专利名称：用于将分段计数器与精确位置传感器同步的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将具有至少一个脉冲线(韦根线)传感器的分段计数器与精确位置传感器同步的方法，该精确位置传感器用于物体的平移和/或旋转运动的绝对检测，还涉及执行所述方法的装置。
背景技术：
脉冲和韦根线是铁磁性元件，当用作韦根传感器时每一个都具有围绕它们的感应线圈。当铁磁材料中初始导向不规则的磁性区域(称作磁筹或外斯畴)受到外力时，所述磁性区域将对齐而形成单畴。确定方向和大小的外部磁场的应用将引起该范筹的翻转，由此在感应线圈里产生可以作为输出信号被采集的电压脉冲。在外磁场方向上以连续波形式方式翻转排成直线的单元磁铁的动能足够高以允许来自与韦根传感器相关联的线圈的电能不仅仅用于信号脉冲，还用于包含存储器的电子计数器；比较EP0724712B1
。·在磁性材料中，不同磁化方向的相邻原子磁矩的相互作用相当强大，使得上面提到的外斯畴的磁矩定位，该外斯畴通过被称为布洛赫畴壁的过渡层相互分离。目前可以长久的创建具有一致磁化方向的单畴，例如通过机械拉伸这样的铁磁性元件形成导线。如果这样的磁畴被放置在确定大小和方向的外部磁场里，所述磁畴不能整体翻转，但其单元磁铁将从确定的开始位置(更好地从导线的一端)沿着外部磁场方向翻转，就像多米诺效应。这在磁性元件中导致有限速度的重新定向波。但是，由于上述速度比励磁磁铁的速度高，因此该速度可以被称为该磁畴的“翻转”。但是，再次磁化的触发方向必须不能与实际再次磁化方向相混淆。触发方向描述外斯畴磁极将朝向该触发方向“翻转”。比较而言，再次磁化方向引起励磁磁铁触发极的极性(北极或南极)且因此引起脉冲线的磁化方向。由所述韦根传感器产生的计数脉冲的品质很大程度上依赖于之前遇到的磁场的强度。当在磁场的一个方向触发之前在相反方向上达到饱和场强度时才能获得最佳计数脉冲。如果没有完成，操作可以从双极模式转变成单极模式，在单极模式下计数脉冲将能够仅在一个方向上释放足够的能量。上述导致的状态与通过包含韦根传感器的位置检测器进行的绝对位置检测的要求相矛盾。这是因为不同可能的左/右、前/后运动在由与位置检测器关联的计数器检测的上一个位置和其再次进入操作之后检测的当前位置之间可能已经发生，由于不理想的计数脉冲将使得测试结果失真。仅仅产生磁场的永磁体的进一步运动(将引起计数脉冲触发)将终止所述不确定性。但是，不可能总是强制这样的运动。简单的分段计数器可以以该不确定性正常工作，该分段计数器可能大约达到两段。但是，通过将这样的分段计数器连接至精确的位置编码器是另外一回事。这种情况下，为了确保总的位置值一致，周期性产生的精确位置值必须被精确地分配到分段。出于该目的，在由分段计数器检测的上一个事件和当前位置之间的运动顺序的精确了解是必要的。例如在US7559012B2中公开的使用两个韦根传感器来设计方向独立的计数器，结合相关联的逻辑电路该计数器将校正由励磁磁场的方向变化引起的不理想或丢失的计数脉冲。但是，只能在产生第二个计数脉冲之后执行这种校正，该第二个计数脉冲在丢失的计数脉冲之后产生。如果被检测的物体在触发该第二个计数脉冲之前停止运动，则将不可能进行这样的校正并且计数结果将仍旧不准确或不精确。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种新型的和节约成本的方法及实现该方法的装置来解决上述问题，该方法用于将基于韦根传感器的分段计数器的值与精确位置编码器的值正确同步。基于上述考虑即使最后产生的脉冲对于计数来说很弱，但因为用于当前位置的最后计数脉冲，励磁磁铁仍旧以这样的方式超过韦根传感器，韦根传感器对于新脉冲存在偏移，该偏移的磁化方向取决于励磁磁铁产生的路径，根据本发明实现了上述目的，其中用于值的绝对同步所必需的信息从韦根传感器脉冲线的当前磁化方向获得，该韦根传感器脉冲线的当前磁化方向由最终的运动产生。
稳固地连接到被监测的物体的磁铁的运动历史上的这类信息是必需的，如不充足，则用于消除计数过程的不明确性从而包括在脉冲线的磁化方向上。这是因为韦根传感器脉冲线具有存储最终偏移方向的磁畴。利用磁化方向的知识允许通过位置传感检测器计数的旋转和/或分段的正确和一致的分配。因此具有精确位置编码器的分段编码器的使用将总是允许由韦根传感器的计数值和精确位置传感器的位置值构成绝对总的位置值。在此没有明确地描述的表格列出了在旋转和/或分段必须被加到存储在计数器里的韦根传感器值或从该值中减去的情况下的条件。完成分段计数器计数值和精确位置编码器位置值的无误差转换以便获得总的位置值，其中从所述至少一根脉冲线的磁化方向获得一条用于绝对同步的绝对必要信息，从存储器中可获得分段计数器的最终值以及从精确位置编码器中得知当前小于等于分段的一半。根据本发明的另一个特征，可以通过向围绕脉冲线的感应线圈中的一个提供确定的电流来确定脉冲线的磁化方向，这将引起脉冲线的单元磁铁翻转，从而作为脉冲线的磁化方向的函数的各个感应线圈中触发的信号然后可以被提供给求值电子元件以进一步处理。根据本发明的另一个特征，表示每根脉冲线的磁化方向通过至少一个分配至其的磁场敏感探头测量。根据本发明的一种用于执行所述方法的装置，根据本发明其特征是具有至少一个脉冲线传感器的分段计数器，用于分段的高分辨率的位置传感器，以及用于提供电流、检测脉冲和形成总的位置值的求值电子元件。本发明优选的实施方式在从属权利要求中限定。本发明的进一步的优势、特征和可能的应用结合附图中所示的实施方式在以下的描述中将变得显而易见。
贯穿说明书、权利要求书和附图，将被使用的这些术语和相关联的参考数字在参考数字列表中如下列出，附图中图I示出了使用两个韦根传感器中的每个的分段计数器运动的版本I和版本2 ；图2示出了来自两个韦根传感器随着时间t与图I所示的运动关联的信号；图3是根据本发明的执行方法的分段计数器的第一实施方式，该分段计数器包括两个韦根传感器，每个韦根传感器具有两个感应线圈；图4是根据本发明的执行方法的分段计数器的第二实施方式，该分段计数器包括两个韦根传感器，每个韦根传感器具有一个感应线圈和一个磁场敏感传感器；图5是图3的实施方式的框图；
图6是图4的实施方式的框图；以及图7是本发明仅具有一个韦根传感器的的实施方式的框图。附图标记说明I 非易失性存储器2 内部能量供给管理3 逻辑计数电路4 信号求值5 信号求值6 表格7 同步逻辑电路8 用于计数值的校正逻辑电路9 电流发生器10 电流发生器11 总的位置值形成逻辑电路12 接口13 外部能量供给管理20 轴21 精确位置编码器C 用于存储内部能量的电容EM 励磁磁铁H 霍尔探头Wgl韦根线Wg2韦根线Spl感应线圈Sp2感应线圈Wsl韦根传感器Ws2韦根传感器MSl磁场敏感传感器MS2磁场敏感传感器Esl励磁线圈
Es2励磁线圈
R 指示旋转方向的箭头
具体实施例方式为了使本发明的理解更容易，图I示出了如图4所示的具有两个韦根传感器的分段计数器的运动(即没有方向反转的版本I和有方向反转的版本2)，其中在时间轴t上从时间T1到Tx示出了永磁体EM位置的变化,永磁体EM连接到将被检测的旋转体的运动及包括N极和S极。众所周知，韦根传感器包括感应线圈SP，其中可以从SP中采集以电压信号Ua/Ub形式的信号。图2是没有方向反转(没有假脉冲)的运动版本I和有方向反转和假脉冲的运动版本2的相关联的韦根传感器信号Ua和Ub与时间t的关系的示意图。此外，其示出了对随着时间t计数和产生计数值求值的相关联的信号A和B。示出了两个普通计数版本，其中存在在进入新的分段(即A的上升沿)时或者在离开先前的分段(即B的下降沿)时执行计数。在两种情况下，从N到(N+1)的计数在时间Tx时已经发生。如图I和图2所示，一方面，由于足够的磁场强度存在，运动版本I在时间Tl到T6产生精确的韦根信号A和B。但是另一方面,在运动版本2中，由于物体旋转方向的反转将被检测到，韦根线Wg的偏移在T3时不充分，从而引起相关联的韦根脉冲在T4时恶化，由于这个原因，其不能被检测。这导致计数值的不理想的失真，尽管在Tx时运动版本2中计数值实际上应该是N，但在两个运动版本中却是值(N+1)。在两个版本中，T2时的正脉冲是Ua最终检测到的和求值的脉冲，而T6时的负脉冲是Ub最终检测到的和求值的脉冲。两个版本的区别在于T5时的韦根线Wg的磁偏，但是这是根据本发明所知的和被使用的。上述的运动示意图，对于呈现在这里的图I所示的时间Tx时的终点位置(背离传感器B的侧面上的磁体EM的北极)的情况，关于A和B的电流值的信息存储到计数器中，以使通过偏离北极的韦根线Wg获得的计数器读数可以被立即使用，而通过偏离南极的韦根线Wg获得的计数器读数将首先通过“I”被衰减以便获得正确的总的位置值。对于这里其它所有未明确阐述的运动顺序和对于A和B的结果状态，韦根线的磁化方向和计数器读数、各自的校正信息被存储到表格里。图3示出了其中被每两个同轴线圈环绕的韦根线Wgl/Wg2的版本，例如接近于电线的线圈Spl/Sp2被用于对提供至远离电线的线圈Esl/Es2的电流做出响应。一个接一个安装的两个线圈的排列同样是合适的。可以使用一个线圈或者甚至一起使用两个线圈对由磁铁运动触发的正常脉冲求值。为了将线圈之间的直接相互耦合保持为低以及能够更可靠地检测触发的脉冲(例如基于边缘陡度)，电流以递增斜率和递减斜率被方便的提供。在图4中，磁场敏感传感器Msl/Ms2用于代替第二个线圈。该传感器直接测量各个韦根线Wgl/Wg2的磁化方向。为了运动的物体的各自的总的位置值的形成(这里所述的运动就是指旋转，出于简化的目的，精确位置编码器21被连接到将被监测的物体的旋转轴20)，对构成分段计数器的韦根传感器Wsl/Ws2的脉冲信号和精确位置编码器21的位置值求值，例如使用图5的框图所示的装置。出于该目的，韦根传感器Wsl/Ws2的信号线通过信号求值电路4和5连接到计数器逻辑电路3和由表6提供的同步逻辑电路7。通过电流发生器9、10给远离电线的两个韦根传感器的感应线圈Esl/Es2提供电流。与用于链接韦根传感器Wsl/Ws2的计数器信号和精确位置编码器21的校正逻辑电路8和逻辑电路11 一样，分配至计数器逻辑电路3的为非易失性存储器I。众所周知，上文提到的电路元件由内部能量源2和/或外部能量源13提供能量。然后可以通过接口 12采集确定的总的位置值。使用电容器C存储韦根传感器产生的能量。图6示出了与图4所示类型的装置同类型的框图。因此所有电路元件都具有同样的设计。图7示出了仅使用一个韦根传感器的装置(例如根据EP1565755B1)。这里 单线圈被用于脉冲求值及提供感应电流。使用在测量工程学中普遍使用的技术完成对由电流提供所产生的电压信号的脉冲进行区别(及由此检测)，例如基于不同振幅或上升时间。对于图5至图7中的精确位置传感器21，可以使用任何普通的且市场可获得的光、磁性、电容式或其它类型的传感器。根据本发明的所有装置(图5、图6和图7)具有共性根据在现有的外部供给电压情况下和基于内部能量供给工作的情况下(比较US6612188B2或EP0724712B1或EP1565755B1)使用所述信号求值电路4、5和计数器逻辑电路3对来自韦根传感器的脉冲的求值，将连续的分段计数值存储到非易失性存储器I中。如图5和7所示，根据外部供给电压的激活，求值逻辑电路将控制各个电流发生器9、10，并确定来自韦根线响应、存储数据、精确位置编码器的当前位置和校正表6的校正值。因此分段计数器的校正计数器读数8随后将结合简单逻辑电路11中的精确位置编码器的值给出总的位置值，及稍后将通过接口 12被输出。只要确保外部供给，就将基于将被监测的物体的移动连续更新所述值并从而符合要求的绝对位置。在图6所示的设备中，类似地执行初始化，但是这种情况下没有电流供给，并且从相关联的磁场敏感传感器Msl/Ms2的信号直接采集韦根线Wgl/Wg2的磁化方向。但是，出于简化的目的，附图仅仅示出了测量旋转的装置，所述方法和装置同样适合测量线性运动。
权利要求
1.一种在所有情况下通过将分段计数器的计数值和所述精确位置传感器的位置值转换成总的位置值来将具有至少一个脉冲线(韦根线)传感器的分段计数器与绝对精确位置传感器同步的方法，该绝对精确位置传感器用于检测物体的平移和/或旋转运动，其特征在于同步所必需的信息从所述至少一根脉冲线的最终的磁化方向获得，最终确定的分段上的信息从存储器获得，以及获得当前小于等于分段的一半上精确位置传感器的信息。
2.根据权利要求I所述的方法，使用具有缠绕在脉冲线周围的两个感应线圈的脉冲线传感器，其特征在于可以通过向第一线圈提供确定的外部电流和测量第二线圈中的响应来确定所述脉冲线的磁化方向，其中与触发脉冲的存在无关，响应信号可以输入到求值电子元件以进一步处理。
3.根据权利要求I所述的方法，使用仅具有缠绕在脉冲线周围的一个感应线圈的脉冲线传感器，其特征在于单线圈既用于提供电流，还用于产生响应信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于为了对来自通过供给电流至所述感应线圈生成的电压的触发脉冲进行区别，根据预定义的函数提供所述电流，优选地为递增斜率和递减斜率。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于表示每根脉冲线的磁化方向通过至少一个与其相关联的磁场敏感探头来测量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于霍尔探头或GMR传感器被用作所述磁场敏感探头以用于检测所述脉冲线的磁化方向。
7.一种执行权利要求I至4所述的方法的装置，其特征在于包括具有至少一个脉冲线传感器(Ws)的分段计数器、用于分段的高分辨率的位置传感器和用于提供电流、检测脉冲和形成总的位置值的求值电子元件(I到13)。
8.根据执行权利要求1、5和6所述的方法的装置，其特征在于包括具有至少一个脉冲线传感器(Ws)的分段计数器、用于分段的高分辨率的精确位置传感器(21)和用于从所述至少一个磁场敏感探头(MS)读数和形成总的位置值的求值电子元件(I到13)。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于用于获得总的位置值的求值逻辑电路、校正表(6)和逻辑电路(11)是以硬接线逻辑电路的形式。
10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于处理器被用于求值逻辑电路、校正表(6)和逻辑电路(11)以获得总的位置值。
11.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于硬接线逻辑电路用于部分逻辑电路操作以及处理器用于处理剩余数据。
全文摘要
一种使用作为用于计数值和位置值的绝对同步的信息一部分的分段计数器的韦根线的最终磁化方向，执行将包含韦根传感器的分段计数器的计数值和精确位置传感器的位置值无误差转换成总的位置值的方法和执行该方法的装置。
文档编号G01B7/30GK102749022SQ20121011710
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者T·泰尔, W·梅纳特 申请人:T·泰尔, W·梅纳特
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