專利名稱：角度編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及角度位置傳感器，具體的是在不需要計(jì)算參考標(biāo)記的情況下感測旋轉(zhuǎn)體的絕對旋轉(zhuǎn)角度。
刻度盤由光發(fā)射裝置所表示，該裝置是電磁輻射(EMR)源、通常是紫外線(UV)、可視的或紅外線(IR)光，其在對EMR敏感的光探測器的一個(gè)或多個(gè)陣列上產(chǎn)生圖形。這種陣列包括CCD裝置、VLSI可視芯片、一維和兩維光探測器陣列和平面效應(yīng)光二極管(通常指例如PSD或位置靈敏裝置)。進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)陣列的輸出以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)體角度位置的測量?？梢詫⒖潭缺P布置在旋轉(zhuǎn)體軸的軸向或徑向，并且其本性允許不顧旋轉(zhuǎn)體的角度位置允許陣列的連續(xù)輸出，當(dāng)所限陣列維數(shù)不允許在任何時(shí)刻陣列及時(shí)觀察整個(gè)圓周或徑向表面時(shí)。
這種傳感器通常提供基于刻度盤的增量角度位置的信號，并且通過計(jì)算已知參考標(biāo)記來確定絕對的角度位置。通?；就ㄟ^眾所公知的技術(shù)例如積分插補(bǔ)來提高增量傳感器的精度。這種積分方法需要不變的條角度間隔。
此外，傳感器可以通過利用用于刻度盤的條形碼來提供基于絕對位置的信號。當(dāng)每組條形碼對于所感測的每個(gè)角度位置是唯一的時(shí)，這些條形碼通常不會具有恒定的角度條間隔，并且這種絕對位置傳感器通常不提供位置測量精度，該位置測量精度是當(dāng)不能使用積分插補(bǔ)技術(shù)時(shí)增量傳感器所提供的。
但是，如果需要絕對位置傳感器具有高精度，則需要兩個(gè)刻度盤。首先通過條形碼的詢問來測量近似絕對位置，然后通過規(guī)則條形圖形的積分插補(bǔ)來提供精確的相對位置。
現(xiàn)有技術(shù)提供了高精度絕對位置測量，并且在5,235,181號(Durana等人)的美國專利中所描述的和本發(fā)明的非常相關(guān)。其描述的傳感器包括兩個(gè)刻度盤、近似絕對位置的偽隨機(jī)條形碼刻度盤以及精確相對位置的規(guī)則隔開的刻度尺。
在5,235,181號美國專利中所描述的位置傳感器具有幾個(gè)固有的缺點(diǎn)。使用兩個(gè)刻度盤使得使用多個(gè)光探測器陣列成為必要，這與單個(gè)陣列相比會增加成本。此外，需要刻度盤和陣列相互之間定位非常精確，這也會增加成本并且限制傳感器的最大精度。此外，維修中機(jī)械偏差和裝配間隙不可避免的變化導(dǎo)致兩個(gè)陣列相對位置的不確定，這也可能會限制最大精度。
本發(fā)明的目的在于，為近似分辨率絕對位置探測和精確分辨率增量位置感測提供單個(gè)刻度盤，其能夠提供所有必需的信息。更適合的是，這可以通過使用具有恒定條間距和可變條寬度的條形碼、或具有可變條間距的條形碼特定形式來實(shí)現(xiàn)。因此，條形碼提供絕對位置感測所需的二進(jìn)位信息，并且還提供能夠精確分辨位置插補(bǔ)的規(guī)則條形圖形。此外，傳感器更適合依靠反射原理，其中光發(fā)射裝置和光探測裝置位于旋轉(zhuǎn)體的同側(cè)，并且刻度盤包括高和低反射率的區(qū)域。
與5,235,181號美國專利中所描述的相比，這種設(shè)計(jì)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)僅使用單個(gè)刻度盤時(shí)，僅需要一個(gè)光探測器陣列，從而降低成本。第二，當(dāng)組合使用兩個(gè)刻度盤時(shí)，將消除相對刻度盤未對準(zhǔn)引起的誤差，從而提供更好的測量精度。第三，兩個(gè)刻度盤的組合將減少傳感器對機(jī)械偏差、公差或軸承間隙的敏感，消除現(xiàn)有技術(shù)中所描述的兩個(gè)刻度盤相對位置和陣列中的變化。第四，反射刻度盤的使用允許更簡單和更緊湊的結(jié)構(gòu)，由于其允許光發(fā)射和光探測裝置在相同裝配中組裝，節(jié)約了傳感器的空間和成本。第五，與能傳送的刻度盤相比，使用反射刻度盤的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是EMR從刻度盤的表面反射并且當(dāng)具有隙縫的情況時(shí)EMR不會受邊緣散射的影響、或當(dāng)在EMR必須穿過傳送區(qū)域中介質(zhì)的透明材料的情況下不受來自內(nèi)部反射、衍射或隨時(shí)間過去而衰減等其他問題的影響。否則這種影響將限制傳感器的最大分辨率。最后，組合的刻度盤沒有兩個(gè)分離的刻度盤復(fù)雜，因此能夠使其產(chǎn)生較快的速度和較低的成本，尤其是如果通過使用例如激光刺點(diǎn)的直接寫技術(shù)。
簡要發(fā)明本發(fā)明是一種角度位置傳感器，其包括至少由外殼部分圍繞的至少一個(gè)機(jī)體，機(jī)體可繞相對于外殼所安裝的旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)，機(jī)體包括固定在該處或與之是整體的光柵元件，光柵元件包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的表面，表面包括以單個(gè)二進(jìn)位條形碼無窮連續(xù)形式排列的高和低EMR反射率區(qū)域的偽隨機(jī)分布；傳感器還包括至少一個(gè)EMR源和至少一個(gè)EMR靈敏探測器的陣列，源照射表面并且陣列接收由表面反射的入射EMR，源和陣列相對于外殼所安裝，因此由入射EMR在陣列上所產(chǎn)生的圖形起因于光柵元件表面低和高反射率的交互區(qū)域，由處理器對陣列上的圖形進(jìn)行處理來得到相對于外殼的區(qū)域的絕對角度位置，并因此提供旋轉(zhuǎn)體相對于外殼的絕對角度位置的測量。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)機(jī)體包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體，每一個(gè)旋轉(zhuǎn)體都具有各自的光柵元件，通過一組預(yù)定的抗扭剛度來連接這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體；和至少一個(gè)EMR靈敏探測器的陣列，用于接收由光柵元件表面反射的入射EMR，通過處理圖形來得到相對于外殼的光柵元件表面區(qū)域的絕對角度位置，并且還通過處理角度位置之間的差值來得到光柵元件的相對角度位置，并因此提供該元件所傳送扭矩的測量。至少EMR靈敏探測器的一個(gè)陣列可以是EMR靈敏探測器的兩個(gè)陣列，其每一個(gè)均與各自的光柵元件有關(guān)。至少一個(gè)EMR源可以是兩個(gè)EMR源，其每一個(gè)與各自的光柵元件有關(guān)。
更適合的是旋轉(zhuǎn)表面可以至少部分是圓柱形或部分是圓錐形。
更適合的是高EMR反射率區(qū)域或低EMR反射率區(qū)域包括具有恒定中心線節(jié)距和可變厚度的條。更適合的是可變厚度的條包括至少兩個(gè)離散厚度的條。更適合的是具有兩種厚度的條，也就是寬條和窄條。
此外，更適合的是高EMR反射率區(qū)域或低EMR反射率區(qū)域包括具有可變中心線節(jié)距的條并且該節(jié)距是基本節(jié)距的整數(shù)倍。更適合的是可變中心線節(jié)距的條具有恒定的厚度。此外條可以有可變的厚度。更適合的是可變厚度條包括至少兩個(gè)離散的厚度。更適合的是條只具有兩個(gè)厚度，也就是寬條和窄條。
在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)表面具有從那里徑向突出的城堡狀突起。更適合的是高反射率區(qū)域相應(yīng)于最大城堡狀突起的區(qū)域，并且低反射率區(qū)域與城堡狀突起之間較小突起區(qū)域有角度的排成直線。此外，更適合的是對最大突起的區(qū)域平滑地進(jìn)行機(jī)械加工、制模加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到高反射率的材料來對表面進(jìn)行處理；并且對不連續(xù)的縫隙區(qū)域或較小突起的區(qū)域平滑地進(jìn)行機(jī)械加工、制模加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到低反射率的材料來對表面進(jìn)行處理。
更適合的是對高反射率區(qū)域噴涂金屬，其是發(fā)光的或淺色的；并且低反射率區(qū)域是充分透明、無光澤、粗糙或深色的，因此形成反射刻度盤。
在表面內(nèi)或外徑向布置至少一個(gè)EMR探測器的陣列。
更適合的是至少一個(gè)EMR探測器陣列包括一維或兩維陣列、CCD、VLSI可視芯片或平面效應(yīng)光二極管。
更適合的是還由處理器對圖形進(jìn)行處理來得到旋轉(zhuǎn)體相對于外殼的角速度。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明的模式

圖1a和1b表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的角度位置傳感器。旋轉(zhuǎn)體1包括光柵元件2，光柵元件2具有由高和低EMR反射率區(qū)域交互構(gòu)成的不連續(xù)外部圓柱表面14，以單個(gè)二進(jìn)位條形碼的形式排列。光柵元件2包括在徑向伸展空腔4中所插入的徑向突出的城堡狀突起3。圓柱表面14上的高反射率區(qū)域相應(yīng)于相對旋轉(zhuǎn)體1旋轉(zhuǎn)軸8的城堡狀突起3最大半徑12的區(qū)域，并且可以對其平滑地進(jìn)行機(jī)械加工、制模加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到所需高反射率的材料來對表面進(jìn)行處理。圓柱表面14上的低反射率區(qū)域相應(yīng)于不連續(xù)縫隙區(qū)域13，并且其由于空腔4的存在而基本上不反射，包括排列在比前述區(qū)域12半徑小的最小半徑15區(qū)域，并且對其進(jìn)行理想的機(jī)械加工、制模加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到低反射率的材料來對表面進(jìn)行處理。將旋轉(zhuǎn)體1裝入外殼5中并且由軸承6和7對其進(jìn)行支撐，并且其能夠繞旋轉(zhuǎn)軸8而旋轉(zhuǎn)。EMR源10和EMR靈敏光探測器陣列9安裝在外殼5中，并且將其布置成使EMR源10照亮不連續(xù)表面14，表面14將EMR反射到基本上徑向布置陣列9。因此在陣列9上產(chǎn)生圖形，并由處理器11對其進(jìn)行處理來提供旋轉(zhuǎn)體1相對于外殼5的絕對角度位置的測量。必須注意的是該說明書中的單詞“反射”、“被反射”、“反射率”是指鏡面反射和/或漫反射。
圖2a和2表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的另一種角度位置傳感器。旋轉(zhuǎn)體1包括光柵元件2，光柵元件2其具有由高和低EMR反射區(qū)域所交替組成的不連續(xù)徑向扁平圓盤表面14，以單個(gè)二進(jìn)位條形碼連續(xù)的方式對其進(jìn)行布置。光柵元件2包括在軸向伸展空腔4之間所插入的軸向突出的城堡狀突起3。高反射率區(qū)域相應(yīng)于相對旋轉(zhuǎn)體1旋轉(zhuǎn)軸8的城堡狀突起3最大軸向突起12的區(qū)域，并且可以對其平滑地進(jìn)行機(jī)械加工、制模加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到所需高反射率的材料來對表面進(jìn)行處理。低反射率區(qū)域相應(yīng)于不連續(xù)縫隙區(qū)域13，并且其由于空腔4的存在而基本上不反射。將旋轉(zhuǎn)體1裝入外殼5中并且由軸承6和7對其進(jìn)行支撐，并且其能夠繞旋轉(zhuǎn)軸8而旋轉(zhuǎn)。EMR源10和EMR靈敏光探測器陣列9安裝在外殼5中，并且將其布置成使EMR源10照亮不連續(xù)表面14，表面14將EMR再輻射到基本上軸向布置的陣列9。因此在陣列9上產(chǎn)生圖形，并由處理器11對其進(jìn)行處理來提供旋轉(zhuǎn)體1相對于外殼5的絕對角度位置的測量。
圖3a和3b表示的是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的角度位置傳感器。旋轉(zhuǎn)體1的光柵元件2包括由高和低反射率區(qū)域交替組成刻度盤形式的連續(xù)圓柱表面20，以單個(gè)二進(jìn)位條形碼的形式進(jìn)行排列。噴涂金屬的敷層、或其他發(fā)亮或淺色的材料或表面處理，提供基本上軸向排列的高反射率區(qū)域21。充分透明、無光澤、粗糙或深色材料或表面處理提供空隙隔開的低反射率區(qū)域22。將旋轉(zhuǎn)體1裝入外殼5中并且由軸承6和7對其進(jìn)行支撐，并且其能夠繞旋轉(zhuǎn)軸8而旋轉(zhuǎn)。EMR源10和EMR靈敏光探測器陣列9安裝在外殼5中，并且將其布置成使EMR源10照亮高和低反射率區(qū)域21和22，區(qū)域21和22將EMR再輻射到基本上徑向布置的陣列9。因此在陣列9上產(chǎn)生圖形，并由處理器11對其進(jìn)行處理來提供旋轉(zhuǎn)體1相對于外殼5的絕對角度位置的測量。
圖4a和4b表示的是本發(fā)明第二實(shí)施例的另一個(gè)角度位置傳感器。旋轉(zhuǎn)體1的光柵元件2包括由高和低反射率區(qū)域交替組成刻度盤形式的不連續(xù)徑向扁平圓盤表面20，以單個(gè)二進(jìn)位條形碼的形式進(jìn)行排列。噴涂金屬的敷層、或其他發(fā)亮或淺色的材料或表面處理，提供基本上徑向排列的高反射率區(qū)域21。充分透明、無光澤、粗糙或深色材料或表面處理提供空隙隔開的低反射率區(qū)域22。將旋轉(zhuǎn)體1裝入外殼5中并且由軸承6和7對其進(jìn)行支撐，并且其能夠繞旋轉(zhuǎn)軸8而旋轉(zhuǎn)。EMR源10和EMR靈敏光探測器陣列9安裝在外殼5中，并且將其布置成使EMR源10照亮高和低反射率區(qū)域21和22，區(qū)域21和22將EMR再輻射到基本上軸向布置的陣列9。因此在陣列9上產(chǎn)生圖形，并由處理器11對其進(jìn)行處理來提供旋轉(zhuǎn)體1相對于外殼5的絕對角度位置的測量。
在第一或第二實(shí)施例的所有情況中，將會明白可以容易對處理器11編程或硬連接來計(jì)算作為時(shí)間函數(shù)的旋轉(zhuǎn)體1絕對角度位置變化率，并因此還提供旋轉(zhuǎn)體1相對外殼5的絕對角速度的測量。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明第一或第二實(shí)施例(也根據(jù)下面描述的第三實(shí)施例)由陣列9上入射的EMR所產(chǎn)生的圖形。單個(gè)比特位30a-e代表陣列9圖形的暗區(qū)域，其是由于減少低反射率區(qū)域13(第一實(shí)施例)和22(第二實(shí)施例)的反射水平所引起的。陣列9是一維“線性”陣列，例如具有128像素和大約8毫米長的活動窗口的Texas Instruments TSL 1410 Black & White Linear Array 芯片。該陣列用于提供絕對角度位置測量和精確分辨率增量的角度位置測量?？梢酝ㄟ^讀取至少一個(gè)由預(yù)定數(shù)比特所形成的完整字符來完成絕對角度位置的測量，在這種情況下字符31包括五個(gè)比特，以允許識別代表絕對角度位置測量的偽隨機(jī)序列的字符。通常這種偽隨機(jī)序列的布置和使用在圖象分析技術(shù)中是眾所周知，并且在5,576,535號美國專利中描述了關(guān)于測量絕對線性位移。這種序列一個(gè)組合的另一個(gè)示例在1989年的lan Stewart,Penguin Books的“Game,Set and Math”中描述為Ouroborean ring。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中所使用高和低EMR反射率區(qū)域的布置是不同的，雖然由于陣列9上所產(chǎn)生的圖形包括具有可變寬度“p”和“q”的恒定中心線節(jié)距“a”(也就是相鄰條中心線之間的間隔距離)。圖5表示五比特的字符31，具有由寬度為“p”的比特位30a和30d所代表的二進(jìn)制數(shù)“1”和由寬度為“q”的比特位30b、30c和30e所代表的二進(jìn)制數(shù)“0”。因此完整字符31是10010(也就是基數(shù)10中的18)，由處理器11對其進(jìn)行處理來提供旋轉(zhuǎn)體1的唯一絕對角度位置。重要的是，高和低EMR反射率區(qū)域的布置，在陣列9上產(chǎn)生具有恒定節(jié)距的圖形，允許相同圖形，并且將陣列用于精確分辨率增量角度位置的測量。圖5中也表示了這種插補(bǔ)技術(shù)。由P(x)來表示陣列9上的EMR強(qiáng)度圖形，其中x是表示角度位移的水平刻度并且P是x的函數(shù)。
如果EMR強(qiáng)度圖形是正弦曲線，那么P(x)=sin[2π(x-d)/a]其中a=圖形節(jié)距，和d=圖形位移由陣列9的單個(gè)像素對P(X)進(jìn)行采樣。假設(shè)Pi代表i-th的樣本。因此樣本的“圖形矢量”可以表示為P=[P1、P2、P3、…Pn]。
現(xiàn)在定義兩個(gè)加權(quán)函數(shù)，是正弦和余弦加權(quán)矢量ki1=sin(2πi/a)，其中i=1…nki2=cos(2πi/a)，其中i=1…n因此可以給出相位角α是a=arctan[(∑Piki1)/(∑Piki2)]，其中i=1…n作為結(jié)果的相位角α是與正弦和余弦加權(quán)矢量相關(guān)圖形增量位移的測量，并且提供精確分辨率角度位置測量，也就是按照統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，多次比一比特圖形的寬度更精確。結(jié)合近似分辨率絕對角度位置測量和精確分辨率增量角度位置測量來提供絕對角度位置探測器，該探測器具有僅需一個(gè)探測器陣列的精確分辨率并且具有對機(jī)械偏差和不重合的低敏感度。
根據(jù)這種“卷積算法”可以同樣對具有恒定節(jié)距的其它類型條形碼的使用進(jìn)行處理，例如可以將二進(jìn)位信息編碼為條的長度而不是寬度的差值。此外，例如通過利用灰度代碼可以將二進(jìn)位的信息編碼為重新輻射處理的EMR衰減水平的差值。此外，盡管這個(gè)實(shí)施例論證了基于具有恒定條節(jié)距和可變條寬度條形碼的卷積算法，應(yīng)該明白的是該算法將在可變條節(jié)距情況下順利起相等的作用，只要所選擇的條節(jié)距是“基本節(jié)距”的整數(shù)倍。例如，參照圖5中所使用的術(shù)語，分離比特位30a-e的中心線節(jié)距可以分別布置為“a”、“3a”、“2a”，并且“a”(具有a的基本節(jié)距)不是圖5中所示的恒定節(jié)距“a”。確實(shí)將“a”的任何整數(shù)倍用于連續(xù)比特位之間的中心線節(jié)距。在選擇了條形碼的這種可變節(jié)距格式的情況下，可以通過改變節(jié)距間隔(而不是條的寬度)來完成對條形碼的加密(如圖5中的位圖所示)，因此在這種情況下對于使用恒定的條寬度并且仍然圓滿完成對近似絕對角度位測量的條形碼加密是現(xiàn)實(shí)可行的。
還應(yīng)該注意的是與所描述的實(shí)施例相比較，條形碼的序列可能具有相反的反射率，也就是高反射率區(qū)域利用低反射率區(qū)域作為背景。
此外在給出的說明書中“高反射率”和“低反射率”是參照所選擇的特定EMR源大概定義的。例如，如果使用紅光EMR源，反射光柵表面的高和低反射率區(qū)域可以由分別利用紅和藍(lán)表面敷層所油漆(或者通過另外的方法來著色)的區(qū)域所組成。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的角度位置傳感器。角度位置傳感器包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體1a和1b，由預(yù)定抗扭剛度的扭桿23將它們連接。光柵元件2a和2b分別固定在或與旋轉(zhuǎn)體1a和1b結(jié)合，并且陣列9a和9b分別接收從表面20a和20b再輻射的入射EMR。在某個(gè)其它實(shí)施例(沒有示出)中，可以將陣列9a和9b組合為單個(gè)陣列。因此這種單個(gè)陣列必須是2D陣列，并且將接收從表面20a和20b反射的EMR。同樣地，在某個(gè)其它實(shí)施例(沒有示出)中，EMR源10a和10b可以組合為單個(gè)EMR源。
表面20a和20b可以表示為類似于圖3a和3b中的表面20，也就是這些表面是圓柱形并且每一個(gè)都包括由高和低反射率交互區(qū)域所組成的刻度盤，并且以單個(gè)二進(jìn)制條形碼無窮連續(xù)的形式而排列。應(yīng)該考慮的是其它類型的“旋轉(zhuǎn)表面”可以用于代替這些連續(xù)的圓柱表面20a和20b，例如連續(xù)扁平圓盤表面(類似于圖4a和4b中的表面20)、不連續(xù)圓柱表面(類似于圖1a和1b中的表面14)、或不連續(xù)扁平圓盤表面(類似于圖2a和2b中的表面14)。該說明書中旋轉(zhuǎn)體的“旋轉(zhuǎn)表面”定義為圍繞旋轉(zhuǎn)軸等距布置的表面，其中旋轉(zhuǎn)體繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
陣列9a和9b上的圖形、或上述單個(gè)陣列(沒有示出)上的圖形，由處理器11來處理以得到每個(gè)光柵元件2a和2b表面20a和20b上分別相對外殼5的高和低反射率(或其它實(shí)施例中的傳輸率)區(qū)域的絕對角度位置。還通過處理器11來處理這些絕對角度位置之間的差值來得到光柵元件2a和2b的相對角度位移，并因此提供對由扭桿23所傳送扭矩的測量。
因此角度位置傳感器的第三實(shí)施例不僅提供兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體1a和1b中每一個(gè)相對外殼5的絕對角度位置(以及上述的它們角速度)的測量，而且還提供施加在旋轉(zhuǎn)體1a和1b之間扭矩(由扭桿23對其作用)的測量。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不違背本發(fā)明的精神和范圍的的前提下，可以對本發(fā)明做出多種改變和修改。
權(quán)利要求
1．一種角度位置傳感器，包括至少由外殼部分圍繞的至少一個(gè)機(jī)體，機(jī)體可繞相對于外殼所固定的旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)，機(jī)體包括固定在該處或與之是整體的光柵元件，光柵元件包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的表面，表面包括以單個(gè)二進(jìn)位條形碼無窮連續(xù)形式排列的高和低EMR反射率區(qū)域的偽隨機(jī)分布；傳感器還包括至少一個(gè)EMR源和至少一個(gè)EMR靈敏探測器的陣列，源照射表面并且陣列接收由表面反射的入射EMR，源和陣列相對于外殼所固定，因此由入射EMR在陣列上所產(chǎn)生的圖形起因于光柵元件表面低和高反射率的交互區(qū)域，由處理器對陣列上的圖形進(jìn)行處理來得到相對于外殼的區(qū)域的絕對角度位置，并因此提供旋轉(zhuǎn)體相對于外殼的絕對角度位置的測量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中至少一個(gè)機(jī)體包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體，每一個(gè)旋轉(zhuǎn)體都具有各自的光柵元件，通過一組預(yù)定的抗扭剛度來連接這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體；和至少一個(gè)EMR靈敏探測器的陣列，用于接收由光柵元件的表面反射的入射EMR，通過一個(gè)或多個(gè)處理圖形來得到光柵元件表面區(qū)域相對于外殼的絕對角度位置，并且還通過處理角度位置之間的差值來得到光柵元件的相對角度位置，并因此提供該元件所傳送扭矩的測量。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的角度位置傳感器，其中至少EMR靈敏探測器的一個(gè)陣列可以是EMR靈敏探測器的兩個(gè)陣列，其每一個(gè)均與各自的光柵元件有關(guān)。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的角度位置傳感器，其中至少一個(gè)EMR源可以是兩個(gè)EMR源，其每一個(gè)與各自的光柵元件有關(guān)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中旋轉(zhuǎn)表面至少部分是圓柱形。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中旋轉(zhuǎn)表面至少部分是圓錐形。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中高EMR反射率區(qū)域和低EMR反射率區(qū)域都包括具有恒定中心線節(jié)距和可變厚度的條。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的角度位置傳感器，其中可變厚度的條包括至少兩個(gè)離散厚度的條。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的角度位置傳感器，其中條僅具有兩個(gè)厚度。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中高EMR反射率區(qū)域和低EMR反射率區(qū)域都包括具有可變中心線節(jié)距的條，并且節(jié)距是基本節(jié)距的整數(shù)倍。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的角度位置傳感器，其中可變中心線節(jié)距的條具有恒定的厚度。
12．根據(jù)權(quán)利要求10所述的角度位置傳感器，其中條具有可變的厚度。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的角度位置傳感器，其中可變厚度條包括至少兩個(gè)離散厚度的條。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的角度位置傳感器，其中條僅具有兩個(gè)厚度。
15．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中旋轉(zhuǎn)表面具有多個(gè)從該處徑向突出的城堡狀突起。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的角度位置傳感器，其中高反射率區(qū)域相應(yīng)于最大城堡狀突起的區(qū)域，并且低反射率區(qū)域與城堡狀突起之間較小突起區(qū)域有角度的排成直線。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的角度位置傳感器，其中對最大突起的區(qū)域平滑地進(jìn)行機(jī)械加工、模制加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到高反射率的材料來對表面進(jìn)行處理；并且對不連續(xù)的縫隙區(qū)域或較小突起的區(qū)域進(jìn)行機(jī)械加工、模制加工或燒結(jié)，或者利用油漆或通過沉積得到低反射率的材料來對表面進(jìn)行處理。
18．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中對高反射率區(qū)域噴涂金屬，其是發(fā)光的或淺色的；并且低反射率區(qū)域是充分透明、無光澤、粗糙或深色的，因此形成反射刻度盤。
19．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中在表面內(nèi)或外徑向布置至少一個(gè)EMR探測器的陣列。
20．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中至少一個(gè)EMR探測器陣列包括一維或兩維陣列、CCD、VLSI可視芯片或平面效應(yīng)光二極管。
21．根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度位置傳感器，其中還由處理器對圖形進(jìn)行處理來得到旋轉(zhuǎn)體相對于外殼的角速度。
全文摘要
一種角度位置傳感器,包括可繞相對于周圍外殼(5)所安裝的旋轉(zhuǎn)軸(8)而旋轉(zhuǎn)的機(jī)體(1)。機(jī)體具有光柵元件(2),光柵元件(2)包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)表面。該表面包括以單個(gè)二進(jìn)位條形碼無窮連續(xù)形式排列的高(21)和低(22)EMR反射率區(qū)域的偽隨機(jī)分布。該傳感器包括對于外殼所安裝的EMR源(10)和EMR靈敏探測器陣列(9)。源照射表面并且陣列接收由表面反射的入射EMR。由入射EMR在該陣列上所產(chǎn)生的圖形起因于表面低和高反射率的交互區(qū)域。由處理器(11)對圖形進(jìn)行處理來得到相對于外殼區(qū)域的絕對角度位置,并因此提供旋轉(zhuǎn)體相對于外殼的絕對角度位置測量。
文檔編號G01D5/30GK1311852SQ99809141
公開日2001年9月5日 申請日期1999年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月24日
發(fā)明者K·Y·埃森豪爾, J·巴克斯特爾 申請人:畢曉普創(chuàng)新有限公司