專利名稱：：在電子位置編碼器中合成空間波形的方法和裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于合成或濾出信號(波形)的方法及裝置，該信號提供給電子位置編碼器的多個電極或從電子位置編碼器的多個電極接收，以相對于電極增量調(diào)整波形空間位置，該增量大大小于電極間距。電容位置編碼器已研制并應用于各個領域。這種電容位置編碼器的例子已在Meyer的美國專利3,857,092和Andermo的美國專利4,420,754，4,878,013，4,879,508和5,023,559中公開，在此引用供參考。Andermo的’754專利中描述的電容位置編碼器使用了可滑動地安裝在伸長的固定刻度盤上的滑塊?；瑝K固定在刻度盤上使其沿刻度盤的長度可移動?；瑝K和刻度盤機械地連接位置測量件，例如卡鉗，從而位置測量件之間的相對位置與刻度盤上滑塊的位置相對應?？潭缺P和滑塊的每個分別包含沿刻度盤和滑塊長度延伸的一排電極。例如，滑塊包含幾組發(fā)送器電極。在每組中對應地定位發(fā)送器電極相互連接。與每個多相周期信號，例如正弦波或矩形波相對應的電壓，耦合到每組中相應的發(fā)送器電極，發(fā)送器電極形成在或者滑塊或者刻度盤上。例如，80個發(fā)送器電極形成在滑塊上并被分成5個子組。每個子組含16個電極。幅值VoSin(N2π/16)的電壓信號提供給發(fā)送器電極，這里N＝1，2，3……，16。特別是，每組中的第N個電極接收相同的電壓信號。因此，例如電壓0.707Vo提供給每組的第二發(fā)送器電極(發(fā)送器電極2，18，34，50和66)。另一方面，第一電壓信號可提供給每組16個中的前一m個發(fā)送器電極并且第二電壓能提供給每組中剩余的16-m個發(fā)送器電極。矩形波因此接入發(fā)送器電極。提供給發(fā)送器電極組的電壓信號產(chǎn)生“空間波形”。也就是說，電波形在每組發(fā)送器電極占有的空間上擴張。在相鄰發(fā)送器電極上的對應點之間的距離是電極的“空間間距”。在相鄰組中的對應發(fā)送器電極之間的距離是發(fā)送器電極的“空間波長”?？臻g波形根據(jù)每個電壓信號提供給的電極位置具有相對于發(fā)送器電極組的位置或相位。例如，在上述矩形波例子中，當每組中的第前8個電極接收第一電壓并且第二8個電極接收第二電壓時空間波形的相位定義成0°。通過把第一電壓設置在每組中的發(fā)送器電極2-9上，而把第二電壓設置在每組的發(fā)送器電極1和10-16上，空間波形的相位就能移位到22.5°。然而，每組中的發(fā)送器電極數(shù)目限定了空間波形能夠移位的最小角相位增量。類似地，發(fā)送器電極的間距限定了空間波形能夠移位的最小位置增量。因此，在上述例子中空間波形能夠移位的最小相位角是22.5°。更一般地，最小相位角是360°/N，這里N是每組發(fā)送器電極的數(shù)目。在電壓信號提供給發(fā)送器電極后，電壓信號電容性地耦合到刻度盤上的第一接收器電極。第二發(fā)送器電極電連接到第一接收器電極。因此，電容性地耦合到第一接收器電極的電壓信號提供給第二發(fā)送器電極。提供給第二發(fā)送器電極的電壓信號然后電容性地耦合回到滑塊上的一個或多個第二接收器電極。根據(jù)滑塊相對于刻度盤的位置構成刻度盤上的電極以改變從滑塊上的發(fā)送器電極接收的電壓信號值(或移動空間波形的相位)。因此從滑塊上的第二發(fā)送器電極接收的合成電壓信號值(或者相移值)表示滑塊和刻度盤之間的相對位置。連接到第二接收器電極和信號源從而把電壓信號提供給第一發(fā)送器電極的適當電子裝置確定已合成的接收電壓信號的值和刻度盤上滑塊位置。第一發(fā)送器電極的信號源可移動提供給第一發(fā)送器電極組的空間波形的相位，使其與滑塊沿刻度盤的移動相適應。滑塊和刻度盤上電極的布置也可相反，使第一發(fā)送器電極和第二接收器電極固定在刻度盤上而第一接收器電極和第二發(fā)送器電極固定在滑塊上。假定模擬信號插入法的給定變度，逐步增加地移動供給的空間波形的空間相位的現(xiàn)有技術電容位置編碼器的距離測量分辨率是空間波形擴展的每組中發(fā)送器電極的密度和間距的函數(shù)。因為逐步增加的空間相移發(fā)生在較短距離內(nèi)，把更薄的發(fā)送器電極更近的放置在一起導致更高的測量分辨率。例如，在空間波長1″內(nèi)增加發(fā)送器電極數(shù)目從8個電極到16個電極就能在1個電極間距距離上把“可選擇的”角相移從45°降低到22.5°并將最小可選擇空間增量減半。另一方面，在空間波長內(nèi)保持發(fā)送器電極數(shù)目恒定，例如為16，并把空間波長從1″降低到1/2″就能把22.5°相移發(fā)生經(jīng)過的距離從1/8″降低到1/16″。然而，能夠制作多小的電極間距都是有限的，因此限制了電容位置編碼器的分辨率。如果相鄰電極間的可選擇角相移能小于2π/N(或360°/N)，這里N是空間波長內(nèi)的電極數(shù)目，那么就能提高電容編碼器的分辨率。特別是不用降低電極間距或增加模擬信號插入法的變度就能提高分辨率。在現(xiàn)有電容位置編碼器中，最小單純地數(shù)字空間相位增量限制于發(fā)送器電極間距。然而，在現(xiàn)有技術中已公知使用模擬輸入信號來實現(xiàn)小于發(fā)送器電極間距的增量的編碼器。例如，Andermo的美國專利4,420,754描述了使用模擬輸入信號的兩個特殊方法，使能夠用分辨率好于發(fā)送電極間距的位置判定。第一方法是提供正弦信號給發(fā)送器電極。而且，發(fā)送器電極本身是正弦形狀。然后用模擬技術測量輸出信號相對于輸入信號的瞬時相移。然而，當發(fā)送器電極間距和要獲得的所需位置分辨率之間的比率高時，此方法要求相當精確的模擬內(nèi)插電路。結(jié)果，為實現(xiàn)空間內(nèi)插法的必須變度，本方法要求相對靈敏和昂貴的模擬電路系統(tǒng)，例如高精度模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。在’754專利中公開的第二個方向是提供均勻電壓脈沖給發(fā)送器電極。然后用瞬時相位控制器調(diào)節(jié)脈沖的時標。這就調(diào)節(jié)提供給發(fā)送器電極的空間波形的相位。結(jié)果，電容性耦合到第二接收器電極的全部信號的瞬時相位具有一個預定的瞬時相位，例如0度。瞬時相位控制器能以小于相鄰電極間的空間相移增量的增量改變發(fā)信號的瞬時相位。因此，在接收器電極保持零相移所需的相位調(diào)整值表示具有高分辨率的在滑塊和刻度盤之間的相對位置。Meyer的美國專利4,841,225公開了一種方法，數(shù)字地選擇空間波形的相位，以小于發(fā)送電極間距的增量來進行移位。在′225專利中，不是提供相同的電壓信號給每組中對應定位的發(fā)送器電極，′225專利給一些組中對應的發(fā)送器電極提供不同的電壓信號。提供給一組發(fā)送器電極的空間波形的相位與提供給另一組發(fā)送器電極的空間波形的相位不同。通過提供不同相位的空間波形給不同組的發(fā)送器電極，提供給每組發(fā)送器電極的空間波形相位由轉(zhuǎn)換器進行空間平均。如果給定空間相位的電壓信號只提供給一組發(fā)送器電極，平均空間移位等于相移被發(fā)送器電極的組數(shù)相除。因此，平均空間波形能夠以小于發(fā)送器電極間距的距離移位。平均相移因此小于360°/N，這里N是每組中發(fā)送電極的數(shù)目。更一般地，給定M組N個發(fā)射電極，在一組中以具有寬度Pt的間距數(shù)目P來移位空間相位導致空間波形的位移在逐步增加的相移Pt*P/M內(nèi)。然而，為單獨地提供不同的電壓信號給每個發(fā)送器電極，′225專利的電容位置編碼器需要大量的開關連接。相對低成本的印制電路板編碼器技術最常用于制造電容電子位置編碼器。大量開關(即，M組x每組N個開關)和所需的含發(fā)送器電極的基片長度使′225專利的方法在性能及經(jīng)濟方面難以實現(xiàn)使用印制電路板編碼技術。對電極排開關網(wǎng)使用集成電路生產(chǎn)方法就能制造大量所需開關。然而，在許多情況下這不是理想的制造方法。Ardermo的美國專利4,878,013公開了另一方法，數(shù)字地選擇小于發(fā)送器電極的物理間距的空間相位增量。′013專利把發(fā)送器和接收器電極的特定間隔與提供給發(fā)送器電極的驅(qū)動信號的特定對應關系相結(jié)合，以選擇小于發(fā)送器物理間距的分辨率增量。由多組發(fā)送器電極和適當間隔開的刻度盤電極產(chǎn)生“合成”空間間距。在′013專利中發(fā)送器電極的有效合成空間間距實際上極大地小于實際物理間距。因此，空間波形信號能夠數(shù)字移位的增量相應地更小。然而，對此問題這是幾何而非電子學方法。本發(fā)明提供一種方法和裝置，用于根據(jù)位置編碼器數(shù)字地變換電極的空間波形，以產(chǎn)生小于電極間距的有效空間波形分辨率。本發(fā)明還提供具有小于發(fā)送器電極間距的有效分辨率的電容位置編碼器，該發(fā)送器電極不需要大量開關。本發(fā)明進一步提供使用相對少量的發(fā)送器電極組、具有小于發(fā)送器電極間距的有效分辨率的電容位置編碼器。所要求的系統(tǒng)合成逐步增加的或絕對的電容位置編碼器的空間波形。這些編碼器具有沿測量軸可彼此相對移動的第一基片和第二基片。發(fā)送器電極形成在第一基片上。提供給發(fā)送器電極的電壓信號產(chǎn)生空間波形。至少另一電極形成在第一基片上。此至少另一電極通過第二基片上的電極電容耦連到發(fā)送器電極。在發(fā)送器電極和至少另一電極之間傳送的電壓信號的變化值(或振幅或相位)取決于在沿測量軸的第一和第二基片之間的相對位置。為實現(xiàn)所要精度，通過變換器傳送的電壓信號具有空間連續(xù)和周期的結(jié)構，例如矩形波，或者最好正弦波。對于每個位置測量，通過提供多個組成數(shù)字空間波形給編碼器來提供連續(xù)的和周期的波結(jié)構。這產(chǎn)生具有空間相位的合成空間波形，該空間相位與提供給編碼器的組成數(shù)字空間波形的空間總和的相位相對應。在工作中，系統(tǒng)首先確定在滑塊上的接收電極接收的信號值。然后系統(tǒng)選擇合適的組成數(shù)字空間波形來調(diào)整已接收的合成空間波形的空間相位，以獲得預定輸出值。系統(tǒng)通過變化至少一些組成數(shù)字空間波形來調(diào)整已接收的合成空間波形的空間相位。在正常工作中，變換器系統(tǒng)重復進行上述操作，使預定輸出值保持在所希望的范圍內(nèi)。在此工常工作期間，根據(jù)為保持預定的輸出值而選擇的組成數(shù)字空間波形的唯一結(jié)構，系統(tǒng)確定在刻度盤長度的一個增量內(nèi)沿測量軸的第一和第二基片的相對位置。為確定在沿測量軸的第一和第二基片之間的相對位置，系統(tǒng)重復執(zhí)行上述操作，同時累積所移動的刻度盤長度增量的總數(shù)。系統(tǒng)為每個空間波形或提供相應電壓給排中的每個電極或從排中的每個電極接收相應電壓。因此，對每個位置測量，多個電壓信號多次提供給發(fā)送器電極。如果系統(tǒng)提供相同電壓信號給每組中的每個電極，系統(tǒng)每次最好用相應的多個系數(shù)調(diào)制脈沖。而且，多個系數(shù)中的每個與每個電極組中的一個電極相對應。結(jié)果，在每次測量期間多個調(diào)制脈沖提供給每個電極。每組調(diào)制脈沖形成具有空間結(jié)構的空間波形，該空間結(jié)構與系數(shù)組相對應。如果不同的電壓信號提供給每個發(fā)送器電極，可從合成空間波形中確定有效的空間相位。電子位置編碼器能相反地產(chǎn)生。至少另一電極發(fā)送波形而發(fā)送器電極接收波形。當電壓信號由發(fā)送器電極代替接收時，在每次測量期間多個脈沖提供給至少另一電極。系統(tǒng)在具有對應的多組系數(shù)的多個脈沖期間最好控制每組發(fā)送器電極的連接和連接極性的存在情況。在一組中的每個系數(shù)對應于每組中的發(fā)送器電極。因此每組脈沖由可選擇的空間濾波器進行空間調(diào)制和濾波，該空間濾波器具有由此組系數(shù)確定的空間結(jié)構。結(jié)果，每次測量，多個脈沖通過每組電極被調(diào)制和濾波。本發(fā)明的這些和其它特征及優(yōu)點在下面優(yōu)選實施例的詳細描述中是明顯的。參照下面附圖將詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1表示被本發(fā)明空間波形合成系統(tǒng)使用的電容位置編碼器的優(yōu)選實施例；圖2A-2G是電壓及波形圖，表示用于提供電壓信號給圖1的每組電容位置編碼器中的發(fā)送器電極的第一排列；圖3A-3C是電壓及波形圖，表示用于提供電壓信號給圖1的每組電容位置編碼器中的發(fā)送器電極的第二排列；圖4A-4C是電壓及波形圖，表示用于提供電壓信號給圖1的每組電容位置編碼器中的發(fā)送器電極的第三排列；圖5A-5C是電壓及波圖，表示用于提供電壓信號給圖1的每組電容位置編碼器中的發(fā)送器電極的第四排列；圖6表示所得空間波形如何在圖1的電容位置編碼器的電極的單一間距內(nèi)限定逐步增的位置；圖7表示正向脈沖；圖8表示緊跟負向脈沖的正向脈沖；圖9表示提供給現(xiàn)有位置編碼器、復位期間必須相互分離的脈沖；圖10表示具有相關時標和數(shù)據(jù)的數(shù)字波形；圖11表示用于通過圖1的電容位置編碼器的電極輸入各種合成電壓電平的一組數(shù)字波形；圖12更詳細地表示圖1的電容位置編碼器的信號發(fā)生器和信號處理器；圖13表示當滑塊相對刻度盤移動時如何調(diào)整空間波形以限定增量位置在圖1的電容位置編碼器的發(fā)送器電極的間距內(nèi)。圖14表示圖12的電容位置編碼器的放大器，解調(diào)器和積分器的優(yōu)選實施例；圖15A-15C表示在各種條件下在圖14的電路中存在的各種波形；圖16是圖1的電容位置編碼器的信號發(fā)生器和信號處理器的通用結(jié)構方框圖；圖17是圖16的電容位置編碼器的信號發(fā)生器和信號處理器的方框圖；圖18是圖16的電容位置編碼器的信號發(fā)生器和信號處理器的另一實施列的方框圖；在優(yōu)選實施例中，使用本發(fā)明的電極排合成空間波形的方法應用于電容位置編碼器，正如圖1所示的。如圖1所示，編碼器100包括基本與美國專利4,878,013的圖1相對應的電容位置傳感器110。傳感器110包括滑塊112，滑塊112定位成相鄰于刻度盤114?；瑝K112沿測量軸116相對于刻度盤114移動。電容位置編碼器110還包括電子電路120。電子電路120包括信號發(fā)生器122和信號處理器124。一排第一發(fā)送器電極130固定在滑塊112上。如圖1所示，第一發(fā)送器電極130的兩組132、134固定在滑塊112上。然而，應當理解能使用任何組數(shù)的發(fā)送器電極130。發(fā)送器電極130連接到信號發(fā)生器122。特別是，第一組132中的第一發(fā)送器電極132a和第二組134中的第一發(fā)送器電極134a每個都連接到信號發(fā)生器122的相同輸出。類似地，第一組132的第二等電極132b-132h和第二組134的第二等電極134b-134h中的每個分別連接到信號發(fā)生器122的相同信號輸出線126b-126h。第一組132的第一發(fā)送器電極132a左邊緣和第二組134的第一發(fā)器電極134a左邊緣之間的距離是此排發(fā)送器電極130的空間波長。發(fā)送器電極130的間距136是在任何發(fā)送器電極130上的任何點和在相鄰發(fā)送器電極130上的對應點之間距離?；瑝K112定位成靠近刻度盤114，使提供給第一發(fā)送器電極130的信號電容性地耦合到第一接收器電極140，第一接收電極140在刻度盤114上被排列成一排。每個接收器電極140由連接線142連接到第二發(fā)送器電極150。第二發(fā)送器電極也被排列成一排電容性地耦合在第一接收器電極140上的電壓信號由連接線142提供給第二發(fā)送器電極150。提供給第二發(fā)送器電極150的電壓信號電容性地耦合到滑塊112上固定的第二接收器電極160。第二接收器電極160連接到信號處理器124。第二接收器電極接收的電壓信號是滑塊112相對于刻度盤114的位置的函數(shù)。每組132、134的每個第一電極132a、134a由信號線126a連接到信號發(fā)生器122。類似地，第一組132的第二-第八電極132b-132h中的每個分別由信號線126b-126h連接到信號發(fā)生器122。同樣，第二組134的第二-第八電極134b-134h中的每個分別由信號線126b-126h連接到信號發(fā)生器122。第二接收器電極160由信號線127連接到信號處理器124。信號發(fā)生器122和信號處理器124由信號線129相互連接。與周期波形相對應的電壓信號從信號發(fā)生器120提供給第一和第二組132、134中的電極130。例如，如果周期波形是矩形波，第一和第二組132、134中的前4個發(fā)送器電極132a-132d和134a--134d接收相同的第一電壓信號(例如，+5V信號)。第一和第二組132、134中的另外4個電極132e-132h和134e-134h接收相同的第二電壓信號(例如，-5V信號)。因此，正好代替周期波形，周期波形沿測量軸116空間分布。因此，周期波形是“空間波形”。通過變化在每個第一和第二組132和134中的位置，在此位置電壓信號從第一電壓(+5V)移位到第二電壓(-5V)，就能逐步增加地移動此空間波形的相位。因此，通過提供第一電壓(+5V)給第一和第二組132、134中的第二至第五發(fā)送器電極132b-132e和134b-134e，空間波形位置將從上述例子的位置移動間距136。同時，第二電壓(-5V)提供給第一、第二組132、134中的第一和第六至第八發(fā)送器電極132a、132f-132h和134a、134f-h。一個間距136的位置移動相當于45°的空間相移。也就是相移360°/N，這里N是每組中的發(fā)送器電極的數(shù)目。因為在上述例子中，第一和第二組132、134每個具有8個發(fā)送器電極130，相移是360°/8，或45°。在操作中，第二接收器電極160接收的電壓信號的振幅是滑塊112和刻度盤114之間的相對位置與放置在第一發(fā)送器電極130上的信號的空間波形兩者的函數(shù)。第二接收器電極160接收的電壓信號是從第一發(fā)送器電極130通過第一接收器電極140和第二發(fā)送器電極150耦連的全部電壓信號的總和。對滑塊112和刻度盤114之間給定的相對位置，當互補電壓提供給以相同程度耦連到第一接收器電極140的發(fā)送器電極130的適當電極時，第二接收器電極160將接收一個振幅為OV的信號。然后當滑塊112沿刻度盤114移動時，發(fā)送器電極130和接收器電極140之間的幾何關系變化。因此，與那些發(fā)送器電極130容性耦連的單一極性的電壓信號變得大于與那些發(fā)送器電極130容性耦連的具有另一極性的電壓信號。結(jié)果，第二接收器電極160上的電壓信號或者是正或者是負電壓信號，這取決于滑塊112相對于刻度盤114移動方向。當滑塊112相對刻度盤114移動時，信號發(fā)生器122相對于組132、134的第一發(fā)送器電極132a-132h和134a-134h增加提供給發(fā)送器電極130的空間波形位置，以保持第二接收器電極160接收的電壓信號在大約0V的振幅。相對于組132、134的第一發(fā)送器電極132a-132h和134a-134h的空間波形位置因而與在滑塊112及刻度盤114上的傳感器元件的相對位置相對應。通過利用相對于組132、134的發(fā)送器電極的空間波形位置，信號處理器124在一距離內(nèi)確定沿測量軸116的刻度盤114上的滑塊112的相對位置，該距離等于刻度盤波長λF除以發(fā)送器電極或相位數(shù)N。電子電路120執(zhí)行上述操作，同時累積移動距離λF/N的總數(shù)來確定滑塊112在刻度盤114上的位置。然而，假設空間波形是連續(xù)周期性的，這樣電子電路是具有僅兩種可能電壓信號輸入(例如，用在上述例子中的+5V和-5V信號)的普通數(shù)字型系統(tǒng)，并且在每次測量周期中使用僅一種空間波形，僅能在等于距離λF/N的增量內(nèi)移動提供給發(fā)送器電極130的空間波形的位置。因此，當傳感器110連接到普通電子電路120時，圖1所示的編碼器100的數(shù)字分辨率基本由λF/N限定。通過在每次測量周期內(nèi)基于提供給發(fā)送器電極的多個空間波形而進行的每次位置測量，本發(fā)明空間波形合成方法的優(yōu)選實施例就能實現(xiàn)小于發(fā)送器電極130的間距136的數(shù)字分辨率。在每次測量周期內(nèi)提供給發(fā)送器電極130的至少一個空間波形的結(jié)構可以(但不必須)不同于在同樣的測量周期內(nèi)提供給發(fā)送器電極130的其它空間波形結(jié)構。因此，在一次測量周期內(nèi)提供給發(fā)送器電極130的全部空間波形總和形成的合成空間波形的位置是提供給發(fā)送器電極130的全部組成空間波形的空間累積位置。例如，一測量周期包括四個組成空間波形。如果恰好一個組成空間波形的位置相對于另一組成波形的位置移動可發(fā)送器電極130的間距136，那么全部四個測量子周期上累積的合成空間波形位置相對于重復使用單一組成波形形成的基準合成空間波形移動了四分之一間距136。因此，通過變化至少一個組成空間波形的位置，由一測量周期構成的全部波形上累積的合成空間波形的位置將相對于基準合成空間波形移位幾分之一的發(fā)送器電極130的間距136。以小于發(fā)送器電極130間距136的增量有效地改變合成空間波形位置的能力使采用低成本、高精度的數(shù)字裝置實現(xiàn)相應的更好測量分辨率。圖2A示意表示第一發(fā)送器電極130的第一組132電極132a-132h。圖2B表示提供給電極132a-132h以在四個不同時間t1-t4形成四個組成數(shù)字空間波形的電壓信號的相對電壓振幅。在時間t1，前3個電極132a-132c被提供具有第一極性的電壓信號(例，+5V)。同時，電極132e-132g被提供具有相同值但極性相反的電壓信號(例，-5V)。放置正電壓在電極132a-132c上有效地形成從電極132a左邊緣延伸到電極132c右邊緣的單一正電極(不考慮電極130之間間隔)。類似地，放置負電壓在電極132e-132g上有效地形成從電極132e左邊緣延伸到電極132g右邊緣的單一負電極。對如圖2B所示的每個組成空間波形，每個組成空間波形的中心或形心(表示空間相位或空間位置)將分別在P1-P4。特別地，對圖2B所示的組成空間波形，每個形心P1-P4是在電極132d的中間點。圖2C表示在四個時間t1-t4期間放置在電極132a-132h上的電壓之和產(chǎn)生的合成空間波形。如圖2C所示，合成波形在電極132a-132c占有的范圍內(nèi)具有+4個單位(即，+4倍于放置在電極132a-132c上的電壓)的振幅，在電極132d占有的范圍內(nèi)振幅是0V，在電極132e-132g占有的范圍內(nèi)振幅是-4單位，以及在電極132h占有的范圍內(nèi)振幅是0V。合成空間波形的中心或形心(表示空間相位或空間位置)將在Ps。Ps同四個相同的組成空間波形的形心P1-P4是在相同位置，即，電極132d的中間點。本發(fā)明空間波形合成方法累積在全部四個時間周期t1-t4期間放置在電極132a-132h上的組成數(shù)字空間波形，以根據(jù)累積的合成波形位置來提供位置測量輸出。同在單一時間周期期間對每個電極132a-132h的放置圖2C所示的單個電壓信號在對應的第一發(fā)送器電極132a-132h上，累積的合成波形提供相同效果。圖2C所示的合成波形表示在四個時間t1-t4期間提供給發(fā)送器電極132a-132h的合成空間波形位置。圖2D表示放置在發(fā)送器電極132a-132h上的另一組電壓信號。如圖2D所示，在時間t′1，t′2和t′4期間放置在電極132a-132h上的電壓信號同圖2B所示的在時間t1，t2和t4時放置在電極132a-132h上的電壓信號是相同的。在時間t′1，t′2和t′4時組成空間波形的形心位置是在P′1，P′2和P′4，即電極132d的中間點。然而，在時間t3′，正電壓信號也放置在電極132d上，且負電壓信號也放置在電極132h上。結(jié)果，在時間t3′提供的組成空間波形的形心向右移位半個電極130間距136，因而位于P3′。組成波形能自由地變化，而對合成波形，變換系統(tǒng)將不允許自由度。總之，系統(tǒng)精度要求合成波形在所有位置具有幾乎恒定形狀，是空間連續(xù)的周期波，以及最好是正弦的。組成波形單獨不能提供或必須具有這些所希望的特性。因此，它們的位置性能僅提供本發(fā)明的合成波形位置控制方法的近似替代或替換物。圖2E表示在四個時間t1′-t4′期間放置在電極132a-132h上的電壓之和(合成波形)。如圖2E所示，合成波形具有+4單位的振幅。因為電極132a-132c在四個時間t1-t4的每個期間接收單個單位正電壓信號，此振幅沿電極132a-132c占有的區(qū)域延伸。然而電極132d占有的空間波形部分僅在時間t3′期間接收正單位電壓信號。因此，此部分合成波形具有+1的振幅。類似地，沿電極132e-132g延伸的合成空間波形部分具有-4單位的振幅。然而，沿電極132h延伸的合成空間波形部分僅在時間t3′期間接收負單位電壓信號。因此，此部分合成波形具有-1的振幅。從時間t1′，t2′和t4′的P1′，P2′和P4′分別到時間t′3的P3′的組成空間波形形心的位移使合成空間波形形心以小于電極130間距136移位。在時間t3′向右移位組成空間波形的形心使合成空間波形形心Ps′向右移位。移位值是時間階段t1′-t4′的數(shù)目以及每次移位大小的函數(shù)，組合的空間波形在時間階段t1′-t4′期間被移位。例如，如果電極132a-132h在時間t3″接收圖2F所示的電壓信號，組成空間波形形心移位一整個間距136到P3″。從P3到P3″的移位是從P3到P3′的兩倍。當在時間t3″期間提供的電壓信號是如圖2F所示時，圖2G表示放置在電極132a-132h上的電壓信號之和。圖2G所示的合成空間波形的形心Ps″定位在圖2E所示的合成空間波形形心Ps′的右邊。對正部分的全部測量基準點是在電極132b和132c之間的中間點x，如圖2E和2G所示。對空間波形的負部分，基準點是在電極132f和132g之間的中間。整個空間波形的形心Ps是波形正負部分形心的組合。此形心是從在電極132d和132c之間中間的基準點確定。因此，整個空間波形的基準點是同圖2D的P3′在相同位置。整個空間波形的形心，例如圖2E所示的空間波形，也能看成圖2D所示的P1′-P4′表示的形心的組合。因為如圖2C，2E和2G所示空間波形的正負部分是互補的，正部分形心的移位與負部分形心以相同方向的相等移位以及全部組合波形形心以相同方向的相等移位相一致。因此，例如，波形正部分形心的計算位置-1設定在電極132a和132b之間中間的那個形心?？臻g波形負部分的計算位置將也是-1，把那形心從它的基準點移位到在電極132e和132f之間的中間點。類似地，組合波形的形心計算位置從它的基準點移位到在電極132c和132d之間的中間點。為計算空間波形正部分的形心，每個電極提供的貢獻是那個電極上的電壓振幅分量和在那個電極中間點和基準點x之間的距離。然后，各個貢獻之和被電極上各個電壓振幅之和除。因為，在此例子中，基準點x是設定在兩相鄰電極之間，任何電極的中間點和基準點x之間的距離將在一半間距上。如圖2G所示，電極132a的中心是位于距基準點x為-1，5間距的距離處。在四個時間t1″-t4″期間提供給電極132a的電壓信號之和是+3單位。因此，電極132a提供的貢獻是-4.5(即，-1.5*3)。不用詳細解釋電極132b-132d提供的貢獻，圖2G所示的空間波形的正部分形心是(-1.5*3)+(-.5*4)+(+5*4)+(+1.5*1)12=]]>(-4.5)+(-2)+(+2)+(1.5)12-312=-.25]]>因此形心Ps″的計算移位是-0.25。這意味著形心Ps″被向基準點x的左邊移位四分之一的電極130間距136。相反，圖2C所示空間波形的形心Ps″的計算移位是-0.5。因此，圖2G所示空間波形的形心定位在圖2C所示空間波形的形心右邊的四分之一間距136處。另一方面，用2G所示的空間波形的形心等于如圖2F所示的在時間t1″-t4″產(chǎn)生的空間波形的形心P1″-P4″的平均。具體地，在圖2F中時間t1″，t2″和t4″的每個空間波形的形心是在-.5。也就是說，對正部分，此空間波形的形心是在基準點x右邊的一半間距136處。假設相同數(shù)目的電壓單位(即，圖2F中的3個“+”電壓單位和3個“-”電壓單位)用在每個時間周期中，合成空間波形的形心是各個空間波形的四個形心之和(-.5×3+.5＝-1)被形心數(shù)目(4)除或0.25。因此原因，本發(fā)明優(yōu)選實施例的操作能以各種方式體現(xiàn)。各個空間波形能看作產(chǎn)生合成空間波形，該合成空間波形具有與各個空間波形的位置平均相對應的位置。另一方面，置于每個電極上的電壓信號的振幅能看成被求和，以產(chǎn)生圖2C，2E和2G所示的合成電壓波形，電壓波形產(chǎn)生形心位置與電壓波形的形心相對應的合成空間波形。也應當理解，置于第一發(fā)送電極130上的組成電壓振幅的不同組合也會產(chǎn)生相同的合成空間波形。例如，圖3C所示的電壓波形表示的合成空間波形與圖4C所示的空間波形是相同的。然而，如圖4B所示，空間波形在t3時移位電極間距136，由正極性驅(qū)動3個電極和負極性驅(qū)動3個電極而產(chǎn)生圖4C所示的空間波形。反之，如圖3B所示，用互補電壓在時間t1和t3時驅(qū)動全部8個電極132a-132h，并且在時間t2和t4時驅(qū)動電極132a-132h中的僅4個電極就會產(chǎn)生圖3C所示的空間波形。盡管如此，圖3B所示電壓的組合同圖4B所示電壓的組合產(chǎn)生同樣的合成空間波形。最后，一個空間波形位置移位而產(chǎn)生的合成空間波形位置的移位不僅是那具移位值的函數(shù)，而且是供給電壓以產(chǎn)生移位的空間波形的電極數(shù)目的函數(shù)。參照圖5A-C，在時間t1，t2和t4產(chǎn)生的空間波形同在時間t1′，t2′，和t4′產(chǎn)生的圖2D所示空間波形是相同的。而且，在圖5B中在時間t3產(chǎn)生的空間波形的形心同在圖2D中在時間t3′產(chǎn)生的空間波形形心是相同的。然而，在圖2D中在時間t′3產(chǎn)生的空間波形是驅(qū)動全部8個電極132a-132h產(chǎn)生的，而在圖5B中在時間t3產(chǎn)生的空間波形是驅(qū)動僅4個電極132b，132c，132f和132g產(chǎn)生的。結(jié)果，圖2E所示的電壓波形不同于圖5C所示的電壓波形。圖2E所示的合成空間波形的正部分形心從基準點移位-.346(＝4.5/13)。因此，整個空間波形的形心從在電極132d和132e之間中間的基準點移位到-.346。反之，圖5C所示合成空間波形的形心位移-.409(＝-4.5/11)。因此，各個空間波形位置的移位能使合成空間波形位置移位的程度不僅取決于移位值，也取決于為產(chǎn)生空間波形而驅(qū)動的電極數(shù)目，即各個空間波形的“權衡”。圖6表示用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的一組電壓波形。通過在四個時間t1-t4上選擇地提供或正或負電壓給8個電極132a-132h的每個來產(chǎn)生每個電壓波形。結(jié)果，合成空間波形具有合成振幅，該合成振幅是4個組成數(shù)字空間波形每個中的4個分立電壓振幅的合成。合成空間波形的電壓振幅以1個單位增量在+4單位和-4單位之間擴展。在圖6示意表示的優(yōu)選實施例中，電壓信號提供給電極130，以產(chǎn)生8個不同的空間波形Φ0-Φ7。當0.00P1位置與一電極左邊緣相對應時，每個所得合成空間波形的形心P從圖6的波形Φ0所示的-0.5P1位置向右移位到圖6的波形Φ7所示的+.346位置。表1表示用于確定從電極左邊緣的這些形心移位的計算，這里P1表示電極130的間距136寬度。特別地，表1表示正部分的形心逐步增加的移位，以及，當合成波形相對于第一發(fā)送器電極130被定位時對每個波形Φ0-Φ7的整個波形的形心逐步增加的移位。也就是說，波形的最左邊電極不一定是第一或第二組132或134的第一電極132a或134a。當然，圖6所示波形的最左邊電極可以是電極132a-132h或134a-134h中的任何一個。表1((-1.5)(4)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(0))/12＝-.500Pt((-1.5)(4)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(1))/13＝-.346Pt((-1.5)(3)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(1))/12＝-.250Pt((-1.5)(3)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(2))/13＝-.115Pt((-1.5)(2)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(2))/12＝.000Pt((-1.5)(2)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(3))/13＝.11SPt((-1.5)(1)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(3))/12＝.250Pt((-1.5)(1)+(-.5)(4)+(.5)(4)+(1.5)(4))/13＝.346Pt然而，應當理解不同的組成空間波形能用于產(chǎn)生其它合成空間波形，在電極130間距136內(nèi)提供更多或更少的合成空間波形的位置增量。例如，具有電壓單位振幅3，4，4，0，-3，-4，-4，0的合成空間波形將具有-.409Pt的形心，它在波形Φ0的形心-.5P1和波形Φ1的形心-.346P1之間。為使本例子更易理解，通過使用傳感器100的線性變換函數(shù)以簡化上述例子。應當理解對本發(fā)明的優(yōu)選實施例，傳感器100具有正弦信號變換函數(shù)。因此，形心的計算變得更數(shù)學化。對正弦變換函數(shù)，使用矢算來最簡單地計算形心。當每個相位電極的合成振幅分別是A0-A7時，合成矢量VT是VT=&Sigma;n=0NVn]]>這里Vn是每個相位n的矢量。對8相位系統(tǒng)，合成矢量VT的振幅和角度計算為Re(VT)＝(A0+A3-A4-A7)·cos67.5°+(A1+A2-A5-A6)·cos22.5Im(VT)＝(A0-A3-A4+A7)·sin67.5°+(A1-A3-A5+A6)·sin22.5Amplitude(VT)=[(Re(VT)]2+[(lm(VT)]2]]>Angle(VT)=arctanIm(VT)Re(VT)]]>表2表示用這些等式計算的合成矢量VT的振幅和角度。對每個物理相位位置，以8個模擬相位位置均勻分布的最好振幅和角度精度來選擇組成矢量。表2</tables>標稱位置階躍是物理相位階躍的1/8，即刻度盤波長的1/64。相對振幅是如上述確定的計算振幅被表2中全部標稱位置的平均振幅除。如表2所示，合成矢量VT的振幅在平均振幅的±3％內(nèi)，而相對于模擬相位位置均勻分布的角度誤差從不大于相位間隔的1％，即，＜波長的1/800。重要的是明白脈沖是如何通過電容位性置傳感器耦合的。如上所述，提供發(fā)送器電極130的電壓脈沖電容耦合到第一接收器電極140。然后脈沖從第一接收器電極140電傳送到第二發(fā)送器電極150。脈沖從第二發(fā)送器電極150電容性地耦合到第二接收器電極160。因為電極是電容性地耦合的，只有通過傳感器100能耦合的信號類型是時間變化信號。因此，當脈沖信號，例如圖7所示的脈沖200，能通過電容位置傳感器100耦合時，靜電電壓信號將不會通過電容位置傳感器100耦合。圖7所示脈沖200有前沿202、后沿208和脈沖電壓振幅204。假設電壓信號的振幅與信號發(fā)生器122提供給第一發(fā)送器電極130的脈沖200的振幅204相對應。然而，因為振幅204等于前沿202或后沿206的長度，脈沖振幅204與前沿202或后沿206的高度相對應。而且，脈沖振幅204的極性(正或負)與正或負的前沿202相對應。圖7所示的正脈沖能提供給第一發(fā)送器電極130的任何一個。例如圖8所示的緊跟負脈沖210的正脈沖200也能提供給電極130的任何一個。然而，如圖8所示，只要脈沖是不同的值或極性，兩個相鄰脈沖200或210就能通過電容編碼器耦合。如果相鄰脈沖200是相同的振幅，第二脈沖200將僅僅使電壓電平保持在另一脈沖周期的相同脈沖振幅。因此，沒有通過電容編碼器要耦合的時間變化分量。相應地，如圖9所示，在下一脈沖提供前提供給發(fā)送器電極130的電壓信號必須“復位”。在圖9中，每個脈沖220，230和240緊跟復位周期250。因為脈沖200或210不能提供給發(fā)送器電極130直至復位周期250終止后，復位周期250的持續(xù)時間必定降低測量的速度。然而，通過檢測脈沖200的脈沖躍變值和時標來檢測脈沖的值和極性，而不需要把復位周期250插入在脈沖200之間。圖10表示在多個等間隔時標310的脈沖串300。時標310也稱為正(“+”)時標312或負(“+”)時標314。在每個時標310處，檢測脈沖串300內(nèi)有或沒有脈沖躍變。在正時標312處出現(xiàn)的上升沿302稱為正脈沖322。類似地，在負時標314處出現(xiàn)的下降沿304稱為正脈沖322，這是因為此種躍變與正脈沖的后沿相對應。相反地，因為正向躍變與負脈沖的后沿相對應，出現(xiàn)在負時標314的上升沿302稱為負脈沖324。出現(xiàn)在正時標312的下降沿304也類似地稱為負脈沖324，這是因為此躍變與負脈沖的前沿相對應。最后，在任何時標310沒有脈沖躍變稱為空脈沖326，沒有或者正或者負脈沖。因此，圖10所示的脈沖串300解碼成圖10所示的有效脈沖串320。定義沒有脈沖躍變?yōu)榭彰}沖，即沒有或者正或者負向脈沖對數(shù)字型編碼系統(tǒng)是很有用的附加物。在僅具有兩個可能電壓振幅電平的數(shù)字系統(tǒng)中，使用空脈沖作可能輸入供僅使用兩種電壓電平的三種可能邏輯輸入之用上升沿，下降沿或空脈沖。這僅使正常數(shù)字型系統(tǒng)的分辨率從通常的滿間距增量加倍成半間距增量。通過檢測通過位置傳感器耦合的脈沖躍變的方向和時標，不再需要圖9示意表示的復位周期250。因此，以相對快的速度進行測量。如上所述，在優(yōu)選實施例中的合成波形具有按1個單位增量的振幅，該1個單位在+4單位和-4單位之間。圖11表示能提供給每個發(fā)送器電極130以按1單位增量來提供在+4單位和-4單位之間的合成振幅的一組信號(a-i)。如圖11所示，脈沖躍變發(fā)生在時標3101-3104。時標3101-3104的極性也表示在圖11中。特別地，時標3101和3103是負時標312。時標3102和3104是正時標314。為更好說明在邏輯電平“0”和“1”之間的躍變，在這些邏輯電平之間的中線也表示在每個信號(a)-(i)上。由于使用邏輯電平“1”的靜態(tài)電壓，信號(a)產(chǎn)生“0”合成振幅。合成振幅“0”也能由邏輯電平“0”的靜態(tài)電壓產(chǎn)生。如信號(b)所示，“+1”的合成振幅由在正時標3102的上升沿產(chǎn)生。相同的合成振幅也能由在正時標3104的上升沿或在負時標3101或3103任何一個的下降沿產(chǎn)生。如信號(c)所示，“+2”的合成振幅由在正時標3102的上升沿和在負時標3103的下降沿產(chǎn)生。相同的合成振幅能由在不同時間出現(xiàn)的其它脈沖躍變產(chǎn)生。例如，在負時標3101或3103中一個的下降沿和在正時標3102或3104中一個的上升沿的任何組合都能產(chǎn)生“+2”的合成振幅。如信號(d)所示，“+3”的合成振幅由在負時標3101和3103的下降沿和在正時標3102的上升沿產(chǎn)生。最后，如信號(e)所示，“+4”的合成脈沖振幅由在正時標3102和3104的上升沿和在負時標3101和3103的下降沿產(chǎn)生。在-1和-4之間的負合成振幅以類似方式產(chǎn)生，如圖11的信號(f)-(i)所示。因此，例如，在時標3101-3104上延伸的測量周期期間把-3的合成電壓振幅置于電極132a上要求在負時標3101和3103提供脈沖的上升沿給電極132a，以及在正時標3102提供脈沖的下降沿給電極132a。通過圖1的電容位置傳感器100的每個脈沖躍變的耦合由電子電路120中的檢測電路累積。產(chǎn)生“+4”合成振幅所需的圖11所示的4個脈沖躍變實際上沒有放置4個單位的振幅在發(fā)送器電極130的任何一個上。即使“+4”單位振幅的脈沖置于發(fā)送器電極130上，在檢測電路中4個脈沖躍變的累積效果是相同的。圖12所示為用在圖1示出的電容性位置傳感器100中的電子電路120的一個實施例。為了清楚，僅示出了到第一發(fā)送器電極130的第一組132和第二接收器電極160的連接。相同的連接將被提供給設置的發(fā)送器電極的每一組134等。提供給第一發(fā)送器電極132a-132h的信號由信號發(fā)生器122產(chǎn)生。信號發(fā)生器122包括一個振蕩器450，振蕩器450產(chǎn)生并輸出一個時鐘脈沖給調(diào)制器46的一組“異或”門462a-462h。“異或”門462a-462h的輸出端被分別連接到信號線126a-126h。信號線126a-126h把“異或”門462a-462h的輸出分別提供給第一組132的電極132a-132h?！爱惢颉遍T462a-462h由存儲在一個只讀存儲器(ROM)470中的數(shù)據(jù)單獨啟動。ROM470包括一個存儲相應于圖11中所示的信號(a)-(i)的系數(shù)的查閱表。存儲在ROM470中的的系數(shù)調(diào)制從振蕩器450來的脈沖，在每一個信號線126a-126h上形成信號(a)-(i)中的一個。在組合中，信號(a)-(i)在電極130上產(chǎn)生9個不同的合成振幅，以產(chǎn)生圖6中所示的每一個位置的合成空間波形。ROM470的地址由微處理器400產(chǎn)生。微處理器400還被連接到振蕩器450的輸出。這樣，微處理器400能夠確定振蕩信號的時標和極性，從而最恰當?shù)剡x擇一個輸入給每一個“異或”門462a-462h。傳感器110的第二接收器電極160被信號線127連接到信號處理器124的一個放大器410。放大器410也在信號線418上接收微處理器400的控制信號，放大從第二接收器電極160接收的信號。放大后的信號被從放大器輸出到解調(diào)器420。解調(diào)器420由通過信號線422，424和426從微處理器400輸出的三個控制信號控制。解調(diào)后的信號被輸出到一個積分器430，積分器430由通過信號線436和438從微處理器400輸出的兩個信號控制。積分器430對第二接收器電極經(jīng)過四個時標3101-3104的每一組接收的波形進行積分。積分器430通過信號線432或信號線433輸出的模擬信號被A/D轉(zhuǎn)換器440轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器440輸出的數(shù)字信號被微處理器400輸入。ROM470的每個地址包括一組系數(shù)。每一個系數(shù)對應于圖11中的信號(a)-(i)的其中之一在一個時標310的一個邏輯電平躍遷的存在和極性。而且，ROM470包括幾組系數(shù)，即，在組合中，能夠形成圖11中的每一個信號(a)-(i)，以產(chǎn)生圖6中所示的空間波的每個相位或位置Φ0-Φ7。這樣，例如，微處理器400通過選擇ROM地址在第一發(fā)送器電極132a上形成一個+3單位的合成振幅電平，所選擇的ROM地址對于“異或”門462a具有合適的系數(shù)，從而“異或”門的輸出在時標3101和3103具有一個下降沿，在時標3102具有一個上升沿，在時標3104具有一個零脈沖(無躍遷)。第一發(fā)送器電極132a這樣就接收了一個+3的合成電壓電平。以同樣的方式，微處理器400選擇的ROM地址對于“異或”門462b-462h來說具有合適的系數(shù)，因此在電極132b和132c上的合成振幅為+4單位，電極132d上的為+1單位，電極132e上為-3單位，電極132f和132g上為-4單位，電極132h上為-1單位。通過在電極132a-132h上安排這些振幅，微處理器400在傳感器110上產(chǎn)生一個具有圖6所示的相位或位置Φ2的空間波。因此，ROM470必須存儲32個8比特字，這里每一比特相應于電極132a-132h其中一個。此外，每一個地址相應于在兩個相鄰的電極130之間的八個不同空間相位或位置的每個，在時標3101-3104之一時是否具有一個躍遷。如前面參考圖1所作的解釋，提供給第一發(fā)送器電極130的電壓與第一接收器電極140的耦合值根據(jù)滑塊112和刻度盤140之間的相互位置而改變。如果輸入波形沒有改變，當滑塊112相對于刻度盤114移動的距離等于第一發(fā)送器電極130的電極排列的全循環(huán)或波長Wt時，第二接收器電極160接收的電壓將循環(huán)經(jīng)過正、負電壓的整個范圍。第二接收器160接收的電壓的大小是滑塊112和刻度盤114之間的相互位置的函數(shù)。然而，不用測量耦合到第二接收器電極160的信號電壓的整個范圍，它要求昂貴的、高精密度的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明的電容性位置編碼器100的測量系統(tǒng)調(diào)節(jié)提供給第一發(fā)送器電極130的空間波形的相位或位置，以保持耦合到第二接收器電極160的電壓接近于0伏。除了0伏以外的任何剩余電壓都能夠被使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)測量出來，所使用的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器與要求測量整個電壓電壓范圍的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器相比具有較低的精度和范圍要求。通過為在第二接收器電極160上維持零電壓信號而保持所需的空間波形的相位移大小，微處理器400以預定的增量確定滑塊112相對于刻度盤114的位置。本發(fā)明的電容位置編碼器100的測量系統(tǒng)以小于第一發(fā)送器電極130的間距136的分辨率執(zhí)行這一功能，這因為它能在每個間距136內(nèi)移動提供給電極130的空間波形的相位以八個增量，如圖6所示。微處理器400根據(jù)如A/D轉(zhuǎn)換器440所指示的從積分器430輸出的電壓的極性來增加或減少空間波形的位置。當然，本發(fā)明的電容性位置編碼器100的測量系統(tǒng)也能夠以多個間距136確定滑塊112沿刻度盤114的位置。也應該明白在′013專利中描述的傳感器結(jié)構和方法，它能夠被這里描述的電容位置編碼器100的測量系統(tǒng)使用，以減少空間波形的相位移動的增量，以增加測量系統(tǒng)的分辨率。然而，當把′013專利中描述的電容性位置編碼器的結(jié)構和方法與這里描述的測量系統(tǒng)相結(jié)合時必須注意′013專利中列舉的所有原因。由于′013專利中列舉的原因，特別是要必須注意每一組132和134的電極被驅(qū)動的次序。第二接收器電極160的輸出通過信號線127連接到放大器410。信號線127上的輸出信號振幅是從調(diào)制器460輸出到傳感器110的輸入脈沖振幅(包括極性)乘以每一個相位通道的實際位置的轉(zhuǎn)移函數(shù)的總和。S127(t)=&Sigma;n=0N-1V0(t)&CenterDot;Tn(x)]]>這里Vn(t)是相位通道n在時間t的脈沖輸入振幅，Tn(x)是滑塊相對于刻度盤在相位通道n的實際位置x的轉(zhuǎn)移函數(shù)，S127(t)是信號線127上的輸出信號時間t時的振幅。放大器410被微處理器400有選擇地控制，從而在包括振蕩器450的輸出脈沖的每一個上升沿或下降沿期間放大來自第二接收器電極160的信號。放大器410在這種邊緣躍遷之間是禁止使用的。放大器410的輸出線412上的信號是提供給第一發(fā)送器電極130的每次脈沖躍遷被耦合到第二接收器電極160時就產(chǎn)生的脈沖。放大器410的輸出脈沖的極性和幅值是與每個脈沖躍遷時信號線127上信號的幅值成比例的。從放大器410輸出的脈沖被解調(diào)器420輸入。如上所述，脈沖極性的判斷不僅僅依據(jù)躍遷的極性，還有躍遷的時標。為了響應放大器410輸出脈沖在時標3102或3104時的上升沿或放大器410輸出脈沖在時標3101或3103時的下降沿，解調(diào)器420在輸出線422上產(chǎn)生一個正幅值脈沖。相反地，為了響應放大器410輸出脈沖在時標3102或3104時的下降沿或放大器410輸出脈沖在時標3101或3103時的上升沿，解調(diào)器420在輸出線422上產(chǎn)生一個負幅值脈沖。解調(diào)器420產(chǎn)生的脈沖被輸出到積分器430。積分器430累積解調(diào)器420輸出的脈沖，并輸出一個信號給模-數(shù)轉(zhuǎn)換器440，相當于解調(diào)器420輸出的脈沖的幅值的總和。積分器430輸出電壓的大小和極性是提供給發(fā)送器電極112的合成空間波形的相位或位置和第二接收器電極114的位置之間的偏移的量度。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器440的輸出值，微處理器400確定，空間波形必須移動的大小和方向以減小積分器420累積的脈沖躍遷的大小。微處理器400記錄合成波形的位置并加上一個從A/D轉(zhuǎn)換器440的輸出確測的校正量。微處理器400還計算通過的波長，來確定滑塊112相對于刻度盤114的位置。微處理器400驅(qū)動一個普通的顯示器128，提供已確定位置的可視顯示。應該注意到，雖然信號處理器124使用一個模-數(shù)轉(zhuǎn)換器440，位置測量的精度并不完全取決于模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度(如現(xiàn)有技術系統(tǒng))。由于模-數(shù)轉(zhuǎn)換器440僅僅用來確定限定范圍內(nèi)的剩余電壓的大小和極性，而不是在整個范圍，所以模-數(shù)轉(zhuǎn)換器440的相對精度要求不高。當剩余電壓的測量為非零時，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器440的輸出僅僅用于把合成空間波形的位置向零位置移動。這樣，一個昂貴的、高精密度的寬范圍模-數(shù)轉(zhuǎn)換器440在信號處理器124中是不需要的，否則，它將被需要用來測量全電壓范圍內(nèi)達到理想的精度。例如，傳感器110的波長是5.12mm，每一組具有8個電極130。如傳感器110要求一個10μm的分辨率，那么在5.12mm的波長上512個增量需要是可測量的。由于每個波長有八個電極，當使用現(xiàn)有技術系統(tǒng)時，相鄰電極之間的每一個間隔距離被A/D轉(zhuǎn)換器分割成為64增量(512/8)。為了在每個間隔距離中插入64個增量，需要一個6比特(26＝64)A/D轉(zhuǎn)換器。通過這里描述的脈沖內(nèi)插入法及空間波形合成方法和系統(tǒng)，每個間隔距離本身被空間波形合成方法和系統(tǒng)的操作分成八個子間隔。這樣，由于在傳感器的每個波長內(nèi)有64(8間隔×8間隔/間距)個間隔，每個間隔內(nèi)只有8個增量(512/64)需要被A/D轉(zhuǎn)換器插入。這樣，僅需要一個三比特(23＝8)A/D轉(zhuǎn)換器。這樣一個三比特A/D轉(zhuǎn)換器使用的能量大大低于較高比特A/D轉(zhuǎn)換器。這樣，以此方式簡化A/D轉(zhuǎn)換器在數(shù)字測徑器和類似的儀器中特別有價值，因為這些裝置由單個的低壓電池供電。圖13示出了提供給發(fā)送器電極130的合成空間波形的相位和刻度盤電極140的位置之間的關系。應當理解，圖1中的電極140的形狀是半正弦波形，而圖13中所示的電極的形狀為矩形。對于下面的例子，圖13所示的近似法是足夠的。特別是，圖13示出了圖6的合成電壓波形Φ0-Φ7。疊加在每個合成電壓波形Φ0-Φ7的是一個刻度盤電極140，它在八個合成波形Φ0-Φ7中每個波形中需要獲得零條件(例如，與之耦合的零脈沖躍遷)的位置被示出。如圖13中的合成空間波形Φ0所示，當刻度盤電極140的橫向中心與位于中心發(fā)送電極132d的中心的形心z相重合時，耦合到刻度盤電極140的累積脈沖躍遷為零。如果滑塊仍相對于刻度盤114移動，根據(jù)滑塊112移動方向，耦合到刻度盤電極140的累積脈沖躍遷將是正或負。微處理器400將會使信號發(fā)生器122移動合成空間波形的形心z的位置，從而合成空間波形的形心z又與刻度盤電極140的橫向中心重合。這樣，如圖13所示，當滑塊112相對于刻度盤114移動時，合成空間波形的位置必須移動，從而保持合成空間波形的形心z位于刻度盤電極140的橫向中心162。如上所述，圖13示出了在合成空間波形的相位以八個增量的移動，相應于八個合成空間波形Φ0-Φ7，覆蓋的距離等于發(fā)送器電極130的間距136。圖14中較詳細地示出了放大器410，解調(diào)器420和積分器430。圖15A-15C示出了這些器件的操作。如圖14所示，從傳感器110輸出的脈沖信號通過信號線127輸入到放大器410中的放大器416和開關414。放大器416是一個差動放大器，它具有從放大器的輸出端提供反饋阻抗給反相輸入端的電容器C。由于傳感器112在端子127的輸出阻抗為值C127的電容，放大倍數(shù)將等于C127/C。當開關414閉合時，放大倍數(shù)為零并且任何到輸入端的DC泄漏都將復位為零(即，輸入端被置為Vbias)。開關414由微處理器400通過信號線418輸出的信號控制。當信號線418上的信號為高電平時開關414閉合。放大器416的輸出通過信號線412輸入到解調(diào)器420的第一開關423a和第三開關425b。第二開關425a和第四開關423b被連接到偏壓Vbias。第一和第四開關423a和423b被連接到微處理器400的控制線422。類似地，第二和第三開關425a和425b被連接到微處理器400的控制線424。微處理器400控制開關423a、423b、425a和425b，使它們或者關閉開關423a和423b，或者關閉開關425a和425b，但它們不能同時都閉合。當開關423a和423b閉合時，放大器416的輸出被連接到電容器421的節(jié)點421a。偏壓Vbias被連接到電容器421的節(jié)點421b。這是與電容器421的“非反相”連接。相反，當開關425a和425b閉合時，放大器416的輸出被連接到節(jié)點421b。偏壓Vbias連接到節(jié)點421a。這是與電容器421的“反相”連接。一對開關427a和427b通過信號線428把電容器421的節(jié)點421a和421b分別與積分器430的運算放大器434的反相和非反相輸入相連。開關427a和427b被連接到微處理器400的控制線426。當控制線426上的信號為高電平時開關427a和427b被閉合。信號線431被連接到運算放大器434的輸出端。電容器435和開關437被連接在運算放大器434的反相輸入端和信號線432之間。開關437與微處理器400的控制線436連接。各種不希望的制造和操作狀況影響電容性位置傳感器110的轉(zhuǎn)移函數(shù)水平。因此，A/D轉(zhuǎn)換器440應當使用一個參考信號作為滿刻度參考值。在此系統(tǒng)中，在一個分離的參考周期期間獲得參考信號。這個周期的運行類似于參照參照圖13、14和15所描述的那樣。特別是，空間波形的形心移位90°。此外，驅(qū)動已減少個數(shù)的電極并且對輸出信號在已減少次數(shù)的循環(huán)上積分。這就保證了參考信號的振幅近似等于轉(zhuǎn)換測量信號所需的預計電壓范圍。由于A/D轉(zhuǎn)換器440的低分辨率，這個參考信號要求的精度相當?shù)?。參考圖13，在空間波形Φ0-Φ7的每一個中，如果空間波形右移兩個全電極130(相當于90°位移)，刻度盤電極140將接收一個接近于最大值的信號，而不是接收一個接近于零的信號。這就是在參考循環(huán)期間所做的。不管傳感器110的實際位置，由于不希望的制造或工作參考數(shù)可能會影響系統(tǒng)產(chǎn)生的信號的總的大小，沒有這個參考信號，規(guī)律測量循環(huán)信號大小的相對意義就不清楚。這樣，信號線431通過開關439可控制地連接到參考信號線432或測量信號線433。開關439連接到微處理器400的控制線438。參考信號線432把參考信號傳送給A/D轉(zhuǎn)換器440，用以啟動A/D轉(zhuǎn)換器440。一旦A/D轉(zhuǎn)換器440被啟動，使用測量信號線433并把測量信號傳送給A/D轉(zhuǎn)換器440。圖15A示出了由微處理器400，通過控制線418、427、424、426和436輸出到放大器410、解調(diào)器420、和積分器430的控制信號。圖15B和15C示出了放大器410的輸出信號、節(jié)點421a和421b上的電壓、和對傳感器110的兩個不同輸出信號的積分器430的輸出信號。如圖15A所示，微處理器400在信號線418上輸出一個高電壓脈沖，以在每個時標3101-3104之前的一個短時間內(nèi)關閉開關414。這使放大器416復位。微處理器400通過信號線422輸出高電壓脈沖，以在時標3102和3104期間關閉開關423a和423b，同時在時標3101和3103期間打開開關423a和423b。相反地，微處理器400在信號線424上輸出高電壓脈沖，以在時標3101和3103期間關閉開關425a和425b，同時在時標3102和3104期間打開開關425a和425b。微處理器最后在信號線426上輸出一個脈沖串，以便當開關423a、423b、425a或425b任何一個任何時候閉合時，開關427a和427b打開，僅當所有的開關423a，423b，425a和425b都打開時，開關427a和427b才閉合。微處理器400還在信號線436上輸出一個低電壓脈沖，從而恰好在時標3101之前直到正好在時標3104之后打開積分器430的開關437。然后，在當前測量循環(huán)的時標3104之后和下一個測量循環(huán)的時標3101之前微處理器400閉合開關437，以復位運算放大器434的輸出。如圖15B所示，來自第二接收器電極160在信號線127上的信號在時標3101和3103時具有下降沿，在時標3102和3104時具有上升沿。如上所述，在時標3101和3103的下降沿以及在時標3102和3104的上升沿被定義為正脈沖躍遷。這樣，圖15B中示出的在信號線127上的信號與通過電容性位置編碼器110耦合的四個正脈沖相對應。由于在時標3101在信號線127上的下降沿的結(jié)果，從時標3101開始，放大器41.6的輸出412上的信號變低(在短時間內(nèi))。然后，當開關414被信號線418上的高電壓脈沖閉合時，放大器416復位到一個偏壓電平。由于在時標3102時信號線127上的上升沿的結(jié)果，放大器416的輸出412上的信號從時標3102開始變高(在短時間內(nèi))。當開關414被信號線418的高電壓脈沖閉合時，放大器416又復位到此偏壓電平。由于在時標3103時信號線127上的下降沿的結(jié)果，輸出412上的信號在時標3103又一次變低。當信號開關414被線號線418上的高電壓脈沖閉合時，放大器416再次復位到偏壓電平。由于信號線127上的上升沿的結(jié)果，放大器416的輸出412的信號在時標3104再次變高。最后，當開關414再次閉合時，放大器416再次復位到偏壓電平。這樣，放大器在時標3102和3104時，從信號線127上的上升沿在信號線412上產(chǎn)生正脈沖，在時標3101和3103時從信號線127上的下降沿在信號線412上產(chǎn)生負脈沖。接下來，如圖15A所示，開關423a和423b在包括時標3102和3104的期間閉合。這樣，輸出線412和偏壓Vbias以非反相極性被連接到電容器421。類似地，開關425a和425b在包括時標3101和3103的期間被閉合。這樣，輸出線412和偏壓Vbias以反相極性被連接到電容器421。因此，如圖15B所示，在時標3101和3103，信號線412上的負脈沖以反相的極性波輸入到電容器421。信號出現(xiàn)在節(jié)點421a和421b上，如圖15B所示。也就是說，在時標3101和3103，信號線424上的信號變高，從而節(jié)點421a上的電壓通過閉合的開關425a連接到偏壓Vbias，同時信號線412上的負脈沖通過閉合的開關425b連接到節(jié)點421b。然后信號線424上的信號變?yōu)榈碗娖?，打開開關425a和425b。接下來，開關427b被信號線426上的高電平信號閉合，把節(jié)點421b連接到積分器430的運算放大器434的參考電壓(即，非反相輸入)。開關427a也被信號線426上的高電平信號閉合，把節(jié)點421a連接到運算放大器434的反相輸入。運算放大器434的非反相輸入還被連接到偏壓Vbias。當開關427a和427b閉合時，節(jié)點421b被馬上置于偏壓Vbias。這就導致了節(jié)點421a上的電壓增加先前置于電容器421兩端的電壓。結(jié)果，電容器421上的電荷被轉(zhuǎn)移到在輸出線431和運算放大器434的反相輸入之間連接的電容器435。運算放大器434和電容器435象積分器一樣工作以累積從電容器421接收的電荷。這樣，運算放大器434在信號線431上的輸出逐漸減小。在圖15B中的時標3102和3104時信號線412上的正脈沖被解調(diào)器420和積分器430以稍微不同的方式處理。如圖15B所示，在時標3102和3104，信號線412上的正脈沖以非反相的極性被輸入到電容器421。也就是說，在時標3102和3104，當信號線422上的信號變?yōu)楦唠娖綍r，節(jié)421b上的電壓通過閉合的開關423b連接到偏壓Vbias。信號線412的正脈沖也通過閉合的開關423a被連接到節(jié)點421a。然后信號線422上的信號變?yōu)榈碗娖?，打開開關423a和423b。接下來，開關427a和427b又被信號426上的高電平信號閉合，這就把節(jié)點421a連接到運算放大器434的反相輸入，把節(jié)點421b連接到運算放大器434的非反相輸入(并再次把節(jié)點421b連接到偏壓Vbias)。由于節(jié)點421b上的電壓保持在偏壓Vbias，節(jié)點421a上的電壓增加信號線412上脈沖的振幅。結(jié)果，現(xiàn)在電容器421上的電荷也轉(zhuǎn)移到電容器435。這樣，運算放大器434在信號線431上的輸出再次逐漸減小。結(jié)果，在圖15B中，在時標3101和3103產(chǎn)生的負脈沖和在時標3102和3104產(chǎn)生的正脈沖逐漸降低反相放大器434的輸出。由于圖15B中信號線127上的信號相應于四個正脈沖躍遷，反相放大器434在信號線431上的輸出相應地減小到這四個脈沖振幅的總和。這些振幅取決于輸入極性和它們被輸出時經(jīng)過的相位通道的轉(zhuǎn)移函數(shù)。在測量期間結(jié)束時，積分器430的輸出被A/D轉(zhuǎn)換器440處理之后，微處理器400在信號線436上輸出一個高電平信號。此信號閉合開關437，使電容器435放電并使積分器430復位。在圖15C中，在信號線127上從電容性位置傳感器110來的信號是圖15B中示出的在信號線127上的信號的反相。因此，放大器410在時標3101和3103時在信號線412上產(chǎn)生正脈沖，在時標3102和3104時在信號線412上產(chǎn)生負脈沖。在此情況下，由于開關425a和425b在時標3101和3103時被閉合，在時標3101和3103時的正脈沖以反相極性被輸入到電容器421。此后，當開關427a和427b被信號線426上的高電平信號閉合時，節(jié)點421b被連接到偏壓Vbias。把節(jié)點421a上的電壓減少存儲在電容器421中的信號線412上的正脈沖的振幅。那么電容器421上的負電荷如上所述被轉(zhuǎn)移到電容器435。這樣，反相放大器434的輸出逐漸地增加。如上所述，在時標3102和3104產(chǎn)生的信號線412上的負脈沖也被輸入到電容器421。結(jié)果，當開關427a和427b被閉合時，電容器421上的電荷被轉(zhuǎn)移到電容器435，導致反相放大器435的輸出又逐漸地增加。綜上所述，放大器410、解調(diào)器420和積分器430給A/D轉(zhuǎn)換器440提供了一個模擬電壓。此模擬電壓具有由電容性位置編碼器110輸出的脈沖躍遷大小和極性確定的大小和極性。模擬電壓代表接收器電極160的中心和合成空間波的形心之間的偏差的大小和極性，如圖13所示。A/D轉(zhuǎn)換器440接收的信號的大小和極性表示提供給發(fā)送器電極130的合成空間波形必須移位的大小和方向，以使合成空間波形的形心更接近于接收器電極160的中心162。圖1的位置傳感器110通過跟蹤滑塊112的逐漸移動來確定滑塊112相對于刻度盤114的位置。本發(fā)明的空間波形合成方法和裝置也可以適用于美國專利5,023,559中公開的絕對電容性位置編碼器。除了設置兩個或多個刻度盤之外，這種絕對位置編碼器類似于圖1所示的增量傳感器。本發(fā)明同樣適用于這種傳感器。在這種傳感器中全部要求使用本發(fā)明來提供具有選擇控制邏輯的信號處理器124。選擇控制邏輯選擇刻度盤，傳感器信號將提供給刻度盤，并從刻度盤讀取輸出信號。這種選擇控制邏輯對本領域技術人員是公知的，這里將不再進一步描述。在圖1示出的本發(fā)明的電容性位置編碼器100的測量系統(tǒng)的上述描述中，第一發(fā)送器電極130接收產(chǎn)生合成空間波形的信號。合成空間波形從滑塊112耦合到刻度盤114，并返回到滑塊114上至少一個第二接收器電極160。至少一個第二接收器電極160接收的的合成空間波形產(chǎn)生一個表示滑塊112和刻度盤114之間的相對位置的電壓。然而，應當理解，如′559專利中所討論的那樣，電容性位置編碼器能夠在“相反的”方向下操作。圖16示出了本發(fā)明的測量系統(tǒng)，其通常以向前和向后方向都可以的形式。如圖16所示，當空間波形通過位置傳感器110耦合時，微處理器400接收一個表示空間波形的相移的信號Vf，微處理器400然后向ROM470輸出一個地址，以選擇需要的系數(shù)來移位合成空間波形，使反饋電壓Vf減小到零。微處理器400根據(jù)合成空間波形的相位調(diào)節(jié)，在顯示器128上顯示滑塊112相對于刻度盤114的位置。而且，微處理器400在每個測量周期期間提供多個地址，因此合成空間波形的相移是與微處理器400輸出的每個地址相對應的每個單獨空間波形相移的平均值。例如，如圖17所示，電容性位置傳感器110接收代表第一發(fā)送器電極130上一個合成空間波形的信號，并在第二接收器電極160上輸出一個表示電容性位置編碼器110的刻度盤114和滑塊112這宰的相對位置的電壓。合成空間波形由調(diào)制器460的一組“異或”門462產(chǎn)生。異或門462把振蕩器450的輸出乘以RODM470輸出的各個系數(shù)C0-C7。存儲在ROM470的每個地址中的每一組系數(shù)C0-C7與用在時標3101-3104之一提供的各個空間波形的特定相位相對應。調(diào)制器460的“異或”門462根據(jù)ROM470的系數(shù)C0-C7調(diào)制振蕩器450的脈沖。當每個空間波形在時標3101-3104被提供給電容性位置傳感器110時，第二接收器電極160上的有效電壓在累加器490中累積。累加器490包括圖12中的放大器410、解調(diào)器420、積分器430和A/D轉(zhuǎn)換器440。在測量周期的末端，從累加器490輸出的電壓代表確定合成空間波形位置以減少Vf的大小所需要的位移大小和方向。如上所述，電容性位置傳感器110以實質(zhì)上相同的方式在相反的方向上被驅(qū)動，如圖18所示。如圖18所示，振蕩器450輸出四個脈沖，其中一個脈沖在每個時標3101-3104時以圖17中相同的方式輸出。這些脈沖被施加于第二接收器電極160。這些脈沖從電極160電容耦合到電極150，轉(zhuǎn)移到電極140，然后電容耦合到電極132a-132h(8個通道)。這八個傳送通道中的每一個通道具有一個轉(zhuǎn)移函數(shù)，它取決于滑塊112相對于刻度盤114的位置。乘法器460′從第一發(fā)送器電極130接收該信號，還從ROM470接收一組系數(shù)C0-C7。每一個系數(shù)C0-C7具有一個值-1、0或+1。系數(shù)C0-C7通過乘以電極130接收的信號來調(diào)節(jié)合成空間濾波器的相位。這就有效地、空間地過濾了電極130的靈敏度曲線。然后從乘法器460′的八個通道的輸出電荷總和被輸入到累加器490′，從而在測量時間的末端輸出一個電壓。然后此電壓被A/D轉(zhuǎn)換器440轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。該數(shù)字信號被微處理器440用來確定滑塊112相對于刻度盤114的位置，以及選擇將從ROM470輸出的一組新的系數(shù)C0-C7來移動電極130接收的合成空間波形的相位。在圖17和18中，微處理器400向ROM470輸出一個相位信號，以輸出用來調(diào)節(jié)合成空間轉(zhuǎn)移函數(shù)的相位的系數(shù)C0-C7，從而反饋電壓Vf減至最小。根據(jù)相位調(diào)節(jié)信號，微處理器400確定滑塊112相對于刻度盤114的位置。位置傳感器110、振蕩器450、以及圖17的調(diào)制器460或圖18的乘法器460′形成一個轉(zhuǎn)移函數(shù)裝置。轉(zhuǎn)移函數(shù)裝置的轉(zhuǎn)移函數(shù)Tc根據(jù)滑塊112相對于刻度盤114的位置和合成空間波形的相位輸出一個電壓Vf，其中合成空間波形與微處理器400在測量周期內(nèi)輸出的地址組相對應。而且，無論電子位置編碼器是圖1所示的增量電容性位置編碼器、絕對位置編碼器還是一些其他型式的電子位置編碼器，轉(zhuǎn)移函數(shù)Tf都是存在的。此外，轉(zhuǎn)移函數(shù)的存在與電容性位置編碼器100是從一個或多個接收器電極接收空間波形、還是在多個發(fā)送器電極上產(chǎn)生一個空間波形無關。在每種情況下，微處理器400在每一次測量期間輸出多個地址，因此，由測量周期內(nèi)產(chǎn)生的所有相位信號引起的合成空間波形可能在相位上被移動，位移增量小于發(fā)送器電極130的間距。應當理解，微處理器400可以通過使用編程的微處理器或微處理控制器(和外圍積分電路元件)，ASIC或其他積分電路，諸如分離元件電路的硬連線電子或邏輯電路，諸如PLD、PLA或PAL的可編程的邏輯裝置，或類似的裝置來實現(xiàn)。還應當理解，ROM470最好由一個ROM來實現(xiàn)。然而，ROM470也可以由一個PROM，和EPROM，一個EEPROM，一個瞬時存儲器，一個硬連線邏輯電路，或類似的裝置來實現(xiàn)。應當理解，雖然為示意說明在這里描述了本發(fā)明的具體實施例，在不脫離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下可以得到各種變形。顯然，各種替換物、變形、和變化對本領域或技術人員是顯而易見的。因此，前述的本發(fā)明的實施例是示意性的，而不是限定。在不脫離本發(fā)明所附的權利要求的精神和保護范圍的情況下可以得到各種變化。權利要求1.一種用來測量第一和第二部件之間的相對位置的系統(tǒng)，包括一個電容性位置傳感器，包括沿測量軸彼此可相對移動的第一和第二基片；形成在第一基片上的一排電極，電壓提供給與一個空間波形相對應排列的電極；在所述第一基片上形成至少一個其它電極，根據(jù)一預定轉(zhuǎn)移函數(shù)通過從所述其它電極接收的信號，所述其它電極通過所述第二基片電容性耦合到所述排電極，與沿所述測量軸的第一和第二基片之間的相對位置以及在所述排電極上的所述空間波形位置和形狀相對應，預定轉(zhuǎn)移函數(shù)限定在所述排電極和每個其它電極(perkA)之間的空間波形耦合；以及一個連接到所說排電極的空間波形移相器，用來把空間波形的位置沿所說的排列移動一個距離，該距離相應于作為控制信號的函數(shù)的一個預定距離的整數(shù)倍，從而所說的空間波形的移位與沿所說的測量軸的所說的第一和第二基片之間的相對位置相一致。一個控制系統(tǒng)，它連接到所說的電容性位置編碼器的其他電極并連接到所說的空間波形移相器，所說的控制系統(tǒng)向所說的空間波形移相器提供每個位置測量的所說控制信號，在每個位置測量期間所說的控制信號導致多個空間波形通過所說的空間波形移相器和所說的電容性位置編碼器被耦合，通過所說的空間波形移相器的至少一個空間波形的相移不同于通過所說的空間波形移相器的至少一個其他的空間波形的相移，其差別為所說的預定距離的整數(shù)倍，因此通過的所說的空間波形移相器耦合的所說的多個空間波形的平均相移可能是所說的預定距離的幾分之一，所說的控制系統(tǒng)從所說的電容性位置編碼器接收反饋信號，該反饋信號與在每次位置測量期間通過所說的空間波形移相器和所說的電容性位置編碼器耦合的所述多個空間波形的相移的平均值相對應，所說的控制系統(tǒng)產(chǎn)生下一個位置測量的控制信號，作為所說的反饋信號的函數(shù)以降低所說的反饋；和一個位置測定系統(tǒng)，從所說的控制系統(tǒng)接收所說的控制信號，用來確定所說的第一基片相對于所說的第二基片的位置，作為所說的控制信號的函數(shù)。2.根據(jù)權利要求1測量系統(tǒng)，其中所說的空間波形移相器向所說的排列中的電極施加相應的電壓，從而向所說的排列提供一個空間波形，其中由于在每個測量中提供給所說排列的所說多個空間波形中每一個空間波形的原因，相應的電壓在所說的其他電極產(chǎn)生。3.根據(jù)權利要求2的測量系統(tǒng)，其中所說的空間波形移相器包括產(chǎn)生多個脈沖的一個時鐘；記錄多組系數(shù)的一個存儲器，所說的每一組系數(shù)相應于所說的空間波形的各個相移，為所說排列電極的間距的整數(shù)倍，所說的存儲器由所說的控制信號標記地址，從而所說的控制信號確定所說的存儲器輸出的系數(shù)組；一個調(diào)制器，對于每個位置測量，從所說的時鐘接收多個脈沖并從所說的存儲器接收相應的多個系數(shù)，對于每一個所說的脈沖，所說的調(diào)制器向所說的排列中的電極提供相應電壓，所說的電壓形成相位與所說系數(shù)的所說的組相對應的一個空間波形。4.根據(jù)權利要求2的測量系統(tǒng)，其中所說的空間波形移相器包括產(chǎn)生多個脈沖的一個時鐘；記錄多組系數(shù)的一個存儲器，所說的每一組系數(shù)相應于所說的空間波形的各個相移，為所說排列電極的間距的整數(shù)倍，所說的存儲器由所說的控制信號標記地址，從而所說的控制信號確定所說的存儲器輸出的系數(shù)組；一個調(diào)制器，對于每個位置測量，從所說的時鐘接收多個脈沖并從所說的存儲器接收相應的多個系數(shù)，對于每一個所說的脈沖，所說的調(diào)制器向所說排列中的電極提供相應電壓，所說的電壓形成相位與所說系數(shù)的所說組相對應的一個空間波形，所說的調(diào)制器包括一組邏輯門，每一組邏輯門從所說的時鐘接收脈沖并從所說的存儲器接收一個相應系數(shù)，所說的邏輯門的輸出被連接到所說排列中的相應電極。5.根據(jù)權利要求1的測量系統(tǒng)，其中對于每個測量，多個脈沖被順序地提供給所說的其他電極，由于對每個測量，所說多個脈沖中的每個脈沖提供給所說的其他電極，其結(jié)果是所說的空間波形移相器從所說的排列中電極接收各個電壓。6.根據(jù)權利要求4的測量系統(tǒng)，其中所說的空間波形移相器包括記錄多組系數(shù)的一個存儲器，所說的每一組系數(shù)相應于所說的空間波形的各個相移，為所說排列電極的間距的整數(shù)倍，所說的存儲器由所說的控制信號標記地址，從而所說的控制信號確定所說的存儲器輸出的系數(shù)組；一個接收多個空間波形的解調(diào)器，對于每一個位置測量，每一個空間波形與從所說的排列中的電極來的一組電壓和從所說的存儲器來的相應的多組系數(shù)相對應，所說的解調(diào)器根據(jù)從所說的排列中的電極接收的所說的空間波形中的每一個空間波形產(chǎn)生相應電壓，每個所說的電壓具有一個值，該值與從所說排列接收的一個相應空間波形的相位和一個相應的所說的系數(shù)組相對應。7.根據(jù)權利要求4的測量系統(tǒng)，其中所說的空間波形移相器包括一個記錄多組系數(shù)的存儲器，所說的每一組系數(shù)相應于所說的空間波形的各個相移，為所說的排列電極的間距的整數(shù)倍，所說的存儲器由所說的控制信號標記地址，從而所說的控制信號確定所說的存儲器輸出的系數(shù)組；一個接收多個空間波形的解調(diào)器，對于每一個位置測量，每一個空間波形與從所說的排列中的電極來的一組電壓和從所說的存儲器來的相應的多組系數(shù)相對應，所說的解調(diào)器根據(jù)從所說的排列中的電極接收的所說的空間波形中的每一個空間波形產(chǎn)生相應電壓，每個所說的電壓具有一個值，該值與從所說的排列接收的一個相應空間波形的相位和相應的所說系數(shù)組相對應，所說的解調(diào)器包括一組邏輯門，每個邏輯門從所說的序列中的一個電極接收一個相應的電壓和從所說的存儲器接收一個相應的系數(shù)，所說的邏輯門的輸出被組合，以產(chǎn)生所說的反饋信號。8.根據(jù)權利要求1的測量系統(tǒng)，其中所說的容性位置編碼器是一個增量容性位置編碼器。9.根據(jù)權利要求1的測量系統(tǒng)，其中所說的容性位置編碼器是一個絕對容性位置編碼器。10.根據(jù)權利要求1的測量系統(tǒng)，其中所說的預定距離是所說的排列電極的間距，因此通過所說的空間波形移相器耦合的所說的多個空間波形的平均相移可能是所說的電極序列的間距的幾分之一。11.一個容性位置編碼器測量，包括一個容性位置編碼器，具有沿一個測量軸彼此可相對移動的第一和第二基片，一排電極形成在所說的第一基片上，所說的排列中的電極上的電壓相對應于一個空間波形，并且至少一個其他的電極形成在所說的第一基片上，所說的其他電極通過所說的第二基片電容性地耦合到電極的所說的排列，相位與所說的第一和第二基片之間沿所說的測量軸的相對位置相對應。一個連接到所說電極的排列的信號發(fā)生器，對于每個位置測量所說的信號發(fā)生器，向所說的排列中的各電極提供多組離散電壓，提供給所說的電極的所說的電壓的平均值導致空間波形具有一個相對于所說的排列可由控制信號選擇的位置，每一個所說離散電壓組導致在所說的其他電極產(chǎn)生一個相應的輸出信號，信號具有的大小和極性由所說的空間波形相對于所說排列的位置和所說的空間波形從所說的排列到所說的其他電極的電容性耦合的相位確定；一個連接到所說的其他電極的累加器，所說的累加器產(chǎn)生一個電壓，代表在每個測量期間產(chǎn)生的多個所述輸出信號的值；以及一個連接到所說的信號發(fā)生器和所說的累加器的處理器，對于每一組所說的離散電壓，所說的處理器向所說的信號發(fā)生器提供一個相應的控制信號，所說的處理器產(chǎn)生所說的控制信號，作為在前一次的測量期間產(chǎn)生的一個電壓反饋信號的函數(shù)，因此提供給所說的排列的空間波形的位置在一個方向上移動，導致在所說的前一測量期間產(chǎn)生的所說的電壓反饋信號的大小降低，所說的處理器從電壓反饋信號進一步確定在所說的第一和第二基片之間沿所說的測量軸的相對位置。12.根據(jù)權利要求11的測量系統(tǒng)，其中所說的信號發(fā)生器包括一個產(chǎn)生多個脈沖的時鐘；一個記錄多組系數(shù)的存儲器，所說的每一組系數(shù)與一個相應組的所說的離散電壓相對應，所說的存儲器由所說的控制信號標記地址，因此所說的控制信號確定由所說的存儲器輸出的系數(shù)組；以及邏輯門的組，每一組邏輯門從所說的時鐘接收脈沖和從所說的存儲器接收一個相應系數(shù)，所說的邏輯門的輸出被連接到所說的排列中的相應電極。13.根據(jù)權利要求11的測量系統(tǒng)，其中所說的信號發(fā)生器在每一個測量期間向所說的排列中的每個電極提供一個數(shù)字波形，每個所說的波形中的邏輯電平躍遷的極性和時標決定每個所說的離散電壓的極性。14.根據(jù)權利要求11的測量系統(tǒng)，其中所說的信號發(fā)生器在每一個測量期間向所說的排列中的每個電極提供一個數(shù)字波形，在每個所說的波形中的邏輯電平躍遷的數(shù)量、極性和時標決定所說的空間波形每個分量的大小和極性，并且其中在從所說的排列耦合到其他電極后所說的累加器累積所說的躍遷的數(shù)量、時標、和極性，并產(chǎn)生所說的電壓反饋信號，作為所說的躍遷的數(shù)量、極性和周期的函數(shù)。15.根據(jù)權利要求11的測量系統(tǒng)，其中所說的信號發(fā)生器在每個測量期間向所說的排列中的每個電極提供一個數(shù)字波形，每個所說的波形中的邏輯電平躍遷的數(shù)量、極性、和周期確定所說的空間波形的每一分量的大小和極性，并且在從所說的排列耦合到其他電極后所說的累加器累積所說的躍遷的數(shù)量、極性和周期，所說的累加器包括一個解調(diào)器，解調(diào)器對于每次躍遷產(chǎn)生一個脈沖，所說的脈沖具有一個由所說的躍遷的極性和時標決定的極性，所說的累加器還包括一個積分器，積分器對所說的脈沖求和并產(chǎn)生一個與之相對應的積分器輸出，所說的累加器進一步包括一個模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器接收所說的積分器輸出并向所說的處理器提供一個相對應的數(shù)字字。16.一種測量電容性位置編碼器中的第一和第二基片之間的相對位置的方法，其中所說空間波形通過所說的編碼器的相移與所說的第一和第二基片之間沿測量軸的相對位置相對應，所說的方法包括(a)對于每個位置測量，把多個信號耦合到所說的編碼器，每個所說的信號使各個空間波形通過所說的編碼器與所說的空間波形耦合在一起，產(chǎn)生一個合成空間波形，通過所說的編碼器耦合后的所說的合成波形的相位與所說的空間波形的相位的平均值和通過所說的編碼器的所說的合成波形的相移相對應；(b)確定通所說的電容性位置編碼器耦合后的所說的合成空間波形的相移；(c)通過改變至少部分所說的空間波形的相位，而與通過所說的編碼器的所說的空間波形的相位移無關，朝向一個預定值調(diào)整通過所說編碼器耦合后的合成空間波形的相位；以及(d)確定所說的第一和第二基片之間沿測量軸的相對移動，作為所說的合成波形相位調(diào)整的函數(shù)；以及(e)重復步驟(a)-(d)，同時記錄所說的第一和第二基片之間的相對移動，以提供所說的第一基片和第二基片之間沿所說的測量軸的相對位置的指示。17.根據(jù)權利要求16的方法，其中所說的電容性位置編碼器包括形成在所說的第一基片上的一排列電極，所說的排列中的電極上的電壓相對應于空間波形，并且至少有一個其他電極形成在所說的第一基片上，通過所說的第二基片所說的其他電極電容性耦合到所說排列的電極，所說的電極排列和所說的其他電極之間的所說的空間波形的相移相對應于沿所說的測量軸在所說的第一和第二基片之間的相對位置，并且其中把多個信號耦合到所說的編碼器的所說的步驟包括，對于每個空間波形，向所說排列中的每個電極提供一個相應的電壓，因此，對于每個位置測量，多組電壓提供給所說的排列。18.根據(jù)權利要求16的方法，其中所說的電容性位置編碼器包括形成在所說的第一基片上的一個排列電極，所說的排列中的電極上的電壓相對應于空間波形，并且至少有一個其他電極形成在所說的第一基片上，通過所說的第二基片所說的其他電極電容性耦合到所說的電極排列，所說的電極排列和所說的其他電極之間的所說的空間波形的相移相對應于所說的第一和第二基片之間沿所說的測量軸的相對位置，并且其中把多個信號耦合到所說的編碼器的所說的步驟包括，對于每個位置測量，用來自所說的存儲器的相應多組系數(shù)調(diào)制多個脈沖，所說的組中的每個系數(shù)相對應于所說的排列中的一個電極，因此對于每個所說的測量，多個已調(diào)制脈沖被提供給每個所說的電極，每組已調(diào)制脈沖形成一個相位與所說的組的所說的系數(shù)相對應的空間波形。19.根據(jù)權利要求16的方法，其中所說的容性位置編碼器包括形成在所說的第一基片上的一排列電極，所說的排列中的電極上的電壓相對應于一空間波形，并且至少有一個其他電極形成在所說的第一基片上，通過所說的第二基片所說的其他電極電容性地耦合到所說的電極排列，所說的電極排列和所說的其他電極之間的所說的空間波形的相位移相對應于所說的第一和第二基片之間沿所說的測量軸的相對位置，其中把多個信號耦合到所說的編碼器的所說的步驟包括，對于每個空間波形，向所說的排列中的每個電極提供一個相應的電壓，因此，對于每個位置測量，多組電壓被提供給所說的排列，并且其中調(diào)整合成空間波形的相位的所說的步驟包括，對于提供給所說排列的所說電壓組，確定從所說的排列耦合到所說的其他電極的各個信號的平均值，并且改變提供給所說的排列中的所說的電極的至少部分電壓作為耦合到所說的其他電極的平均值的函數(shù)。20.根據(jù)權利要求16的方法，其中所說的電容性位置編碼器包括形成在所說的第一基片上的一個排列電極，所說的排列中的電極上的電壓相對應于一空間波形，并且至少有一個其他電極形成在所說的第一基片上，通過所說的第二基片所說的其他電極電容性地耦合到所說的電極排列，所說的電極排列和所說的其他電極之間的所說的空間波形的相移相對應于所說的第一和第二基片之間沿所說的測量軸的相對位置，其中把多個信號耦合到所說的編碼器的所說的步驟包括，對于每個空間波形，向所說的排列中的每個電極提供一個相應的電壓，因此，對于每個位置測量，多組電壓被提供給所說的排列，并且其中確定通過所說的電容性位置編碼器耦合后的所說的合成空間波形的相移的所說的步驟包括，對于提供給所說的排列的所說的電壓組，確定從所說的排列耦合到所說的其他電極的各個電壓的平均值。全文摘要一種在電子位置編碼器中用來合成空間波形的方法和裝置,使提供給電子位置傳感器的合成空間波形的位置能夠以小于電子位置傳感器的電極間距的量逐步增加。通過在位置測量期間向電子位置傳感器提供幾個獨立的空間波形。調(diào)整合成空間波形的位置。一個或多個獨立的空間波形的位置以電極間距的增量被改變。在一個實施例中,合成空間波形被提供給電子位置傳感器的發(fā)送器電極。調(diào)整合成空間波形的位置,使電子位置傳感器的電壓減至最小。文檔編號G01D5/241GK1181564SQ9711300公開日1998年5月13日申請日期1997年4月17日優(yōu)先權日1996年4月17日發(fā)明者N·I·安德默申請人:株式會社三豐