本發(fā)明涉及精密測(cè)量?jī)x器，并且涉及可以用在諸如卡尺等手持式儀器中的絕對(duì)位置編碼器標(biāo)尺。

背景技術(shù)：

可得到各種光學(xué)、電容、磁性和電感換能器以及移動(dòng)或位置換能器。這些換能器在讀數(shù)頭中使用各種幾何構(gòu)造的傳送器和接收器來(lái)測(cè)量讀數(shù)頭和標(biāo)尺之間的運(yùn)動(dòng)。磁性和電感換能器相對(duì)強(qiáng)力地抵抗污染，但并非如此完美。

美國(guó)專利號(hào)6,011,389('389專利)描述了可用在高精度應(yīng)用中的感應(yīng)電流位置換能器，美國(guó)專利號(hào)5,973,494('494專利)和6,002,250('250專利)描述了增量位置電感卡尺和線性標(biāo)尺，包括信號(hào)產(chǎn)生和處理電路，而美國(guó)專利號(hào)5,886,519('519專利)、5,841,274('274專利)和5,894,678('678專利)描述了使用該感應(yīng)電流換能器的絕對(duì)位置電感卡尺和電子卷尺。所有上述全部?jī)?nèi)容借此通過(guò)引用并入本文中。如這些專利描述的，該感應(yīng)電流換能器可以使用印刷電路板技術(shù)制造并且較大程度地免疫污染。

上面提到的換能器可以實(shí)施為增量位置編碼器或絕對(duì)位置編碼器中的任一個(gè)。沿著標(biāo)尺從初始點(diǎn)開(kāi)始，增量位置編碼器通過(guò)積累位移的增量單位確定讀數(shù)頭相對(duì)于標(biāo)尺的位移。對(duì)比之下，在沿著標(biāo)尺的每個(gè)位置，絕對(duì)位置編碼器提供獨(dú)特的輸出信號(hào)，或信號(hào)的組合。它們不需要連續(xù)功率來(lái)恒定地記錄增量位移的積累以便識(shí)別位置。由此，絕對(duì)位置編碼器允許節(jié)能并且優(yōu)選用于低功率應(yīng)用(例如，手持式卡尺)。

除上述'519、'274和'678專利用于絕對(duì)感應(yīng)電流換能器，美國(guó)專利號(hào)3,882,482、5,965,879、5,279,044、5,237,391、5,442,166、4,964,727、4,414,754、4,109,389、5,773,820和5,010,655公開(kāi)了與絕對(duì)編碼器有關(guān)的各種編碼器構(gòu)造和/或信號(hào)處理技術(shù)，并且每個(gè)的全部?jī)?nèi)容借此通過(guò)引用并入本文中。然而，所公開(kāi)的系統(tǒng)限制其提供用戶所期望的緊湊大小、高分辨 率、污染成本和魯棒性的組合的能力。提供這樣的改進(jìn)組合的絕對(duì)編碼器的構(gòu)造將是可期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明內(nèi)容設(shè)置為以簡(jiǎn)化的形式引入一種概念的選擇，其在下文的具體實(shí)施方式進(jìn)一步進(jìn)行描述。本發(fā)明內(nèi)容并不意在確定所要求保護(hù)的主題的重要特征，也不意在用作輔助來(lái)確定所要求保護(hù)的主題的范圍。

提供了一種位置感測(cè)設(shè)備，可用于測(cè)量第一構(gòu)件沿著測(cè)量軸關(guān)于第二構(gòu)件的位置。所述位置感測(cè)設(shè)備包括標(biāo)尺和讀數(shù)頭。所述標(biāo)尺包括第一層和第二層，所述第一層和第二層沿著所述測(cè)量軸延伸并且沿著大約與所述標(biāo)尺層呈法向的深度方向堆疊在彼此之上，所述第一層包括形成沿著所述測(cè)量軸的第一空間調(diào)制圖案的材料，并且所述第二層包括形成沿著所述測(cè)量軸的第二空間調(diào)制圖案的材料，所述第二空間調(diào)制圖案在沿著所述測(cè)量軸的絕對(duì)范圍上不同于所述第一空間調(diào)制圖案。所述讀數(shù)頭可相對(duì)于所述第一層和第二層沿著所述測(cè)量軸方向移動(dòng)，并且包括感測(cè)部，所述感測(cè)部相對(duì)于所述標(biāo)尺沿著所述深度方向布置并且被構(gòu)造成生成可以由所述第一標(biāo)尺層和第二標(biāo)尺層的所述第一空間調(diào)制圖案和第二空間調(diào)制圖案調(diào)制的至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)。所述感測(cè)部可以用于提供第一位置信號(hào)分量和第二位置信號(hào)分量，所述第一位置信號(hào)分量和第二位置信號(hào)分量基于使用第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造來(lái)提供用于所述至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的第一較小信號(hào)感測(cè)深度和第二較大信號(hào)感測(cè)深度。所述標(biāo)尺和讀數(shù)頭具有一構(gòu)造，其中：所述第一層沿著所述深度方向比所述第二層更靠近所述讀數(shù)頭，并且所述第一層的第一空間調(diào)制圖案提供使用所述第一電路構(gòu)造感測(cè)的主導(dǎo)的第一位置信號(hào)分量；并且所述第二層的第二空間調(diào)制圖案提供使用所述第二電路構(gòu)造感測(cè)的顯著的第二位置信號(hào)分量，并且當(dāng)使用所述第一電路構(gòu)造時(shí)提供較不顯著的第二位置信號(hào)分量。在一些實(shí)施例中，當(dāng)使用所述第一電路構(gòu)造時(shí)，所述第二層的空間調(diào)制圖案提供微不足道的第二位置信號(hào)分量。在各種實(shí)施例中，所述至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)是變化場(chǎng)，并且所述第一電路構(gòu)造對(duì)應(yīng)于標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的較高時(shí)間頻率或頻率范圍，并且所述第二電路構(gòu)造對(duì)應(yīng)于標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的較低時(shí)間頻率或頻率范圍。所述第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造的各種替代例公開(kāi)在下文，并且可以分開(kāi)和/或組合使 用。標(biāo)尺層圖案和/或厚度的各種替代例公開(kāi)在本文中，并且可以分開(kāi)和/或組合使用，利用趨膚深度效應(yīng)(skin depth effects)分離使用所述第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造從不同標(biāo)尺層得到的信號(hào)。在各種實(shí)施例中，所述空間調(diào)制圖案的空間調(diào)制可以包括厚度、和/或?qū)挾?、?或材料調(diào)制變化。

將要了解的是，本文中公開(kāi)的構(gòu)造具有優(yōu)于現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。特別地，可以使用窄標(biāo)尺提供強(qiáng)大的絕對(duì)位置感測(cè)設(shè)備，在于部分由于使用了用于標(biāo)尺信號(hào)層的公開(kāi)的堆疊構(gòu)造，得以根據(jù)期望避免共線性并排標(biāo)尺軌道。

附圖說(shuō)明

圖1是包括標(biāo)尺的手工具類型卡尺的分解等距視圖。

圖2是圖1一部分標(biāo)尺的等距視圖，圖示了在堆疊構(gòu)造中由絕緣層分離的第一信號(hào)層和第二信號(hào)層。

圖3是標(biāo)尺部的側(cè)視圖，圖示了關(guān)于讀數(shù)頭感測(cè)部的操作。

圖4是用于感測(cè)相對(duì)于標(biāo)尺部位置的讀數(shù)頭感測(cè)部的等距視圖。

圖5A和5B是圖示讀數(shù)頭感測(cè)部可替代實(shí)施例的各種操作原理的示意圖。

圖6A-6G是標(biāo)尺部和相應(yīng)位置信號(hào)分量的可替代實(shí)施例的視圖。

圖7是根據(jù)本文中公開(kāi)的原理圖示用于操作位置感測(cè)設(shè)備的流程的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖，位置感測(cè)設(shè)備包括在堆疊構(gòu)造中具有各層的標(biāo)尺部。

具體實(shí)施方式

貫穿該公開(kāi)的附圖，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一個(gè)或多個(gè)標(biāo)尺特征的z軸尺寸可能出于清晰起見(jiàn)被夸大。附圖可以一般被視為部分是代表性的，部分是示意性的?；谠摴_(kāi)將理解的是，由本文中公開(kāi)的各種標(biāo)尺層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)分離和/或信號(hào)絕緣一般可以取決于趨膚深度效應(yīng)。趨膚深度效應(yīng)又取決于標(biāo)尺層材料和讀數(shù)頭操作頻率兩者。舉例來(lái)說(shuō)，但不是限制的方式，在各種實(shí)施例中，各種層可以具有一部分趨膚深度或多個(gè)趨膚深度量級(jí)的厚度(z軸尺寸)。針對(duì)實(shí)際材料和操作頻率，趨膚深度可以是微米至若干毫米的量級(jí)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以確定實(shí)際設(shè)備的實(shí)際z尺寸，基于通 過(guò)已知的分析和/或測(cè)試方法補(bǔ)充的本文中公開(kāi)的各種操作原理和教導(dǎo)。

圖1是手工具類型卡尺100的分解等距視圖，包括：標(biāo)尺構(gòu)件102，具有包括標(biāo)尺170的大致矩形橫截面的卡柱；和滑動(dòng)器組件120。如關(guān)于圖2進(jìn)一步描述的，標(biāo)尺170可以包括沿著測(cè)量軸方向MA(X軸)延伸的并且沿著大約與標(biāo)尺層呈法向的深度方向(Z方向)堆疊在彼此之上的各層(例如，信號(hào)調(diào)制和絕緣層)。已知類型的覆蓋層172(例如，100μm厚)可以覆蓋標(biāo)尺170。在標(biāo)尺構(gòu)件102第一端附近的鉗108和110以及在滑動(dòng)器組件120上的可移動(dòng)鉗116和118用于以已知的方式測(cè)量物體的尺寸?；瑒?dòng)器組件120可以可選地包括深度桿126，由端止動(dòng)件154約束在標(biāo)尺構(gòu)件102下方的深度桿溝槽152中。深度桿接合端128可以延伸到孔中，以測(cè)量其深度。滑動(dòng)器組件120的蓋139可以包括打開(kāi)/關(guān)閉開(kāi)關(guān)134和調(diào)零開(kāi)關(guān)136以及測(cè)量顯示器138?；瑒?dòng)器組件120的基部140包括接觸標(biāo)尺構(gòu)件102側(cè)緣146的引導(dǎo)邊緣142，并且螺釘147將彈性壓力桿148偏置在標(biāo)尺構(gòu)件102的配合邊緣上，以確保測(cè)量的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)，并用于相對(duì)于標(biāo)尺170移動(dòng)讀數(shù)頭部164。

安裝在基部140上的摘除組件160保持讀數(shù)頭部164，在該實(shí)施例中，讀數(shù)頭部164包括基板162(例如，印刷電路板)，基板162承載著相對(duì)于標(biāo)尺170沿著深度方向布置的感測(cè)部167(例如，場(chǎng)發(fā)生和感測(cè)繞組構(gòu)造)，以及信號(hào)處理和控制電路166。彈性密封件163可以壓縮在蓋139和基板162之間，以從電路和連接排除污染。感測(cè)部167可以由絕緣涂層覆蓋。

在一個(gè)具體說(shuō)明性示例中，感測(cè)部167可以布置成與標(biāo)尺170平行且面向標(biāo)尺170，標(biāo)尺170由沿著深度(Z)方向在0.5mm量級(jí)的間隙分開(kāi)。一起地，讀數(shù)頭部164和標(biāo)尺170可以形成換能器(例如，如將在下面關(guān)于圖2更詳細(xì)地描述的，通過(guò)產(chǎn)生變化磁場(chǎng)操作的渦流換能器)。

圖2是圖1標(biāo)尺170一個(gè)實(shí)施例的一部分的等距視圖，圖示沿著深度(Z)方向“堆疊”在(例如，對(duì)準(zhǔn)且相鄰)彼此之上的信號(hào)層SIGL1和SIGL2。在一些執(zhí)行方案中，如下面描述的，該實(shí)施例可以解釋為包括介于信號(hào)層SIGL1和SIGL2之間的可選的絕緣層ISOL?？商娲?，絕緣層可以在一些實(shí)施例中略去并且標(biāo)尺的總體厚度減少，或者在其它實(shí)施例中層ISOL中示出的材料可以歸于層SIGL1和/或?qū)覵IGL2，并且其估算厚度尺寸Tiso、T1和T2相應(yīng)地調(diào)整(例如，針對(duì)這樣的實(shí)施例，包括指定Tiso為 零厚度，使得層ISOL代表為“缺乏”)。關(guān)于以下描述，層SIGL1、ISOL和SIGL2將理解成包括所描述特征的概念層。在各種執(zhí)行方案中，各層可以分開(kāi)制造但實(shí)際上“被堆疊”，或者可以制造為單件，在這種情況下，它們是其布置對(duì)應(yīng)于“堆疊”的概念層，等等。

第一信號(hào)層SIGL1包括沿著測(cè)量軸形成第一空間調(diào)制圖案的材料，其被稱為PAT1。從概念上講，PAT1可以描述為沿著測(cè)量軸方向MA與多個(gè)第二標(biāo)尺元件區(qū)SZ1-SZ6交錯(cuò)的多個(gè)第一標(biāo)尺元件區(qū)FZ1-FZ7，根據(jù)波長(zhǎng)P周期性地布置。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)標(biāo)尺元件區(qū)具有1/2波長(zhǎng)P的X尺寸。在其它實(shí)施例中，第一標(biāo)尺元件區(qū)和第二標(biāo)尺元件區(qū)的面積和寬度可以不同。PAT1可以最好描述為沿著深度(Z)方向包括材料厚度調(diào)制，或者可替代地，可以描述為沿著橫向于深度方向和測(cè)量軸的方向(Y)包括材料寬度調(diào)制(例如，在該實(shí)施例中，設(shè)置了零寬度板消除特征)。

在圖2的示例中，每個(gè)第一標(biāo)尺元件區(qū)FZ1-FZ7包括導(dǎo)電板特征P1-P7(在各種實(shí)施例中，其可以操作成承載渦流)。每個(gè)第二標(biāo)尺元件區(qū)SZ1-SZ6包括“板消除”特征，包括各自無(wú)效或凹進(jìn)面積R1-R6，和/或填充每個(gè)第二標(biāo)尺元件區(qū)SZ1-SZ6的不導(dǎo)電材料(在各種實(shí)施例中，其可以操作以承載較少的渦流或不承載渦流)?？商娲?，“板消除”特征可以包括導(dǎo)電材料，假設(shè)它與板特征相比具有不同的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。類似的標(biāo)尺操作原理更詳細(xì)地描述在2014年6月12日提交的標(biāo)題為“Absolute Position Encoder Scale Having Plates Alternating With Varying Recesses”('266申請(qǐng))的共同未決的和共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/303,266中，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用借此并入。

通過(guò)模擬第一信號(hào)層，可以理解第二信號(hào)層SIGL2。它包括沿著測(cè)量軸形成第二空間調(diào)制圖案PAT2的材料，第二空間調(diào)制圖案PAT2在沿著測(cè)量軸的絕對(duì)范圍上不同于第一空間調(diào)制圖案PAT1。在該實(shí)施例中，多個(gè)標(biāo)尺元件區(qū)FZ1'-FZ6'承載板特征PX'(X＝1-6)，與承載板消除特征RX'(X＝1-6)的多個(gè)標(biāo)尺元件區(qū)SZ1'-SZ5'交錯(cuò)，均根據(jù)波長(zhǎng)P'沿著測(cè)量軸周期性地布置。關(guān)于上文引用的絕對(duì)范圍，在該情況下可以設(shè)置大約(P*P')/|P'-P|的絕對(duì)范圍，因?yàn)镻AT2可以操作成提供空間周期性的第二位置信號(hào)分量(具有周期或波長(zhǎng)P')，第二位置信號(hào)分量在沿著絕對(duì)范圍的相應(yīng)位置相對(duì)于空間周期性的第一位置信號(hào)分量提供多個(gè)獨(dú)特的相位關(guān)系值，其中PAT1操作成提 供空間周期性的第一位置信號(hào)分量(具有周期或波長(zhǎng)P)。獨(dú)特的相位關(guān)系值允許從PAT1構(gòu)造所得到的周期信號(hào)的各自周期彼此區(qū)分，以獨(dú)特地指示沿著絕對(duì)信號(hào)范圍的各自位置，并且根據(jù)已知方法(例如，包括正弦正交信號(hào)插值方法)進(jìn)一步插值于各自信號(hào)周期內(nèi)，以提供高分辨率絕對(duì)位置測(cè)量結(jié)果。

更一般地，在可替代的執(zhí)行方案(例如，如關(guān)于圖6C、6D、6G描述的)中，第二層的第二空間調(diào)制圖案可以構(gòu)造成包括提供第二位置信號(hào)分量的變量(例如，線性或非線性變量)，其包括在沿著絕對(duì)范圍的相應(yīng)位置相對(duì)于第一位置信號(hào)分量提供多個(gè)獨(dú)特值(例如，獨(dú)特的信號(hào)振幅或獨(dú)特的第二位置信號(hào)關(guān)系值)的信號(hào)特性。

在各種執(zhí)行方案中，標(biāo)尺170可以由導(dǎo)電散料(例如，鋁、鋼、銅，等等)形成，使得各層從概念上講“被堆疊”，或者第一信號(hào)層和第二信號(hào)層SIGL1和SIGL2(以及層ISOL)可以利用類似或不同的工藝分開(kāi)制造(例如，印刷電路板中的圖案層)，然后層壓在一起，等。

圖3是圖2標(biāo)尺170的一個(gè)實(shí)施例的一部分的示意性側(cè)視圖，圖示了關(guān)于包括在感測(cè)部167一個(gè)實(shí)施例中的示意性圖示的感測(cè)部SN1-SN3的操作和特征。在各種執(zhí)行方案中，感測(cè)部SN1-SN3或“SNX”(X＝1-3)可以分別包括單個(gè)感測(cè)部SNX'(X＝1-3)，或者可以分別包括差異對(duì)感測(cè)部SNX'/SNX-D(X＝1-3)，(例如，在下文參考圖4提出)。在任何情況下，感測(cè)部提供對(duì)應(yīng)于其構(gòu)造的示意性代表的輸出信號(hào)SENX(X＝1-3)。

在操作中，一般而言，信號(hào)處理和控制電路166以及感測(cè)部167被構(gòu)造成生成至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)，其可以由第一層和第二層的第一空間調(diào)制圖案和第二空間調(diào)制圖案調(diào)制，并且基于使用第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造(例如，包括在信號(hào)處理和控制電路166中的第一和第二電路和/或操作構(gòu)造和/或信號(hào)處理流程)來(lái)提供第一位置信號(hào)分量和第二位置信號(hào)分量，以提供用于至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的第一較小信號(hào)感測(cè)深度和第二較小信號(hào)感測(cè)深度。

在圖3中，場(chǎng)FIELDC1或FIELDC1'示意性地代表提供第一較小信號(hào)感測(cè)深度的場(chǎng)或場(chǎng)分量。因?yàn)榈谝粚覵IGL1沿著深度方向比第二層SIGL2更靠近讀數(shù)頭和/或感測(cè)部167，第一層SIGL1的第一空間調(diào)制圖案PAT1將提供主導(dǎo)的第一位置信號(hào)分量，使用對(duì)應(yīng)于場(chǎng)FIELDC1或FIELDC1'的 第一電路構(gòu)造感測(cè)到主導(dǎo)的第一位置信號(hào)分量。第二層SIGL2可以設(shè)計(jì)成部分地或完全超出場(chǎng)FIELDC1或FIELDC1'的感測(cè)范圍，使得它可以在信號(hào)中提供使用第一電路構(gòu)造感測(cè)到的較不顯著或微不足道的第二位置信號(hào)分量。場(chǎng)FIELDC2示意性地代表提供使用第二電路構(gòu)造設(shè)置的第二較小信號(hào)感測(cè)深度的場(chǎng)或場(chǎng)分量，并且包括至少一部分第二層SIGL2。在該情況下，第二層SIGL2的第二空間調(diào)制圖案PAT2提供使用第二電路構(gòu)造感測(cè)到的顯著的第二位置信號(hào)分量。

在各種執(zhí)行方案中，第一電路構(gòu)造可以設(shè)計(jì)成使得場(chǎng)或場(chǎng)分量FIELDC1或FIELDC1'未到達(dá)越過(guò)第一層SIGL1的深度，或者至多不越過(guò)絕緣層ISOL。在這樣的情況下，第一空間調(diào)制圖案PAT1的信號(hào)影響被使用第一電路構(gòu)造感測(cè)到的第一位置信號(hào)分量準(zhǔn)確地指示，并且讀數(shù)頭位置可以相對(duì)于PAT1相對(duì)準(zhǔn)確地指示(至少在PAT1的局部周期內(nèi))。此外，如上面提到的，PAT1的信號(hào)貢獻(xiàn)使用第一電路構(gòu)造在讀數(shù)頭的任何特定位置相對(duì)于標(biāo)尺準(zhǔn)確地隔離。結(jié)果，這提供了信息：允許信號(hào)處理和控制電路166預(yù)測(cè)和/或補(bǔ)償PAT1信號(hào)貢獻(xiàn)至使用第二較小信號(hào)感測(cè)深度確定的信號(hào)，其使用第二電路構(gòu)造設(shè)置(例如，基于之前分析和/或校準(zhǔn))。所以，信號(hào)處理和控制電路166可以基本隔離由于第二空間調(diào)制圖案PAT2產(chǎn)生的期望的第二位置信號(hào)分量，使得讀數(shù)頭位置可以相對(duì)于PAT2相對(duì)準(zhǔn)確地指示，和/或相對(duì)于第一位置信號(hào)分量提供多個(gè)獨(dú)特值的第二位置信號(hào)分量的信號(hào)特性或關(guān)系可以沿著絕對(duì)范圍準(zhǔn)確地確定。

在可替代的執(zhí)行方案中，替代或除了上面提到的預(yù)測(cè)和補(bǔ)償，絕緣層ISOL可以形成有第三空間調(diào)制(圖2或3未示出)，當(dāng)使用場(chǎng)FIELDC2和第二電路構(gòu)造時(shí)，其意在抵消第一信號(hào)層SIGL1第一空間調(diào)制的影響。如下面關(guān)于圖6F描述的，例如它可以包括互補(bǔ)圖案特征(例如，具有與PAT1相反的空間相)。

在各種實(shí)施例中，上面提到的影響和操作可以通過(guò)下面提出的各種構(gòu)造實(shí)現(xiàn)。讀數(shù)頭可以構(gòu)造成至少提供標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)，標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)是變化場(chǎng)，并且第一電路構(gòu)造對(duì)應(yīng)于標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的較高時(shí)間頻率或頻率范圍，第二電路構(gòu)造對(duì)應(yīng)于標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的較低時(shí)間頻率或頻率范圍。在各種執(zhí)行方案中，第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造可以根據(jù)a)或b)之一的至少一個(gè)操作，包括：a)第一電路構(gòu)造在第一時(shí)間以較高時(shí)間頻率或頻率范圍提供第一標(biāo)尺 感測(cè)場(chǎng)，第二電路構(gòu)造在第二時(shí)間以較低時(shí)間頻率或頻率范圍提供第二標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)，并且讀數(shù)頭在第一時(shí)間感測(cè)第一位置信號(hào)分量且在第二時(shí)間感測(cè)第二位置信號(hào)分量，或者b)第一電路構(gòu)造使用對(duì)應(yīng)于較高時(shí)間頻率或頻率范圍的高限或?yàn)V波頻率范圍感測(cè)至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的調(diào)制，并且第二電路構(gòu)造使用對(duì)應(yīng)于較低時(shí)間頻率或頻率范圍的低限或?yàn)V波頻率范圍感測(cè)至少一個(gè)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的調(diào)制。在某種意義上，上面提到的操作“a”對(duì)應(yīng)于在“輸入”或“傳輸”標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)期間限制或過(guò)濾包括在標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)中的頻率，而上面提到的操作“b”對(duì)應(yīng)于在“輸出”或“接收”標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)期間限制過(guò)濾在標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)中感測(cè)的頻率。實(shí)施這樣的限制或過(guò)濾的方法是已知的，并且被充分分開(kāi)，或者可以在一些實(shí)施例中組合使用。在一些實(shí)施例中，第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造根據(jù)b)操作，并且讀數(shù)頭被構(gòu)造成產(chǎn)生變化的標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)，其同時(shí)包括較高和較低的時(shí)間頻率或頻率范圍兩者。

將要理解的是，趨膚深度效應(yīng)可以利用并用在根據(jù)本文中公開(kāi)的原理進(jìn)行操作的設(shè)計(jì)中。趨膚深度δ可以近似為

$\mathrm{\δ}={\left(\frac{2\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\πf}*{\mathrm{\μ}}_r*{\mathrm{\μ}}_0}\right)}^{1/2}$

其中，ρ＝材料的電阻率，f＝操作頻率(例如，上面提到的時(shí)間頻率或頻率)，μ_r＝材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，并且μ₀＝自由空間滲透性。

由此，在各種執(zhí)行方案中，第一電路構(gòu)造可以實(shí)施成使得場(chǎng)或場(chǎng)分量FIELDC1在越過(guò)第一層SIGL1的深度不顯著。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一層具有沿著深度方向的厚度T1，是第一趨膚深度的至少一倍，或兩倍及以上，其中此第一趨膚深度基于形成第一空間調(diào)制圖案PAT1的材料和對(duì)應(yīng)于第一電路構(gòu)造的較高時(shí)間頻率或頻率范圍而確定。當(dāng)使用第一電路構(gòu)造時(shí)，隔離層ISOL可以(根據(jù)期望)用于提供空白來(lái)屏蔽掉第二信號(hào)層SIGL2的PAT2的信號(hào)調(diào)制影響。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，隔離層是形成均勻?qū)拥牟牧?，并且第一層T1的厚度沿著深度方向加上隔離層Tiso的厚度是第一趨膚深度的至少一倍，或兩倍，或更多，其中此第一趨膚深度基于形成均勻?qū)拥牟牧虾蛯?duì)應(yīng)于第一電路構(gòu)造的較高時(shí)間頻率或頻率范圍而確定。

當(dāng)然，根據(jù)上面提到的原理，第二電路構(gòu)造必須實(shí)施成使得場(chǎng)或場(chǎng)分 量FIELDC2在超出第一層SIGL1和/或絕緣層ISOL的深度是顯著的，并且至少包括第二層SIGL2的空間調(diào)制部分。在這樣的情況下，第一層SIGL1和/或絕緣層ISOL可不超過(guò)與第二電路構(gòu)造關(guān)聯(lián)的趨膚深度。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一層具有沿著深度方向的厚度T1，其至多是第二趨膚深度的0.5倍，或0.3倍，或更少，其中此第二趨膚深度基于形成第一空間調(diào)制圖案PAT1的材料和對(duì)應(yīng)于第二電路構(gòu)造的較低時(shí)間頻率或頻率范圍而確定。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，如果使用隔離層ISOL，則第一層T1的厚度沿著深度方向加上隔離層Tiso的厚度至多是第二趨膚深度的0.5倍，或0.3倍，或更少。在一些實(shí)施例中，形成第二層第二空間調(diào)制圖案的材料沿著深度方向的厚度T2是沿著形成第一層第一空間調(diào)制圖案的材料的深度方向的厚度T1的至少兩倍，或三倍或以上，相對(duì)于第二空間調(diào)制圖案的影響，使得第一空間調(diào)制圖案對(duì)使用第二電路構(gòu)造獲得的信號(hào)的影響減少。

在各種執(zhí)行方案中，層SIGL1、ISOL和SIGL2的材料可以是導(dǎo)電和/或高磁導(dǎo)率材料。在各種執(zhí)行方案中，讀數(shù)頭164可以感測(cè)由于空間調(diào)制圖案產(chǎn)生的電感和/或阻抗變化導(dǎo)致的信號(hào)變化。在某些執(zhí)行方案中，如果標(biāo)尺材料是導(dǎo)電的具有低磁導(dǎo)率，則渦流可以主要負(fù)責(zé)信號(hào)改變，而如果標(biāo)尺材料具有高磁導(dǎo)率，則磁路影響可以主要負(fù)責(zé)信號(hào)改變。

將要了解的是，具有沿著Z方向?qū)?zhǔn)或堆疊的各層的標(biāo)尺有利之處在于，與可比較的并排標(biāo)尺軌道相比，可以實(shí)現(xiàn)窄標(biāo)尺。另外，可以得到不同制造選擇。

在各種實(shí)施例中，根據(jù)基于本文中公開(kāi)的原理將是顯而易見(jiàn)的各種期望的信號(hào)處理方案，在測(cè)量周期的不同時(shí)間，一個(gè)或所有各種感測(cè)部SNX可以使用上面提到的第一和/或第二電路構(gòu)造提供信號(hào)。在圖3示出的實(shí)施例中，感測(cè)部SN1和SN2沿著測(cè)量軸具有間距D1＝5/4P)，并且可以使用第一電路構(gòu)造操作以提供對(duì)應(yīng)于第一信號(hào)層SIGL1波長(zhǎng)P的正交信號(hào)SEN1和SEN2，這可以根據(jù)已知方法處理以確定讀數(shù)頭相對(duì)于第一信號(hào)層SIGL1特征或周期的位移和/或位置。類似地，感測(cè)部SN2和SN3具有間距D2＝5/4P')，并且可以使用第二電路構(gòu)造和上面提到的相關(guān)信號(hào)處理操作以提供對(duì)應(yīng)于第二信號(hào)層SIGL2波長(zhǎng)P'的正交信號(hào)SEN2和SEN3，這可以根據(jù)已知方法處理以確定讀數(shù)頭相對(duì)于第二信號(hào)層SIGL2特征或周期的位移和/或位置。如之前提出的，使用第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造確定的信號(hào) 之間的相位差可以呈現(xiàn)出這樣的相位差：可以被信號(hào)處理而提供在大約(P*P')/|P'-P|的絕對(duì)范圍上的絕對(duì)位置測(cè)量結(jié)果。

圖4是示出感測(cè)部SNX一個(gè)實(shí)施例的等距和部分示意圖，可用作圖3示出的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)部SNX(X＝1-3)，或者另外在各種實(shí)施例中在該公開(kāi)的范圍內(nèi)。出于清晰起見(jiàn)，僅單個(gè)差異感測(cè)部SNX圖示在圖4中。感測(cè)部SNX包括連接到由信號(hào)處理和控制電路166和地面終端GND控制的驅(qū)動(dòng)終端DRV的場(chǎng)勵(lì)磁繞組430A和430B(具有相反的場(chǎng)極性)，以及第一信號(hào)繞組和第二信號(hào)繞組410A和410B(一起為410)，其分別連接到地面終端并且輸出通過(guò)終端SL1和SL2連接到信號(hào)處理和控制電路166的位置信號(hào)分量SENX'和SENX-D'。在一個(gè)執(zhí)行方案中，各種繞組可以制造于印刷電路板(例如，圖1的印刷電路板162)的一個(gè)或多個(gè)金屬層中。在各種執(zhí)行方案中，標(biāo)尺部170的寬度(Y尺寸)可以大于感測(cè)部SNX的寬度，以減少Y方向錯(cuò)位的靈敏度。每個(gè)標(biāo)尺元件(例如，PX和/或RX)的長(zhǎng)度(X尺寸)可以大約與410A(或410B)相同(例如，感測(cè)部SNX總組合長(zhǎng)度的一半，以最大化所得到的信號(hào)(例如，由位置信號(hào)分量SENX'和SENX-D之間的差確定)。

感測(cè)部SNX和標(biāo)尺部170的電連接和操作的一個(gè)實(shí)施例示意性地示出在圖5A中，并在下面參考圖4和5A提出。

當(dāng)使用第一電路構(gòu)造(例如，使用第一或較高驅(qū)動(dòng)和/或信號(hào)濾波頻率)操作時(shí)，并且當(dāng)感測(cè)部SNX移動(dòng)使得第一信號(hào)層SIGL1的凹進(jìn)面積R1-R3之一在信號(hào)繞組410A(可替代地，410B)下方主要居中時(shí)，由于導(dǎo)電和/或?qū)Т挪牧系娜鄙倩蚱h(yuǎn)，勵(lì)磁繞組430A(可替代地，430B)和信號(hào)繞組410A(可替代地，410B)之間的耦合可以程度較輕地受到影響，并且位置信號(hào)分量SENX'(可替代地，SENX'-D)將具有相應(yīng)的第一極性值。相反地，當(dāng)感測(cè)部移動(dòng)使得第一信號(hào)層SIGL1的板面積P1-P3之一在信號(hào)繞組410A(可替代地，410B)下方主要居中時(shí)，由于導(dǎo)電和/或?qū)Т挪牧系挠H近性，勵(lì)磁繞組430A(可替代地，430B)和信號(hào)繞組410A(可替代地，410B)之間的耦合可以更大程度地受到影響(例如，任一因磁導(dǎo)率提高或者由于渦流影響而減少)，并且位置信號(hào)分量SENX'(可替代地SENX-D)將具有相應(yīng)的第二極性值。相應(yīng)地，位置信號(hào)分量SENX'和SENX-D之間的差可以用以確定標(biāo)尺部170第一信號(hào)層SIGL1圖案相對(duì)于感測(cè)部SNX(至少一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi))的位置。通過(guò)消除某些共模誤差，差分信號(hào)可以提供改進(jìn)的線性度和魯 棒性。如之前提出的，當(dāng)使用第二電路構(gòu)造(例如，使用第二或較低驅(qū)動(dòng)和/或信號(hào)濾波頻率)操作時(shí)，與感測(cè)部SNX關(guān)聯(lián)的場(chǎng)可以滲透到第二信號(hào)層SIGL2，并且提供可以用以確定標(biāo)尺部170第二信號(hào)層SIGL2圖案相對(duì)于感測(cè)部SNX(至少在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi))的位置的信號(hào)分量。

在各種執(zhí)行方案中，勵(lì)磁繞組430可以被(例如，節(jié)點(diǎn)N3處的勵(lì)磁信號(hào)DRV)驅(qū)動(dòng)，具有選定的波形圖案(例如，正弦、具有脈沖固有電路的準(zhǔn)正弦、或“方波”脈沖，等等)。與圖4和圖5A示出的感測(cè)部和連接結(jié)合使用第一電路構(gòu)造和第二電路構(gòu)造的各種原理(可以包括各自信號(hào)處理電路和/或流程)被公開(kāi)在本文中，并且可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員基于該公開(kāi)而實(shí)施。

雖然圖4和5A所示的執(zhí)行方案示出了提供分離信號(hào)的第一信號(hào)繞組和第二信號(hào)繞組410A和410B，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在可替代的執(zhí)行方案中，它們可以連接到具有單個(gè)輸出的單個(gè)線圈中，或者它們可以沿著X方向以適合的間距復(fù)制，以提供附加信號(hào)，等。此外，在其它實(shí)施例中，可以使用其它感測(cè)元件(例如，霍爾傳感器)來(lái)代替繞組410。由此，圖示的實(shí)施例僅是示例性的，并且不是限制性的。

圖5B是圖示感測(cè)部SNX'和標(biāo)尺部170的電連接和操作的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中讀數(shù)頭164'的電路構(gòu)造用于允許單個(gè)繞組或感測(cè)部執(zhí)行勵(lì)磁部和信號(hào)部?jī)烧叩墓δ?。在各種執(zhí)行方案中，讀數(shù)頭可以包括一個(gè)或多個(gè)這樣的電路和感測(cè)部。出于簡(jiǎn)化本說(shuō)明和解釋的目的，僅示出接近感測(cè)部SNX'的單個(gè)標(biāo)尺元件PX(或者可替代地是RX，或是對(duì)應(yīng)于PX'或RX'的信號(hào)產(chǎn)生特征)。如圖5B示出的，例如2006年加拿大魁北克城Advances in Signal Processing for Non Destructive Evaluation of Materials的J.Lefebvre、C.Mandache和J.Letarte的“Pulsed eddy current empirical modeling”中更詳細(xì)地描述的，感測(cè)部SNX'和目標(biāo)標(biāo)尺元件“PX”可建模為簡(jiǎn)單的兩部分電路。如其中描述的，影響渦流傳感器阻抗的一些關(guān)鍵變量是：傳感器線圈(例如，SNX')的物理尺寸和組成；傳感器的驅(qū)動(dòng)頻率；目標(biāo)標(biāo)尺元件PX的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率；目標(biāo)標(biāo)尺元件PX的不規(guī)則性；以及傳感器到目標(biāo)標(biāo)尺元件PX的間隙和取向。

如圖5B示出的，在左側(cè)包括讀數(shù)頭164'電路感測(cè)部SNX'的圖示電路充當(dāng)勵(lì)磁部和信號(hào)部?jī)烧?，并且具有相等的電感L_S、阻力R_S，并且由電壓 源V(t)驅(qū)動(dòng)。右側(cè)的標(biāo)尺元件“PX”由其有效電感L_t和阻力R_t代表，并且形成與感測(cè)部SNX'的互感M。標(biāo)尺元件“PX”的這些有效阻抗值取決于σ、μ、ω和系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)。兩個(gè)電路的耦合取決于傳感器到目標(biāo)親近性(例如，“PX”相對(duì)于讀數(shù)頭164'沿著X方向的間隙和位置)，并且反映在互感中。k的值是0≤k≤1并且隨著間隙的降低而增加。感測(cè)部SNX'由于與標(biāo)尺元件“PX”取決于位置的聯(lián)接的信號(hào)和/或復(fù)雜阻抗的改變可以提供可以用以確定感測(cè)部SNX'相對(duì)于標(biāo)尺元件“PX”和相應(yīng)標(biāo)尺部170的位置的相應(yīng)位置信號(hào)分量。

圖6A-6G是標(biāo)尺670A-670G和/或其組成層空間調(diào)制圖案、代表性感測(cè)部167以及說(shuō)明性相應(yīng)信號(hào)分量的各種實(shí)施例各部的部分示意性視圖。其中出于清晰起見(jiàn)，間隙示出在各層之間，將要理解的是，各層可以彼此抵接沒(méi)有任何間隙。在圖6A中，圖示了標(biāo)尺部670A的側(cè)視橫截面視圖(沿著Y方向觀看)。標(biāo)尺部670A類似于圖2-4的標(biāo)尺部170，并且其結(jié)構(gòu)和操作可以基于之前的描述理解。第一信號(hào)層和第二信號(hào)層SIGL1A和SIGL2A由絕緣層ISOLA(例如，作用為各層之間的屏蔽)分開(kāi)。與形成包括(如將在下面關(guān)于圖6B和6F更詳細(xì)地描述的)第三空間調(diào)制圖案的絕緣層的成形材料或圖案化材料比較，絕緣層ISOLA一般是形成矩形和/或均勻?qū)拥牟牧?，具有一致的寬度和厚度。關(guān)于位置信號(hào)分量680A，當(dāng)感測(cè)部167由第一電路構(gòu)造(例如由“第一電路構(gòu)造”標(biāo)記指示)操作時(shí)，對(duì)應(yīng)于第一標(biāo)尺圖案PAT1A的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1A可以由各自感測(cè)部167及其相應(yīng)的空間相或偏移(例如提供正交信號(hào))提供。當(dāng)感測(cè)部167由第二電路構(gòu)造(例如由“第二電路構(gòu)造”標(biāo)記指示)操作時(shí)，對(duì)應(yīng)于第二標(biāo)尺圖案PAT2A的第二位置信號(hào)分量S_SIGL2B可以由各自感測(cè)部167及其相應(yīng)的空間相或偏移提供。如之前公開(kāi)的，第二位置信號(hào)分量S_SIGL2A可能需要信號(hào)處理，當(dāng)使用第二電路構(gòu)造時(shí)隔離它們受到第一標(biāo)尺圖案PAT1A的影響。信號(hào)分量示出空間周期性的變量(例如，由與第一標(biāo)尺圖案和第二標(biāo)尺圖案PAT1A和PAT2A的凹進(jìn)面積交錯(cuò)的導(dǎo)電板面積產(chǎn)生)。更具體地，在各種執(zhí)行方案中，每個(gè)位置信號(hào)分量S_SIGL1A和S_SIGL2A可以代表讀數(shù)頭164信號(hào)處理和控制部的輸出。各種特性和信號(hào)及相關(guān)絕對(duì)位置的確定之前已經(jīng)描述。

在圖6B中，標(biāo)尺部670B的側(cè)視橫截面視圖類似于標(biāo)尺部670A，并且其結(jié)構(gòu)和操作可以基于之前的描述理解，除關(guān)于絕緣層ISOLB及其信號(hào) 影響之外。如圖6B底部層的平面圖示出的，絕緣層ISOLB一般是形成具有漸縮寬度和恒定厚度的第三空間調(diào)制圖案的材料。當(dāng)感測(cè)部167由第一電路構(gòu)造(例如，由“第一電路構(gòu)造”標(biāo)記指示)操作時(shí)，對(duì)應(yīng)于第一標(biāo)尺圖案PAT1B的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1B可以由各自感測(cè)部167及其相應(yīng)的空間相或偏移(例如，提供正交信號(hào))提供。當(dāng)感測(cè)部167由第二電路構(gòu)造(例如，由“第二電路構(gòu)造”標(biāo)記指示)操作時(shí)，絕緣層圖案PAT3B和圖案PAT2B均可以提供信號(hào)影響，并且相應(yīng)的第二位置信號(hào)分量S_SIGL2B可以由各自感測(cè)部167及其相應(yīng)的空間相或偏移提供。即，隔離層的第三空間調(diào)制圖案被構(gòu)造成與第二層的第二空間調(diào)制圖案組合工作，以提供使用第二電路構(gòu)造感測(cè)到的第二位置信號(hào)分量中的第二空間調(diào)制圖案和第三空間調(diào)制圖案的組合調(diào)制影響。由此，位置信號(hào)分量680B圖示對(duì)應(yīng)于第一信號(hào)層SIGL1B第一標(biāo)尺圖案PAT1B的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1B，以及對(duì)應(yīng)于第二信號(hào)層SIGL2B第二標(biāo)尺圖案PAT2B的第二位置信號(hào)分量S_SIGL2B，包括對(duì)應(yīng)于絕緣層ISOLB第三標(biāo)尺圖案PAT3B影響的第三位置信號(hào)影響E_ISOLB影響。通過(guò)解釋的方式，在位置信號(hào)分量680B的更左邊，由于在第二信號(hào)層SIGL2B位置提供顯著量“屏蔽”和/或信號(hào)影響的第三標(biāo)尺圖案PAT3B較寬端的影響，第二位置信號(hào)分量S_SIGL2B的正弦變化示出為具有低對(duì)比度/信號(hào)振幅和較高“DC”水平。在位置信號(hào)分量680B的更右邊，由于在第二信號(hào)層SIGL2B位置提供較少量“屏蔽”和/或信號(hào)影響的第三標(biāo)尺圖案PAT3B窄端的影響，第二位置信號(hào)分量S_SIGL2B的正弦變化示出為具有高對(duì)比度/信號(hào)振幅和較低“DC”水平。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，信號(hào)影響E_ISOLB示出的目的是為了解釋，不必被隔離為信號(hào)。此外，如之前公開(kāi)的，第二位置信號(hào)分量S_SIGL2B可能需要信號(hào)處理，以隔離它受到第一標(biāo)尺圖案PAT1A的影響并且提供類似于使用第二電路構(gòu)造時(shí)示出的位置信號(hào)。

在一個(gè)執(zhí)行方案中，在各位置由絕緣層ISOLB第三標(biāo)尺圖案PAT3B造成的信號(hào)分量S_SIGL2B的信號(hào)差異可以進(jìn)行分析，以指示用于標(biāo)尺部670B的粗糙的絕對(duì)范圍，而信號(hào)分量S_SIGL1B和S_SIGL2B之間的長(zhǎng)波長(zhǎng)差頻可以用以指示中間的絕對(duì)范圍(例如，精確識(shí)別特定波長(zhǎng)P)，并且第一位置信號(hào)分量S_SIGL1B可以用以以高分辨率精確度指示特定波長(zhǎng)內(nèi)的增量位置。在各種執(zhí)行方案中，第三標(biāo)尺圖案PAT3B可以形成為成形導(dǎo)體，例如，形成在印刷電路板上，或者在材料片中印制或蝕刻或形成為較大厚度的凸起部， 等。

在圖6F中，標(biāo)尺部670F的側(cè)視橫截面視圖模擬標(biāo)尺部670B，并且其結(jié)構(gòu)和操作可以基于之前的描述理解，除關(guān)于絕緣層ISOLF及其信號(hào)影響的設(shè)計(jì)之外。特別地，標(biāo)尺部670F提供實(shí)施例的一個(gè)示例，其中隔離層的第三空間調(diào)制圖案相對(duì)于第一層的第一空間調(diào)制圖案進(jìn)行構(gòu)造，以當(dāng)使用第二電路構(gòu)造時(shí)至少部分地抵消第一空間調(diào)制圖案的調(diào)制影響，由此當(dāng)使用第二電路構(gòu)造時(shí)至少部分地抵消第一位置信號(hào)分量。在該特定實(shí)施例中，絕緣層ISOLF一般是形成第三空間調(diào)制圖案的材料，其中第一空間調(diào)制圖案和第三空間調(diào)制圖案互補(bǔ)，使得沿著材料深度方向形成第一空間調(diào)制圖案和第三空間調(diào)制圖案的組合厚度在讀數(shù)頭和第二層之間額定恒定。在一些實(shí)施例中，第一層和第三層由相同材料形成。在各種實(shí)施例中，第一層和第三層的互補(bǔ)圖案可以是“寬度互補(bǔ)的”，使得第三層圖案能夠可視化如同第一層圖案的照相底片。在本實(shí)施例中，圖案是“厚度互補(bǔ)的”。即，如側(cè)橫截面視圖圖示的，第一空間調(diào)制圖案是周期性的并具有波長(zhǎng)P的厚度圖案，第三空間調(diào)制是周期性的并具有波長(zhǎng)P的厚度圖案，并且第一空間調(diào)制圖案和第三空間調(diào)制圖案相對(duì)于彼此沿著測(cè)量軸移位大約180度的空間相位移。

當(dāng)感測(cè)部167由第一電路構(gòu)造操作時(shí)，可以提供對(duì)應(yīng)于第一標(biāo)尺圖案PAT1F的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1F。當(dāng)感測(cè)部167由第二電路構(gòu)造操作時(shí)，絕緣層圖案PAT3F和圖案PAT2F均可以提供信號(hào)影響。由此，位置信號(hào)分量680F圖示對(duì)應(yīng)于第一信號(hào)層SIGL1F第一標(biāo)尺圖案PAT1F的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1F，以及對(duì)應(yīng)于第二信號(hào)層SIGL2F第二標(biāo)尺圖案PAT2F的第二位置信號(hào)分量S_SIGL2F，其中對(duì)應(yīng)于絕緣層ISOLF第三標(biāo)尺圖案PAT3F的影響有效地抵消PAT1F對(duì)使用第二電路構(gòu)造獲得的信號(hào)的影響。即，無(wú)需信號(hào)處理來(lái)隔離PAT2F的影響以及提供第二位置信號(hào)分量S_SIGL2F，因?yàn)镻AT3F提供此絕緣。重申，因?yàn)榈谝豢臻g調(diào)制圖案和第三空間調(diào)制圖案形成厚度互補(bǔ)，它們有效地取消彼此的有效滲透兩個(gè)圖案層的場(chǎng)的空間調(diào)制影響。

在圖6C中，示出了標(biāo)尺部670C的側(cè)視橫截面視圖，其示出的各層類似地于在標(biāo)尺部670A和670B中的某些層進(jìn)行操作。其結(jié)構(gòu)和操作可以與以下進(jìn)一步解釋組合基于之前的描述進(jìn)行理解。第一信號(hào)層SIGL1C及其 相關(guān)的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1C(在位置信號(hào)分量680C示出)類似于或相同于第一信號(hào)層SIGL1A及其相關(guān)的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1A。第二信號(hào)層SIGL2C及其相關(guān)的第二位置信號(hào)分量S_SIGL2C類似于或相同于參考圖6B提出的絕緣層ISOLB及其相關(guān)的信號(hào)影響E_ISOLB。即，它一般是形成具有漸縮寬度和恒定厚度的第二空間調(diào)制圖案的材料。當(dāng)感測(cè)部167由第一電路構(gòu)造操作時(shí)，可以提供對(duì)應(yīng)于第一標(biāo)尺圖案PAT1C的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1C。當(dāng)感測(cè)部167由第二電路構(gòu)造操作時(shí)，圖案PAT2C(類似于圖6B的PAT3B)可以提供第二位置信號(hào)分量S_SIGL2C，如之前公開(kāi)的，這可能需要信號(hào)處理，以當(dāng)使用第二電路構(gòu)造時(shí)隔離它受到第一標(biāo)尺圖案PAT1A的影響。絕緣層ISOLC(如果存在)一般是以一致寬度和厚度形成矩形和/或均勻?qū)拥牟牧?。它可以考慮為可選的，或者作為第一層或第二層的一體部分。

圖6E可以理解為標(biāo)尺部670E的側(cè)視橫截面視圖，示出的各層可以類似于標(biāo)尺部670C各層形成和操作，除了圖案PAT2E的第二空間調(diào)制圖案包括厚度調(diào)制而非寬度調(diào)制。即，它一般是形成具有漸縮厚度和恒定寬度的第二空間調(diào)制圖案的材料。例如，與層的較薄端比較，層一端的較厚材料可以提供更大的渦流影響，用于滲透整個(gè)層的場(chǎng)。當(dāng)感測(cè)部167由第一電路構(gòu)造操作時(shí)，可以提供對(duì)應(yīng)于第一信號(hào)層SIGL1E和第一標(biāo)尺圖案PAT1E的第一位置信號(hào)分量S_SIGL1E(在位置信號(hào)分量680E中示出)。當(dāng)感測(cè)部167由第二電路構(gòu)造操作時(shí)，第二信號(hào)層SIGL2E和圖案PAT2E可以提供第二位置信號(hào)分量S_SIGL2E，如之前公開(kāi)的，這可能需要信號(hào)處理，以當(dāng)使用第二電路構(gòu)造時(shí)隔離它受到第一標(biāo)尺圖案PAT1E的影響。絕緣層ISOLE(如果存在)一般是形成具有一致寬度和厚度的矩形和/或均勻?qū)拥牟牧稀Ｋ梢钥紤]是可選的，或者作為第一層或第二層的一體部分。

圖6D可以理解為標(biāo)尺部670D的側(cè)視橫截面視圖，示出的各層可以類似于標(biāo)尺部670A各層形成和操作，除了第二信號(hào)層SIGL2D和圖案PAT2D的第二空間調(diào)制圖案包括厚度調(diào)制，類似于沿著其凹進(jìn)或較薄的標(biāo)尺元件厚度漸縮。即，它一般是形成了在其凹進(jìn)類型標(biāo)尺元件中具有漸縮厚度和恒定寬度的第二空間調(diào)制圖案的材料。這樣的構(gòu)造更詳細(xì)地描述在之前并入的'266申請(qǐng)中。與層的凹進(jìn)深度最大的一端(其中提供了較高的周期信號(hào)對(duì)比度或振幅)比較，層一端的較薄凹進(jìn)可以提供更類似于其相鄰板類型元件(其中提供了低的周期信號(hào)對(duì)比度或振幅)的信號(hào)。在該實(shí)施例中， 如之前公開(kāi)的，第二位置信號(hào)分量S_SIGL2D(在位置信號(hào)分量680D中示出)可能需要信號(hào)處理，以當(dāng)使用第二電路構(gòu)造時(shí)隔離它受到第一信號(hào)層SIGL1D和第一標(biāo)尺圖案PAT1D的影響。絕緣層ISOLD(如果存在)一般是形成具有一致寬度和厚度的矩形和/或均勻?qū)拥牟牧?。它可以考慮為可選的，或者作為第一層或第二層的一體部分。

圖6G示出一實(shí)施例，其中與相應(yīng)的第二標(biāo)尺調(diào)制圖案結(jié)合使用可替代的讀數(shù)頭構(gòu)造，以履行本文中公開(kāi)的絕對(duì)位置信號(hào)原理。在標(biāo)尺部670G中，第一信號(hào)層SIGL1G和相應(yīng)的第一標(biāo)尺圖案PAT1G(即，相對(duì)于x和z軸示出在側(cè)視圖中)類似于標(biāo)尺部670A。對(duì)應(yīng)于第二標(biāo)尺圖案PAT2G(示出在圖6G下部的平面圖中，一部分圖案PAT1G的平面圖以虛線輪廓示出)的第二信號(hào)層SIGL2G包括正弦形狀面積的兩個(gè)軌道，其沿著X方向可以具有不同單獨(dú)長(zhǎng)度或“周期”(例如，Pc1、Pc3，等等)。類似于之前堆疊的標(biāo)尺層，第一信號(hào)層堆疊在第二信號(hào)層上。覆蓋和/或?qū)?zhǔn)兩個(gè)軌道PAT2G的是包括構(gòu)件感測(cè)部a-h(例如，每個(gè)可以類似于之前描述的感測(cè)部SNX)的感測(cè)部組SNQ1和SNQ2。因?yàn)闃?gòu)件感測(cè)部(例如，構(gòu)件a和構(gòu)件h)之間的間距是固定的，正弦部的不同長(zhǎng)度(例如，Pc1)可以提供具有不同相位關(guān)系的信號(hào)，其可用于識(shí)別哪個(gè)正弦部被感測(cè)。兩個(gè)軌道PAT2G可以具有延伸絕對(duì)范圍和/或解決潛在信號(hào)模糊的關(guān)系。如此，各感測(cè)部(例如，一些或所有的感測(cè)部a-h)可以使用第一電路構(gòu)造操作，以提供對(duì)應(yīng)于PAT1G的第一位置信號(hào)分量，并且各感測(cè)部(例如，一些或所有的感測(cè)部a-h)可以使用第二電路構(gòu)造操作，以提供對(duì)應(yīng)于PAT2G的第二位置信號(hào)分量，其中第二位置信號(hào)分量包括的信號(hào)特性在沿著絕對(duì)范圍的相應(yīng)位置提供相對(duì)于第一位置信號(hào)分量的多個(gè)獨(dú)特值。

圖7是圖示根據(jù)本文中公開(kāi)的原理的流程700一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖，用于操作包括標(biāo)尺部的位置感測(cè)設(shè)備，標(biāo)尺部具有堆疊構(gòu)造的各層。如圖7示出的，在塊710，操作位置感測(cè)設(shè)備(例如，手工具類型卡尺)，其中第一層的第一空間調(diào)制空間地調(diào)制標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)，當(dāng)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的參數(shù)具有第一值(例如，第一時(shí)間頻率)時(shí)相對(duì)更多地提供第一位置信號(hào)分量，并且當(dāng)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的參數(shù)具有第二值(例如，低于第一時(shí)間頻率的第二時(shí)間頻率)時(shí)相對(duì)更少地提供第一位置信號(hào)分量。在塊720，操作位置感測(cè)設(shè)備，其中第二層的第二空間調(diào)制空間地調(diào)制標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)，當(dāng)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng) 的參數(shù)具有第二值(例如，第二時(shí)間頻率)時(shí)相對(duì)更多地提供第二位置信號(hào)分量，并且當(dāng)標(biāo)尺感測(cè)場(chǎng)的參數(shù)具有第一值(例如，第一時(shí)間頻率)時(shí)相對(duì)更少地提供第二位置信號(hào)分量。在塊730，利用第二位置信號(hào)分量的信號(hào)特性(例如，獨(dú)立任一地或與第一位置信號(hào)分量的信號(hào)特性組合)來(lái)確定沿著絕對(duì)范圍在相應(yīng)位置的獨(dú)特位置值。

上文描述的各種器件可以不同地定位并且采取除上面提到的其它形式和組合，這將基于該公開(kāi)由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到。例如，所公開(kāi)的標(biāo)尺圖案可以可替代地以彎曲構(gòu)造形成沿著圓形測(cè)量軸，以形成旋轉(zhuǎn)編碼器。如另一示例，雖然若干上述標(biāo)尺圖案包括凹進(jìn)面積，但可以使用其它類型的板消除特征(例如，非導(dǎo)電面積)。一般情況下，針對(duì)板消除特征，可以變化的特性可以包括非導(dǎo)電面積的量、凹進(jìn)面積的量、凹進(jìn)面積的凹進(jìn)深度，等等。針對(duì)板特征，可以變化的特性可以包括板面積的量、板高度，等等。

如另一示例，雖然如上面提到的，某些標(biāo)尺圖案可以通過(guò)在散料(例如，鋁)中制出逐漸更深的切口而形成，但在其它執(zhí)行方案中，可以利用其它制造技術(shù)。更具體地，在各種執(zhí)行方案中，某些標(biāo)尺圖案可以形成在標(biāo)尺部中，包括至少一個(gè)：印刷電路板；包括去除面積的圖案化薄金屬片、形成的薄金屬片包括因所述薄金屬片變形而形成的凹進(jìn)；金屬材料件，包括因去除金屬材料而形成的凹進(jìn)，等等。

如另一示例，可以利用與其它所描述標(biāo)尺元件類似的技術(shù)形成用于絕對(duì)信號(hào)范圍識(shí)別部(或者可替代地用于單獨(dú)標(biāo)尺圖案)的二進(jìn)制代碼元件，并且可以利用多個(gè)讀數(shù)頭傳感器來(lái)讀取這樣的代碼。如另一示例，板面積高度或凹進(jìn)面積深度的附加變化可以用以實(shí)施甚至更高量級(jí)的代碼(例如，利用3+變化)。

上文描述的各種實(shí)施方式可組合以提供其它實(shí)施方式。在該說(shuō)明書(shū)中參考的所有的美國(guó)專利和美國(guó)專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文中。例如，關(guān)于示例讀數(shù)頭164和關(guān)聯(lián)的感測(cè)部及電路，將要了解的是，在之前并入的'494和'389專利申請(qǐng)中公開(kāi)的其它讀數(shù)頭、電路和信號(hào)處理可以適于與本文中公開(kāi)的各種標(biāo)尺構(gòu)造結(jié)合工作。本文中提出的讀數(shù)頭、電路和信號(hào)處理僅是示例性的，并且是非限制性的。

一般而言，在以下權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)該被解釋為將權(quán)利 要求限制為在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中公開(kāi)的具體實(shí)施方式，而是應(yīng)該被解釋為包括所有依據(jù)本文教導(dǎo)形成的實(shí)施方式，連同這樣的權(quán)利要求所享有的等同物的完全范圍。