測(cè)量信號(hào)的一個(gè)側(cè)邊變換為另外側(cè)邊。
對(duì)應(yīng)電極的分度是與發(fā)送電極系列成比例的。在移動(dòng)方向上被測(cè)量的對(duì)應(yīng)電極的寬度是有益地相當(dāng)于發(fā)送電極寬度的整數(shù)倍。這使具有相應(yīng)大的部分電容或測(cè)量電容的大重疊范圍，簡(jiǎn)單的處理和具有相應(yīng)大的測(cè)量范圍的長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)電極系列成為可能。此外可以將每個(gè)第二個(gè)對(duì)應(yīng)電極接地，因?yàn)閷⒍鄠€(gè)并列排列的發(fā)送電極對(duì)可以從屬于一個(gè)激活的對(duì)應(yīng)電極，因此還可以達(dá)到比較大的刻度尺增量，也就是插補(bǔ)周期，和因此還可以達(dá)到比較大的絕對(duì)測(cè)量行程。但是還有可能，只安排少的對(duì)應(yīng)電極和多個(gè)發(fā)送電極。
在對(duì)應(yīng)電極上傳輸信號(hào)的存取可以經(jīng)過帶子式觸點(diǎn)或無接觸的，例如經(jīng)過與對(duì)應(yīng)電極電容耦合的接收電極進(jìn)行。將接收電極可以與發(fā)送電極系列安排在共同的傳感頭上，或者安排與這個(gè)平行。為了避免串?dāng)_適合于例如通過一個(gè)接地屏將它與發(fā)送電極絕緣。必須將連接導(dǎo)線只引導(dǎo)到傳感頭上?？梢耘懦苿?dòng)的觸點(diǎn)。
確定部分電容是通過插補(bǔ)進(jìn)行的。此外處理單元有具有兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器單元，這根據(jù)所希望的分辨率可以是從8至或者16比特，有益的是8、10或12比特。將一個(gè)或多個(gè)脈沖發(fā)送給每個(gè)部分電容器和將產(chǎn)生的電荷進(jìn)行積分。如果測(cè)量信號(hào)被部分電容器中的一個(gè)處理，所屬的計(jì)算器增量。將首先達(dá)到其最大值的這個(gè)計(jì)數(shù)器使用作為計(jì)算插補(bǔ)值的分母。另外的計(jì)數(shù)器確定插補(bǔ)值。
將計(jì)數(shù)器用于確定準(zhǔn)備控制的發(fā)送電極對(duì)時(shí)，這個(gè)被對(duì)應(yīng)電極充分地覆蓋。如果覆蓋率連續(xù)地在預(yù)先規(guī)定的范圍例如1∶2和2∶1之間，得到很小的插補(bǔ)誤差?？梢赃@樣識(shí)別離開這個(gè)范圍，如果計(jì)數(shù)器中的一個(gè)多次連續(xù)地增量。
將發(fā)送電極可以組合成具有多個(gè)，例如6個(gè)電極的組，這個(gè)提供了相應(yīng)數(shù)目的控制可能性。在組決定的范圍內(nèi)將適當(dāng)?shù)碾姌O對(duì)進(jìn)行控制和確定計(jì)數(shù)器狀態(tài)。發(fā)送電極的并列排列使刻度尺增量的放大成為可能。
在本發(fā)明特別有益的一個(gè)實(shí)施形式中將行程測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成為絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)，即在任何時(shí)間點(diǎn)上單獨(dú)從現(xiàn)實(shí)測(cè)量的數(shù)值出發(fā)提供被尋找的絕對(duì)位置。在移動(dòng)期間與每次接通之后的零點(diǎn)調(diào)整一樣不要求連續(xù)同時(shí)讀取?？梢燥@著地降低降激活周期，和測(cè)量系統(tǒng)可以用低節(jié)拍率工作和是設(shè)計(jì)成非常省電的。這特別適合于電池運(yùn)行的測(cè)量?jī)x器。此外可以降低誤差出現(xiàn)率，因?yàn)闇y(cè)量系統(tǒng)不會(huì)由于移動(dòng)速度高或由于臟東西失去零點(diǎn)。
按照本發(fā)明的絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)至少有兩個(gè)構(gòu)成為差動(dòng)電容器的電容式測(cè)量值接收器，這構(gòu)成了具有不同分度的兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。在兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中相互確定各個(gè)差動(dòng)電容器部分電容的比例。從中可以求出絕對(duì)位置。
在有益的節(jié)省面積的裝置中只使用唯一的接收電極，這安排在絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)送電極系列之間，平行于這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)電極與幾個(gè)系列是用元件方式相互連接的。發(fā)送電極系列也可以在時(shí)間上有選擇地一次性使用作為另外發(fā)送電極系列的發(fā)送機(jī)和隨后使用作為接收機(jī)。這允許在傳感頭給定面積上電容器板最大可能的面積范圍和因此好的電容耦合。
一個(gè)專門的處理單元可以從屬于每一個(gè)電容測(cè)量值接收器，以便進(jìn)行盡可能的同步處理。如果對(duì)于每個(gè)安排一個(gè)自己的可以附加接通的積分電容器時(shí)，于是西格馬/德爾塔-變換器可以被兩個(gè)測(cè)量值接收器共同使用。將得到的相對(duì)位置被連接單元使用于確定絕對(duì)位置。還可能應(yīng)用于共同的處理單元串聯(lián)地處理兩個(gè)差動(dòng)電容器的測(cè)量信號(hào)。為了保證同步性可以將電荷緩沖存儲(chǔ)器從屬于單個(gè)的差動(dòng)電容器，將電荷緩沖存儲(chǔ)器用一個(gè)或多個(gè)電荷脈沖盡可能同步地充電和將其輸出電壓可以先后地或慢慢地進(jìn)行處理。
按照本發(fā)明的行程測(cè)量系統(tǒng)在分辨率高和插補(bǔ)誤差小時(shí)使測(cè)量相對(duì)大的測(cè)量行程成為可能。如果要求的話幾乎可以將測(cè)量范圍任意擴(kuò)展。一種簡(jiǎn)單的可能性在于，將對(duì)應(yīng)電極系列的寬度橫向于移動(dòng)方向分段地減小。另外的對(duì)應(yīng)電極系列的寬度可以保持不變或甚至分段地放大。在任何情況下在每個(gè)段上在發(fā)送電極系列和對(duì)應(yīng)電極系列之間出現(xiàn)特殊的電容比例。
為了處理所需要的開關(guān)，電容器和運(yùn)算放大器用MOS-標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是可以技術(shù)有益和費(fèi)用便宜地實(shí)現(xiàn)的。將計(jì)數(shù)運(yùn)算，比較運(yùn)算和其他運(yùn)算可以有益地在相應(yīng)編程的微監(jiān)控器或處理器上進(jìn)行，雖然電路技術(shù)的實(shí)現(xiàn)也是可能的。
目前的實(shí)施特別涉及到一個(gè)長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)。但是位移測(cè)量系統(tǒng)也適用于角度測(cè)量。為了這個(gè)目的可以將構(gòu)成在圓盤外側(cè)邊的發(fā)送電極和構(gòu)成在圓形體現(xiàn)尺寸的物體內(nèi)側(cè)邊的對(duì)應(yīng)電極安排在與盤的距離很小和可以圍繞其中間軸回轉(zhuǎn)。
將本發(fā)明實(shí)施形式的其他有益的細(xì)節(jié)在從屬權(quán)利要求，附圖以及有關(guān)說明中得出。在附圖上表示了本發(fā)明對(duì)象的一個(gè)實(shí)施例。附圖表示附

圖1用簡(jiǎn)圖和投影圖表示按照本發(fā)明的行程測(cè)量系統(tǒng)，附圖2按照附圖1的行程測(cè)量系統(tǒng)用于說明單個(gè)功能單元的簡(jiǎn)圖，附圖3用簡(jiǎn)圖，上視圖和用另外的刻度尺表示按照附圖1的行程測(cè)量系統(tǒng)中體現(xiàn)尺寸的物體，附圖4用簡(jiǎn)圖，上視圖表示按照附圖1的行程測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)送電極的第一個(gè)裝置，附圖5用簡(jiǎn)化的上視圖表示發(fā)送電極的其他裝置，
附圖6a至6d用簡(jiǎn)化的上視圖表示按照附圖1的行程測(cè)量系統(tǒng)電極的各種配置和各種控制可能性，附圖7用框圖表示在按照附圖1的行程測(cè)量系統(tǒng)中可以使用的具有西格馬/德爾塔-變換器的處理單元的一部分，附圖8用簡(jiǎn)圖表示用于控制差動(dòng)電容器的發(fā)送電極的信號(hào)和按照附圖6的西格馬/德爾塔-變換器的積分器的輸出信號(hào)，附圖9用簡(jiǎn)化電路圖表示按照附圖1的行程測(cè)量系統(tǒng)中可以使用的處理單元的變換形式的一部分，附圖10用簡(jiǎn)化電路圖表示處理單元的其他實(shí)施形式的一部分，附圖11用簡(jiǎn)化上視圖為了說明原理表示延長(zhǎng)測(cè)量行程的第三種測(cè)量系統(tǒng)，和附圖12為了說明按照本發(fā)明具有兩個(gè)相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖和附圖13為了說明確定被尋找的位置的簡(jiǎn)化流程圖。
在附圖1上簡(jiǎn)化表示了一個(gè)行程測(cè)量系統(tǒng)1，這是長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x的一部分和有一個(gè)傳感頭2以及一個(gè)體現(xiàn)尺寸的物體3，例如刻度尺。在本例子中將體現(xiàn)尺寸的物體3引導(dǎo)穿過傳感頭2和在這個(gè)基礎(chǔ)上可以移動(dòng)地支撐在運(yùn)動(dòng)方向V上。行程測(cè)量系統(tǒng)1例如可以是卡尺的一部分。將附圖1看不到的測(cè)量值接收器安裝在傳感頭2上，測(cè)量值接收器是連接在控制單元4和處理單元5上的。將這些單元4，5可以安排在傳感頭2內(nèi)和上和在為了顯示被測(cè)量長(zhǎng)度必要時(shí)專門的顯示單元6內(nèi)。在附圖1上沒有表示用于測(cè)量系統(tǒng)1接通和關(guān)閉或其他的操作元件。
行程測(cè)量系統(tǒng)1的原理性結(jié)構(gòu)特別是從附圖2得出的。在本例子中行程測(cè)量系統(tǒng)1是一個(gè)絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)，這個(gè)直接和單獨(dú)從瞬時(shí)測(cè)量值中確定現(xiàn)實(shí)位置。此外它有第一個(gè)電容測(cè)量值接收器7a以及第二個(gè)電容測(cè)量值接收器7b，這在附圖2中是通過一個(gè)等效電路圖表示的。測(cè)量值接收器7a，7b各自是由用于作為發(fā)送電極電容涂層的一個(gè)系列8a，8b，由從屬于對(duì)應(yīng)電極的一個(gè)系列9a，9b以及一個(gè)接收電極10a，10b構(gòu)成的。如果只安排了一個(gè)電容測(cè)量值接收器7a或者7b，構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，這個(gè)用增量的方法確定位置。但是說明是相應(yīng)的。
將發(fā)送電極系列8a、8b有益地安排在傳感頭2的共同平面11上，在移動(dòng)方向V上是相互平行的，如在附圖4上說明的。每個(gè)系列8a，8b包括多個(gè)，例如2至16個(gè)矩形發(fā)送電極12a，12b。發(fā)送電極12a在方向V上比發(fā)送電極12b窄。與之橫向的尺寸有益的是一樣的。發(fā)送電極是經(jīng)過供電導(dǎo)線13a，13b與控制單元4相連的，它們從中接收控制信號(hào)。
將具有多個(gè)對(duì)應(yīng)電極14a，14b的系列9a，9b安排在體現(xiàn)尺寸物體3朝向傳感頭2平面11的一邊。在發(fā)送電極12a，12b和對(duì)應(yīng)電極14a，14b之間安排了與其寬度比較很小的間隔或距離15。系列9a，9b的分度比例相當(dāng)于發(fā)送電極8a，8b的分度比例，但是對(duì)應(yīng)電極14a，14b的寬度大于發(fā)送電極12a，12b的寬度很多倍。此外定義最大測(cè)量長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)電極14a，14b的數(shù)目比發(fā)送電極12a，12b的數(shù)目大很多。
將發(fā)送電極12a，12b向?qū)?yīng)電極14a，14b傳輸?shù)男盘?hào)電容地反饋在接收電極10a，10b上。有益的是因此可以排除了移動(dòng)觸點(diǎn)。在按照附圖4的例子中安排了唯一的接收電極10，這個(gè)在發(fā)送電極系列8a，8b之間與這個(gè)平行和在其整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。對(duì)應(yīng)電極14a，14b在橫向方向各自成對(duì)地相互連接或是由電容器涂層14構(gòu)成的，電容器涂層有相互碰在一起，相互位移的兩個(gè)矩形。對(duì)應(yīng)電極14的結(jié)構(gòu)特別是從附圖2中可以看出的。
控制單元4原則上有一個(gè)節(jié)拍發(fā)生器16和一個(gè)供電單元17，這個(gè)從節(jié)拍發(fā)生器16的節(jié)拍脈沖出發(fā)生成控制信號(hào)。有益的是節(jié)拍率位于10kHz和300kHz之間范圍內(nèi)。
借助于附圖6a至6d說明了發(fā)送電極12a，12b的控制。在附圖6a上用簡(jiǎn)圖敘述了表示發(fā)送電極系列8a或者8b的一對(duì)發(fā)送電極12，以及有代表性的對(duì)應(yīng)電極14。在這里沒有介紹接收電極。對(duì)應(yīng)電極14與發(fā)送電極12相比較有兩倍的寬度。在附圖6a上表示的第一個(gè)位置P1對(duì)應(yīng)電極4完全覆蓋了左邊的發(fā)送電極12和與這個(gè)構(gòu)成了差動(dòng)電容器18的一個(gè)部分電容器C1。將附圖6a右邊的發(fā)送電極12大約只覆蓋了一半，因此構(gòu)成了一個(gè)部分電容器C2。電容比例C1/C2為2∶1。當(dāng)對(duì)應(yīng)電極14移動(dòng)時(shí)首先將部分電容C2與行程成比例地放大直到將兩個(gè)發(fā)送電極12a，12b完全覆蓋。繼續(xù)移動(dòng)造成當(dāng)部分電容C2保持不變時(shí)部分電容C1減小。在附圖6a表示的第二個(gè)位置P2時(shí)電容比例C1/C2大約為1∶2。將發(fā)送電極對(duì)12被供電單元17周期地進(jìn)行控制。
例如如果將附圖6b上表示的多個(gè)發(fā)送電極12安排成一個(gè)系列和將對(duì)應(yīng)電極14繼續(xù)在方向V上移動(dòng)時(shí)，由于所要求的測(cè)量精度有益的是，首先更換發(fā)送電極對(duì)。然后控制位于中間用C1和C2標(biāo)志的發(fā)送電極12。標(biāo)志“0”意味著這些發(fā)送電極或者沒有接收信號(hào)或者接收具有可選擇符號(hào)的電荷組，這樣就將所屬的電荷共同平衡。如果每次將電容比例C1/C2由于位置改變從范圍2∶1移動(dòng)到1∶2，首先將發(fā)送電極對(duì)繼續(xù)接通。也有可能選擇在0∶1和1∶0之間范圍和繼續(xù)更換到再下一個(gè)電極對(duì)。然而第一個(gè)過程得出比較短的變換時(shí)間和比較小的插補(bǔ)誤差。
當(dāng)一組為六個(gè)發(fā)送電極12時(shí)可以將對(duì)應(yīng)電極14的寬度構(gòu)成為如同三個(gè)發(fā)送電極12一樣寬。將各自一個(gè)和再下一個(gè)發(fā)送電極12構(gòu)成為激活的電極對(duì)。在附圖6c的上邊介紹了這個(gè)第一種控制可能性。附圖6c的下邊表示了后面的控制可能性，在其中將在運(yùn)動(dòng)方向V上的第二個(gè)發(fā)送電極12與對(duì)應(yīng)電極系列9的一個(gè)元件14構(gòu)成為部分電容器C2和后面的發(fā)送電極12與對(duì)應(yīng)電極系列9的再下一個(gè)元件構(gòu)成為部分電容器C1。位于中間的，用虛線表示的對(duì)應(yīng)電極14在測(cè)量時(shí)是不需要的。因此一般來說將對(duì)應(yīng)電極9a，9b的每個(gè)第二個(gè)元件接地或者去掉。一組為六個(gè)的發(fā)送電極表明測(cè)量行程為總共六個(gè)電極寬度，實(shí)際上大約為5mm。
用這種方法也可以構(gòu)成比較大的和因此比較遠(yuǎn)的測(cè)量行程，在其中相應(yīng)地提高位于部分電容器C1和C2之間不被控制的發(fā)送電極12的數(shù)目。此外可以將多個(gè)這樣的組并排排列和將所有組的一定序數(shù)的發(fā)送電極一同控制，例如如同從附圖6c下面表示的。于是所有同時(shí)被控制的發(fā)送電極定義了差動(dòng)電容器18的相應(yīng)的部分電容C1或者C2。
如果將8個(gè)或多個(gè)發(fā)送電極構(gòu)成為一組，也可以將兩個(gè)或多個(gè)并排排列的發(fā)送電極組合在一起和共同控制(附圖6d)。發(fā)送電極12a，12b的安排和控制有很多可能性。
如已經(jīng)指出的，被尋找的電容比例C1/C2是借助于一種插補(bǔ)方法確定的，為此安排了處理單元5。西格馬/德爾塔-變換器21，開關(guān)單元22，計(jì)數(shù)單元23以及處理邏輯或處理單元24屬于處理單元5。
在附圖7上表示的西格馬/德爾塔-變換器21是一個(gè)模擬電路，這原則上是由積分器26，其輸出端經(jīng)過開關(guān)單元22的開關(guān)S1與接收電極10是連接的，以及連接在積分器26輸出端的比較器27組成的。積分器是用普通方法由運(yùn)算放大器28和安排在積分器26反饋路徑上的集成電容器C3構(gòu)成的。將積分器26的輸入端和輸出端經(jīng)過電容器C4，C5各自接地，這些與集成電容器C3相比較只有很少的電容和用于排除由開關(guān)單元22引起的電荷干擾。
開關(guān)單元22有兩個(gè)其他的開關(guān)S2和S3。在積分器26的反饋導(dǎo)線上將開關(guān)S3與積分電容器C3串聯(lián)在一起。將開關(guān)S2與之并聯(lián)和使積分器26的輸入端與輸出端短路成為可能。
比較器27的輸出端是經(jīng)過翻轉(zhuǎn)級(jí)29，特別是D-觸發(fā)電路，與計(jì)數(shù)單元23和必要時(shí)與處理單元24連接的。計(jì)數(shù)單元23的每個(gè)電容測(cè)量值接收器7a，7b有兩個(gè)計(jì)數(shù)器，這將經(jīng)過單個(gè)的部分電容器C1，C2傳輸?shù)暮头e分的電流脈沖或者電荷組n1，n2的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，以及有一個(gè)計(jì)數(shù)器z，這個(gè)說明在一個(gè)組內(nèi)被求出的發(fā)送電極12a，12b的對(duì)-組合。計(jì)數(shù)器n1，n2確定幾乎可以任意選擇大小的分辨率。一般來說對(duì)于處理時(shí)間很小和精度高的實(shí)時(shí)應(yīng)用的分辨率適合于在256(8比特)至4096(12比特)之間。
將目前敘述的行程測(cè)量系統(tǒng)的功能方式借助于附圖8與附圖13有聯(lián)系地進(jìn)行敘述，在其中敘述了確定位置的過程圖。按照本發(fā)明行程測(cè)量系統(tǒng)的功能如下如果使用相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，必須在測(cè)量前將測(cè)量系統(tǒng)移動(dòng)到初始位置，以便得到被定義的開始條件。將位移測(cè)量系統(tǒng)1接通和將計(jì)數(shù)器n1，n2和z初始化。然后可以將體現(xiàn)尺寸的物體3在傳感頭2的基礎(chǔ)上移動(dòng)到準(zhǔn)備確定的位置上。在行程測(cè)量系統(tǒng)1接通和計(jì)數(shù)器n1，n2，z初始化之前，在實(shí)施例中作為絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)可以將體現(xiàn)尺寸的物體3移動(dòng)。
然后控制系列9a構(gòu)成差動(dòng)電容器18的相應(yīng)的部分電容器C1，C2的第一對(duì)發(fā)送電極12a(附圖13方框41)。如特別是從附圖8中得出的，將部分電容器C1，C2用周期的，正的矩形脈沖控制，其中部分電容器C2的控制信號(hào)(C2信號(hào))追趕具有相位移為90°的部分電容器C1的控制信號(hào)(C1信號(hào))。如果將開關(guān)S1和S3關(guān)閉，控制信號(hào)在接收邊產(chǎn)生不同極性的電流脈沖和電荷組，這些原則上與側(cè)邊的更換相重合和這些穿過到達(dá)積分器和在那里進(jìn)行積分。如在附圖8上敘述的，將開關(guān)S1和S3盡可能在后面的節(jié)拍，例如在C1信號(hào)側(cè)邊升高時(shí)關(guān)閉，如果比較器輸出端，即在積分的積分電容器C3中被積分的電荷量是負(fù)的或當(dāng)C2-信號(hào)側(cè)邊下降期間，如果總電荷，即比較器輸出端是正的(附圖13方框42)。則將相應(yīng)正的或負(fù)的電荷組接收和相加(附圖13方框43a，b)。
開關(guān)S1，S3只對(duì)預(yù)先規(guī)定的周期T關(guān)閉，以便定義時(shí)窗33(附圖8)，將被選定的控制信號(hào)的側(cè)邊位于時(shí)窗中。相位移，時(shí)窗33和其周期T是這樣決定的，只有一個(gè)被選定的信號(hào)側(cè)邊位于時(shí)窗33內(nèi)和時(shí)窗33原則上只包括側(cè)邊更換。時(shí)窗33愈小和它與控制信號(hào)的信號(hào)側(cè)邊愈準(zhǔn)確地同步，靜態(tài)干擾和由干擾信號(hào)引起的非線性影響可以愈加顯著地減小。高頻干擾。例如由外部經(jīng)過體現(xiàn)尺寸的物體3帶來的靜電放電或在刻度尺蓋子上的介質(zhì)由于機(jī)械振動(dòng)移動(dòng)的電荷，可以有效地抑制。確定時(shí)窗33對(duì)于測(cè)量精度甚至對(duì)于行程測(cè)量系統(tǒng)的功能性具有重要的意義。
用計(jì)數(shù)器n1和n2將被處理的C1或者C2信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)(附圖13方框43a，b)。在將各個(gè)下一個(gè)信號(hào)發(fā)送之前可以關(guān)閉開關(guān)S1和S2和打開開關(guān)S3。因?yàn)榉e分器26的輸入端是處于虛擬接地的，電荷電流可以流過和將部分電容器C1和C2在相反的意義上極性化，不改變積分電容器C3的電荷。這個(gè)措施改善了行程測(cè)量系統(tǒng)1的線性度。
如果被控制的發(fā)送電極對(duì)12a有益的位于例如1∶2至2∶1范圍之外，將相應(yīng)的下一對(duì)進(jìn)行控制。例如這樣檢測(cè)發(fā)送電極對(duì)所要求的更換，將同樣的部分電容器C1或者C2的多個(gè)先后排列的電荷組進(jìn)行積分。此外如附圖13表示的使用附加的計(jì)數(shù)器Z1和Z2將先后被積分的電荷組進(jìn)行計(jì)數(shù)(附圖13方框43a，b)。如果計(jì)數(shù)器Z1或Z2中的一個(gè)達(dá)到數(shù)值4(或3)，首先必須更換電極對(duì)(附圖13方框44a，b)。在這種情況下將計(jì)數(shù)器z增量或者減量，將計(jì)數(shù)器n1和n2復(fù)位和將積分電容器C3排空(關(guān)閉開關(guān)S2，S3)，與附圖13上的方框45a，b進(jìn)行比較。
如果計(jì)數(shù)器n1，n2中的一個(gè)達(dá)到了由所希望的分辨率決定的數(shù)值時(shí)(附圖13方框46a，b)，則另外計(jì)數(shù)器n1或者n2的沒有達(dá)到最終數(shù)值的數(shù)值對(duì)應(yīng)于電極對(duì)內(nèi)的插補(bǔ)值。因此確定了屬于測(cè)量接收器7a參考系統(tǒng)內(nèi)的電容比例C1/C2。在相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中可以由計(jì)數(shù)器狀態(tài)n1，n2和z如下確定體現(xiàn)尺寸的物體3的準(zhǔn)確位置(附圖13方框47)位置＝n1-n2+z×分辨率如果安排了一個(gè)絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)1和只有唯一的處理裝置5時(shí)，隨后重復(fù)測(cè)量循環(huán)與測(cè)量值接收器7b和此外還確定電容比例C1/C2，即計(jì)數(shù)器n1，n2和z。如果確定了電容比例C1/C2，也就是說確定了兩個(gè)相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的所屬計(jì)數(shù)器n1，n2和z，連接單元30從其中求出絕對(duì)位置。這在附圖12上簡(jiǎn)化地?cái)⑹隽?。為了確定絕對(duì)位置例如連接單元30可以利用兩個(gè)相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的電容比例C1/C2和位移的差值之間的明確關(guān)系。
如果為每個(gè)相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)安排了一個(gè)自己的處理單元5，在順序地處理測(cè)量值時(shí)特別是在移動(dòng)速度高時(shí)可以避免干擾的運(yùn)行時(shí)間位移。于是變換器幾乎可以同步進(jìn)行。如果將如在附圖7表示的積分器26上安排了其他的，經(jīng)過開關(guān)S3b可以關(guān)閉的積分電容器C3b時(shí)，有益的是一個(gè)唯一的西格馬/德爾塔-變換器21就足夠了。如果在測(cè)量時(shí)在積分電容器C3或者C3b之間來回接通，以便變換同步。在每次積分之前可以將開關(guān)S1和S2關(guān)閉以及打開S3和S3b，以便將在輸入導(dǎo)線中有時(shí)還存在的電荷引導(dǎo)出去，則只有屬于同一個(gè)測(cè)量值接收器7a或者7b的電荷到達(dá)所屬的積分電容器C3或者C3b。
在附圖5和9至11上敘述了本發(fā)明其他有益的改進(jìn)。如果在結(jié)構(gòu)和/或功能上與前面敘述的行程測(cè)量系統(tǒng)一致時(shí)，參考前面說明中的同樣的參考符號(hào)。
附圖9表示了具有西格馬/德爾塔-變換器21的處理單元5的實(shí)施形式，在變換器前面連接了四個(gè)電荷緩沖存儲(chǔ)器31a，32a，31b，32b。電荷緩沖存儲(chǔ)器31a，32a是第一個(gè)測(cè)量值接收器7a的部分電容器C1或者C2和電荷存儲(chǔ)器31b，32b是屬于第二個(gè)測(cè)量值接收器7b的部分電容。電荷存儲(chǔ)器31a，32a，31b，32b是相互同樣的構(gòu)成為具有各自一個(gè)運(yùn)算放大器32和一個(gè)所屬的電荷電容器C6的傳統(tǒng)的掃描-保持-環(huán)節(jié)(采樣和保持環(huán)節(jié))。將電荷電容器C6盡可能用所屬的部分電容器C1或者C2的1至4，或者甚至直到大約16個(gè)電荷脈沖同步充電。這里將所使用的開關(guān)S4和S5原則上在相應(yīng)的信號(hào)側(cè)邊的短時(shí)間之前直到在相應(yīng)的信號(hào)側(cè)邊的短時(shí)間之后關(guān)閉，以避免在整個(gè)脈沖周期期間將干擾信號(hào)積分。將附加開關(guān)S6用于電容器C6以及部分電容器C1和C2在接收電荷脈沖之前的放電。經(jīng)過開關(guān)S7在每個(gè)電荷存儲(chǔ)器31a，32a，31b，32b的輸出端和經(jīng)過共同的耦合電容器C 7可以建立與處理單元24的連接。如果將電荷存儲(chǔ)器31a，32a，31b，32b充電，則其輸出電壓與所屬的測(cè)量值接收器的各個(gè)部分電容器C1或者C2的大小成比例。然后可以將這個(gè)電壓附加地和慢慢地進(jìn)行處理。因此有益的是只用一個(gè)處理單元5使同步好的位移測(cè)量成為可能。
為了提高干擾距離可以將發(fā)送信號(hào)和測(cè)量信號(hào)周期地，例如在每個(gè)第二個(gè)循環(huán)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此在積分器26中最大程度地消除了低頻干擾能量，例如低頻干擾是可以由顯示單元6的控制引起的或者由于機(jī)械振動(dòng)通過在刻線尺殼體的介質(zhì)中包括的電荷引起的?？刂菩盘?hào)的轉(zhuǎn)換可以通過供電電壓17，例如使用異或門電路實(shí)現(xiàn)。也可以在每個(gè)第二個(gè)節(jié)拍循環(huán)之后在處理時(shí)更換側(cè)邊。在附圖10上敘述了適合于解調(diào)制的積分器電路。在其中在開關(guān)S2與積分電容器C3的連接點(diǎn)上連接了附加開關(guān)S8和在開關(guān)S3與積分電容器C3的連接點(diǎn)上連接了其他開關(guān)S9，這些是各自與積分器26的輸出端相連接的。在關(guān)閉開關(guān)S3和S8時(shí)將積分電容器C3在目前的方向上充電。在被轉(zhuǎn)換的發(fā)送信號(hào)或者測(cè)量信號(hào)時(shí)代替這些將開關(guān)S2和S9關(guān)閉，以便轉(zhuǎn)動(dòng)積分電容器C3，也就是說在相反方向上充電。被積分的總電荷的數(shù)值必須連續(xù)正確地改變。當(dāng)然必須用這種措施將比較器輸出端一同轉(zhuǎn)換。
附圖5表示了電容式測(cè)量值接收器7a，7b，在其中附圖3的對(duì)應(yīng)電極14a，14b的結(jié)構(gòu)可以是一樣的。如附圖5介紹的如果將發(fā)送電極12a，12b在發(fā)送運(yùn)行和接收運(yùn)行之間可以轉(zhuǎn)換時(shí)，可以放棄接收電極10。如果發(fā)送電極12b處于發(fā)送模式和相反時(shí)，將電極12a使用作為接收電極。用這種方法在兩個(gè)并聯(lián)的相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的傳感頭2給定面積上可以建立盡可能大的電極面積，其結(jié)果是在有用信號(hào)和干擾信號(hào)之間有一個(gè)好的比例以及插補(bǔ)誤差小。因此降低了涉及到處理電子裝置固有噪聲的要求和對(duì)于電干擾的外部信號(hào)的敏感性。
如果發(fā)送電極系列8a，8b是由具有測(cè)量行程大約為5mm的6個(gè)發(fā)送電極的1至多個(gè)組構(gòu)成的(見附圖6c)和體現(xiàn)尺寸的物體3的周期長(zhǎng)度的區(qū)別為1/64時(shí)，最大的測(cè)量行程大約為320mm。通過在附圖11中敘述的體現(xiàn)尺寸物體3的變型可以將現(xiàn)在敘述的兩個(gè)并聯(lián)的相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)擴(kuò)展為其他的測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量長(zhǎng)度幾乎可以任意放大。
如附圖11原理性表示的，將具有對(duì)應(yīng)電極14a的一個(gè)系列9a的寬度橫向于運(yùn)動(dòng)方向V分段地減小。另外系列9b的寬度保持不變。按照附圖11的位置只達(dá)到發(fā)送電極12a通過對(duì)應(yīng)電極14a的部分重疊。在附圖11上可以看到臺(tái)階34的左邊部分將發(fā)送電極12a完全覆蓋?？梢园才哦鄠€(gè)這樣的部分。當(dāng)兩個(gè)至四個(gè)部分時(shí)將測(cè)量范圍擴(kuò)大為超過500mm或者1m。將臺(tái)階有益地在第一次驗(yàn)收時(shí)存儲(chǔ)在處理單元5中。如果將所有的發(fā)送電極12a或者12b并聯(lián)控制時(shí)，同樣將完全覆蓋的，例如在第一個(gè)部分中得到的電容值C1，C2或者其比例C1/C2進(jìn)行存儲(chǔ)。
當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量時(shí)首先用上述方法求出位置。然后先后地將所有的發(fā)送電極12a或者12b進(jìn)行控制和確定各自的部分電容或者其比例，此外其中例如在4比特(16)和8比特(256)之間的比較小的分辨率就足夠了。通過被求出數(shù)值與被存儲(chǔ)數(shù)值的比較確定激活的部分和從中確定絕對(duì)位置。有選擇地可以只將前一次測(cè)量的位置借助于兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的第一個(gè)所使用的在運(yùn)動(dòng)方向整個(gè)寬度上被覆蓋的發(fā)送電極用于第三次測(cè)量。
行程測(cè)量系統(tǒng)1有用差動(dòng)電容器18的形式構(gòu)成的電容式測(cè)量值接收器7a，7b，其部分電容器C1，C2有與準(zhǔn)備測(cè)量的位置有關(guān)的電容，和有確定被尋找行程的處理裝置5，這例如有西格馬/德爾塔-解調(diào)器。將部分電容器C1，C2周期地用二進(jìn)制信號(hào)控制，其中將部分電容器C的控制信號(hào)相位移地發(fā)送到另外的部分電容器C2的控制信號(hào)上。處理裝置5確定應(yīng)該將哪個(gè)控制信號(hào)用于處理。開關(guān)單元22允許在與控制信號(hào)側(cè)邊同步的時(shí)窗內(nèi)將所屬的接收信號(hào)通過到達(dá)處理裝置5和將所有其他信號(hào)遮住。行程測(cè)量系統(tǒng)1在分辨率大和插補(bǔ)周期長(zhǎng)時(shí)使插補(bǔ)誤差小成為可能。
行程測(cè)量系統(tǒng)1可以通過兩個(gè)原則上相互無關(guān)的，并聯(lián)工作的相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)擴(kuò)展成為一個(gè)絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)，這個(gè)將絕對(duì)位置單獨(dú)從現(xiàn)實(shí)的測(cè)量值中求出。測(cè)量范圍通過其他的相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)將行程測(cè)量系統(tǒng)1幾乎可以任意擴(kuò)展。
權(quán)利要求
1.特別是用于長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x的電容式行程測(cè)量系統(tǒng)(1)，具有構(gòu)成為差動(dòng)電容器(18)的至少一個(gè)電容測(cè)量值接收器(7a，7b)，和至少兩個(gè)發(fā)送電極(12a，12b)和一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)電極(14a，14b)是屬于差動(dòng)電容器的，將對(duì)應(yīng)電極安排在各個(gè)發(fā)送電極(12a，12b)的對(duì)面，與發(fā)送電極有距離，和在發(fā)送電極基礎(chǔ)上是可以相對(duì)調(diào)整的，這樣至少構(gòu)成兩個(gè)部分電容器(C1，C2)，其中至少一個(gè)部分電容器(C1，C2)的電容是隨著行程成比例變化的，具有控制單元(4)，將這個(gè)裝備成，將被選定的發(fā)送電極(12a，12b)，這個(gè)構(gòu)成為差動(dòng)電容器(18)的部分電容器(C1，C2)，為了產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)上用二進(jìn)制控制信號(hào)供應(yīng)，和控制信號(hào)有上升的和下降的側(cè)邊，其中兩個(gè)部分電容器(C1，C2)的控制信號(hào)有相互確定的相位移，具有處理裝置(5)，這個(gè)處理裝置確定差動(dòng)電容器(18)部分電容(C1，C2)的測(cè)量信號(hào)，以便從中求出準(zhǔn)備測(cè)量的行程，和具有開關(guān)單元(22)，將這個(gè)裝備成用于定義時(shí)窗，被選定的控制信號(hào)的側(cè)邊位于其中，這樣將所屬的測(cè)量信號(hào)通過，以便被處理裝置(5)處理。
2.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，控制信號(hào)原則上是矩形信號(hào)和在控制信號(hào)之間的相位移是這樣大，使得在時(shí)窗內(nèi)只觀察一個(gè)被選定的信號(hào)側(cè)邊。
3.按照權(quán)利要求1或2的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，相位移原則上為90°。
4.按照權(quán)利要求1，2或3的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，一個(gè)部分電容器(C1，C2)的控制信號(hào)與另外的部分電容器的控制信號(hào)有同樣的曲線形狀和同樣的極性。
5.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，處理裝置(5)有一個(gè)西格馬/德爾塔-變換器(21)，經(jīng)過差動(dòng)電容器(18)傳輸?shù)碾姾蛇M(jìn)行積分的積分器(26)屬于這個(gè)變換器，以及屬于這個(gè)變換器的比較器(27)，輸出整個(gè)積分電荷量的符號(hào)。
6.按照權(quán)利要求5的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，開關(guān)單元(22)依賴于比較器(27)的輸出端通過差動(dòng)電容器(18)的一個(gè)或另外的部分電容器(C1，C2)的測(cè)量信號(hào)。
7.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，時(shí)窗小于控制信號(hào)的脈沖周期。
8.按照權(quán)利要求5和7的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，將時(shí)窗設(shè)計(jì)得足夠大，以便在積分器(26)的積分電容器(C3)中考慮到積分電容器(C3)供應(yīng)源的內(nèi)阻情況下將被接收的電荷組幾乎完全積分。
9.按照權(quán)利要求8的行程測(cè)量系統(tǒng)，將時(shí)窗選擇得大于上升時(shí)間和十倍的時(shí)間常數(shù)(τ)之和，將時(shí)間常數(shù)定義為所使用的電壓源內(nèi)阻和最大的部分電容(C1，C2)的乘積。
10.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，開關(guān)單元(22)在發(fā)送每個(gè)控制信號(hào)之前將被定義的電壓比例送到部分電容器(C1，C2)。
11.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，開關(guān)單元(22)有在處理期間用于消除低頻干擾的開關(guān)(S8，S9)。
12.按照權(quán)利要求11的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，為了消除在處理時(shí)的干擾進(jìn)行周期的側(cè)邊變換。
13.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，安排了多個(gè)安裝在至少一個(gè)系列(8a，8b)上的發(fā)送電極(12a，12b)。
14.按照權(quán)利要求13的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，在運(yùn)動(dòng)方向(V)測(cè)量的對(duì)應(yīng)電極(14a，14b)的寬度相當(dāng)于發(fā)送電極(12a，12b)寬度的整倍數(shù)和有益的是由多個(gè)對(duì)應(yīng)電極(14a，14b)組成的系列(9a，9b)在運(yùn)動(dòng)方向(V)有發(fā)送電極系列(8a，8b)長(zhǎng)度的很多倍。
15.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，每個(gè)第二個(gè)對(duì)應(yīng)電極(14a，14b)是接地的或者是被取消的。
16.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，測(cè)量信號(hào)的存取是無接觸進(jìn)行的。
17.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，為了測(cè)量將多個(gè)單個(gè)的脈沖發(fā)送給每個(gè)部分電容器(C1，C2)和將得到的電荷組加上，此時(shí)通過插補(bǔ)確定部分電容(C1，C2)。
18.按照權(quán)利要求17的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，處理單元(5)有一個(gè)計(jì)數(shù)器單元(23)，這個(gè)包括經(jīng)過各個(gè)部分電容器(C1，C2)傳輸和積分的電荷組數(shù)目相加的兩個(gè)計(jì)數(shù)器(n1，n2)。
19.按照權(quán)利要求18的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，控制單元(4)從計(jì)數(shù)器狀態(tài)(n1，n2)出發(fā)確定被控制的發(fā)送電極對(duì)(12a，12b)，因此部分電容(C1，C2)的相互比例位于預(yù)先規(guī)定的范圍有益的是在1∶2至2∶1內(nèi)。
20.按照權(quán)利要求1的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，將發(fā)送電極(12a，12b)組合成具有電極數(shù)目為有益的是6個(gè)電極的組，這提供了相應(yīng)數(shù)目的控制可能性。
21.按照上述權(quán)利要求之一的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，將行程測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成為絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng)，這至少有兩個(gè)構(gòu)成為差動(dòng)電容器(18)的電容式測(cè)量值接收器(7a，7b)，各自有恒定的相互不同分度的發(fā)送電極系列(8a，8b)以及所屬的對(duì)應(yīng)電極(9a，9b)是屬于電容式測(cè)量值接收器的，其中處理裝置(5)是由單個(gè)差動(dòng)電容器(18)部分電容器(C1，C2)的比例確定準(zhǔn)備測(cè)量的絕對(duì)行程的絕對(duì)值的。
22.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，發(fā)送電極系列(8a，8b)是在共同平面上，相互平行地延伸的和將對(duì)應(yīng)電極(14a，14b)安排在共同，朝向發(fā)送電極(12a，12b)的體現(xiàn)尺寸的物體(3)平面上的。
23.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，只安排了一個(gè)接收電極(10)，這是安排在發(fā)送電極(8a，8b)之間和與這個(gè)平行的，和對(duì)應(yīng)電極(14a，14b)的單個(gè)元件是相互連接的。
24.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，在雙系列的發(fā)送電極裝置上將發(fā)送電極系列(8a，8b)交替地接通為接收電極。
25.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，確定各個(gè)相對(duì)調(diào)整的專門處理裝置(5)是屬于每個(gè)差動(dòng)電容器(18)的，和安排了從兩個(gè)相對(duì)位置中確定絕對(duì)位置的連接單元(30)。
26.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，共同的變換單元(21)是屬于兩個(gè)差動(dòng)電容器(18)的，其中兩個(gè)系統(tǒng)有自己的可以關(guān)閉的積分電容器(C3，C3b)。
27.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，為了差動(dòng)電容器(18)安排了電荷緩沖存儲(chǔ)器(31a，31b，32a，32b)，這些是用一個(gè)或多個(gè)電荷脈沖盡可能同步地充電和其輸出電壓然后被共同的處理裝置(5)按照順序地進(jìn)行處理。
28.按照權(quán)利要求21的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，為了擴(kuò)展測(cè)量范圍安排了其他的測(cè)量系統(tǒng)。
29.按照權(quán)利要求28的行程測(cè)量系統(tǒng)，其特征為，具有對(duì)應(yīng)電極(14，14a，14b)的一個(gè)系列(9a，9b)的寬度是橫向于移動(dòng)方向(V)分段減小，而另外的對(duì)應(yīng)電極的寬度保持不變或分段地放大，則在每個(gè)分段上在發(fā)送電極(8a，8b)和對(duì)應(yīng)電極(9a，9b)之間規(guī)定了專門的電容比例。
全文摘要
行程測(cè)量系統(tǒng)有構(gòu)成為差動(dòng)電容器(18)形式的電容式測(cè)量值接收器(7a,7b),其部分電容器(C1,C2)有與準(zhǔn)備確定位置有關(guān)的電容,和有確定被尋找的行程的處理裝置(5),這個(gè)例如有西格馬/德爾塔－解調(diào)器。將部分電容(C1,C2)周期地用二進(jìn)制信號(hào)控制,其中將部分電容器(C1)的控制信號(hào)與另外的部分電容器(C2)的控制信號(hào)相位移地發(fā)送。處理裝置(5)確定應(yīng)該將哪個(gè)控制信號(hào)用來進(jìn)行處理。開關(guān)單元(22)在與控制信號(hào)側(cè)邊同步的時(shí)窗內(nèi)允許將屬于處理裝置(5)的接收信號(hào)通過和將所有另外的信號(hào)遮沒。行程測(cè)量系統(tǒng)(1)有可能在分辨率大和插補(bǔ)周期慢時(shí)使得插補(bǔ)誤差小。將行程測(cè)量系統(tǒng)(1)可以由兩個(gè)原則上相互無關(guān)的,平行工作的相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)擴(kuò)展為絕對(duì)行程測(cè)量系統(tǒng),絕對(duì)位置單獨(dú)由現(xiàn)實(shí)的測(cè)量值中求出。測(cè)量范圍通過行程測(cè)量系統(tǒng)(1)的擴(kuò)展幾乎可以任意放大為其他的相對(duì)測(cè)量系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1386187SQ01802117
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月20日
發(fā)明者P·施特拉克, C·施泰納 申請(qǐng)人:卡爾·馬爾控股有限公司