专利名称：位置检测装置及其信号处理装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种位置检测装置及其信号处理装置与方法，具体地涉及一种用于直 线距离的精确位置控制的位置检测装置及其信号处理装置和方法。
背景技术：
在对位置进行精确控制时，使用到的位置磁感应元件一般分为旋转式和直线式。 旋转式磁感应元件一般为电机控制领域中应用的编码器，所述编码器是一种将电机旋转角 位置、角速度等物理量转换为电信号的位置磁感应元件，编码器的制造以及信号处理水平 直接影响到自动化水平。直线式磁感应元件一般称为直线位移磁感应元件。随着直线电机制造技术的不断 发展，在许多工控领域已逐步取代丝杆。对直线电机的高精度闭环控制直接依赖于其所用 直线式位置检测磁感应元件的输出分辨力。直线式磁感应元件的制造水平直接影响到系统 的控制精度以及控制效果。目前直线电机和机床上应用的直线位移磁感应元件主要是光栅尺，光栅主要是利 用光的透射和反射现象，在玻璃表面上按一定间隔制成透光和不透光的条纹构成透射光 栅，光栅常用于位移测量，有很高的分辨力，可优于0. lym。另外计量光栅的脉冲读数速率 可达每毫秒几百次之高，非常的适用于动态测量。光栅位移磁感应元件的基础是莫尔条纹，将两块光栅(主光栅、指示光栅)叠合在 一起，并且使它们的刻线之间成一个很小的角度9。由于遮光效应，两块光栅的刻线相交处 形成亮带，缝隙相交处形成暗带，在与光栅刻线垂直的方向，将出现明暗相间的条纹。由于 莫尔条纹的存在，标识光栅相对于指示光栅移动时，便形成按正弦规律分布的明暗相间的 叠栅条纹。这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电元件上，在它们的输出 端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，直接显示被测的 位移量。光栅位移磁感应元件技术已经相当成熟，品种多，功能全。但是光栅位移磁感应元 件也有着许多缺点在使用方面，玻璃材料的脆性使其抗冲击能力有限，在某些有较强振动 的场合易破碎，并且抗油污，粉尘能力不强；由于刻线间距有极限值(lOym 20i!m)很难 做到小型化；在生产方面，玻璃码盘的刻线要求精度很高，对机械部件的精度要求也很高， 所以对于高分辨力的产品，很难降低成本，精度越高，相对来说性价比越低；要保证准确的 测量，必须要有很高的装配精度，这样就会影响到生产效率的提高。与光栅相比，磁栅的抗振动和冲击能力强，能适应恶劣的工作环境，但其分辨力较 低且成本较高，制约了其应用，传统的磁栅位移磁感应元件是利用磁头与磁栅的相互磁作 用而进行位移测量的装置。主要由控制电路、磁头、磁尺等几部分组成，磁尺是用不导磁的 金属做尺基，或者采用在钢材表面上镀上一层抗磁材料，如0. 15-0. 20mm厚的铜做尺基。在 尺基表面均勻地涂覆一层厚度为0. 10-0. 20mm的磁性薄膜，常用的是Ni-Co-P合金，然后录 上一定波长的磁信号(等距离排列的小磁极)。磁尺上的磁场强度是周期变化的。
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磁头有动态磁头和静态磁头两种。栅磁头由铁心和线圈构成，制造工艺复杂，一般 为增量式输出，有动态磁头和静态磁头两种。静态磁头静止时候没有输出，不适合于长度测 量。动态磁头加以一定励磁信号实现了静态测量，但是励磁信号难以控制，容易产生误差， 使得测量精度不高。例如，申请号为200520023253. 7 (CN 2828752Y)的专利申请提出一种含有可调零 的GMR的磁栅尺长度测量装置，其GMR磁性薄膜被光刻成0. 5 50微米，间隔的磁电阻条， 并且其GMR磁性薄膜自由层为一些特殊材料构成，并且要淀积在氧化的硅衬低上，厚度为 10 100纳米，其制作工艺复杂，必然导致成本高，并且只能实现增量式输出。例如，申请号为200410009165. 1(CN 1584504A)的专利申请提出了一种使用金属 薄膜磁电阻探头的磁栅尺位移磁感应元件，其金属薄膜为Ni，Co, Fe单质金属层，或NiFe， NiCo，CoFe，NiCu, AuCo和以Ni，Co, Fe为基的金属合金层，或含5% -40%氧原子的铁原子 的铁等单质铁磁性金属层和含5% -40%氧原子的NiFe金属合金铁磁性层等。其制作工艺 复杂，并且采用此方式只能实现增量式检测。申请号为200710091809. X(CN 101042956A)的专利申请同样有制作工艺复杂，不
利于产业化等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出了一种位置检测装置 及其信号处理装置与方法，简化生产工艺，提高检测精度，减少产品成本，提高性价比。为解决上述技术问题，本发明提供了一种位置检测装置，包括磁头和磁栅基体，所 述磁栅基体和所述磁头能产生相对运动；其中，在所述磁栅基体分布有第一磁道和第二磁道，所述第一磁道被均勻地磁化 为N[N<= 2n(n = 0，1，2丨11)]对磁极，相邻两极的极性相反；所述第二磁道的磁极总数为 N，并按照特定的顺序排列；在所述磁头上，对应于第一磁道的正上方设有m(m为2或3的整数倍)个均勻排 列的磁感应元件；在所述磁头上，对应于第二磁道的正上方设有n(n = 0，1，2丨11)个均勻排列的磁 感应元件；所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给一控 制器。进一步地，所述第二磁道中每个磁极的长度为\ ；所述第一磁道上相邻两极的节 距小于等于入。更进一步地，对应于第二磁道的每相邻两个磁感应元件之间的距离为\ ；对应于 第一磁道的每相邻两个磁感应元件之间的距离为\ /m。更进一步地，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。本发明还提供了一种基于上述位置检测装置的信号处理装置，包括A/D转换模块，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换 为数字信号；相对偏移量Xl计算模块，用于计算位置检测装置中对应于第一磁道的磁感应元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量Xl ；绝对偏移量x2计算模块，根据位置检测装置中对应于第二磁道的磁感应元件发 送来的第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量 x2 ；位移合成及输出模块，用于将上述相对偏移量Xl和绝对偏移量x2相加，合成所述 第一电压信号所代表的在该时刻的位移x ；存储模块，用于存储数据。进一步地，上述信号处理装置还包括信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D 转换之前，对来自于位置检测装置的电压信号进行放大。进一步地，上述信号处理装置中的所述相对偏移量\计算模块包括第一合成单元 和第一位移获取单元，所述第一合成单元对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电 压信号进行处理，得到基准信号D ；所述第一位移获取单元根据该基准信号D，在第一标准 位移表中选择与其相对的位移作为偏移位移Xl。更进一步地，所述相对偏移量Xl计算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对 位置检测装置发送来的电压信号的影响。另外，所述第一合成单元的输出还包括第二基准信号R，此时，所述温度补偿单元 包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出的第二基准信号R和对 应该信号的标准状态下的信号Ro进行比较得到输出信号K ；所述乘法器为多个，每一所述 乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号与所述系数矫正模块的 输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。进一步地，所述信号处理装置中的所述绝对偏移量&计算模块包括第二合成单元 和第二位移获取单元，所述第二合成单元用于对对应于第二磁道的位置检测装置发送来的 第二电压信号进行合成，得到信号E ；所述第二位移获取单元根据该信号E在第二标准位移 表中选择与其相对的位移作为第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量x2。本发明还提供了一种基于上述位置检测装置的信号处理方法，其特征在于，包括 以下步骤步骤一，用于对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换；步骤二，计算位置检测装置中对应于第一磁道的磁感应元件发送来的第一电压信 号在所处信号周期内的相对偏移量Xl ；步骤三，根据位置检测装置中对应于第二磁道的磁感应元件发送来的第二电压信 号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量x2 ；步骤四，用于将上述相对偏移量Xl和绝对偏移量x2相加，合成所述第一电压信号 所代表的在该时刻的位移X。进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号 D ；根据该基准信号D，在第一标准位移表中选择与其相对的位移作为偏移位移Xl。更进一步地，在上述方法中，在得到基准信号D的同时得到第二基准信号R。更进一步地，在上述方法中，还包括根据得到的第二基准信号R查询存储器中与其相对的标准状态下的信号R。，并对二者进行比较运算，得到信号K的步骤。另外，在对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理之前， 将所述多个电压信号分别与信号K相乘，从而实现对电压信号的温度补偿。上述信号处理方法的步骤二具体包括以下步骤对对应于第二磁道的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到信号 E ；根据该信号E在第二标准位移表中选择与其相对的位移作为第一电压信号所处 的信号周期首位置的绝对偏移量x2。本发明提供的位置检测装置及其信号处理电路和处理方法，具有以下优点1.抗冲击，振动能力强，不易受油污，尘埃，结露等恶劣环境影响。2.工作温度范围宽，能适用于极端环境下高精度位置检测。3.制造加工工艺极为简单。磁栅读数头采用磁感应元件和印刷电路板组成，无需 额外加入励磁信号，电路及机械结构简单。4.成本低，性价比高，生产过程简单。 5.磁栅基体采用永磁体充磁而成，无需特殊材料，价格低廉，加工简单。6.能同时实现动态和静态测量，并且能实现绝对式位置检测。7.信号处理简单，系统响应速度快。
图1为本发明的磁道结构示意图；图2为本发明实施例一的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图；图3为本发明实施例一的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图；图4为本发明实施例一位置检测装置的信号处理装置的框图；图5第二磁道的充磁磁序的算法流程图；图6为本发明实施例二的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图；图7为本发明实施例二的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图；图8为本发明实施例二位置检测装置的信号处理装置的框图；图9为本发明实施例三的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图；图10为本发明实施例三的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图；图11为本发明实施例三位置检测装置的信号处理装置的框图；图12为本发明实施例四的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图；图13为本发明实施例四的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图；图14为本发明实施例四位置检测装置的信号处理装置的框图。
具体实施例方式本发明提供了一种位置检测装置，包括磁头和磁栅基体，所述磁栅基体和所述磁 头能产生相对运动，如磁栅基体固定，磁头固定在装置上，随着装置移动。磁栅基体上有两 列充磁的磁栅，如图1所示，这两列磁栅分别形成第一磁道1和第二磁道2，第一磁道1被均 勻地磁化为N(N <= 2n(n = 0，1,2-n))对磁极，并且相邻两极的极性相反，相邻两极的节距小于或等于、；第二磁道的磁极总数为N，其磁序按照磁序算法确定，该算法在以下的说 明中说明，所述第二磁道中每个磁极的长度为、。在磁头(图1中未示出)上，对应于第一 磁道的正上方设有m(m为2或3的整数倍)个均勻排列的磁感应元件，每相邻两个磁感应 元件之间的距离小于或等于X/m;对应于第二磁道的正上方设有n(n = 0，l，2" n)个均勻 排列的磁感应元件上，每相邻两个磁感应元件之间的距离为X。所述磁感应元件直接固定 在磁头的印刷电路板上。本发明还提供了一种上述位置检测装置的信号处理装置，其包括A/D转换模块、 相对偏移量Xl计算模块、绝对偏移量x2计算模块、位移合成及输出模块和存储模块，其中， 所述A/D转换模块对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，并将模拟信号转换为 数字信号；所述相对偏移量Xl计算模块用于计算位置检测装置中对应于第一磁道的磁感应 元件发送来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量Xl ；所述绝对偏移量x2计算模 块根据位置检测装置中对应于第二磁道的磁感应元件发送来的第二电压信号，通过计算来 确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量x2 ；所述位移合成及输出模块用于 将上述相对偏移量Xl和绝对偏移量x2相加，合成所述第一电压信号所代表的在该时刻的位 移x ；所述存储模块用于存储标定过程中得到的位移和系数K矫正用数据。实施例一参见图2-5，图2为本发明实施例一的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图，图 3为本发明实施例一的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图。第一磁道1被磁化为8对磁极，相邻两极的极性相反，在第一磁道1正上方，放置 2个磁感应元件，磁感应元件之间的间距为入/4，如图2所示。第一磁道2被磁化为8个磁 极，在第二磁道2正上放，放置3个磁感应元件(具体数目由测量量程决定，8个周期时取 3)，磁感应元件之间的距离为X，如图3所示(图中以8个周期为例进行分析)。所有的磁 感应元件布置于磁头上的印刷电路板上，磁头能够沿磁道作相对移动。第二磁道的磁极磁序通过图5所示的算法确定。如图5所示，首先进行初始化a
=“0……0”;然后将当前编码入编码集，即编码集中有“0……0”;接着检验入编码集的集合 元素是否达到8，如果是则程序结束，反之将当前编码左移一位，后面补0 ；然后检验当前编 码是否已入编码集，如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入 编码集则将当前码末位去0补1 ；接着检验当前编码是否已入编码集，如果未入编码集则将 当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码是否为“0……0”，是 则结束，否则将当前编码的直接前去码末位去0补1 ；接着检验当前编码是否已入编码集， 如果未入编码集则将当前编码入编码集继续进行上述步骤，如果已入编码集则检验当前码 是否为“0……0”，然后继续进行下面的程序。其中0磁化为“N/S”，l磁化为“S/N”。这样 得到了图3所示的第二磁道2的充磁磁序。本发明的检测原理是定义磁道1中相邻一对“N-S”为一个信号周期，因此，任一“N-S”对应的位移长度 为入，假定磁头在t时刻位于第nth信号周期内，则此时刻位移x可认为由两部分构成1.在 第nth信号周期内的相对偏移量，传感器&和H2感应磁道1的磁场来确定在此“N-S”信号 周期内的偏移量^(值大于0小于X) ；2.第rith信号周期首位置的绝对偏移量x2，用传感 器H3，H4，...扎感应磁道2的磁场来确定此时磁头究竟是处于哪一个“N-S”来得到x2。
以图2、3中的结构为例，对信号处理进行说明，其中，对应的信号处理装置的框图 如图4所示。传感器l_la和l_2a的输出信号接放大电路2_la，2_2a进行放大，然后接A/ D转换器3_la，3_2a，经模数转换后得到输出信号接乘法器4a，5a，系数矫正器10a输出信号 接乘法器4a，5a的输入端，乘法器4a，5a的输出信号A，B接第一合成器6a的输入端，第一 合成器6a的输出信号D，R分别存储到存储器8a和存储器9a中，系数矫正器10a从存储器 9a查到对应于信号R的信号R0，根据信号R和R0得到信号K，该信号K作为接乘法器4a， 5a的输入信号。根据信号D从存储器8中查询第一标准位移表，从而得到相对偏移量Xl， 并作为加法器13a的输入端。传感器l_3a，l_4a, l_5a的输出信号分别接放大器2_3a，2_4a，2_5a进行放大，然 后接A/D转换器进行模数转换后输出给第二合成器7a进行运算得到信号E，然后根据该信 号E在存储器11a得中查询第二标准位移表得到x2，并作为加法器13a的输入端，和x2 通过加法器13a得到测量的绝对直线位移x输出。其中，在信号的处理过程中，第一合成器6a的输出按以下方式进行约定当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0 = 1表示数据X为负，X_0 = 0表示数据X为正。X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。比较两个信号的数值的大小，数值小的用于输出的信号D，信号D的结构为{第一 个信号的符合位，第二个信号的符合位，较小数值的信号的数值位}。具体如下如果 A_D>=B_DD = {A_0 ；B_0 ;B_D}R= ylA2+B2 ；否则D = {A_0 ；B_0 ;A_D}R= ylA2+B2。第二合成器7a的输出按以下方式进行E = {C3_0 ；C4_0 ；…Cn_0}信号K 一般是通过将信号礼和R进行除法运算得到。关于第一、二标准位移表，在存储器中存储了两个表，每个表对应于一系列的码， 每一个码对应于一个位移。该表是通过标定得到的，标定方法是，利用本施例的检测装置和 一高精度位置磁感应元件，将本施例中的磁感应元件输出的信号和该高精度位置磁感应元 件输出的位移进行一一对应，以此建立出一磁感应元件输出的信号与位移之间的关系表。 也就是，对应于信号D存储了一个第一标准位移表，每一个信号D代表一个相对偏移量Xl。 对应于信号E，存储了一个第二标准位移表，每一个信号E代表一个绝对偏移量x2。实施例二参见图6-8，图6为本发明实施例二的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图，图 7为本发明实施例二的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图。本发明的实施例二中的磁道及对应于第二磁道的磁感应元件与实施例一相同，不 同之处在于，对应于第一磁道的磁感应元件的个数为3个，每两个之间的间距为\ /3。
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图8为本发明实施例二位置检测装置的信号处理装置的框图；如实施例一不同的 是，由于对应于第一磁道的磁感应元件的个数为3个，所以最终发送给第一合成器7b的信 号为三个，所以，第一合成器7b根据三个输入信号得到第一基准信号D和第二基准信号R 的过程与实施例一略有不同。现说明如下先判断三个信号的符合位，并比较符合位相同的信号的数值的大小，数值小的用 于输出的信号D，信号D的结构为{第一个信号的符合位，第二个信号的符合位，第三个信号 的符合位，较小数值的信号的数值位}。以本实施例为例约定当数据X为有符号数时，数据X的第0位(二进制左起第1位)为符号位，X_0 = 1表示数据X为负，X_0 = 0表示数据X为正。
0100]X_D表示数据X的数值位(数据的绝对值)，即去除符号位剩下数据位。
0101]如果{A_0;B_0 ;C_0} = 010 并且 A_D >= C_D
0102]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}
0103]如果{A+0；B_0 ；C_0} = 010 并且 A_D < C_D
0104]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；
0105]如果{A_0;B_0 ;C_0} = 101 并且 A_D >= C_D
0106]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}；
0107]如果{A_0;B_0 ;C_0} = 101 并且 A_D < C_D
0108]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；
0109]如果{A_0;B_0 ;C_0} = Oil 并且 B_D >= C_D
0110]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}；
0111]如果{A_0；B_0 ；C_0} = Oil 并且 B_D < C_D
0112]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；
0113]如果{A_0;B_0 ;C_0} = 100 并且 B_D >= C_D
0114]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;C_D}；
0115]如果{A_0；B_0 ；C_0} = 100 并且 B_D < C_D
0116]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；
0117]如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D > = A_D
0118]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；
0119]如果{A_0；B_0 ；C_0} = 001 并且 B_D < A_D
0120]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；
0121]如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D >= A_D
0122]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;A_D}；
0123]如果{A_0；B_0 ；C_0} = 110 并且 B_D < A_D
0124]D = {A_0 ；B_0 ；C_0 ;B_D}；
0125]a = A-Bx cos(—) 一 C x cos(—) p 二 Bxsin(—)-Cxsin(—)
R = ^a2+ p2信号E及K的算法与实施例一相同，在此不再重复说明。实施例三参见图9-11，图9为本发明实施例二的第一磁道及磁性感应元件的分布示意图， 图10为本发明实施例二的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图。与实施例一不同之处在于，对应于第一磁道的磁感应元件的个数为4个，每两个 之间的间距为X/4。其信号处理装置与实施例一基本相同，不同之处在于，本实施例用到的放大器为 差动放大器，在进行A/D转换时先进行了差动放大。其他与实施例一相同，在此不再赘述。实施例四参见图12-14，图12为本发明实施例二的第一磁道及磁性感应元件的分布示意 图，图13为本发明实施例二的第二磁道及磁性感应元件的分布示意图。与实施例一不同之处在于，对应于第一磁道的磁感应元件的个数为6个，每两个 之间的间距为X/6。其信号处理装置与实施例二基本相同，不同之处在于，本实施例用到的放大器为 差动放大器，在进行A/D转换时先进行了差动放大。其他与实施例二相同，在此不再赘述。上述实施例中均是以对应第二磁道的磁感应元件的个数为3时的实施例，而本发 明并不限于磁感应元件的个数为3，其数目由量程决定，第一磁道的磁极对数和第二磁道的 磁极个数也不限于本发明中的8对和8个，只要公式第一磁道的磁极对数N小于等于2n(n 为对应第二磁道的磁感应元件的个数，其中11 = 0，1，2丨11)第二磁道的磁极总数为N即可。以上参照附图详细描述了本发明的各个实施例，然而本发明并不局限于所述实施 例，而是在不脱离权利要求书的范围的情况下，可以做出各种变化和改进。
权利要求
一种位置检测装置，其特征在于，包括磁头和磁栅基体，所述磁栅基体和所述磁头能产生相对运动；其中，在所述磁栅基体上分布有第一磁道和第二磁道，所述第一磁道被均匀地磁化为N对磁极，这里N＜＝2n，n＝0，1，2…n，相邻两极的极性相反；所述第二磁道的磁极总数为N，并按照磁序算法生成的顺序排列；在所述磁头上，对应于第一磁道的正上方设有m个均匀排列的磁感应元件，这里m为2或3的整数倍；在所述磁头上，对应于第二磁道的正上方设有n个均匀排列的磁感应元件；所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置。
2.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述第二磁道中每个磁极的长度 为、；所述第一磁道上相邻两极的节距小于或等于入；对应于第二磁道的每相邻两个磁感应元件之间的距离为；对应于第一磁道的每相邻两个磁感应元件之间的距离小于或等于\ /m。
3.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述的磁感应元件为霍尔感应元件。
4.一种基于上述权利要求1-3任一所述位置检测装置的信号处理装置，其特征在于， 包括A/D转换模块，对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号；相对偏移量^计算模块，用于计算位置检测装置中对应于第一磁道的磁感应元件发送 来的第一电压信号在所处信号周期内的相对偏移量^；绝对偏移量x2计算模块，根据位置检测装置中对应于第二磁道的磁感应元件发送来的 第二电压信号，通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量x2 ；位移合成及输出模块，用于将上述相对偏移量Xl和绝对偏移量x2相加，合成所述第一 电压信号所代表的在该时刻的位移x ； 存储模块，用于存储数据。
5.根据权利要求4所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，还包括信号放大模块，用于在A/D转换模块进行A/D转换之前，对来自于位置检测装置的电压 信号进行放大。
6.根据权利要求4或5所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述相对偏移量Xl计算模块包括第一合成单元和第一位移获取单元，所述第一合成单 元对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D ；所述 第一位移获取单元根据该基准信号D，在第一标准位移表中选择与其相对的位移作为偏移 位移。
7.如权利要求6所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述相对偏移量 算模块还包括温度补偿单元，用于消除温度对位置检测装置发送来的电压信号的影响；所述第一合成单元的输出还包括第二基准信号R ；所述温度补偿单元包括系数矫正器和乘法器，所述系数矫正器对所述合成模块的输出 的第二基准信号R和对应该信号的标准状态下的信号R。进行比较得到输出信号K ；所述乘 法器为多个，每一所述乘法器将从位置检测装置发送来的、经过A/D转换的一个电压信号 与所述系数矫正模块的输出信号K相乘，将相乘后的结果输出给第一合成单元。
8.根据权利要求4所述的位置检测装置的信号处理装置，其特征在于，所述绝对偏移 量^计算模块包括第二合成单元和第二位移获取单元，所述第二合成单元用于对对应于第 二磁道的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到信号E ；所述第二位移获取 单元根据该信号E在第二标准位移表中选择与其相对的位移作为第一电压信号所处的信 号周期首位置的绝对偏移量x2。
9.一种基于上述权利要求1-3任一所述位置检测装置的信号处理方法，其特征在于， 包括以下步骤步骤一，用于对位置检测装置发送来的电压信号进行A/D转换； 步骤二，计算位置检测装置中对应于第一磁道的磁感应元件发送来的第一电压信号在 所处信号周期内的相对偏移量^；步骤三，根据位置检测装置中对应于第二磁道的磁感应元件发送来的第二电压信号， 通过计算来确定第一电压信号所处的信号周期首位置的绝对偏移量x2 ；步骤四，用于将上述相对偏移量Xl和绝对偏移量x2相加，合成所述第一电压信号所代 表的在该时刻的位移X。
10.根据权利要求9所述的位置检测装置的信号处理方法，其特征在于，所述步骤二 中，具体包括以下步骤对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理，得到基准信号D ； 根据该基准信号D，在第一标准位移表中选择与其相对的位移作为偏移位移Xl ； 在得到基准信号D的同时得到第二基准信号R ；还包括根据得到的第二基准信号R查询存储器中与其相对的标准状态下的信号Ro，并 对二者进行比较运算，得到信号K的步骤；在对位置检测装置发送来的经过A/D转换的多个电压信号进行处理之前，将所述多个 电压信号分别与信号K相乘，从而实现对电压信号的温度补偿； 所述步骤二具体包括以下步骤对对应于第二磁道的位置检测装置发送来的第二电压信号进行合成，得到信号E ； 根据该信号E在第二标准位移表中选择与其相对的位移作为第一电压信号所处的信 号周期首位置的绝对偏移量x2。
全文摘要
本发明公开了一种位置检测装置及其信号处理装置与方法，所述位置检测装置包括磁头和磁栅基体，所述磁栅基体和所述磁头能产生相对运动；在所述磁栅基体分布有第一磁道和第二磁道，所述第一磁道被均匀地磁化为N对磁极，相邻两极的极性相反；所述第二磁道的磁极总数为N，并按照特定的顺序排列；在所述磁头上，对应于第一磁道的正上方设有m个均匀排列的磁感应元件；在所述磁头上，对应于第二磁道的正上方设有n个均匀排列的磁感应元件；所述磁感应元件将感测到的磁信号转变为电压信号，并将该电压信号输出给信号处理装置。通过本发明所述的装置和方法，可以简化生产工艺，提高测量精度，减少产品成本，提高性价比。
文档编号G01D5/12GK101876557SQ20091013777
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者郝双晖, 郝明晖 申请人:浙江关西电机有限公司