高精度純數(shù)字位置傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，包括：一移動(dòng)端子，為與被檢測物同時(shí)移動(dòng)的物體，或者為被檢測物；一固定端子矩陣，由多個(gè)固定端子按矩陣排布而成，所述移動(dòng)端子使其位置所在的至少一個(gè)固定端子的輸出電平與不在該位置的固定端子的輸出電平相反；一超多輸入編碼器，用于對移動(dòng)端子進(jìn)行位置編碼，為編碼輸入引腳至少為兩個(gè)的二進(jìn)制優(yōu)先級編碼器，每一個(gè)固定端子的輸出分別連接該超多輸入編碼器的一個(gè)編碼輸入引腳。通過上述方案，本發(fā)明利用固定端子之間精確的間距將位置信息數(shù)字化，而現(xiàn)有的納米技術(shù)可使固定端子的位置精度達(dá)到納米級，且傳感器內(nèi)部沒有任何模擬信號，因此極大地提升了傳感精度，解決了現(xiàn)有模擬傳感器存在的諸多問題，使傳感器的性能得到了質(zhì)的飛躍，是傳感器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一大革新。
【專利說明】高精度純數(shù)字位置傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器，具體地說，是涉及一種純高精度純數(shù)字位置傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的傳感器基本上都是模擬傳感器，其工作原理在于將物理信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號，而要想得到具體的傳感物理量，還需要加入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。目前的位移傳感器和位置傳感器也都是基于各種物理機(jī)理的模擬傳感器。它們都具有模擬傳感器共有的缺點(diǎn):
[0003](I)容易受溫度的影響。溫度的影響有很多，最基本的包括零點(diǎn)漂移和增益漂移，零點(diǎn)漂移就是暗電流不穩(wěn)定，影響傳感器的長期重復(fù)性；增益漂移就是同樣的物理增量因不同的溫度環(huán)境產(chǎn)生的電信號增量各不相同，增益漂移影響的將是測量精度、重復(fù)性和動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)然，溫度對模擬傳感器的影響還有很多，在此不一一列舉。
[0004](2)噪聲。在模擬信號被數(shù)字量化之前，模擬傳感器的輸出信號都容易受噪聲影響，而且噪聲根本就無法完全清除，為了降低噪聲，在傳感器到模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間往往要加入濾波器或者調(diào)制解調(diào)器等信號調(diào)理電路，即便如此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器自身也有噪聲。一個(gè)噪聲再小的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，如果AD轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)為20，AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的后幾位也是在波動(dòng)，也就是說，每一次AD轉(zhuǎn)換的20位數(shù)字，后面幾位會經(jīng)常不相同，從而導(dǎo)致實(shí)際有效的AD位數(shù)小于20位。
[0005](3)因加入了信號調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，電路成本增高，可靠性也隨之下降。
[0006](4)測量范圍與測量精度的矛盾。在傳統(tǒng)模擬傳感器技術(shù)中，如果測量范圍為10米，則測量精度將很難達(dá)到微米等級，且測量范圍越大，測量精度越小，想要二者兼顧，則要使用多個(gè)模擬傳感器。
[0007](5)線性度很難提升?，F(xiàn)有的模擬傳感器在依據(jù)物理機(jī)理將物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枙r(shí)，線性度想要突破0.01 %非常困難。
[0008]本發(fā)明通過制作固定間距的固定端子，使傳感器在信號輸出前就被數(shù)字量化，不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器，且內(nèi)部也沒有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，為全數(shù)字的位置傳感器。而隨著納米技術(shù)的發(fā)展，制作固定間距的固定端子非常精確，其最大的優(yōu)勢在于幾乎沒有溫漂、噪聲小可靠性聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度純數(shù)字位置傳感器，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中因采用基于物理機(jī)理的模擬傳感器而存在的精確度難以提升、溫漂大、噪聲大的問題。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0011 ] 高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，包括
[0012]一移動(dòng)端子，為與被檢測物同時(shí)移動(dòng)的物體，或者為被檢測物；
[0013]一固定端子矩陣，由多個(gè)固定端子按矩陣排布而成，所述移動(dòng)端子使其位置所在的至少一個(gè)固定端子的輸出電平與不在該位置的固定端子的輸出電平相反；[0014]一超多輸入編碼器，用于對移動(dòng)端子進(jìn)行位置編碼，為編碼輸入引腳至少為兩個(gè)的二進(jìn)制優(yōu)先級編碼器，每一個(gè)固定端子的輸出分別連接該超多輸入編碼器的一個(gè)編碼輸入引腳。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了以下兩種固定端子的結(jié)構(gòu)，以及與移動(dòng)端子的關(guān)系:
[0016](I)所述固定端子包括兩個(gè)未導(dǎo)通的電極，其中一個(gè)電極與所述超多輸入編碼器的編碼輸入引腳連接，另一個(gè)電極接固定電平；當(dāng)所述移動(dòng)端子移動(dòng)至一個(gè)固定端子時(shí)，該固定端子的兩個(gè)電極導(dǎo)通。
[0017](2)所述固定端子只包括一個(gè)與所述超多輸入編碼器的編碼輸入引腳連通的電極；當(dāng)所述移動(dòng)端子移動(dòng)至一個(gè)固定端子時(shí)，該固定端子輸出與所述移動(dòng)端子導(dǎo)通。
[0018]實(shí)際生產(chǎn)使用時(shí)，可以任選上述一種方式，即所有固定端子均采用上述第一種結(jié)構(gòu)，或者所有固定端子均采用上述第二種結(jié)構(gòu)。一般情況下，不采用兩種結(jié)構(gòu)混合，因此這會大大增加技術(shù)的復(fù)雜度，而技術(shù)效果并不會有明顯提升。
[0019]再進(jìn)一步地，所述超多輸入編碼器的編碼輸入引腳數(shù)量與固定端子的數(shù)量相等。當(dāng)然，本發(fā)明中，超多輸入編碼器的編碼輸入引腳數(shù)量也可以超過固定端子的數(shù)量，這種情況下，多余的編碼輸入引腳可以用作其他用途。
[0020]更進(jìn)一步地，所述超多輸入編碼器為包含至少一級編碼處理矩陣和通用編碼電路的二進(jìn)制優(yōu)先級編碼器。
[0021]確切地說，所述固定端子矩陣中所有相鄰固定端子之間的行間距相等，所有相鄰固定端子之間的列間距相等。更確切地說，所述固定端子通過納米技術(shù)進(jìn)行等行距和等列距排布。
[0022]優(yōu)選地，所述固定端子矩陣為一維或二維矩陣。
[0023]本發(fā)明利用移動(dòng)端子和固定端子之間的關(guān)系，來使處于移動(dòng)端子位置的固定端子輸出與其他位置的固定端子相反的電平，從而通過超多輸入編碼器的編碼來確定移動(dòng)端子的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)被測物位置的確定，達(dá)到位置檢測的目的。通過固定端子排列的精確間距對被測位置物理量進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)利用納米技術(shù)的高精度特性，可以將固定端子的位置布置得非常精確，其位置精度可達(dá)到納米級精度，且整個(gè)傳感過程不存在模擬信號，因此也就不需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使得整個(gè)位置傳感器成為了一個(gè)純粹的數(shù)字傳感器，如此便解決了現(xiàn)有的模擬傳感器存在的多種問題，相應(yīng)地，本發(fā)明也就具有了以下有益效果:
[0024](I)精度高。通過固定端子排列的精確間距對被測位置物理量進(jìn)行數(shù)字量化，利用現(xiàn)有的納米技術(shù)，可以將固定端子的位置布置得非常精確，其位置精度可達(dá)到納米級精度。
[0025](2)對噪聲不敏感。由于傳感器內(nèi)部完全沒有模擬信號，內(nèi)部的電信號全部都是數(shù)字信號，所以本位置傳感器對噪聲不敏感。
[0026](3)溫漂小。因傳感器自身為純數(shù)字傳感器，所以受溫度影響小。
[0027](4)可靠且成本低。由于不需要信號調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，電路可靠性提升。
[0028](5)由于采用純數(shù)字傳感，測量精度不受測量范圍的影響。
[0029](6)線性度好。采用納米技術(shù)可輕易將固定端子的間距誤差控制在Ium以內(nèi)，而假設(shè)測量范圍為10米，其線性度可達(dá)到0.00001%的數(shù)量級，較現(xiàn)有的模擬傳感器，其精度有極大的提聞。
[0030](7)本發(fā)明通過巧妙的設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的模擬傳感器徹底改變成了純數(shù)字傳感器，從根本上改變了傳感器設(shè)計(jì)的創(chuàng)作思路與實(shí)現(xiàn)原理，使位置傳感器的結(jié)構(gòu)與性能都得到了質(zhì)的飛躍，是傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】中一次重大的革新，具有很高的創(chuàng)造性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0032]圖2為單個(gè)固定端子與移動(dòng)端子的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3為單個(gè)固定端子與移動(dòng)端子的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明中固定端子和移動(dòng)端子的整體示意圖。
[0035]圖5為本發(fā)明-實(shí)施例中超多輸入編碼器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0036]圖6為本發(fā)明中編碼處理矩陣結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖7為本發(fā)明中編碼輸入電路的電路原理圖。
[0038]圖8為本發(fā)明中通用編碼電路原理圖。
[0039]上述附圖中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的部件名稱如下:
[0040]1-移動(dòng)端子，2-固定端子。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0042]實(shí)施例
[0043]如圖1?8所示，所述高精度純數(shù)字位置傳感器，主要由三部分組成:移動(dòng)端子、固定端子和超多輸入編碼器。其中移動(dòng)端子和超多輸入編碼器數(shù)量均為一個(gè)，而固定端子的數(shù)量則眾多，所有固定端子按照等行距和等列距的方式排列成一個(gè)矩陣，且每個(gè)固定端子的輸出端均與超多輸入編碼器的不同編碼輸入引腳連接。其中，移動(dòng)端子可以接入固定電平，也可以不接電平，而在接入固定電平時(shí)，既可以接低電平，也可以接高電平。移動(dòng)端子可以與被測物體一起移動(dòng)，而當(dāng)被測物體為液體時(shí)，被測物體自身就是移動(dòng)端子。
[0044]當(dāng)移動(dòng)端子與被檢測對象接觸，同時(shí)和一個(gè)或多個(gè)固定端子導(dǎo)通時(shí)，整個(gè)位置傳感器便開始工作，處于移動(dòng)端子位置處的固定端子輸出一個(gè)固定電平，受移動(dòng)端子的影響，該固定電平將與未處于移動(dòng)端子處的固定端子輸出的電平相反，所有固定電平通過編碼輸入引腳進(jìn)入超多輸入編碼器中，經(jīng)過超多輸入編碼器的編碼后，輸出的便是被測物體的位置。工作時(shí)，移動(dòng)端子可以與固定端子直接接觸，也可以不與固定端子直接接觸，只要能使兩者導(dǎo)通，將處于移動(dòng)端子處的固定端子與其他的固定端子區(qū)別開來，實(shí)現(xiàn)輸出電平相反即可。這種實(shí)現(xiàn)方法很多，比如通過電路來使輸出電平反向、直接通過移動(dòng)端子輸入反向電平等等，在此不再贅述。
[0045]在本發(fā)明中，提供了以下兩種固定端子的結(jié)構(gòu):
[0046]如圖2，該固定端子僅具有一個(gè)電極，且該電極與超多輸入編碼器的編碼輸入引腳連接。當(dāng)移動(dòng)端子移動(dòng)到該固定端子處時(shí)，其輸出自身的固定電平，該固定電平與固定端子自身接入的固定電平一起，通過固定端子的電極進(jìn)入超多輸入編碼器進(jìn)行編碼，最后輸出被測物體的位置。
[0047]如圖3，所述固定端子則包括兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極相互之間并未導(dǎo)通，其中一個(gè)電極與超多輸入編碼器的編碼輸入引腳連接。當(dāng)移動(dòng)端子移動(dòng)到同時(shí)與該兩個(gè)電極接觸并導(dǎo)通時(shí)，整個(gè)傳感器便開始工作。此時(shí)，移動(dòng)端子使該位置的固定端子輸出與其他位置的固定端子相反的固定電平，當(dāng)所有固定電平進(jìn)入超多輸入編碼器進(jìn)行編碼之后，便可輸出被測物體的位置。
[0048]所述超多輸入編碼器包含至少一級編碼處理矩陣和通用編碼電路的二進(jìn)制優(yōu)先級編碼器。本實(shí)施例提供了如圖5?圖8所示的超多輸入編碼器，但并非說本發(fā)明只能使用該結(jié)構(gòu)的超多輸入編碼器，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的，在進(jìn)行優(yōu)先級處理后輸出被測物體位置的編碼器均可。
[0049]下面通過舉例來對本發(fā)明的工作原理及過程作進(jìn)一步說明。
[0050]設(shè)測量范圍為橫坐標(biāo)為10米、縱坐標(biāo)為10米，固定端子的數(shù)量為一百萬(1024*1024)乘以一百萬(1024*1024)，所有固定端子均勻地排成面積為10米X 10米的固
定端子矩陣。
[0051]圖4為固定端子和移動(dòng)端子的整體示意圖。如圖所示，所有固定端子均勻地排列成一個(gè)矩陣，移動(dòng)端子通過移動(dòng)可接觸到任意一個(gè)固定端子，而本發(fā)明的輸出數(shù)字信號便為移動(dòng)端子接觸到的固定端子中左上角的那個(gè)固定端子在矩陣中的行位置和列位置。
[0052]圖5為本實(shí)施中使用的超多輸入編碼器的結(jié)構(gòu)框圖。該編碼器包括三級編碼處理矩陣和八個(gè)通用編碼電路。
[0053]第一級編碼處理矩陣包括一百萬(1024*1024)根矩陣行信號線、一百萬(1024*1024)根矩陣列信號線和一百萬(1024*1024)乘以一百萬(1024*1024)個(gè)編碼輸入電路。第二級編碼處理矩陣為兩個(gè)編碼處理矩陣，每個(gè)第二級編碼處理矩陣包括1024根矩陣行信號線、1024根矩陣列信號線和1024*1024個(gè)編碼輸入電路。第三級編碼處理矩陣為四個(gè)編碼處理矩陣，每個(gè)第三級編碼處理矩陣包括32根矩陣行信號線、32根矩陣列信號線和32*32個(gè)編碼輸入電路。
[0054]編碼處理矩陣的信號輸入端為編碼輸入電路的信號輸入端，編碼處理矩陣的信號輸出端為矩陣行信號線和矩陣列信號線。第一級編碼處理矩陣的信號輸入端為整個(gè)超多輸入編碼器的編碼輸入引腳，連接所有固定端子的輸出引腳，上一級編碼處理矩陣的矩陣行信號線和矩陣列信號線分別連接到下一級編碼處理矩陣的編碼輸入電路的輸入引腳上，上一級的每一個(gè)編碼處理矩陣對應(yīng)下一級的兩個(gè)編碼處理矩陣，分別用作對上一級的矩陣行信號線和矩陣列信號線進(jìn)行編碼處理。第三級編碼處理矩陣的信號輸出端連接到八個(gè)通用編碼電路上。通用編碼電路的輸出便是整個(gè)純高精度純數(shù)字位置傳感器的位置輸出，位置輸出包括X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。
[0055]圖6為編碼處理矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，編碼處理矩陣包括M根矩陣行信號線、N根矩陣列信號線和M*N個(gè)編碼輸入電路。每個(gè)編碼輸入電路連接一個(gè)編碼輸入信號，連接所在矩陣的行和列的矩陣行信號線和矩陣列信號線。在本實(shí)施例中，編碼輸入電路的作用是將編碼輸入信號同相地傳遞到所連接的矩陣行信號線和矩陣列信號線上。每一根矩陣行信號線和矩陣列信號線均連接上拉電阻。
[0056]圖7為編碼輸入電路的電路原理圖。如圖所示，編碼輸入電路包括一個(gè)CMOS反相器和兩個(gè)OD門。CMOS反相器的輸入連接編碼輸入信號，CMOS反相器的輸出同時(shí)連接到兩個(gè)所述的OD門的信號輸入端上，兩個(gè)OD門的輸出分別連接到該編碼輸入電路所連接的矩陣行信號線和矩陣列信號線上。在本實(shí)施例中編碼輸入信號為低電平有效，該信號在經(jīng)過CMOS反相器后，變?yōu)楦唠娖接行?，高電平有效時(shí)，OD門導(dǎo)通，OD門的輸出為低電平。由此可見，經(jīng)過編碼輸入電路后，編碼輸入信號以同相的形式傳遞到了矩陣行信號線和矩陣列信號線上。當(dāng)編碼輸入信號為高電平時(shí)，CMOS反相器的輸出為低電平，此時(shí)兩個(gè)OD門均關(guān)閉，信號將不被傳遞到矩陣行信號線和矩陣列信號線上。
[0057]下面來講述編碼處理矩陣的工作原理。當(dāng)某個(gè)編碼輸入電路的輸入信號為有效信號低電平時(shí)，則該低電平將傳遞到該編碼輸入電路所在行和列的矩陣行信號線和矩陣列信號線上，該編碼輸入電路所在行和列的矩陣行信號線和矩陣列信號線則為低電平，而如果某一行或列編碼輸入電路的輸入信號中沒有低電平，則該矩陣行信號線或矩陣列信號線為高電平。因此，如果第5行、第6列的編碼輸入電路的輸入信號為低電平時(shí)，則第5根矩陣行信號線和第6根矩陣列信號線均為低電平。因此編碼處理矩陣的輸出信號中就攜帶了輸入信號的信息，從而實(shí)現(xiàn)了編碼處理。
[0058]下面以具體例子來講述在本實(shí)施例中兩級編碼處理矩陣對信號的傳遞。假設(shè)第一級編碼處理矩陣的第899行第599列的編碼輸入信號為低電平，則899根矩陣行信號線和第599根矩陣列信號線均為低電平。第899根矩陣行信號線的低電平傳遞到第二級編碼處理矩陣M2R1的第27行第3列編碼輸入電路的輸入信號上，而M2R1的第27根矩陣行信號線和第3根矩陣列信號線為低電平。第一級編碼處理矩陣的第矩陣599根列信號線傳遞到第二級編碼處理矩陣M2C1的第17行第23列的編碼輸入電路上上，而M2C1的的第17行第23根列信號線為低電平，從而實(shí)現(xiàn)了編碼處理。
[0059]當(dāng)?shù)谝患壘幋a處理矩陣有多個(gè)編碼輸入信號為低電平時(shí)，則M2R1和M2C1將至少有一根以上矩陣行信號線或矩陣列信號線為低電平。
[0060]圖8為在本實(shí)施例中通用編碼電路的電路原理圖。該電路的功能是32-5編碼，使用4個(gè)八三編碼器串聯(lián)，4個(gè)編碼器的輸出使用兩級與門電路將12個(gè)編碼輸出引腳融合為5個(gè)編碼輸出引腳。
[0061]在本實(shí)施例中，選用了 TI公司的優(yōu)先級編碼器54HC148作為通用編碼器，54HC148為八三編碼器。該芯片的第10至13引腳和第I至4引腳分別為八個(gè)編碼輸入信號，第9、
6、7引腳為編碼輸出引腳，第5腳為使能輸入引腳，第14腳和第15腳為輸出的標(biāo)志引腳，當(dāng)?shù)?引腳為高電平時(shí)，不管編碼輸入信號是什么，編碼器的所有輸出引腳均為高電平。當(dāng)?shù)?引腳為低電平時(shí)，54HC148芯片正常進(jìn)行編碼工作，54HC148芯片在正常編碼時(shí)，第14腳和第15腳兩個(gè)標(biāo)志引腳輸出電平狀態(tài)完全相反。54HC148芯片的所有編碼輸入為低電平有效，當(dāng)所有編碼輸入引腳均為高電平時(shí)，此時(shí)第14引腳輸出高電平，第15引腳輸出低電平，表示沒有一個(gè)編碼輸入引腳有效。當(dāng)編碼輸入引腳中至少有一個(gè)為有效電平時(shí)，第14引腳輸出低電平，第15引腳輸出高電平，表示編碼輸入引腳中至少有一個(gè)引腳為有效電平。54HC148芯片為優(yōu)先級編碼器，其優(yōu)先級順序?yàn)?、1、2、3、4、5、6、7，對應(yīng)的引腳編號為10、11、12、13、1、2、3、4。優(yōu)先級的含義是當(dāng)有高優(yōu)先級的引腳電平有效時(shí)，低優(yōu)先級的電平狀態(tài)將被忽略。例如當(dāng)?shù)?0引腳即編碼輸入O有效時(shí)，不管其余編碼輸入引腳是什么電平，54HC148芯片按照編碼輸入O進(jìn)行編碼。54HC148芯片的編碼輸出為二進(jìn)制反碼，當(dāng)編碼輸入O有效時(shí)，編碼輸出引腳狀態(tài)為HHH，其反碼為LLL，代表O ;當(dāng)編碼輸入I為最高優(yōu)先級的有效電平時(shí)，編碼輸出為HHL，其反碼為LLH，代表I，同理當(dāng)編碼輸入5為最高優(yōu)先級的有效電平時(shí)，編碼輸出為LHL，其反碼為HLH，代表5。
[0062]在本實(shí)施例中，每個(gè)通用編碼電路選用了 2級與門共3個(gè)與門芯片用作54HC148芯片輸出引腳的融合。與門芯片選用了 TI公司的54HC08芯片，該芯片片內(nèi)集成了 4個(gè)兩輸入與門，第1、2、3引腳為第一個(gè)與門的引腳，第1、2引腳為輸入引腳，第3引腳為輸出引腳；第4、5、6引腳為第二個(gè)與門的引腳，第4、5引腳為輸入引腳，第6引腳為輸出引腳;第8、9、10引腳為第三個(gè)與門的引腳，第9、10引腳為輸入引腳，第8引腳為輸出引腳；第11、12、13引腳為第四個(gè)與門的引腳，第12、13引腳為輸入引腳，第11引腳為輸出引腳。
[0063]每個(gè)通用編碼電路的電路結(jié)構(gòu)圖與圖8相同，只是每個(gè)通用編碼電路的輸入輸出連接不同，現(xiàn)以圖8來講解其編碼原理，圖中E⑶I的八個(gè)編碼輸入引腳對應(yīng)整個(gè)通用編碼電路的編碼輸入O至7，E⑶2的八個(gè)編碼輸入引腳對應(yīng)整個(gè)通用編碼電路的編碼輸入9至16，E⑶3的八個(gè)編碼輸入引腳對應(yīng)整個(gè)通用編碼電路的編碼輸入16至23，E⑶I的八個(gè)編碼輸入引腳對應(yīng)整個(gè)通用編碼電路的編碼輸入24至31。ANDl用于將E⑶I和E⑶2融合為16-4編碼器，AND2用于將E⑶3和E⑶4融合為16_4編碼器，AND3將前級的兩個(gè)16_4編碼器融合為32-5編碼器。
[0064]如圖8所示，E⑶I的第5引腳接地，E⑶I的第15引腳連接E⑶2的第5引腳，E⑶2的第15引腳連接E⑶3的第5引腳，E⑶3的第15引腳連接E⑶4的第5引腳，E⑶4的第15引腳懸空。以此將4個(gè)編碼器串聯(lián)起來。有前文所述當(dāng)54HC148的第5引腳為高電平時(shí)，54HC148芯片不進(jìn)行編碼工作，此時(shí)54HC148芯片的三個(gè)編碼輸出均為高電平，第14、15引腳均為高電平。由于E⑶I的第5引腳接地，所以E⑶I始終工作在編碼狀態(tài)。當(dāng)E⑶I的編碼輸入引腳中有有效電平時(shí)，則第15引腳輸出高電平，因此ECD2的第5腳輸入高電平，E⑶2不工作在編碼狀態(tài)，E⑶2的第15腳也輸出高電平，同樣E⑶3的第5腳也是高電平，以此類推可以得出，當(dāng)E⑶I的編碼輸入引腳中有有效電平時(shí)，E⑶2、E⑶3、E⑶4均不工作在編碼狀態(tài)。
[0065]當(dāng)E⑶I的編碼輸入引腳中沒有有效電平時(shí)，此時(shí)，根據(jù)前文所述，E⑶I的第15引腳輸出低電平，使能ECD2工作在編碼狀態(tài)，如果ECD2的編碼輸入引腳中有有效電平，則E⑶2的第15引腳輸出高電平，從而禁止E⑶3工作在編碼狀態(tài)，而如果E⑶2的編碼輸入引腳沒有有效電平是，ECD2的第15引腳將輸出低電平，從而使能ECD3進(jìn)入編碼狀態(tài)，以此類推，可以得出任一時(shí)刻E⑶1、E⑶2、E⑶3和E⑶4中僅有一個(gè)的編碼輸出引腳輸出編碼結(jié)果，而且ECD1、ECD2、ECD3和ECD4具有優(yōu)先級順序，其中ECDl的優(yōu)先級最高，優(yōu)先級順序?yàn)镋CD1、ECD2、ECD3 和 ECD4。
[0066]接下來再講述編碼輸出引腳的融合。
[0067]根據(jù)前文所述，當(dāng)54HC148芯片沒有有效電平的編碼輸入引腳或被禁止進(jìn)入編碼狀態(tài)時(shí)，編碼輸出引腳均為高電平。因此將多個(gè)54HC148芯片的編碼輸出引腳進(jìn)行與運(yùn)算，將四個(gè)編碼器的編碼輸出引腳融合為編碼結(jié)果的低3位。
[0068]現(xiàn)在來講述E⑶I和E⑶2、E⑶3和ECD4所組成的兩個(gè)16_4編碼如何產(chǎn)生編碼結(jié)果的第4位。E⑶I和E⑶2、E⑶3和E⑶4所組成的兩個(gè)16_4編碼電路原理相同，現(xiàn)以E⑶I和ECD2為例進(jìn)行闡述。當(dāng)ECD2有編碼輸出引腳輸出編碼結(jié)果時(shí)，由前所述，ECDl沒有輸出編碼結(jié)果。當(dāng)有編碼輸出結(jié)果時(shí)54HC148的第14引腳輸出低電平，而其余情況下均輸出高電平，其反碼為高電平。因此將ECD2的第14引腳作為16-4編碼輸出結(jié)果的第4位，同理，E⑶4的第14引腳作為16-4編碼輸出結(jié)果的第4位。再通過與門將兩個(gè)16_4編碼器的第4為融合為通用編碼電路的第4位。
[0069]現(xiàn)在來講述如何產(chǎn)生通用編碼電路的第5位，當(dāng)?shù)?位為低電平時(shí)，由于是二進(jìn)制反碼，因此其含義為32-5通用編碼電路的第16-31編碼輸入引腳有有效電平，因此可以將E⑶3和E⑶4的第14引腳相與作為整個(gè)32-5通用編碼電路的第5位。
[0070]圖8中的ANDl、AND2和AND3就是根據(jù)上述原理進(jìn)行后續(xù)邏輯處理將12個(gè)編碼輸出引腳融合為5個(gè)引腳。實(shí)現(xiàn)了 32-5編碼。
[0071]下面來講述整個(gè)超多輸入編碼器的輸入優(yōu)先級，由于通用編碼電路中，輸入信號的優(yōu)先級為0-31。所以M3R1、M3C1、M3R2、M3C2的每一個(gè)編碼輸入電路均有嚴(yán)格單一的優(yōu)先級，其優(yōu)先級值等于矩陣行編號*32+矩陣列編號，優(yōu)先級值從O到1023，O的優(yōu)先級最高。同理第二級編碼處理矩陣的每一個(gè)編碼輸入電路均有嚴(yán)格單一的優(yōu)先級次序，其優(yōu)先值為矩陣行編號*1024+矩陣列編號，優(yōu)先級值從O到1048575，優(yōu)先值越大，優(yōu)先級越小。同理第一級編碼處理矩陣具有嚴(yán)格的優(yōu)先級。因此當(dāng)有多個(gè)固定端子均被移動(dòng)端子連通時(shí)，有多個(gè)編碼輸入信號同時(shí)有效，但超多輸入編碼器的編碼結(jié)果為被連通的固定端子中處于左上角的那個(gè)固定端子在矩陣中的位置。
[0072]現(xiàn)舉例說明整個(gè)純高精度純數(shù)字位置傳感器的工作原理。如移動(dòng)端子連通了第20000行第10000列的固定端子，該固定端子輸出低電平，則第一級編碼處理矩陣的第20000根矩陣行信號線和第10000根矩陣列信號線為低電平。第一級編碼處理矩陣的第20000根矩陣行信號線連接到編碼處理矩陣M2R位于第20行第544列的編碼輸入電路的輸入引腳上；同時(shí)第一級編碼處理矩陣的第10000根矩陣列信號線連接到編碼處理矩陣M2C位于第10行第784列的編碼輸入電路的輸入引腳上。
[0073]同理，這些信號又傳遞到編碼處理矩陣M3R1的第I行第20列的編碼輸入電路的輸入引腳上；編碼處理矩陣M3C1的第18行第2列的編碼輸入電路的輸入引腳上；編碼處理矩陣M3R2的第I行第10列的編碼輸入電路的輸入引腳上；編碼處理矩陣M3C2的第25行第16列的編碼輸入電路的輸入引腳上。
[0074]同樣的，編碼處理矩陣M3R1的第I根行信號線和第20根列信號線為低電平；編碼處理矩陣M3C1的第18根行信號線和第2根列信號線為低電平；編碼處理矩陣M3R2的第I根行信號線和第10根列信號線為低電平；編碼處理矩陣M3C2的第25根行信號線和第16根列信號線為低電平。
[0075]M3R1的第I根行信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為O ;M3R1的第20根列信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為19 ；M3C1的第18根行信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為17 ；M3C1的第2根列信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為I ;M3R2的第I根行信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為O ;M3R2的第10根列信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為9 ;M3C2的第25根行信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為24 ;M3C2的第16根列信號線輸出到通用編碼電路，編碼結(jié)果為15。
[0076]因此可以得到移動(dòng)端子位置的X坐標(biāo)輸出為0，19，17，I ;每個(gè)數(shù)字用5位二進(jìn)制表示，相當(dāng)于20位的AD轉(zhuǎn)換器。移動(dòng)端子位置的Y坐標(biāo)輸出為0，9，24，15，每個(gè)數(shù)字用5位二進(jìn)制表示，相當(dāng)于20位的AD轉(zhuǎn)換器。
[0077]上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，但凡采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行非創(chuàng)造性勞動(dòng)而作出的變化，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，包括 一移動(dòng)端子，為與被檢測物同時(shí)移動(dòng)的物體，或者為被檢測物； 一固定端子矩陣，由多個(gè)固定端子按矩陣排布而成，所述移動(dòng)端子使其位置所在的至少一個(gè)固定端子的輸出電平與不在該位置的固定端子的輸出電平相反； 一超多輸入編碼器，用于對移動(dòng)端子進(jìn)行位置編碼，為編碼輸入引腳至少為兩個(gè)的二進(jìn)制優(yōu)先級編碼器，每一個(gè)固定端子的輸出分別連接該超多輸入編碼器的一個(gè)編碼輸入引腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述固定端子包括兩個(gè)未導(dǎo)通的電極，其中一個(gè)電極與所述超多輸入編碼器的編碼輸入引腳連接，另一個(gè)電極接固定電平；當(dāng)所述移動(dòng)端子移動(dòng)至一個(gè)固定端子時(shí)，該固定端子的兩個(gè)電極導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述固定端子只包括一個(gè)與所述超多輸入編碼器的編碼輸入引腳連通的電極；當(dāng)所述移動(dòng)端子移動(dòng)至一個(gè)固定端子時(shí)，該固定端子輸出與所述移動(dòng)端子導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述超多輸入編碼器的編碼輸入引腳數(shù)量與固定端子的數(shù)量相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述超多輸入編碼器為包含至少一級編碼處理矩陣和通用編碼電路的二進(jìn)制優(yōu)先級編碼器，且編碼輸入電路的編碼輸入引腳上拉或下拉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述固定端子矩陣中所有相鄰固定端子之間的行間距相等，所有相鄰固定端子之間的列間距相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述固定端子通過納米技術(shù)進(jìn)行等行距和等列距排布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高精度純數(shù)字位置傳感器，其特征在于，所述固定端子矩陣為一維或二維矩陣。
【文檔編號】G01B7/00GK103471494SQ201310445255
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】顏福才, 朱代其 申請人:顏福才, 朱代其