專利名稱：位置檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置檢測器，其將來自位置傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為位置信息，所述位置傳感器輸出兩個信號，這兩個信號相對于測量出的位移做正弦變化，并且相位彼此移位90度。
背景技術(shù)：
目前已知了這樣的位置檢測器其用于基于由位置傳感器輸出的輸出信號來檢測位置，所述位置傳感器輸出兩個信號，這兩個信號根據(jù)測量目標(biāo)的位移做正弦變化并且相位彼此移位90度。在這種裝置中，包含在由位置傳感器輸出的輸出信號中的偏移分量是使用半徑計算器獲得的，上述半徑計算器計算出兩個信號的和的平方根以自動地消除偏移分量從而使得輸出信號被轉(zhuǎn)換成高精度的位置信息。在諸如JP 2008-232649A中公開了這種類型的位置檢測器。圖4是圖示出JP 2008-232649A中公開的裝置的圖。在圖4中，未示出對描述本發(fā)明不必要的器件等。圖4中所示的轉(zhuǎn)子1由這樣的磁性元件構(gòu)成在以波長λ = 10度的節(jié)距的一圈旋轉(zhuǎn)中上述磁性元件在其外周上具有36個凹陷和凸起，并且聯(lián)接到旋轉(zhuǎn)軸上。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，由轉(zhuǎn)子外周上的凹陷和凸起引起的磁阻變化引起了將在兩個檢測線圈2 和3中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)位移θ/36的余弦模擬信號AC和正弦模擬信號AS。這些信號分別由A/ D轉(zhuǎn)換器4和5轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號DC和DS。在接通電源時，在位置檢測器制造時測量出的偏移分量存儲在存儲單元6和7中。減法器8和9輸出已消除了包含在數(shù)字信號DC和DS中的偏移分量的信號DCA和DSC。內(nèi)插計算器12利用兩個變量，即信號DCA和DSC作為輸入進行反正切計算。結(jié)果，將信號DCA和DSC轉(zhuǎn)換成表示在旋轉(zhuǎn)軸的1/36&旋轉(zhuǎn)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)量的位置信號IP。在接通電源之后，已消除了偏移分量的信號DCA和DSC由半徑計算器10根據(jù)以下等式(1)進行計算，并且由半徑計算器10輸出半徑值RD。RD = SQRT (DCA"2+DSC"2)... (1)其中，SQRT表示平方根，而且~2表示平方。每當(dāng)旋轉(zhuǎn)位置改變λ時，傅里葉分析器(FFT) 11基于從內(nèi)插計算器12輸出的內(nèi)插值IP和與對于位置每變化λ /2η(η是大于或者等于3的整數(shù))的半徑值RD相對應(yīng)的值來實施傅里葉分析。然后，作為傅里葉分析的結(jié)果獲得的一階分量的余弦分量Cl和正弦分量Si，以及存儲在存儲單元6和7中的偏移分量CO和SO分別通過加法器13和14相加。 結(jié)果，在傅里葉分析器11輸出的存儲命令信號SET被輸入到存儲單元6和7時，存儲在存儲單元6和7中的偏移分量CO和SO在必要的時候被更新。因為在JP 2008-232649A中描述了作為傅里葉分析的結(jié)果獲得的一階分量對應(yīng)于偏移位移的量所基于的原理，此處不再重復(fù)說明。根據(jù)JP 2008-232649A中描述的基于半徑值RD計算偏移分量的方法，為了實施傅里葉分析，必須計算出與波長λ的節(jié)距內(nèi)的位置每變化1/2"的半徑值RD對應(yīng)的值。結(jié)果， 存在這樣的問題在每個AD樣品周期中λ /2η或者更大的位置變化所處于的速度處，因為不可能實施傅里葉分析，所以不可能提取偏移分量?？紤]到上述情況做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于，即使在高速旋轉(zhuǎn)期間，也能確定降低了內(nèi)插精度的包含在兩個信號中的偏移分量，從而提高內(nèi)插精度，其中所述兩個信號根據(jù)測量目標(biāo)的位移做正弦變化，并且相位彼此移位90度。因此同時地在位置檢測器中實現(xiàn)高精度和高速度也是本發(fā)明的目的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供了一種用于根據(jù)測量目標(biāo)的位移來輸出位置信息的位置檢測器，所述位置檢測器包括位置傳感器，其用于輸出兩個信號，所述兩個信號根據(jù)測量目標(biāo)的位移做正弦變化并且相位彼此移位90度；偏移分量消除器，其用于從由所述位置傳感器輸出的輸出信號中消除包含在所述輸出信號中的偏移分量；內(nèi)插計算器，其用于將已消除了所述偏移分量的兩個信號轉(zhuǎn)換成位置信息；半徑計算器，其用于計算由位置傳感器輸出的兩個信號或者所述已消除了偏移分量的兩個信號的和的平方根；相關(guān)性計算器，其用于分別以來自所述半徑計算器的輸出的波動分量乘以由所述位置傳感器輸出的兩個信號；DC分量提取器，其用于提取由所述相關(guān)性計算器輸出的輸出值的DC分量；以及輸出器，其用于基于由所述DC分量提取器輸出的輸出值來輸出包含偏移位移部分的偏移分量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，位置檢測器進一步包括速度轉(zhuǎn)換器，其用于計算由所述內(nèi)插計算器輸出的位置信息的微分以將所述位置信息轉(zhuǎn)換成速度信號；以及偏移存儲器， 其用于存儲偏移分量，其中所述DC分量提取器由使用來自所述相關(guān)性計算器的輸出作為輸入的低通濾波器構(gòu)成，并且當(dāng)所述速度信號具有大于預(yù)定閾值的值時，所述偏移存儲器存儲包含所述偏移位移部分的偏移分量作為新的偏移分量。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，在位置檢測器中，當(dāng)假設(shè)由所述位置傳感器輸出的輸出信號變化一個周期的移動量是λ時，每當(dāng)所述位置信息變化X/m(m表示大于或者等于2的整數(shù))時所述DC分量提取器使用由所述相關(guān)性計算器輸出的輸出值作為輸入，并且DC分量提取器基于由所述相關(guān)性計算器輸出的m個輸出值的平均值和位置信息移動λ 的時間段內(nèi)的輸入來提取DC分量。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，在位置檢測器中，所述相關(guān)性計算器包括低通濾波器，其用于輸出由所述半徑計算器輸出的輸出值的DC分量；以及減法器，其用于從由所述半徑計算器輸出的輸出值中消除由所述低通濾波器輸出的DC分量，其中所述減法器的輸出作為來自所述半徑計算器的輸出的波動分量被輸入至所述相關(guān)性計算器。通過采用本發(fā)明，即使不使用傅里葉變換，也能夠通過半徑計算器的輸出和來自位置傳感器的兩個信號的相關(guān)性來計算提取對應(yīng)于偏移分量的分量。因此，可以如JP 2008-232649Α中描述的技術(shù)一樣精確地確定偏移。而且，即使是在A/D轉(zhuǎn)換器的每個采樣周期中入/2"或者更大的位置變化所處的旋轉(zhuǎn)速度處，可以精確地確定偏移。因此，以使在高速旋轉(zhuǎn)期間，可以精確地確定偏移隨時間的變化，以消除降低了精度的分量并且顯著地提高內(nèi)插精度。結(jié)果，能夠在位置檢測器中同時實現(xiàn)高精度和高速度。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的位置檢測器的方框圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的位置檢測器的方框圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的位置檢測器的方框圖。圖4是示出現(xiàn)有技術(shù)的位置檢測器的構(gòu)造的方框圖。
具體實施例方式(第一實施例)下文將參照附圖描述本發(fā)明的第一實施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的位置檢測器的構(gòu)造的方框圖。在圖1中，與圖4中所示的元件具有相同功能的元件以相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)對它們的說明。如圖1所示，由兩種檢測線圈2和3輸出的模擬信號AC和AS由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號DC和DS。使用減法器8和9從數(shù)字信號DC和DS減去制造時測量的偏移分量 CO和SO獲得的信號DCA和DSC被輸入至半徑計算器10。半徑計算器根據(jù)等式(1)實施計算以輸出半徑值RD。由半徑計算器10輸出的半徑值RD輸入至低通濾波器(LPF) 15，并且輸出作為半徑值RD的DC分量的信號RDD。然后，由減法器16從半徑RD減去信號RDD，并且輸出作為半徑RD的波動分量的信號RDA。乘法器17和18實施將信號RDA分別乘以信號DCA和DSC 以輸出信號COM和SOM的相關(guān)性計算，信號DCA和DSC是通過從數(shù)字信號DC和DS中減去偏移分量CO和SO而獲得的。信號COM和SOM輸入至用作DC分量提取器的低通濾波器(LPFs) 19和20，并且輸出信號COM和SOM的DC分量COMDC和SOMDC。在位置傳感器輸出信號AC和AS的變化頻率充分高于低通濾波器19和20的截止頻率的旋轉(zhuǎn)速度處，信號COMDC和SOMDC對應(yīng)于信號 COM和SOM的DC分量。此外，因為信號COMDC和SOMDC與信號DCA和DSC的振幅分量成比例，計算器21和22用信號COMDC和SOMDC除以與信號DCA和DSC的振幅分量相等的半徑 DC分量RDD，并且以結(jié)果乘以2從而輸出包含在信號DCA和DSC中的偏移位移部分CODF和 SODF。加法器13和14將用于消除由存儲單元6和7存儲的信號DC和DS的偏移分量的信號CO和SO加至由計算器21和22輸出的偏移位移部分CODF和SODF。然后，在存儲單元 6和7中設(shè)定包含由加法器13和14輸出的偏移位移部分的偏移分量。通過以這種方式設(shè)定偏移分量，在位置傳感器輸出信號AC和AS的變化頻率充分高于低通濾波器19和20的截止頻率的旋轉(zhuǎn)速度處獲得了適當(dāng)?shù)钠品至?。另一方面，在位置傳感器輸出信號AC和AS的變化頻率低于低通濾波器19和20 的截止頻率的旋轉(zhuǎn)速度處，低通濾波器19和20不可能提取出DC分量。因此在低速旋轉(zhuǎn)期間暫停偏移的設(shè)定是必要的。為此目的，速度轉(zhuǎn)換器23通過由內(nèi)插計算器12輸出的內(nèi)插值IP的微分計算輸出速度信號VEL。比較器25對速度信號VEL和存儲在存儲單元M中的設(shè)定速度進行比較，并且，當(dāng)速度信號VEL是大于設(shè)定速度的速度時，比較器25輸出存儲命令信號SET。當(dāng)存儲命令信號SET輸入至存儲單元6和7中時，在存儲單元6和7中設(shè)定包含由加法器13和14輸出的偏移位移部分的偏移分量。另一方面，當(dāng)未輸入存儲命令信號 SET時，存儲單元6和7不實施對包含偏移位移部分的偏移分量的設(shè)定。結(jié)果，僅當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度足夠高于低通濾波器19和20的截止頻率時，偏移分量CO和SO才被更新。(第二實施例)接下來，將描述第二實施例。圖2是示出根據(jù)第二實施例的位置檢測器的構(gòu)造的圖。雖然，在第一實施例中，已消除了偏移分量的信號DCA和DSC被用作半徑計算器10的輸入，但是如圖2所示，在本實施例中被用作半徑計算器10的輸入的是尚未消除偏移分量的信號DC和DS。在這種情形中，因為由計算器21和22輸出的值是信號DC和DS的偏移分量CO和S0，所以如圖1所示的加法器13和14不是必要的。然而，在這個構(gòu)造中，存在這樣的可能性當(dāng)包含在位置傳感器輸出信號中的偏移分量大時，偏移確定精度可能降低。(第三實施例)接下來，將描述第三實施例。圖3是示出根據(jù)第三實施例的位置檢測器的構(gòu)造的圖。雖然，在第一實施例中，低通濾波器19和20是用作用于提取由乘法器17和18輸出的信號COM和SOM的DC分量的器件，但是如圖3所示，在第三實施例中對于在其中位置傳感器輸出信號變化一個周期的時間段的平均值被提取作為DC分量。更加特別地，每當(dāng)由內(nèi)插計算器12輸出的內(nèi)插值IP變化λ/πι(λ代表對于轉(zhuǎn)子1 的一個節(jié)距的移動量，并且m代表大于或者等于2的整數(shù))時，平均處理器沈和27輸出信號ACOMDC和AS0MDC，信號ACOMDC和ASOMDC是通過對于由乘法器17和18輸出的信號COM 和SOM的m個值求平均值而獲得的。信號ACOMDC和ASOMDC是信號COM和SOM的DC分量。 計算器21和22使用信號ACOMDC和ASOMDC作為輸入來實施類似于在第一實施例中實施的計算以輸出包含在信號DCA和DSC中的偏移位移部分CODF和S0DF。此外，當(dāng)內(nèi)插值IP的移動量是λ時，平均處理器沈和27輸出存儲命令信號SET， 并且存儲在存儲單元6和7中的偏移分量CO和SO在必要的時候以與第一實施例的原理類似的原理被更新。從上述說明中清楚地知道，通過采用根據(jù)上述三個實施例中的一個的構(gòu)造，可以精確地確定信號DC和DS的偏移分量以從信號DC和DS中消除偏移分量。應(yīng)當(dāng)注意的是 雖然在上述說明書中使用了低通濾波器15來消除半徑RD的DC分量以提取波動分量，但是還可以測量半徑值的DC分量，以及使得非易失性存儲器在位置檢測器制造時預(yù)先存儲值以使用減法器16提取半徑值RD的波動分量。此外，還可以將第一實施例或者第二實施例與第三實施例相結(jié)合，以便在低速運行期間使用第三實施例和在高速運行期間使用第一實施例或第二實施例之間切換的同時確定偏移分量。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)測量目標(biāo)的位移而輸出位置信息的位置檢測器，包括位置傳感器，其用于輸出兩個信號，所述兩個信號根據(jù)所述測量目標(biāo)的所述位移而做正弦變化，并且相位彼此移位90度；偏移分量消除器，其用于從由所述位置傳感器輸出的輸出信號中消除包含在所述輸出信號中的偏移分量；內(nèi)插計算器，其用于將已消除了所述偏移分量的兩個信號轉(zhuǎn)換成位置信息； 半徑計算器，其用于計算由所述位置傳感器輸出的兩個信號或者已消除了所述偏移分量的兩個信號的和的平方根；相關(guān)性計算器，其用于分別以來自所述半徑計算器的輸出的波動分量乘以由所述位置傳感器輸出的兩個信號；DC分量提取器，其用于提取由所述相關(guān)性計算器輸出的輸出值的DC分量；以及輸出器，其用于基于由所述DC分量提取器輸出的輸出值來輸出包含偏移位移部分的偏移分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測器，進一步包括速度轉(zhuǎn)換器，其用于計算由所述內(nèi)插計算器輸出的所述位置信息的微分以將所述位置信息轉(zhuǎn)換成速度信號；以及偏移存儲器，其用于存儲所述偏移分量，其中所述DC分量提取器由使用來自所述相關(guān)性計算器的輸出作為輸入的低通濾波器構(gòu)成，并且當(dāng)所述速度信號具有大于預(yù)定閾值的值時，所述偏移存儲器將包含所述偏移位移部分的所述偏移分量存儲為新的偏移分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測器，其中當(dāng)假設(shè)由所述位置傳感器輸出的所述輸出信號變化一個周期的移動量是λ時， 每當(dāng)所述位置信息變化λ/m(m表示大于或者等于2的整數(shù))時，所述DC分量提取器使用由所述相關(guān)性計算器輸出的輸出值作為輸入，并且基于由所述相關(guān)性計算器輸出的m 個輸出值的平均值和位置信息移動λ的時間段內(nèi)的輸入來提取DC分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測器，其中所述相關(guān)性計算器包括 低通濾波器，其用于輸出由所述半徑計算器輸出的輸出值的DC分量；以及減法器，其用于從由所述半徑計算器輸出的所述輸出值中消除由所述低通濾波器輸出的所述DC分量，其中來自所述減法器的輸出作為來自所述半徑計算器的輸出的波動分量被輸入至所述相關(guān)性計算器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種位置檢測器，其包括檢測線圈2和3，其用于輸出相位彼此移位90度的兩個正弦信號；減法器8和9，其用于消除包含在由檢測線圈2和3輸出的輸出信號DCA和DSC中的偏移分量；內(nèi)插計算器12，其用于將已消除了偏移分量的兩個信號DCA和DSC轉(zhuǎn)換成位置信息IP；半徑計算器10，其用于計算由檢測線圈2和3輸出的兩個信號DC和DS的和的平方根；相關(guān)性計算器17和18，其用于分別以來自半徑計算器10的輸出的波動分量RDA乘以已消除了偏移分量的信號DCA和DSC；低通濾波器(LPFs)19和20，其用于提取由相關(guān)性計算器17和18輸出的輸出值的DC分量；和輸出器，其用于基于由LPF 19和20輸出的輸出值COMDC和SOMDC來輸出包含偏移位移部分的偏移分量。
文檔編號G01D5/243GK102401664SQ201110219930
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者嶋田太志, 林康一 申請人:大隈株式會社