專利名稱：電流環(huán)路的位置傳感器以及配有該傳感器的軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)活動(dòng)元件相對(duì)于一個(gè)固定結(jié)構(gòu)的位置測(cè)定系統(tǒng)以及一個(gè)配有該系統(tǒng)的軸承，用于測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)相對(duì)于固定環(huán)的角度位置。
背景技術(shù)：
在眾多的應(yīng)用中，人們希望始終實(shí)時(shí)清楚地了解一個(gè)活動(dòng)元件相對(duì)于一個(gè)固定結(jié)構(gòu)的位置。特別是，這種了解還可以用來(lái)測(cè)定元件的速度、加速度、或移動(dòng)方向。
我們從專利US5047716中了解到移動(dòng)傳感器的基本原理，其包括一個(gè)支撐件，該支撐件具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或線性的磁性編碼。在現(xiàn)有技術(shù)的這種解決方案中，編碼支撐件具有空間頻率λ。它和一系列磁控電阻傳感器相互作用，該傳感器間隔(n-1/2)λ并釋放與相位相反的信號(hào)。這個(gè)探測(cè)器需要大量的傳感器。此外，該方案涉及基本應(yīng)用領(lǐng)域，并非結(jié)合到汽車的輪軸承。
本發(fā)明典型地應(yīng)用于測(cè)定機(jī)動(dòng)車輛的至少一個(gè)移動(dòng)參數(shù)，該機(jī)動(dòng)車輛的至少一個(gè)車輪軸承包括一個(gè)測(cè)定系統(tǒng)，該參數(shù)可以用于車輛動(dòng)力的控制系統(tǒng)，例如ABS或ESP。
尤其在文獻(xiàn)FR-A-2 792 403中已知使用一個(gè)編碼器和一個(gè)固定傳感器，該編碼器用于與一個(gè)活動(dòng)元件連接在一起，該傳感器包括敏感元件，它們位于編碼器的讀取范圍內(nèi)。敏感元件被設(shè)置成釋放近乎理想的正交信號(hào)，編碼器相對(duì)于傳感器的位置以及該編碼器的移動(dòng)參數(shù)可以從該信號(hào)中計(jì)算出來(lái)。
當(dāng)霍爾效應(yīng)敏感元件被設(shè)置在與一個(gè)多極磁性編碼器的距離為空氣隙(或稱鐵間空隙)時(shí)，這類的測(cè)定系統(tǒng)完全滿足要求。
然而，尤其對(duì)于電阻類型的敏感元件，還需要一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(conditioning)，它能以安全準(zhǔn)確的方式測(cè)定一個(gè)活動(dòng)元件的位置。具體而言，這樣一個(gè)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)該可以在模擬領(lǐng)域中進(jìn)行放大，以便為信號(hào)提供足夠的電平用于處理鏈的剩余部分；偏移量的校正，以便為它去掉一個(gè)不希望的連續(xù)分量；消除噪音，比如普通形式的噪音或高頻率噪音；偏差現(xiàn)象的調(diào)整，比如在溫度上的(偏差)；過(guò)濾，比如避免光譜折疊。
為此，已知使用惠斯通電橋線路，該線路需要使用完全匹配的電阻以取消橋的偏移量，需要將這些電阻相對(duì)于編碼器所發(fā)出的信號(hào)準(zhǔn)確地定位，并且不能引入額外的測(cè)量噪音。由于所有這些限制很難以工業(yè)的方式完成，因此使用這種類型的線路導(dǎo)致測(cè)定的準(zhǔn)確度并不總是令人滿意。
另外，在用磁控電阻類型的電阻元件探測(cè)一個(gè)偽正弦空間信號(hào)的特殊情況中，尤其是在隧道效應(yīng)中，惠斯通電橋的所有限制更難實(shí)現(xiàn)。特別是由于這種包含納米層疊加的電阻元件的結(jié)構(gòu)，在沒(méi)有激勵(lì)的情況下很難準(zhǔn)確地固定電阻值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尤其在于解決上面提到的問(wèn)題并提出一個(gè)測(cè)定系統(tǒng)，其規(guī)定了電阻元件的測(cè)定裝置(尤其是磁控電阻類型)，它適用于活動(dòng)元件位置的安全可調(diào)節(jié)的測(cè)定。
具體而言，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)定系統(tǒng)允許編碼器發(fā)出的偽正弦信號(hào)的空間取樣以及信號(hào)處理，該信號(hào)處理可以以這樣一種方式實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定，即不計(jì)較電阻元件發(fā)出信號(hào)的可能差錯(cuò)的限制，以及該元件相對(duì)于所發(fā)出的偽正弦信號(hào)的位置的限制。
為了達(dá)到這個(gè)目的，根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明提出一個(gè)活動(dòng)元件相對(duì)于一個(gè)固定結(jié)構(gòu)的位置測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于與活動(dòng)元件穩(wěn)固連接以便和它一起移動(dòng)的編碼器，該編碼器被設(shè)置成用于發(fā)射代表編碼器位置的偽正弦空間信號(hào)；用于與固定結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接的傳感器，該傳感器包括至少兩個(gè)電阻元件，每個(gè)元件均適用于發(fā)出一個(gè)隨所發(fā)射的偽正弦信號(hào)變化的信號(hào)Vi，該電阻元件被設(shè)置在編碼器發(fā)射的偽正弦信號(hào)的讀取范圍內(nèi)；電阻元件之間的電流環(huán)路線路(current loop assembly)；信號(hào)Vi的處理裝置，它被設(shè)置成根據(jù)信號(hào)Vi分別提供正交的并且振幅相同的正弦和余弦兩個(gè)信號(hào)；
用于計(jì)算元件位置的計(jì)算裝置，該裝置包括從正弦和余弦信號(hào)中計(jì)算編碼器位置的裝置，以便從計(jì)算出的編碼器的位置中推斷元件的位置。
根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明提出一種軸承，該軸承包括一個(gè)固定環(huán)和一個(gè)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)體相對(duì)于該固定環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)，該軸承配有這樣一種系統(tǒng)，用于測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)相對(duì)于固定環(huán)的角度位置，其中編碼器與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)穩(wěn)固連接，傳感器與固定環(huán)穩(wěn)固連接。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢(shì)將出現(xiàn)在隨后的參照附圖的說(shuō)明中，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的測(cè)定系統(tǒng)的傳感器的第一個(gè)實(shí)施例的功能圖；圖2是兩個(gè)電阻元件相對(duì)于一個(gè)空間信號(hào)的定位圖，該空間信號(hào)局部近似于正弦曲線的一部分，以便在來(lái)自電阻元件的信號(hào)之間獲得π/2的相位差；圖3是根據(jù)圖1的傳感器的一個(gè)變型例的功能圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明測(cè)定系統(tǒng)的傳感器的第二個(gè)實(shí)施例的功能圖；圖5類似于圖2，示出了三個(gè)電阻元件的定位；圖6a和6b類似于圖2，示出了四個(gè)電阻元件的定位；在圖6a中空間信號(hào)局部近似于正弦曲線的一部分，在圖6b中，空間信號(hào)是正弦曲線；
圖7和8是根據(jù)本發(fā)明測(cè)定系統(tǒng)的傳感器的第三個(gè)實(shí)施例的功能圖；圖9示出的是圖8中圖示的一個(gè)變形例；圖10是配有根據(jù)本發(fā)明的測(cè)定系統(tǒng)的一個(gè)軸承的縱向剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一個(gè)活動(dòng)元件相對(duì)于一個(gè)固定結(jié)構(gòu)的位置測(cè)定系統(tǒng)，其包括一個(gè)用于與活動(dòng)元件穩(wěn)固連接以便和它一起移動(dòng)的編碼器1，該編碼器被設(shè)置成用于發(fā)射一個(gè)代表編碼器1位置的偽正弦空間信號(hào)；以及一個(gè)用于與固定結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接的傳感器2，該傳感器包括至少兩個(gè)電阻元件3，每個(gè)元件都能發(fā)出一個(gè)隨編碼器1發(fā)射的偽正弦信號(hào)變化的信號(hào)Vi。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，大量編碼器1/電阻元件3的線路可以被使用，其中我們可以列舉電力、磁性、光學(xué)、熱力或聲學(xué)編碼器，以及以具有阻抗的元件為基礎(chǔ)的電阻元件，該阻抗隨這些編碼器發(fā)出信號(hào)的每一種類型而變化。在一個(gè)特定實(shí)例中，編碼器1是磁性類型并且包含一系列交錯(cuò)的南北磁極，以便發(fā)射一個(gè)偽正弦磁性信號(hào)，電阻元件3是磁控電阻類型，尤其是磁控電阻器，大磁控電阻器或者有隧道效應(yīng)的磁控電阻器。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，所謂偽正弦信號(hào)是指原本就是正弦的或至少一部分適當(dāng)?shù)亟朴谡仪€的所有信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電阻元件3是文獻(xiàn)FR-A-2 852 400中描述的類型，即包括一個(gè)參考元件，一個(gè)分離元件和一個(gè)對(duì)磁場(chǎng)敏感的元件的堆疊。參考元件和敏感元件分別具有在第一和第二方向上的第一和第二磁性各向異性。敏感元件包括一層鐵磁性材料和一層反鐵磁性材料的疊加，該反鐵磁性材料被設(shè)置成用于獲得一個(gè)磁矩，該磁矩在待測(cè)場(chǎng)方向上的分量隨著待測(cè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度可逆地變化，而在可調(diào)節(jié)場(chǎng)范圍內(nèi)線性地變化。
作為一個(gè)實(shí)施例，這樣一個(gè)帶有隧道效應(yīng)的磁控電阻敏感元件3由這樣的堆疊形成玻璃/Ta(5nm)/Co(10nm)/IrMn(10nm)/Co(10nm)/AlOx/Co(2nm)/Co80Pt20(5nm)/Pt(4nm)。玻璃構(gòu)成底層(或稱基底)，Ta/Co雙分子層是緩沖層。敏感元件由IrMn(10nm)/Co(10nm)雙分子層構(gòu)成。參考元件Co(2nm)/Co80Pt20(5nm)由鈷構(gòu)成，鈷上鍍白金以增大矯頑力。Pt(4nm)層是保護(hù)層。
通過(guò)將電阻元件3設(shè)置在編碼器1發(fā)射的偽正弦信號(hào)的讀取范圍內(nèi)，本發(fā)明可以測(cè)定一個(gè)相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)平移或轉(zhuǎn)動(dòng)的活動(dòng)元件的位置，該移動(dòng)在時(shí)間上可以是周期性的甚至是不連續(xù)的。另外，我們可以考慮利用本發(fā)明的測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定電阻元件3和編碼器1的間距。
測(cè)定系統(tǒng)的傳感器2包括在電阻元件3之間的電流環(huán)路線路以及一個(gè)信號(hào)Vi的處理裝置，該處理裝置被設(shè)置成根據(jù)信號(hào)Vi分別提供正交的并且振幅相同的正弦和余弦兩個(gè)信號(hào)，該振幅與編碼器1所發(fā)射的信號(hào)的振幅成正比。
傳感器2可以被預(yù)先設(shè)置為一個(gè)部分，即包括一個(gè)支撐件，在該支撐件的上面設(shè)置有電阻元件3和調(diào)節(jié)裝置(電源和處理裝置)以及可選的計(jì)算裝置7。
作為一個(gè)變型例，傳感器2可以包括兩個(gè)部分，第一部分包括位于編碼器1的讀取范圍內(nèi)的電阻元件3，以及第二部分包括調(diào)節(jié)裝置以及可選的計(jì)算裝置7，這兩個(gè)部分之間通過(guò)連接線連接，連接線的數(shù)目至少等于電阻元件數(shù)目加1。后面這個(gè)實(shí)施例尤其表現(xiàn)出這樣一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即能夠?qū)⒄{(diào)節(jié)裝置設(shè)置在與編碼器1(從而與活動(dòng)元件)間隔一段距離，以便避免諸如高溫、溫度和濕度變化的干擾，這些都有可能妨礙調(diào)節(jié)裝置(尤其是差分放大器)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。
串聯(lián)安裝在電流環(huán)路中的電阻元件3被沿著偽正弦信號(hào)并以規(guī)律的間隔放置(圖2、5、以及6)。
關(guān)于圖1至圖9，其描述了電流環(huán)路線路和處理裝置的三種實(shí)施例，電阻元件3的基本組成是電阻元件。具體地，每個(gè)敏感元件3可以包括或者由幾個(gè)單獨(dú)電阻元件構(gòu)成的組塊，它們組合起來(lái)用于獲得一個(gè)代表組塊位置水平上的電阻值的平均電阻值，或者是一個(gè)單一的電阻元件。
在電流環(huán)路線路中，電阻的差異信號(hào)等于[R0i+ΔRisin(θ+(i-1))]ic，R0i是電阻Ri靜止時(shí)的值，是電阻元件1之間的空間相位差，ic是環(huán)路中電流強(qiáng)度。
在靜止情況下，角θ是正弦曲線的角。在動(dòng)態(tài)變形的情況下，角θ等于例如ωt，其中ω＝2π/T(T是正弦曲線的時(shí)間周期)。
該處理裝置包括差分放大器的第一級(jí)4，每個(gè)放大器均被分別連接到一個(gè)敏感元件3的終端上，以便發(fā)出一個(gè)信號(hào)Vi＝Gi[R0i+ΔRisin(θ+(i-1))]ic，其中Gi是該差分放大器的增益(gain)。
處理裝置還可以包括一個(gè)信號(hào)的過(guò)濾級(jí)(沒(méi)有示出)。
根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例(圖1和圖3)，傳感器2包括兩個(gè)電阻元件3，電流環(huán)路線路也包括一個(gè)參考電阻元件，其值Rref根據(jù)編碼器1發(fā)射的信號(hào)是固定的。參考元件終端上的信號(hào)Vref等于GrefRrefic。
處理裝置還包括差分放大器的第二級(jí)5，其設(shè)置成用于從信號(hào)Vi中減去信號(hào)Vref，也就是說(shuō)形成下面信號(hào)S1＝[(G1R01-GrefRref)+G1ΔR1sinθ]ic；S2＝[(G2R02-GrefRref)+G2ΔR2sin(θ+)]ic；如果選擇G1、G2和Gref使得G1R01＝G2R02＝GreRref，可以得到下面信號(hào)S1＝[G1ΔR1sinθ]ic；S2＝[G2ΔR2sin(θ+)]ic；它們通過(guò)減去參考信號(hào)GrefRrefic而趨向于0(以0為中心)。
另外，電阻信號(hào)3可以被設(shè)計(jì)成具有相同的敏感度，即G1ΔR1＝G2ΔR2＝GΔR。因此，該信號(hào)寫(xiě)成S1＝[GΔRsinθ]ic；S2＝[GΔRsin(θ+)]ic；
在電阻元件被設(shè)置成＝π/2的特殊情況下，即電阻元件3之間的距離等于λ/4(λ是正弦曲線的周期，見(jiàn)圖2)，該信號(hào)寫(xiě)成S1＝[GΔRsinθ]ic；S2＝[GΔRcosθ]ic；因此，在這個(gè)特殊情況下，圖1所示的測(cè)定系統(tǒng)可以直接獲得信號(hào)COS＝S2和SIN＝S1，它們是正交的并且振幅相同。
圖3描述了一個(gè)處理裝置，不論電阻元件3之間的空間相位差的值為多少，它都可以獲得正弦和余弦信號(hào)。
為此，處理裝置包括一個(gè)帶有兩個(gè)差分放大器6的第三級(jí)，從而發(fā)出信號(hào)S1-S2和S1+S2。
事實(shí)上，這些表達(dá)式被寫(xiě)成 和 因此得到S1+S2＝SIN和S1-S2＝COS。
要注意到在不等于π/2的情況中，信號(hào)(S1-S2)和(S1+S2)的振幅是不同的。為了使這些振幅相等，可以規(guī)定第三級(jí)的至少一個(gè)差分放大器6具有可調(diào)節(jié)的增益。尤其是，形成余弦信號(hào)的放大器的增益可以調(diào)節(jié)成
根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例(圖4)，傳感器包括三個(gè)電阻元件3，第一級(jí)4的三個(gè)差分放大器具有一個(gè)可調(diào)節(jié)的增益Gi。
在差分放大器的第一級(jí)4的輸出端，獲得信號(hào)V1＝G1×(R01+ΔR1sinθ)icV2＝G2×(R02+ΔR2sin(θ+))icV3＝G3×(R03+ΔR3sin(θ+2))ic根據(jù)圖4示出的實(shí)施例，第二級(jí)被設(shè)置成用于形成信號(hào)S1＝V1-V2＝[(G1R01-G2R02)+G1ΔR1sinθ-G2ΔR2sin(θ+)]×ic(1)S2＝V2-V3＝[(G2R02-G3R03)+G2ΔR2sin(θ+)-G3ΔR3sin(θ+2)]×ic(2)通過(guò)調(diào)節(jié)增益Gi使得G1R01＝G2R02＝G3R03，并且假設(shè)傳感器具有相同的敏感度，即G1ΔR1＝G2ΔR2＝G3ΔR3＝GΔR，(1)和(2)的區(qū)別變成S1＝[GΔR[sinθ-sin(θ+)]]×ic(3)S2＝[GΔR[sin(θ+)-sin(θ+2)]]×ic(4)在電阻元件3被設(shè)置為與偽正弦信號(hào)相隔一段距離從而＝π/2(即沿著空間周期并且與λ/4等距(見(jiàn)圖5))的特殊情況下，(3)和(4)的區(qū)別寫(xiě)成S1＝[GΔRcos(θ+π/4)]x×ic
S2＝[GΔRsin(θ+π/4)]×ic因此，在這種特殊情況下，圖4示出的傳感器2可以直接獲得正交的并且振幅相同的信號(hào)COS＝S1和SIN＝S2。
根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例(圖7至圖9)，傳感器包括四個(gè)電阻元件3，第一級(jí)4的四個(gè)差分放大器具有可調(diào)節(jié)增益Gi。
在差分放大器的第一級(jí)4的輸出端，獲得信號(hào)V1＝G1×(R01+ΔR1sinθ)icV2＝G2×(R02+ΔR2sin(θ+))icV3＝G3×(R03+ΔR3sin(θ+2))icV4＝G4×(R04+ΔR4sin(θ+3))ic該處理裝置還包括差分放大器的第二級(jí)5，其設(shè)置成將來(lái)自差分放大器第一級(jí)4的信號(hào)減去。
根據(jù)圖7所示的實(shí)施例，該第二級(jí)被設(shè)置成形成如下信號(hào)S1＝V1-V2＝[(G1R01-G2R02)+G1ΔR1sinθ-G2ΔR2sin(θ+)]×ic(5)S2＝V3-V4＝[(G3R03-G4R04)+G3ΔR3sin(θ+2)-G4ΔR4sin(θ+3)]×ic(6)通過(guò)調(diào)節(jié)增益Gi使得G1R01＝G2R02＝G3R03＝G4R04，并且假設(shè)傳感器具有相同的敏感度，即G1ΔR1＝G2ΔR2＝G3ΔR3＝G4R04＝GΔR，(5)和(6)的差別變成
S1＝[GΔR[sinθ-sin(θ+)]]×icS2＝[GΔR[sin(θ+2)-sin(θ+3)]]×ic圖7至圖9描述了一個(gè)處理裝置，不論電阻元件3之間的空間相位差的值為多少，它都可以獲得正弦和余弦信號(hào)。
為此，差分放大器的第二級(jí)5被設(shè)置成發(fā)出四個(gè)信號(hào)，并且該處理裝置包括差分放大器的第三級(jí)6，其設(shè)置成將出自第二級(jí)的四個(gè)信號(hào)每次兩個(gè)地減去。
第二級(jí)根據(jù)上面提到的關(guān)系式(5)和(6)發(fā)出信號(hào)S1和S2，但同樣以類似的方式信號(hào)S3＝V1-V3和S4＝V4-V2。
第三級(jí)包括兩個(gè)差分放大器6(分別在圖7和圖8示出以清楚地闡釋)，以便發(fā)出如下信號(hào)U＝[S1-S2]；和V＝[S3-S4]或者根據(jù)關(guān)系式(3)和(4) 因此我們得到U＝SIN和V＝COS
應(yīng)該注意到在不等于π/2的情況中，信號(hào)U和V的振幅不同。為了使這些振幅相等，規(guī)定了第三級(jí)的至少一個(gè)差分放大器6具有可調(diào)節(jié)的增益。具體地，形成信號(hào)U的放大器6的增益可以被調(diào)節(jié)成 作為電阻元件3的定位和待測(cè)信號(hào)之間的匹配參數(shù)是已知的并且是恒定的。
作為圖7和圖8所示的實(shí)施例的變型例，處理裝置的第三級(jí)包括根據(jù)圖7的放大器6，第二級(jí)包括根據(jù)圖9的放大器5，該放大器被設(shè)置成發(fā)送信號(hào)S3＝V2-V3。因此，由處理裝置2發(fā)出的信號(hào)為U＝[S1-S2]；和V＝2S3該變型例特別適用于信號(hào)Vi的振幅不能被認(rèn)作是恒定值的情況，即元件3未檢測(cè)到一條具有同一振幅的正弦曲線，尤其是電阻元件3相對(duì)于編碼器1傾斜的情況。
根據(jù)本發(fā)明的測(cè)定系統(tǒng)還包括用于計(jì)算元件位置的計(jì)算裝置7，該元件可選地被并入傳感器2或被封入主計(jì)算器中。
計(jì)算裝置7包括根據(jù)正交且振幅相同的正弦和余弦信號(hào)計(jì)算編碼器1位置的裝置，從而根據(jù)計(jì)算出的編碼器1的位置推斷元件的位置。這樣一個(gè)已知的計(jì)算裝置7可以預(yù)先計(jì)算表達(dá)式SIN2+COS2從而測(cè)定信號(hào)的振幅，反正切(SIN/COS)用來(lái)測(cè)定信號(hào)角度，或者預(yù)先設(shè)置正弦和/或余弦信號(hào)產(chǎn)生的波峰(pulse edge)的內(nèi)插(interpolation)和計(jì)算裝置，從而以增量的方式獲得位置。計(jì)算裝置7同樣可以包括元件位置相對(duì)于編碼器1計(jì)算出的位置的校準(zhǔn)裝置。
另外，計(jì)算裝置可以包括根據(jù)計(jì)算出的位置來(lái)測(cè)定元件的至少一個(gè)移動(dòng)參數(shù)(尤其是該元件相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的速度、加速度或移動(dòng)方向)的裝置。
本發(fā)明同樣涉及一個(gè)如圖10所示的軸承，它配有一個(gè)用于測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)8相對(duì)于固定環(huán)9的角度位置的測(cè)定系統(tǒng)。
該軸承包括一個(gè)固定外環(huán)9，該外環(huán)被設(shè)計(jì)成與一個(gè)固定部件相連；一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)環(huán)8，該內(nèi)環(huán)被轉(zhuǎn)動(dòng)部件帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及位于該環(huán)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)體10。
在所示出的實(shí)施例中，編碼器1在框架11的環(huán)形圓柱體支座上被鑄型，該框架通過(guò)例如裝柄連接到內(nèi)環(huán)8的一個(gè)表面上。具體地，編碼器1由一個(gè)環(huán)形成，其外部表面包括一系列具有恒定極寬的南北磁極。
編碼器1與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)8連接，使得該編碼器的外部表面基本包含在固定環(huán)9的一個(gè)側(cè)面平面P中。尤其在申請(qǐng)人提交的文獻(xiàn)EP-0607 719中披露的這一特征一方面可以保護(hù)軸承內(nèi)部的編碼器1，另一方面能夠?qū)鞲衅?與軸承分開(kāi)同時(shí)保證控制空氣隙。因此，編碼器1可以或者被固定到外環(huán)9上，或者連接到帶有電阻元件3的固定部件上，該電阻元件在編碼器1的讀取范圍內(nèi)。具體地，傳感器2可以包括四個(gè)如上文所描述的有隧道效應(yīng)的磁控電阻元件3。
可以列舉如下使用根據(jù)本發(fā)明的測(cè)定系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在第二和第三個(gè)實(shí)施例的情況中沒(méi)有參考電阻；
沒(méi)有任何必要使用敏感性相反的電阻元件3(例如，對(duì)于惠斯通電橋線路的情況)。因此沒(méi)有必要將某些具有隧道效應(yīng)的磁控電阻元件的參考層在不同的方向上定向；有可能將調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)成不同的空載值電阻(no-load valueresistance)R0i，了解例如電阻元件3的制造方法的某種散布；在保持對(duì)連接線的電阻以及這些線上引受的電干擾(普通形式的噪音)不敏感的同時(shí)，能夠使電阻元件3遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)裝置(在后者例如被保護(hù)而免受高溫的區(qū)域中)；能夠使傳感器適應(yīng)具有不同空間周期的信號(hào)。
另外，由于測(cè)定裝置就像它應(yīng)該放大信號(hào)那樣，可以在對(duì)不同電阻的空載值變化不敏感的時(shí)候去掉它的連續(xù)分量。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)定活動(dòng)元件相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)的位置的測(cè)定系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于與所述活動(dòng)元件穩(wěn)固連接以便和所述活動(dòng)元件一起移動(dòng)的編碼器(1)，所述編碼器被設(shè)置成發(fā)射一個(gè)代表所述編碼器(1)位置的偽正弦空間信號(hào)；用于與所述固定結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接的傳感器(2)，所述傳感器包括至少兩個(gè)電阻元件(3)，每個(gè)元件都能發(fā)出一個(gè)隨所發(fā)射的所述偽正弦信號(hào)而變化的信號(hào)Vi，所述電阻元件被設(shè)置在所述編碼器(1)發(fā)射的所述偽正弦信號(hào)的讀取范圍內(nèi)；在電阻元件(3)之間的電流環(huán)路線路；所述信號(hào)Vi的處理裝置，被設(shè)置成根據(jù)所述信號(hào)Vi分別提供正交的并且振幅相同的正弦和余弦兩個(gè)信號(hào)；用于計(jì)算所述活動(dòng)元件的位置的計(jì)算裝置(7)，所述計(jì)算裝置包括從所述正弦和余弦信號(hào)中計(jì)算所述編碼器(1)位置的裝置，以便從計(jì)算出的所述編碼器(1)位置中推斷出所述元件的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述處理裝置包括差分放大器的第一級(jí)(4)，每個(gè)所述放大器被分別連接到敏感元件(3)的終端，以便發(fā)出信號(hào)Vi。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，其包括三個(gè)敏感元件(3)以及所述處理裝置包括三個(gè)差分放大器的第一級(jí)(4)，每個(gè)所述放大器分別連接到敏感元件(3)的終端，以便發(fā)出信號(hào)Vi。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器(2)包括兩個(gè)電阻元件(3)，所述電流環(huán)路線路還包括發(fā)出參考信號(hào)Vref的參考元件(Rref)，所述處理裝置包括所述差分放大器的第二級(jí)(5)，其被設(shè)置成將所述信號(hào)Vref從所述信號(hào)Vi中減去。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述處理裝置包括差分放大器的第三級(jí)(6)，其被設(shè)置成分別添加和減去來(lái)自所述差分放大器的第二級(jí)(5)的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器(2)包括四個(gè)電阻元件(3)，所述處理裝置包括差分放大器的第二級(jí)(5)，其被設(shè)置成將來(lái)自所述差分放大器的第一級(jí)(4)的信號(hào)減去。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述差分放大器的第二級(jí)(5)被設(shè)置成發(fā)出四個(gè)信號(hào)，并且所述處理裝置包括差分放大器的第三級(jí)(6)，其被設(shè)置成將來(lái)自所述差分放大器的第二級(jí)(5)的四個(gè)信號(hào)每次兩個(gè)地減去。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，差分放大器(4、5、6)中至少一些具有可調(diào)增益。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻元件(3)是基于電阻元件，每一個(gè)都具有隨所述編碼器(1)發(fā)射的偽正弦信號(hào)變化的電阻Ri。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述電阻元件(3)是基于磁控電阻器、大磁控電阻器或帶有隧道效應(yīng)的磁控電阻器，從而每一個(gè)均具有隨所述編碼器(1)發(fā)射的磁性偽正弦信號(hào)變化的電阻Ri。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器(1)包括一系列交替的南北磁極。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算裝置(7)還包括根據(jù)計(jì)算出的位置測(cè)定所述元件的至少一個(gè)移動(dòng)參數(shù)，尤其是所述元件相對(duì)于所述固定結(jié)構(gòu)的速度、加速度或移動(dòng)方向的裝置。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器(2)包括兩部分，具有電阻元件(3)的第一部分，以及尤其包括所述處理裝置的第二部分，這兩個(gè)部分之間通過(guò)連接線連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的測(cè)定系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)敏感元件(3)都由幾個(gè)單獨(dú)電阻元件形成的一個(gè)組塊構(gòu)成。
15.一種軸承，包括固定環(huán)(9)和通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)體(10)相對(duì)所述固定環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)(8)，所述軸承配置有根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，用于測(cè)定所述轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)(8)相對(duì)于所述固定環(huán)(9)的角度位置，其中，所述編碼器(1)穩(wěn)固地連接到所述轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)(8)，并且所述傳感器(2)穩(wěn)固地連接到所述固定環(huán)(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測(cè)定一個(gè)活動(dòng)元件相對(duì)于一個(gè)固定結(jié)構(gòu)的位置的測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)編碼器，它被設(shè)置成發(fā)射一個(gè)代表編碼器位置的偽正弦空間信號(hào)，一個(gè)傳感器(2)，其包括至少兩個(gè)電阻元件(3)之間的電流環(huán)路線路，以及信號(hào)V
文檔編號(hào)G01P3/42GK101080611SQ200580043534
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者克里斯托夫·迪雷, 奧利維耶·布朗尚 申請(qǐng)人:S.N.R魯爾門(mén)斯公司