專利名稱：確定電容式運動編碼器的絕對位置角的方法
專利說明經(jīng)縮放的C1"1和C2m的值在晃動和有些寄生效應(yīng)的影響下，所有4個正弦信號(從所有4個象限得出)不是具有相同的標稱值和相同的幅度變化。從第一象限測得的值用7/3b的值縮放。現(xiàn)在它們就達到與從第三象限已經(jīng)得到的值相同的界限。它們的偏置應(yīng)也是相同的。這種近似用于它們的偏置計算。對于將縮放的值C2m’和C4m也是這樣。從經(jīng)縮放的值C；1’和C3m得到的幅度變化是相同的。它們的偏置應(yīng)也是相等的。這種近似用于它們的偏置計算。對于經(jīng)縮放的值C2m’和c4m也時這樣。不用值X (X=CoTcycle)計算求位置角角的值由下式給出O =arctg [sqrt (3*abs (C30VC40m) abs (C4dlff/C3dlff)) ] (64a) 0=arctg[sqrt (7/5*abs (C10m/C20m) abs (C2dlff/C1dlff) ] (64b)而對于ー些算法應(yīng)用為Ot=abs (O)(65)求象限和最終位置角按照值C:和C2:的符號可以得到位置的象限C1(lm>0，C2(lm>0:象限 I，即①final=①t(65a)C10m>0, C201XO:象限 II，即 Ofinal= Ji-Ot (65b)C10m〈0，C2(lm〈0:象限 III，即①final=Ji+①t (65c)C1(lm〈0，C2(lm>0:象限 IV，即①final=2Ji-①t (65d)與求角O的象限和近似值(式65) —起，就可知道傳感器的位置。位置估計算法-精細跟蹤應(yīng)用先前位置估計算法的改進基于對于小的X值只用Taylor級數(shù)的ー項來近似Sin(X)。對于精細跟蹤來說，這種近似對于較大的M值就不成立了，因為X值成為M倍大。對于精細跟蹤，式I至8用以下方式確定，其中M為精細跟蹤中的極點數(shù)。它的值通常為8、16、32，即2的冪。目的是根據(jù)每個象限有2次測量，有8次基本測量來估計位置角。在理想情況下，所有4個所測得的電容具有相同的標稱值和幅度變化值。實際上，這些值不是相同的。ー種可能是，所有4個象限具有相同的標稱值和幅度變化值，但在正弦周期的正、負部分內(nèi)不對稱。下面的算法表明對于這種情況可以得到良好的結(jié)果。對于4個正弦信號具有相同的標稱值但不同的幅度變化的可能情況，這種算法具有良好的性能。此外，這種算法所覆蓋的第三種情況是在電容受晃動的影響時。四個電容值既不具有相同的標稱值也不具有相同的幅度變化。目的是使每對所測量的值成為具有相同的界限，因此它們具有相同的標稱值和幅度變化值。ー對包括在相對象限內(nèi)進行的測量，例如，從象限2和4取得的測量值成一対，而從象限I和3取得的測量值成第二對。分別求每象限的偏置，計算沒有DC分量的所測得的值。通過它們的比和幅度變化之比或初始測量的所給出的差值之比，估計位置角。由于對于所有這些非理想的可能情況都有好的結(jié)果，因此對于傳感器實現(xiàn)來說這種粗跟蹤算法是非常耐擾的。

圖14為流程圖。這個流程圖的所標部分表示初始化步驟。這些步驟計算所有4個象限的偏置值。在理想情況下，它們只需在開始時第一組測量后執(zhí)行一次，或者每隔一定數(shù)量的數(shù)據(jù)分組測量執(zhí)行最多也就是少數(shù)幾次。但是從模擬結(jié)果來看，似乎為每組測量都計算這些偏置值更好ー些。對于進ー步計算來說，只需要用式(9)至(16)所計算的8個參數(shù)。偏置的計算在有和沒有晃動影響的情況下是不同的。分別知道每個象限的偏置值，就可計算沒有偏置的測量平均值。使用初始測量的這些沒有DC分量的值和差值，可以估計位置象限和位置角?？梢杂嬎愠鰔= Teyele參數(shù)，就可以將它的值用于角估計。由于X的值非常小，可以開發(fā)一種可替代的位置角估計。由于可能的較低分辨率所需的X計算較少，而角估計需要較多的計算，因此對這種可替代的角估計進行了仿真，在下ー節(jié)將介紹所得到的結(jié)果。對于實現(xiàn)來說，建議采用角估計的這種可替代方案。
所測量的點組的內(nèi)插為了仿真在每個Co Tcycle的時間點采樣的電容的實時狀況(式I至8 )，進行了內(nèi)插。原始估計角已提出的位置估計算法的原始版本(也標為算法1，參見圖14)對所測得的值的形狀中的不規(guī)則情況是很敏感的。算法I的位置估計的總結(jié)就機械公差和測量結(jié)果來說，位置估計算法I不夠精確。為了得到較精確的結(jié)果，接下來的ー些步驟是 搜索可以校正這些曲線的綜合性校準和校正算法； 按照校準和校正算法修改位置估計算法I ; 校準和校正算法。位置估計算法I的最重要的優(yōu)點之一是采用了校準和校正過程，因此能實時即立即進行校準和校正。假設(shè)是這些曲線的偏差被限制在不多幾種可能情況。也就是說，所測得的曲線會發(fā)生什么情況(偏置和不對稱幅度)是確切知道的。因此，消除偏置和不對稱幅度不是這個明確的算法的要處理的部分，但可以用不多的幾個步驟完美地實現(xiàn)。所測得的結(jié)果業(yè)已表明，電容曲線的不規(guī)則性是各種各樣的而且模糊不清。這需要較為復(fù)雜的和計算量較大的校準和校正，但這是必要的。有如下兩個主要步驟 在消除所測得的曲線的偏置和均衡這些曲線的幅度中第一個步驟是校準。如果所測得的曲線只是被平移和/或具有不同的幅度，這個步驟就會足以使這些曲線成為理想的。但是，由于這些曲線也是脫離常規(guī)的，因此必需執(zhí)行校正步驟。 校正完成偏置消除和幅度均衡，從而經(jīng)校準的曲線的形狀中消除了不規(guī)則性。下面將參照以下附圖對本發(fā)明進行說明，在這些附圖中圖I示出了電容式技術(shù)的基本原理；圖2示出了偏心圓動片覆蓋接收器片和部分覆蓋4個發(fā)送器片；圖3為具有測量電路的電容式傳感器的方框圖；圖4示出了在定片上具有公用區(qū)的四個象限內(nèi)的單端測量方法；圖5示出了在定片上具有公用區(qū)的四個象限內(nèi)的差示測量方法；圖6示出了兩片電容式傳感器；
圖7示出了電容測量的示意圖；圖8為圖7的電容等效電路；圖9至圖11為使電容值相加到兩倍值的示意圖；圖12示出了電容式傳感器的定片；圖13為測量算法的原理圖；圖14a為位置估計算法I的流程圖；圖14b為圖14a的結(jié)束部分；圖15示出了編碼器Cl電容曲線、所測量的結(jié)果；
圖16示出了樣條內(nèi)插情況；圖17示出了算法I應(yīng)用于cl/c2組合的原始以及經(jīng)縮放的測量結(jié)果；圖18示出了算法I應(yīng)用于c3/c4組合的原始以及經(jīng)縮放的測量結(jié)果；圖19示出了通過平均值估計確定平均虛擬測量點；以及圖20示出了用估計四個電容確定平均虛擬測量點。除了電容式傳感器的機械和電氣設(shè)計之外所開發(fā)的還有電容-模擬變換。為SSI和BiSS接ロ開發(fā)了任選的電容式時間-數(shù)字變換。圖2示出了具有所提出的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的方框圖。圖3示出了具有測量電路的電容式傳感器的方框圖。電容式傳感器應(yīng)設(shè)計成具有用以獲得角位移的定片-動片結(jié)構(gòu)。再用此對所移動的對象進行控制和定位。定片是具有導(dǎo)電敷層的PCB，而動片是具有導(dǎo)電的電容區(qū)域的塑料件。應(yīng)測量的是在動片轉(zhuǎn)動期間隨定片與動片交疊面積改變而改變的電容值。導(dǎo)電敷層設(shè)置在定片(PCB)和動片(塑料件)上，以達到所需的電容模式。導(dǎo)電敷層應(yīng)根據(jù)所需精度形成一個或多個環(huán)形區(qū)。中央的環(huán)形區(qū)形成粗調(diào)。詳細的4象限信息將從細調(diào)敷層得到。這4個波形(SIN、-SIN、C0SINE、-C0SINE)將用來求出高精度的實際位移。圖4示出了單端電容為Va、Vb Vc、Vd的電容測量，而圖5示出了為Vb-Vd和Va-Vc的在4個象限內(nèi)的差示測量。如果是差動的，SIN與-SIN是ー對，而COS與-COS是另ー對，這將提供最大的動態(tài)范圍。圖6和7示出了動片6和中央定片表面37的配置情況。按照圖12，定片表面37顯現(xiàn)導(dǎo)電象限38a、38b、38c、38d，由徑向設(shè)置的隔離條相互隔開，因此這四個導(dǎo)電敷層相互完全相互絕緣。這些象限38a至38d在它們的內(nèi)周由環(huán)形的絕緣套圈46相互隔開。在絕緣套圈46的內(nèi)周安排有導(dǎo)電的中央定片環(huán)39,定片環(huán)39在圖12中標以子母R0這些ー個個象限38分別標以大寫字母A、B、C、D0圖4至7示出了圖12中所例示的定片被包括連續(xù)的導(dǎo)電敷層的偏心圓動片盤6覆蓋的情況。所述偏心圓動片盤6展示內(nèi)動片環(huán)41，作為導(dǎo)電敷層延展成與動片盤6的所有其他偏心圓區(qū)域?qū)щ娺B接的中央環(huán)。因此，它是虛擬的動片環(huán)41，被設(shè)置為在所述偏心圓動片盤的整個導(dǎo)電表面的區(qū)域內(nèi)的虛擬導(dǎo)電表面。重要的是，這個虛擬中央動片環(huán)41嚴格與中央靜片環(huán)39相対，按照圖8，形成了連續(xù)的始終不變的電容CR。
在根據(jù)圖8所示的替換電路中例示了這種情況。動片6的與定片表面37的各中央象限38相對的那些偏心圓區(qū)域產(chǎn)生在圖8的替換電路中所示的可變電容CA’，因此總電容CA是由CA’和CR這兩個電容形成的。從每個象限A、B、C和D都可得出圖8所示的所述替換電路。前提是每個象限都存在抽頭45，即抽頭45a和b分別加到象限A和中央定片環(huán)39上。模擬抽頭用來從象限B導(dǎo)出電容值，而另一個抽頭用來從象限C導(dǎo)出電容值，諸如此類。因此，動片盤6分為兩個部分，即一個偏心圓外部區(qū)域42和一個具有動片環(huán)41的中央內(nèi)部區(qū)域。這導(dǎo)致產(chǎn)生在圖8的替換電路中所示的恒定電容43。在圖9中例示了動片相對定片轉(zhuǎn)動360度的完整一周時象限的電容曲線。
圖9和10示出了與圖11相應(yīng)的整個變化曲線。在圖9中示出了受360度調(diào)制的電容曲線，而圖10示出了相移了 180度的受調(diào)制的電容曲線，其中，例如象限B和D相互對照讀出，從而得到圖9和10所示的曲線。如圖11所示的和曲線為這兩個值之和，電容值因此加倍。這導(dǎo)致高精確的讀出，因為加倍電容值的讀出可以比單電容值的更為精確。所以，估計電路較為簡單和精確。將圖9和10給出的兩個測量值的數(shù)學(xué)相加導(dǎo)致如圖11所示的和曲線。正、負半周提供了角測量的象限信息。電容測量和編碼按照圖14a至14b，所開發(fā)的算法將電容變化映射為實際位移。方法之一是將電容變換為模擬電壓再用TDC得到數(shù)字等效值。對于精確的象限信息，還應(yīng)使用一些過零檢測器。工作原理對于所提出的電容式傳感器來說，傳感器包括定片和動片兩個片。定片包括每個象限一個的四個發(fā)送器片和一個設(shè)置在定片中央的接收器片。在圖4至7中，發(fā)送器片標以A、B、C和D，而接收器片標以R。圖12示出了電容式傳感器的定片。在任何時刻，動片都覆蓋了整個接收器片區(qū)域和每個象限的部分發(fā)送器片區(qū)域。所提出的測量算法如圖13所示。在每個數(shù)據(jù)分組中有8個測量結(jié)果。在第一和第八周期間測量第一電容Cl，在第二和第七周期間測量第二電容C2，在第三和第六周期間測量第三電容，而在第四和第五周期間測量第四電容C4。所有這些平均值是類似的，它們在t=3. 5Tcycle時刻測量，但具有一些幅度修改。這些幅度修改導(dǎo)致在所有四個電容中每個電容的理想與近似值之間的誤差。電容值在一個在發(fā)送器片4、38之一上而第二個在接收器片5上的兩個點之間測量。在它們之間的總電容對于每個象限分別標以CA、CB、CC、CD?？傠娙萦稍诎l(fā)送器片與動片之間的電容與在動片與接收器片之間的電容串聯(lián)而成。在發(fā)送器片與動片之間的電容與這兩片之間的共同面積成正比，對于每個象限來說，這面積為動片的屬于該象限的除屬于接收器片的中央?yún)^(qū)域之外的面積。在動片與接收器片之間的電容始終是相同的，與動片在每個時刻與接收器片交疊的面積成比例。圖8例示了所測量的電容的等效電路。在圖19中，橫坐標示出為動片相對定片的轉(zhuǎn)角，而縱坐標上示出為信號幅度。在這里，一段極短的曲線圖樣與一個完整的測量循環(huán)的區(qū)域內(nèi)的8次測量相一致，因此對曲線的變化有著非常精確的查詢。圖中示出了經(jīng)放大的在這個正弦曲線上的一個單點，以例示在這段極短的曲線圖樣內(nèi)這8個查詢周期(11至18)期間將執(zhí)行的8次電容測量，其中，如已經(jīng)提到的那樣，先依次相繼查詢電容Cl至C4，而在測量32的虛擬平均時間右側(cè)的第二循環(huán)期間將執(zhí)行電容的反向查詢，即首先查詢電容C4，再查詢C3、C2和Cl。這些電容值上標有上撇號。這樣測量的原因是，利用所查詢的電容C4與電容C4’的對稱性，得到虛擬平均測量時間，從而為所有8個所測量的電容產(chǎn)生一個共同的平均測量時間。C4與C4 ‘之間的差值產(chǎn)生虛擬平均測量時間，它也適用于電容值C3與C3’之間的差值或A值。這也適用于C2與C2’之間的差值和Cl與Cl’之間的差值。測量32的這個特定平均時間的優(yōu)點是所有的電容都具有共同的平均測量時間，這使以后定位就可以非常精確。
因此，可以避免由于在這個完整的測量循環(huán)期間曲線連續(xù)變化而產(chǎn)生的可能差
錯O如果沒有獲得測量32的虛擬平均時間，但是例如會在查詢電容C4后附加查詢電容Cl，每個電容值Cl至Cl’就會有自己的虛擬平均測量時間，這不是所希望的。圖中例示了大大放大了的電容值在測量30的平均時間期間(是非常短的)下降的曲線。應(yīng)明確的是，由于根據(jù)本發(fā)明的查詢算法，可以產(chǎn)生測量32的平均時間。 附圖中標號所標對象I 電容式傳感器capacitive sensor2 定片stator3 PCB 傳感器PCB sensor4 發(fā)送器段 a、b、C、dtransmitter section a，b，c，d5 接收器區(qū)receiver area6 動片rotor7 (偏心圓)動片(eccentric) rotor disk9 箭頭arrow10 測量循環(huán)measuring cycle11 查詢周期interrogation cycle12 查詢周期interrogation cycle13 查詢周期interrogation cycle14 查詢周期interrogation cycle15 查詢周期interrogation cycle16 查詢周期interrogation cycle17 查詢周期interrogation cycle18 查詢周期interrogation cycle19 組合值 Clcombination value Cl20 組合值 C2combination value C221 組合值 C3combination value22 組合值 C4combination value C4
30 測量時間time of measurement31 虛擬測量時間virtual time of measurement32 平均值(電容)mean values (capacitances)37 定片表面stator surface38 象限 a，b，c，d quadrant a，b，c，d
39 定片環(huán)stator ring40 隔離條barrier41 動片環(huán)rotor ring42 偏心圓外區(qū)eccentric external area43 恒定 CR 電容constant CR capacitor44 可變 CA 電容variable CA capacitor45 抽頭 a，btapping a，b46 絕緣套圈insulating ferrule47 抽頭線tapping line48 抽頭線tapping line49 測量電路measuring circuit50 電容式傳感器capacitive sensor51 電容測量電路capacitance measurement circuitry52 編碼電路encoding circuitry54 輸出線output line
權(quán)利要求
1.一種確定檢測動片(6)相對定片(2，37)的位置的電容式運動編碼器(I)的位置角的方法，所述編碼器(I)包括可相對固定的定片(2，37)移動的偏心圓動片盤(6，7)，所述定片(2，37)具有四個電隔離的在接收器區(qū)(5)內(nèi)產(chǎn)生受定片(2，37)和動片(6，7)的相對運動引起的在它們之間的電容的改變調(diào)制的靜電場的發(fā)送器區(qū)(4a，4b，4c，4d ;38a_38d)；以及連接成檢測受調(diào)制的靜電場和據(jù)此確定運動對象的位置的度量的處理線路(49)， 所述方法的特征在于 在通過TDC執(zhí)行的測量值的電氣計算內(nèi)，執(zhí)行包括信號補償?shù)哪蛿_誤差校正，以核實輸出信號，得到設(shè)備絕對位置的高精度的信號。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 根據(jù)基本測量值Cl、C2、C3、C4、C4’、C3’、C2’、Cl’，計算適當?shù)钠骄礐lm、C2m、C3m、C4m，式(9)至(12)； 還計算適當?shù)牟钪?Cldiff、C2diff、C3diff、C4diff，式(13)至(16);以及還計算每對信號的幅度變化之比，g卩AC1/AC3和AC2/AC4，式(21)至(24)，ACl/AC3=AC2/AC4。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于 如果沒有晃動影響，按照C01=C02=C03=C04=Coffset，式(38)至(40)計算所有四個象限的共同偏置。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于 如果有任何晃動影響，將測量的一些值縮放成使它們象成對那樣具有相同的標稱值和幅度變化值，即Clm’與C3m為一對，式(30)，而C2m’與C4m為第二對，式(31);以及求出每對的共同偏置Coffsetl3和Coffset24，式(32)至(33)。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于 求出每個象限的偏置0)1、0)2、0)3、0)4，式(34)至(37);以及按照所計算的值ClOm和C20m的符號求出位置的象限，式(65)至(68)，或者是不用計算X的位置角①的估計,式(64a)至(64b)。
6.按照以上一個或多個權(quán)利要求所述的方法，其特征在于 用于各單獨測量01、02、03、04、05、06、07和C8的計算式如下 C1=C01+A C1^sin(Sop)(I)C2=C02+ A C2*cos ( 9 of+ w Tcycle)⑵C3=C03-A C3*sin (0OF+2 co Tcycle)(3)C4=C04- A C4*cos ( 9 of+3 w Tcycle)⑷C4，=C04-A C4*cos(0OF+4 co Tcycle) (5)C/ =C03-A C3*sin(0OF+5 co Tcycle) (6)C2，=C02+A C2*cos(0OF+6 co Tcycle) (7)C1，=Ctll+A Cfsin (0qF+7 co Tcycle) (8)
7.按照以上一個或多個權(quán)利要求所述的方法，其特征在于 根據(jù)用于單獨測量C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8的計算式，式(I)至(8)，計算在適當測量之間的差值 Clm=(Cl+Cl，)/2(9)C2m=(C2+C2’ )/2(10)C3m=(C3+C3’ )/2(11)C4m=(C4+C4’ )/2(12)其中從對角象限將它們?nèi)閮蓪Γ`對是電容C1-和C3m，而第二對是電容C2m和C4m。
8.按照以上一個或多個權(quán)利要求所述的方法，其特征在于根據(jù)前8個計算式(I)至(8 )，計算差值Cldiff= (ci+cr )/2(13)=-Δ Cl*cos ( θ0+ ω 3. 5Tcycle)*sin(3· 5 ω Tcycle)(13b)C2diff=(C2+C2’ )/2(14)=Δ C2*sin ( θ0+ ω 3. 5Tcycle)*sin(2· 5 ω Tcycle)(14b)C3diff=(C3 — C3’ )/2(15)=Δ C3*cos ( Θ0+ ω 3. 5Tcycle)*sin(I. 5 ω Tcycle)(15b)C4diff=(C4 — C4’ )/2(16)=-ΔC4*sin(Θ 0+ ω 3. 5Tcycle)*sin(0. 5ωTcycle)(16b)確定電容式運動編碼器的絕對位置角的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容式運動編碼器和測量電路的操作方法以及確定所述電容式運動編碼器的絕對轉(zhuǎn)角的方法。
例如，這樣的運動編碼器可以在DE 600 16 395 C2中看到。按照這個打印的專利說明書的圖2，也是執(zhí)行象限測量。在定片上形成四個相互分開的象限場，用偏心圓動片掃視。從每個象限場得出相應(yīng)電容，送入測量電路予以處理。
因此，本發(fā)明基于DE 600 16 395 C2 (EP I, 173, 730 BI)的電容式運動編碼器的問題，對這種編碼器進行進一步改進，使所得到電容更為精確。
為了解決所提出的問題，本發(fā)明的特征為納入權(quán)利要求I的技術(shù)。
本發(fā)明的實質(zhì)性特征是在總測量循環(huán)例如可以是持續(xù)一段10到100 U s的時間的范圍內(nèi)，執(zhí)行一系列循環(huán)的相繼測量，其中，在一段例如可以在s到20 ii s范圍的測量時間內(nèi)，相繼查詢相應(yīng)象限的電容；此外，在總測量循環(huán)期間，在查詢了最后一個電容(第四電容)后，再次查詢這第四電容和再次查詢第三電容，然后再次查詢第二電容和再次查詢第一電容；而所有這8次測量形成這個完整的測量循環(huán)；此外，為了估計這樣測得的這8個測量值，將在本測量循環(huán)開始與最后所測得的第一電容值相互關(guān)聯(lián)，然后將處在第二位與倒數(shù)第二位的所查得的第二電容值也相互關(guān)聯(lián)；此外，將處在第三位與倒數(shù)第三位的所查得的第三電容值C3相互關(guān)聯(lián)；此外，將處在第四位與例數(shù)第四位的所查得的第四電容值C4相互關(guān)聯(lián)。
因此，采用所給出的技術(shù)教導(dǎo)，整個測量循環(huán)被定義為包括8次單獨的測量，其中每次一個象限只產(chǎn)生一個可用的測量值，因此只存在4個測量值，但是其被測量兩遍。
采用所給出的技術(shù)，每個總測量循環(huán)可以更精確地得出電容，因為從4個象限得到總共8個測量值。
應(yīng)將在這里給出的這些附圖(4個象限和8次測量)理解為只是一個例子，而不是對本發(fā)明的保護范圍的限制。例如，也可以是只有3個或5個或6個象限。
應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)，如果有三個象限，就執(zhí)行6次單獨的測量，而如果有5個象限，就執(zhí)行10次測量。
然后，按照以下所給出的處理原理，以同樣的方式將這些測量值組合關(guān)聯(lián)。然而，本發(fā)明不局限于如以上所提到的。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選附加改進中，對四個象限的相應(yīng)各個電容(Cl與Cl’，或C2與C2’，或C3與C3’，C4與C4’ )執(zhí)行相互計算，從測量值Cl、Cl’形成平均值，即，ClM和差值，即，C1DIFF。
同樣的處理也應(yīng)用于其他那些電容值，例如形成電容值C2的平均值C2M和差值C2DIFF。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用這個技術(shù)教導(dǎo)可以獲得實質(zhì)性的優(yōu)點，因為可以首先讀出再以最精細的分辨率處理較小的測量值。
以下給出的這些公式始終包括因子3. 5。這個因子是由于在整個測量循環(huán)期間在電容Cl中間測量點與虛擬中間測量點之間相隔正好3. 5個周期，因此就存在因子3. 5。
虛擬測量時間設(shè)置在這8個測量的電容值之間的中央，即在虛擬測量時間之前和之后各有四次測量。虛擬測量時間只是在作了 8次相繼測量后確定。
由于對每個電容(總共是4個電容)有兩次在不同的時間周期的查詢，因此可以有下面要詳細說明的更為精確的計算方法。
應(yīng)將下面所說明的那些計算方法理解為是本發(fā)明的實質(zhì)，而確定各個電容值和總電容以及確定動片相對定片的轉(zhuǎn)角的方法應(yīng)為要求保護的本發(fā)明的本質(zhì)。
用于單獨測量Cp C2、C3> C4、C5、C6、C7和C8的計算式
以下符號用于輔助計算
Θ ^為在測量開始時的角的初始值，
C0i為每個象限的標稱值(即偏置)，i=l, 2，3，4
ACi為每個象限的最大幅度變化，
ω為傳感器的角速度
Tcycle為I個周期的持續(xù)時間
與這些測量結(jié)果類似，所給定的這8個值可以用以下8個計算式(I)至(8)表示
C1=C0^AC-Sin(Q0F)(I)
C2=C02+ Δ C2^cos (θ0Ρ+ω Tcycle)⑵
C3=C03- Δ C3*sin ( θ 0F+2 ω Tcycle)(3)
C4=C04- Δ C4*cos ( θ 0F+3 ω Tcycle)⑷
C4，=C04-Δ C4*cos ( θ 0F+4 ω Tcycle)(5)
C3，=C03- Δ C3*sin ( θ 0F+5 ω Tcycle)(6)
C2，=C02+ Δ C2*cos ( θ 0Ρ+6 ω Tcycle)(7)
C/ =C01+ Δ Csin ( θ 0Ρ+7 ω Tcycle)(8)
根據(jù)這前8個等式(I)至(8)，可以計算出適當值之間的差值
各次測量的近似平均值C1' C2m、C3m和C4m的計算式
根據(jù)前面所給出的這些計算式，它們的平均值可以用以下方式計算
Clm= (Cl+Cr )/2(9)
基于8個測量值，有4個采樣點是有效的。從對角象限將它們?nèi)閮蓪?，即，ー對是電容C1-和c3m，而第二對是電容c2m和c4m。各次測量的近似差值c/'c/'c/w和c4diff的計算式
根據(jù)這前8個等式(I)至(8 )，適當值之間的差值可以按下式計算
Cldiff= (Cl-Cr )/2(13)
求相對(對角)象限內(nèi)的幅度變化之比rl和r2
根據(jù)計算式(17)至(20)，可以計算在相對象限內(nèi)的幅度變化之比。在第一與第三象限內(nèi)的差值之比用b表示，而在第二與第四象限內(nèi)的差值之比用a表示。
(24)
如果傳感器沒有晃動影響，所有4個象限具有同樣的偏置值，只是在正弦曲線的正、負部分存在不對稱。這意味著，在電容信號的正部分內(nèi)，最大幅度變化Λ C+與在負部分內(nèi)存在的AC不同。
晃動影響意味著動片區(qū)與定片區(qū)不平行。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種確定檢測動片(6)相對定片(2，37)的位置的電容式運動編碼器(1)的位置角的方法，所述編碼器(1)包括可相對固定的定片(2，37)移動的偏心圓動片(6，7)，所述定片(2，37)具有四個電隔離的在接收器區(qū)(5)產(chǎn)生受定片(2，37)和動片(6，7)的相對運動引起的在它們之間的電容的改變調(diào)制的靜電場的發(fā)送器區(qū)(4a，4b，4c，4d；38a-38d)；以及耦合成檢測所調(diào)制的靜電場和據(jù)此確定運動對象的位置度量的處理電路(49)，所述方法的特征在于在一個測量循環(huán)時間(10)內(nèi)執(zhí)行至少8次測量(11至18)定義至少8個不同電容值(C1，C2，C3，C4，C4’，C3’，C2’，C1’)，其中第一電容C1在第一和第八周期測量，第二電容C2在第二和第七周期測量，第三電容C3在第三和第六周期測量，而第四電容C4在第四和第五周期測量。
文檔編號G01D5/241GK102713526SQ201080061225
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者J·比歇爾, S·黑爾德 申請人:亨斯特勒有限公司