本實用新型本實用新型涉及位置量測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指可單一信號源輸入多種感測信息輸出的一種可程序線性位移感測裝置。

背景技術(shù)：

于工業(yè)自動化中，位置量測乃是一重要任務(wù)。諸如計算機化數(shù)值控制工具機(computed numerically controlled(CNC)machines)、鉆頭(drill bits)、機器人手臂(robot arm)、雷射切割器(laser cutter)裝置等等，都需要精確的位置量測以用于反饋控制(feedback control)。期望以高取樣率(sampling rate)進行位置量測以致于能進行反饋控制。

常見的光學編碼器(optical encoder)用以量測絕對或相對位置。典型而言，具有規(guī)律性間隔標記的標尺(scale)與傳感器一起使用，用以量測介于兩個目標間的相對位置。常見的光學編碼器依功能大致可區(qū)分:

增量式線性編碼器(Incremental linear encoder)僅能量測位于該標尺上標記內(nèi)的相對位置。

相對位置編碼器(relative position encoder)可持續(xù)追蹤橫越過標記的數(shù)量以判定相對位置。

絕對位置編碼器能判定絕對位置，且絕對位置編碼器(absolute position encoder)不需要內(nèi)存及電源以儲存最后的位置，因此適用于某些應(yīng)用中。此外，絕對位置編碼器系能于啟動時提供一絕對位置，而相對位置編碼器典型而言需要去定位起始位置(start point)，于某些應(yīng)用時可能并不實用。

絕對位置編碼器，需使用獨特的編碼樣式以量測每一個位置。盡管此種編碼器系使用標尺，只有在樣式改變時，才會判定有位置改變。于此情形中，位置估計(position estimate)的分辨率受限于該樣式的分辨率。

同樣的，習知相對線性編碼器，利用光學偵測標尺上的標記以量測線性位置，該標記系平行于讀取頭(readhead)固設(shè)于一默認位置。然而，所得到的位置分辨率亦被標尺上的標記分辨率所限定。于該標尺上的標記系可能以40微米(micron)的分辨率打印，故其精度被限制在40微米(micron)以下，而無法高于40微米。

為了增進分辨率，曾有業(yè)者提出教案，使用兩個標尺，各標尺于檢測方向上對齊且具有周期的標尺樣式，例如白色及黑色的標記。該標尺系由一側(cè)被照亮，且一光二極管系感測到穿透該兩個標尺至另一側(cè)的光線，隨著該標尺相對彼此移動，該光二極管之信號系介于一最大及一最小的強度值(intens ity value)間變化。使用一解調(diào)程序(demodulation process)以判定該信號的相(phase)，其系被轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬ξ恢?，該相對位置系能以高于標尺分辨率的分辨率被還原。

然而，此種設(shè)計僅提供相對位置。為了擁有判定絕對位置的能力，某些復合式編碼器系使用額外的標尺，如此反增加了系統(tǒng)的成本與復雜性。此種復合式編碼器系使用個別的標尺來量測增量位置與絕對位置，但該復合式編碼器需要使用兩個讀取頭，第一讀取頭用以讀取該增量位置，且第二讀取頭用以讀取該絕對位置。

由上述習知編碼器的結(jié)構(gòu)與限制可知，都需配合一標尺，緃是使磁性碼碼器亦需配合一磁尺使用，且都無法解決使用單一編碼器取得的單一感測訊號，同時輸出相對位置與絕對位置等多種信息的需求。除此之外，上述光學式或磁性編碼器，都十分容易受環(huán)境的清潔、溫度等等影響，導致精準度的喪失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于上述習知技藝的問題與缺失，本實用新型的主要目的，乃在于提供一種可程序線性位移感測裝置，通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計，提供單一信號源輸入多種感測信息輸出的需求。

本實用新型的另一目的，在于提供一種可程序線性位移感測裝置，通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計，克服習知光學編碼器或磁性編碼器結(jié)構(gòu)上的缺失與量測信息提供上的限制。

為實現(xiàn)本實用新型的上述目的，提出一種可程序線性位移感測裝置，包含依序電氣連接的一讀取頭、一波形處理單元、一A/D轉(zhuǎn)換單元、一控制單元、及至少一輸出端口。該讀取頭系用以對被測物提供一磁場，且磁場會受被測物的位移或遠近而變化，使讀取頭可依磁場的變化輸出一磁電訊號。該波形處理單元系對接收的磁電訊號進行噪聲去除。該A/D轉(zhuǎn)換單元系將連續(xù)的磁電訊號轉(zhuǎn)換成一數(shù)位信號。該控制單元用以接收數(shù)位信號進行編碼，另于后續(xù)作動時將接收的數(shù)位信號匹配編碼，選擇性的對應(yīng)輸出至少一運算訊號。該輸出端口系用傳遞該運算訊號，并提供外部設(shè)備連接。采用上述單元的組成，對一被測物的運動量測，并取得相對或絕對位置等信息，達成單一信號源輸入多種感測信息輸出的需求。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例方塊示意圖。

圖2是本實用新型讀取頭實施例示意圖。

圖3是本實用新型讀取頭另一實施例示意圖。

圖4是本實用新型磁電訊號示意圖。

圖5是圖4所示施實例轉(zhuǎn)換示意圖。

圖6是圖5所示施實例轉(zhuǎn)換示意圖。

圖7是本實用新型另一實施例方塊示意圖。

圖8是本實用新型再一實施例方塊示意圖。

其中：1、讀取頭，12、磁性體，14、磁感測單元，2、波形處理單元，3、A/D轉(zhuǎn)換單元，4、控制單元，44、訊號/數(shù)據(jù)輸出端口，46、程序輸入端口，5、輸出端口，M、磁電訊號，MS1、MS2、連續(xù)曲線，S、行程，D、數(shù)位信號，M0-M10、區(qū)段，S10-S0、區(qū)段，B1、B2、殼體。

具體實施方式

以下請參照相關(guān)圖式進一步說明本實用新型的可程序線性位移感測裝置實施例，為便于理解本實用新型的實施方式，以下相同組件系采相同符號標示說明。

請參閱圖1至圖6所示，有關(guān)可程序線性位移感測裝置，系用以對具導磁的被測物P進行線性運動時的量測；其包含一讀取頭1、一波形處理單元2、一A/D處理單元3、一控制單元4、及至少一個輸出端口5。

上述讀取頭1(如圖1至圖4所示)，系用以對一被測物P(導磁體)提供一磁場，且該磁場會受被測物P的位移或遠近位置而變化，讓讀取頭1可依磁場的變化輸出一磁電訊號M。所述讀取頭1包含一磁性體12及一磁感測單元14。所述磁性體12透過不同的磁極排列方式，可于讀取頭1前端形成預期的磁場(磁力線)分布，當被測物P趨近磁性體12時會令磁場(磁力線)分布變化，而磁感測單元14系配置于磁性體12之前方，依磁場(磁力線)分布變化連續(xù)輸出一磁電訊號M，該磁電訊號M大小與被測物P讀取頭1的位移量呈正比(距離呈反比)。

例如圖2和圖4所示實施例中，橫坐標代表為磁電訊號M的大小(數(shù)字越大表示磁電訊號M越強)，而縱坐標則是被測物P行程S中經(jīng)讀取頭1的位移量(數(shù)字越大表示經(jīng)讀取頭1之位移量越大)；由于該磁電訊號M大小與被測物P行經(jīng)讀取頭1的位移量呈正比，故磁電訊號M會呈現(xiàn)一趨勢上升的連續(xù)曲線MS1。

又例如圖3和圖4所示實施例中，橫坐標代表為磁電訊號M的大小(數(shù)字越大表示磁電訊號M越強)，而縱坐標則是被測物P行程S中相對讀取頭1的距離(數(shù)字越大表示距離越遠)；由于該磁電訊號M大小與被測物P相距讀取頭1的距離呈反比，故磁電訊號M會呈現(xiàn)一趨勢下降的連續(xù)曲線MS2。

上述波形處理單元2，系與讀取頭1電氣連接，對接收的磁電訊號M進行噪聲去除，將取樣區(qū)間外的磁電訊號M加以去除，避免噪聲的干擾以及后續(xù)無效的虛功轉(zhuǎn)換。

上述A/D轉(zhuǎn)換單元3(A/D conversion unit)，請參閱圖4和圖5，系將連續(xù)的磁電訊號M轉(zhuǎn)換成階梯形狀的數(shù)位信號D，利用此一轉(zhuǎn)換將磁感訊號M所構(gòu)成的連續(xù)曲線MS1、MS2，轉(zhuǎn)換成一連續(xù)階梯形狀的數(shù)位信號D。

常見作法取圖4的連續(xù)曲線MS2作說明，可將磁感訊號M所構(gòu)成的連續(xù)曲線MS2對應(yīng)行程S及磁電訊號M大小,分割成若干數(shù)區(qū)段；例如磁電訊號M由小至大分成M0-M10區(qū)段，對應(yīng)行程S分成S0-S10區(qū)段，如此便可取得一連續(xù)階梯形狀的數(shù)位信號D，亦可精準的對應(yīng)被測物P于行程S中的任一位置及其磁電訊號M的大小,當然前述的區(qū)段可依精密度要求變化設(shè)計。上述的舉例并不作為本實用新型實施的限定。

上述控制單元4，系為一單片機用以儲存并執(zhí)行用戶預先加載的程序或設(shè)定(該程序相對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不對該程序進行詳細展開描述)。接收A/D轉(zhuǎn)換單元3輸出被測物P整個行程S的數(shù)位信號D并對其編碼，用于后續(xù)感測作動時可依使用者設(shè)定，將接收的數(shù)位信號D匹配編碼，且依程序?qū)?yīng)編碼所作的設(shè)定，選擇性的輸出至少一運算訊號。

請參閱圖5和圖6所示，常見作法系將由多數(shù)磁電訊號M所構(gòu)成的連續(xù)曲線MS1、MS2,對應(yīng)行程S及磁電訊號M分割成若干數(shù)區(qū)段，并對交叉的格點進行編碼(如圖6的二進制碼)，而取樣的格點可依精密度要求變化設(shè)計，如此便可定義行程S中任一位置(磁電訊號M)的編碼。上述的舉例并不作為本實用新型實施的限定。

該控制單元4，系與A/D轉(zhuǎn)換單元3電氣連接，用以接收該數(shù)位信號D提供控制單元運算4(對應(yīng)編碼)，該控制單元4具有至少一個以上的訊號/數(shù)據(jù)輸出端口44、及一程序輸入端口46。所述訊號/數(shù)據(jù)輸出端口44系用以提供控制單元4輸出運算訊號，且該訊號/數(shù)據(jù)輸出端口44并與輸出端口5電氣連接。所述程序輸入端口46系用以提供外部計算機(控制器)連接(圖中未示)，并接收外部計算機輸入的運算程序或相關(guān)設(shè)定，以便用戶程序化控制單元4的設(shè)定及對應(yīng)各訊號/數(shù)據(jù)輸出端口44輸出運算訊號等。實施時，該程序輸入端口46包含(但不限)USB插座、RS232插座、扁平電纜端子插座、藍牙模塊等形態(tài)，提供外部計算機(控制器)以有線或無線方式連接。

上述輸出端口5，系用以提供外部設(shè)備(圖中未示)電氣連接之端口，包含(但不限)電氣接點(焊接點)、接頭、插座、訊號線等等。

是以，上述即為本實用新型所提供一較佳實施例可程序線性位移感測裝置，各部構(gòu)件及組裝方式的介紹，茲再將本實用新型的實施例作動特點介紹如下。

首先，讀取頭1對應(yīng)被測物P線性移動的路徑設(shè)置，以感測被測物P移動狀態(tài)，例如該被測物于動作路徑S的絕對位置，或被測物P相對讀取頭1的相對位置。

由于被測物P移動行程S的各個位置，其對讀取頭1的磁變化量已被記錄，故假設(shè)當被測物P于行程S中運動時，讀取頭1會依被測物P位置反應(yīng)不同的磁電訊號M至A/D轉(zhuǎn)換單元3，讓A/D轉(zhuǎn)換單元3將磁感訊號M轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號D，并傳遞至控制單元4讓其進行比對，以取得對應(yīng)的編碼，繼而依用戶預先的設(shè)定，選擇性的對應(yīng)訊號/數(shù)據(jù)輸出端口44輸出運算訊號，如此連接于輸出端口5的外部設(shè)備，則可取得該運算訊號，以利對被測物P位移運動的反饋控制。

由于被測物P于行程S中的各點都被編碼化，故縱使電力中斷后再次回復時，被測物P無需返回原點，本實用新型的可程序線性位移感測裝置，仍可直接取得該被測物P于行程S中任一位置信息。

請參閱圖7所示，系本實用新型可程序線性位移感測裝置另一實施例，系將讀取頭1、波形處理單元2、A/D處理單元3、控制單元4、及輸出端口5總成容置于一殼體B1內(nèi)。

請參閱圖8所示，系本實用新型可程序線性位移感測裝置再一實施例，系將波形處理單元2、A/D處理單元3、控制單元4、及輸出端口5總成容置于一殼體B2內(nèi)，而讀取頭1則遠離殼體B2設(shè)置，并配合導線電氣連接波形處理單元2。

以上所述說明，僅為本實用新型的較佳實施方式而已，意在明確本實用新型的特征，并非用以限定本實用新型實施例的范圍，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員根據(jù)本實用新型所作的均等變化，以及本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的改變，仍應(yīng)屬本實用新型涵蓋的范圍。