專利名稱：具有串行讀取的絕對位置傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量學的領域，特別是適于測量絕對位置的測量學。其更具體地涉及一種絕對位置傳感器，該絕對位置傳感器特別應用于機動車輛領 域。
背景技術：
通常，絕對位置傳感器具有許多應用，它涉及測量通過構(gòu)件的移動而給出的設定 點(該構(gòu)件的位置代表了所述設定點)，或涉及伺服領域，對于這種伺服，可移動構(gòu)件的位 置是由致動器引起的移動的結(jié)果。已經(jīng)提出了用于保證絕對位置測量的許多解決方案。這些最簡單的解決方案之一 在于使用可變電阻電位計，將該電位計的游標與有待測量的位置直接連接。電位計的端子 與其游標之間的電阻測量足以推導出絕對位置。然而，這樣一種解決方案在通過接觸進行 測量時存在固有的缺陷。所產(chǎn)生的摩擦是磨損的來源，這降低了傳感器的可靠性。正是出于這個原因開發(fā)了多種無接觸測量的解決方案，以實現(xiàn)可接受的魯棒性。 不同的無接觸測量技術應用例如光的或磁的不同物理現(xiàn)象。通常，與依賴以上提到的基于 電位計的解決方案的模擬測量相反，這些無接觸測量旨在實現(xiàn)一種數(shù)字式的測量。為此，傳感器包括一個或多個檢測器，該檢測器能夠檢測目標模式的過渡，該目標 模式存在于相對于該檢測器可移動的構(gòu)件上。對這些過渡的檢測使之能夠產(chǎn)生二進制信 號，然后用指定算法對該二進制信號進行處理。在這些最簡單并且最普通的解決方案中，知道檢測器是與由多個平均間隔的脈沖 構(gòu)成的目標模式相關聯(lián)的，以使得該檢測器能夠?qū)B續(xù)通過的脈沖進行計數(shù)并且因此測量 在該檢測器與支撐該目標模式的構(gòu)件之間的相對移動。這還預先假定知道移動的方向。為 了知道利用這種傳感器(它實質(zhì)上測量相對移動)所測量的絕對位置，必需實現(xiàn)一種相對 于絕對參考的定位過程。這種參考可以包括行程結(jié)束停止件，或放置在行程的精確位置中 的標志。通常，將這種定位過程付諸實施是繁重且復雜的，并且對于每次發(fā)生檢測故障時必 須重復該過程而言就更是如此。因此，這樣一種定位過程對于行進中的機動車輛而言是難 以實現(xiàn)的。為了改進這種測量的魯棒性，已經(jīng)提出了增加檢測器的數(shù)量并且因此增加同一傳 感器內(nèi)部的目標模式。為此，如在文件GB-2226720以及EP-0561416中所描述的，多個檢測 器被平行地安裝并且對于在幾個不同的目標模式上的過渡是敏感的。通過使用多個目標模 式可以增強魯棒性，這些目標模式被設計為在所有這些檢測器中產(chǎn)生格雷(Gray)碼或相 似的代碼。 此類解決方案的令人滿意之處在于它們實現(xiàn)了魯棒的且無定位過程的位置測量。 在另一方面，這些解決方案需要大量的檢測器，因此造成傳感器成本增加并且最重要的是 降低了它們的可靠性。如果追求較高的傳感器分辨率(這直接導致檢測器數(shù)量的增加)，這 些缺陷都變得更嚴重。
本發(fā)明提出要解決的一個問題是提供一種測量解決方案，該測量解決方案具有與 這些現(xiàn)有解決方案相似的分辨率，但使用更少量的檢測器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種絕對位置傳感器，該絕對位置傳感器包括至少一個檢測器， 該檢測器能夠檢測存在于相對這個檢測器可移動的構(gòu)件上的目標模式的過渡。該構(gòu)件相對 于檢測器的移動性意味著一種相對移動的可能性，從而意味著該檢測器可以是固定的并且 該可移動構(gòu)件在移動，或者相反，該檢測器在支撐該目標模式的構(gòu)件的前面移動，或者該檢 測器與該可移動構(gòu)件均移動。根據(jù)本發(fā)明，這種傳感器的特征在于它包括一個移位寄存器，該移位寄存器能夠記錄源于所述檢測器的預定數(shù)目的連續(xù)信息項，以及用于將所述寄存器的值與一組預定值 相比較的裝置，該組預定值取決于所述目標模式并且代表該檢測器相對于支撐該目標模式 的構(gòu)件的絕對位置。換言之，本發(fā)明在于僅使用一個目標模式，該目標模式的過渡是通過移位寄存器 而連續(xù)獲得的。因此，這個寄存器的值在預定數(shù)目的比特上采用該目標模式的一個部分。通 過將這個值與可在整個目標模式上觀測的相同長度的多個模式部分相比較，可以推導出該 檢測器相對于支撐該目標模式的構(gòu)件的絕對位置。注意，這種比較僅從已經(jīng)提供該移位寄存器的所有比特的那一刻起才是可行的。 因此，位置測量在初始化時無法立即獲得。然而，這個缺陷通過以下事實非常大程度地得到 補償，即該傳感器僅包括該目標模式的一個檢測器，這極大地提高了其可靠性以及其成本 價格。實際上，能夠以不同的方式來饋送該移位寄存器的時鐘。因此，在第一實施例中，該傳感器還包括第一附加檢測器，該第一附加檢測器能夠 檢測第一附加模式的多個周期性過渡，該過渡的周期等于該目標模式的最小周期。換言之， 第二檢測器能夠檢測與主目標模式相干放置的多個脈沖模式。因此，這些脈沖中的每一個 允許以主目標模式的最大演進頻率來偏置該移位寄存器的比特。在第二實施例中，該目標模式本身可以是一種雙相代碼，從而使之能夠以該目標 模式的信息項的變化的最大頻率而從中提取信號?？梢允褂貌煌愋偷碾p相代碼，特別是 曼徹斯特型代碼或雙頻相干相位代碼(也稱為F2F代碼)。在第三實施例中，該傳感器還可以包括第二附加檢測器，該第二附加檢測器能夠 檢測相對于該第一附加模式而相移的第二附加模式的多個周期性過渡?？扇我獾剡x擇這個 相移，因為這兩個附加模式不是處于反相，并且這使之能夠檢測移動方向。實際上，應用上 最簡單且最可靠的相移是四分之一周期的相移。這種傳感器可以在不同的應用中用來測量線性運動或轉(zhuǎn)動。在第一種情況下，該 目標模式是直線的并且最經(jīng)常被設計為以一種往復的方式來行進。在第二種情況下，該目 標模式被記錄在一種連續(xù)的循環(huán)環(huán)路之中。作為一種應用，可以引用對轉(zhuǎn)向齒條的絕對線性位置的測量，或?qū)Ψ较虮P的絕對 角度位置的測量。


參考附圖，通過閱讀下面對實施例的描述，本發(fā)明的實現(xiàn)方式以及其優(yōu)點將變得 更加明顯，其中-圖1是說明本發(fā)明的運轉(zhuǎn)的總體圖；-圖2示出了根據(jù)傳感器的第一實施例的所存在的模式；-圖3是說明該傳感器的第一實施例的運轉(zhuǎn)的簡圖；-圖4示出根據(jù)傳感器的第二實施例的所存在的模式；-圖5是說明該傳感器的第二實施例的運轉(zhuǎn)的簡圖；-圖6和圖7是說明該傳感器的第三實施例的運轉(zhuǎn)的簡圖。
具體實施例方式一般地，如圖1所示，本發(fā)明是基于使用存在于能夠相對于檢測器3而移動的構(gòu)件 2上的目標模式1。因此，這個檢測器3檢測目標模式1的過渡并且饋送移位寄存器4，對該 移位寄存器的輸出5進行分析然后將它們與參考表6相比較并且指示如此測量出的絕對位置7。在圖2和圖3所示的第一實施例中，傳感器10包括串行目標模式21，該串行目標 模式包括不同的二進制信息項22、23，它們例如可以是由線性反饋移位寄存器LFSR生成。 這個LFSR包括構(gòu)成移位寄存器的給定數(shù)目N的級聯(lián)觸發(fā)器，以及在一個或多個觸發(fā)器的輸 出上得到其輸入的一個“異”門，并且該輸出被送入移位寄存器的輸入。這個LSFR如同計 數(shù)器那樣生成非常準確的二進制代碼序列。通過對該異門的輸入進行恰當?shù)倪x擇，甚至能 夠使得可能代碼的數(shù)量最大化。這個目標模式21是與第二脈沖模式25相關聯(lián)的，該第二 脈沖模式的周期與該目標模式的周期相同。對于包括2n比特的串行目標模式，第一檢測器26讀取該串行目標模式21并且饋 送N比特(在圖3中N = 4)移位寄存器的輸入27。第二檢測器28讀取脈沖目標模式25 并且饋送該移位寄存器的時鐘29。當至少N比特的移動發(fā)生在相同的方向上時(在已知移動方向的前提下)，包含在移位寄存器24中的代碼給出了絕對位置的信息項。這種實施例特別適合于其中移動被操 縱和控制的系統(tǒng)，這樣移動方向因而是已知的。在圖4和圖5所示的第二實施例中，使用單一的串行目標模式41，該串行目標模式 本身包括脈沖模式。為此，該目標模式的代碼是一種雙相代碼?？梢允褂貌煌愋偷拇a， 特別是曼徹斯特型代碼，其中“1”是由上升沿表示而“0”是由下降沿表示。在圖4中示出 了另一種令人滿意的雙相代碼。它是一種F2F型代碼或者也是雙頻相干相位代碼，其中“ 1，， 是由頻率為F的方波信號的半周期來表示而“0”是由頻率為2F的方波信號的一個周期來 表示。在此情況下，為了讀取目標模式41，單個檢測器42是必需的。雙相譯碼器43能夠分 別提取代表絕對位置的二進制信息44以及饋送移位寄存器24的時鐘信號45。當至少N比特的移動發(fā)生在相同的方向上時(在已知這個移動方向的前提下)，包 含在該移位寄存器中的代碼給出了絕對位置信息項，以及移動的近似速度，該速度使之能 夠正確地提取脈沖模式。當移動速度是已知的并且被控制時，這個實施例特別有利，其使之 能夠增加檢測的魯棒性以及效力。
在圖6和圖7所示的第三實施例中，使用串行目標模式1以及以方波信號形式的、 處于相位正交的兩個附加模式62、63。對于包括2n比特的串行目標模式，第一檢測器65讀取串行目標模式61并且饋送 N比特移位寄存器24的輸入端。第二檢測器66讀取第一方波信號目標模式62并且饋送移 位寄存器24的時鐘67。第三檢測器68讀取第二方波目標模式63，該第二方波信號目標模 式與第一方波信號目標模式62處于相位正交。這個第三檢測器69與第二檢測器66的輸 出端共同地饋送方向檢測裝置70，該方向檢測裝置能夠從移動方向中推導出一個信息項。 在一個特別的形式中，這個檢測裝置70能夠確定至少N比特的移動已經(jīng)發(fā)生在相同的方向 上，并且因此確定該移位寄存器已經(jīng)被適當?shù)仞佀?，并且位置測量是恰當?shù)摹?這個實施例特別適合于其中移動方向事前是未知的或者會經(jīng)常演變的情況。 從上面的描述可知，根據(jù)本發(fā)明的傳感器具有許多優(yōu)點并且特別是需要很少數(shù)量 的檢測器，因為這些傳感器在一些實施例中利用單個檢測器來運轉(zhuǎn)。因此，這些傳感器的魯 棒性以及成本價格是特別吸引人的。
權(quán)利要求
一種具有串行讀取的絕對位置傳感器(10)，該絕對位置傳感器包括能夠檢測目標模式(2)的過渡的至少一個檢測器(3)，所述目標模式存在于相對于所述檢測器(3)可移動的構(gòu)件(1)上，其特征在于，它包括能夠記錄源自所述檢測器(3)的預定數(shù)目的連續(xù)信息項的移位寄存器，以及用于將所述寄存器的值(5)與一組預定值(6)相比較的裝置，該組預定值每個都對應于該檢測器(3)相對于該目標模式(2)的一個位置。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，它還包括第一附加檢測器(28)，該第一附 加檢測器能夠檢測第一附加模式(25)的周期性過渡，該第一附加模式的周期等于該目標 模式的最小周期。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，它還包括第二附加檢測器(69)，該第二附 加檢測器能夠檢測從所述第一附加模式(62)移相的第二附加模式(63)的周期性過渡。
4.如權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，所述相移是四分之一周期。
5.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，源自所述附加檢測器(28)的信號饋送所 述移位寄存器(24)的時鐘(29)。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述目標模式(41)是一種雙相代碼。
7.如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于，所述雙相代碼是曼徹斯特型代碼或者雙 頻相干相位代碼。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述目標模式被線性地記錄在支撐它的 所述構(gòu)件上。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于，所述目標模式以循環(huán)環(huán)路的方式被記錄 在支撐它的所述構(gòu)件上。
10.一種為測量電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)向齒條的絕對線性位置而對如以上權(quán)利要求之一所述的 傳感器的使用。
11.一種為測量車輛方向盤的角度位置而對如權(quán)利要求1至9之一所述的傳感器使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有串行讀取的絕對位置傳感器(10)，該絕對位置傳感器包括能夠檢測目標模式(2)的過渡的至少一個檢測器(3)，該目標模式存在于相對所述檢測器(3)可移動的構(gòu)件(1)上。該傳感器的特征在于，包括能夠存儲來自所述檢測器(3)的預定數(shù)目的連續(xù)數(shù)據(jù)的移位寄存器，以及用于將所述寄存器的值(5)與一組預定值(6)相比較的裝置，該組預定值每個都對應于該檢測器(3)相對于該目標模式(2)的一個位置。
文檔編號G01D5/249GK101802558SQ200880107295
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者C·當萬年, L·阿爾伯特 申請人:雷諾股份公司