DE19855685A1 - Induktive Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktive Positionsmeßeinrichtung zur Durchführung von Positionsmessungen auf der Grundlage elektromagnetischer Koppeleffekte.

Ein vorbekannter magnetischer Kodierer, der Transformatoren aufweist, ist so ausgebildet, daß er einen Verschiebungssensor und eine im Betrieb diesem zugeordnete Skalenanordnung aufweist. Der Verschiebungssensor ist typischerweise mit zwei Spulen versehen: einer Primärspule (also Treiberspule) sowie einer Sekundärspule (Detektorspule oder Meßspule). Die Skala ist neben dem Sensor angeordnet, und kann in Bezug auf diesen bewegt werden. Während der Bewegung reagiert die Skala so, daß sie den von der Treiberspule erzeugten Magnetfluß moduliert. Bei Aktivierung der Treiberspule, indem dieser ein Treiberwechselstrom zugeführt wird, tritt ein variabler Magnetfluß auf, der dann durch die Skala moduliert wird, was zu einer Kopplung mit der Meßspule führt. Diese magnetische Kopplung erzeugt eine entsprechende induzierte Spannung an der Meßspule. Das Potential der induzierten Spannung ändert sich entsprechend der Bewegung der Skala, und kann daher als Meßausgangssignal verwendet werden, welches eine gemessene Position anzeigt.

Bei dem wie voranstehend geschilderten aufgebauten magnetischen Kodierer nach dem Stand der Technik sind die Treiberspule und ihre zugeordnete Meßspule koaxial zueinander angeordnet. Eine derartige koaxiale Spulenanordnung führt dazu, daß elektromagnetische Koppelkomponenten (Übersprechen) zwischen der Treiberspule und der von ihr beabstandeten Meßspule vorhanden sind, wobei diese Komponenten unabhängig von der Relativposition der Skala sind, und kaum durch diese beeinflußt werden. Das Vorhandensein eines derartigen Übersprechens führt dazu, daß bestimmte Offsetkomponenten im Meßausgangssignal der Meßspule vorhanden sind, die wiederum kaum durch die Relativbewegungen der Skala beeinflußt werden können. Diese Offsetkomponenten können schädlich sein, da sie beträchtliche Meßfehler in solchen Fällen hervorrufen, in denen eine hochgenaue Positionsmessung dadurch durchgeführt wird, daß die Wellenlänge der Skala in Abschnitte unterteilt wird.

Eine typische Vorgehensweise zum Entfernen derartiger Offsetkomponenten besteht darin, zwei Meßspannungen zu differenzieren, deren Phasen einander entgegengesetzt sind. Diese Vorgehensweise wird jedoch beeinträchtigt, daß eine Entfernung des Offsets schwierig ist, infolge der Tatsache, daß Offsetkomponenten durch die Ausrichtungsgenauigkeit der Treiber- und Meßspulen und die Gleichförmigkeit der für diese verwendeten Materialien beeinflußt werden können, was dazu führt, daß bei dem Offsetwert ein nicht vernachlässigbares Ausmaß an Variationen unter einzelnen Erzeugnissen auftritt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer derartigen induktiven Positionsmeßeinrichtung, welche hochgenaue Positionsmessungen durchführen kann, und bei welcher grundsätzlich keine Offsetkomponenten erzeugt werden.

Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist eine induktive Positionsmeßeinrichtung ein erstes Teil auf; ein zweites Teil, welches eine Meßachse aufweist und beweglich entlang der Meßachse angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Teil ein vorbestimmter Spalt vorhanden ist; eine Treiberleitung, die auf dem erste Teil vorgesehen ist, und eine vorbestimmte Länge entlang der Meßachse aufweist, und zur Erzeugung eines ersten variablen Magnetfelds nach Empfang eines Wechselstroms von einer Treibersignalquelle dient; ein Feld aus elektromagnetischen Kopplungsgeräten, welches auf dem zweiten Teil entlang der Meßachse in konstanten Abständen ausgelegt ist, wobei jedes der elektromagnetischen Kopplungsgeräte einen induzierten Strom infolge der Kopplung mit dem ersten variablen Magnetfeld erzeugt, welches von der Treiberleitung erzeugt wird, und ein zweites variables Magnetfeld erzeugt, welches im wesentlichen senkrecht zum ersten variablen Magnetfeld verläuft, in Reaktion auf den induzierten Strom an einem Ort, der körperlich von einem Kopplungsabschnitt mit dem ersten variablen Magnetfeld entfernt ist; und ein Meßgerät für das variable Magnetfeld, bei welchem zumindest eine Meßleitung auf dem ersten Teil im wesentlichen senkrecht zur Treiberleitung angeordnet ist, um ein Ausgangssignal infolge der Kopplung mit dem zweiten Magnetfeld von den elektromagnetischen Kopplungsgeräten zur Verfügung zu stellen, wobei sich das Ausgangssignal entsprechend der relativen Verschiebung des ersten und zweiten Teils ändert.

Das jeweilige elektromagnetische Kopplungsgerät kann typischerweise so ausgebildet sein, daß ein leitfähiges Teil vorhanden ist, in welchem ein Stromflußpfad in Form einer geschlossenen Schleife vorhanden ist. Dieser Leiter in Form einer geschlossenen Schleife weist ein Empfängerleitersegment und mehr als ein Senderleitersegment auf. Das Empfängerleitersegment liegt im wesentlichen parallel zur Treiberleitung, und ist mit dem ersten variablen Magnetfeld gekoppelt, welches von der Treiberleitung erzeugt wird. Das Senderleitersegment ist kontinuierlich in das Empfängerleitersegment übergehend ausgebildet, um das zweite variable Magnetfeld zu erzeugen. Im einzelnen ist jeder Schleifenleiter so aufgebaut, daß er zwei Senderleitersegmente aufweist, die voneinander um eine Entfernung beabstandet sind, welche der Hälfte der Layoutperiode oder des "Teilungsabstands" der elektromagnetischen Koppler entspricht. Diese Segmente liegen in rechten Winkeln zur Treiberleitung in einer Ebene, und können elektromagnetisch induzierte Stromkomponenten ableiten, welche durch sie in entgegengesetzten Richtungen senkrecht zur Treiberleitung fließen.

Das Detektorgerät für das variable Magnetfeld kann so ausgebildet sein, daß es zumindest eine Gruppe von vier Meßleitungen aufweist, die parallel zueinander verlaufen. Diese parallelen Detektorleitungen sind mit einer Bedeckung ausgelegt, welche der Länge der Treiberleitung entspricht, in vorbestimmten Intervallen, die jeweils gleich einem Viertel der Layoutperiode der elektromagnetischen Koppler sind. Bei einer Kopplung mit einem oder mehreren variablen Magnetfeldern, die von den Senderleitersegmenten jedes Schleifenleiters erzeugt werden können, stellen die Detektorleitungen Ausgangssignale mit vier Phasen zur Verfügung, die jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird eine induktive Positionsmeßeinrichtung mit einem induktiven Positionssensor zur Verwendung bei der Messung eines momentanen Ortes eines interessierenden Gegenstands zur Verfügung gestellt, der gemessen werden soll. Der induktive Positionssensor weist eine Treiberspule zur Erzeugung eines variablen Magnetfelds nach Empfang eines Wechselstroms von einer Treiberstromquelle auf; eine Meßspule, die neben der Treiberspule angeordnet ist, und zur Erzeugung eines induzierten Stroms infolge der Kopplung mit dem variablen Magnetfeld dient, welches von der Treiberspule in Reaktion auf die Verschiebung des Gegenstands erzeugt wird; und einen Halterungskörper zur unbeweglichen Halterung der Treiberspule und der Meßspule, wobei die Treiberspule und die Meßspule so angeordnet sind, daß in Abwesenheit des Gegenstands keine elektromagnetische Kopplung stattfindet, wogegen eine elektromagnetische Kopplung mit der Meßspule infolge einer Modulation der Verteilung des variablen Magnetfelds stattfindet, wie sie von der Treiberspule in Abhängigkeit von der Verschiebung des Gegenstands hervorgerufen wird.

Bei der voranstehenden Positionsmeßeinrichtung des Induktionstyps gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung sind die Treiberleitung und die Meßleitung in rechten Winkeln zueinander auf dem ersten Teil angeordnet, so daß jegliche variablen Magnetfelder, die infolge des Flusses eines Wechselstroms in der Treiberspule hervorgerufen werden, nicht mehr direkt mit der Meßleitung gekoppelt sind. Ein erstes variables Magnetfeld, welches durch Wechselstrombetrieb der Treiberleitung hervorgerufen wird, veranlaßt die elektromagnetischen Kopplungsgeräte auf dem zweiten Teil zur Erzeugung eines induzierten Stroms. Jeder elektromagnetische Koppler ist typischerweise so aufgebaut, daß er ein Muster in Form einer leitfähigen geschlossenen Schleife aufweist, welches ein Empfangsleitersegment in Parallelanordnung zur Treiberleitung und mehr als ein Senderleiterelement senkrecht dazu aufweist. Ein induzierter Strom, der in dem Empfangsleitersegment erzeugt wird, versucht in dieser leitfähigen Schleife zu fließen, und erzeugt ein zweites variables Magnetfeld in rechten Winkeln zum ersten variablen Magnetfeld an einem bestimmten Ort, der körperlich von den Empfangsleitersegmenten beabstandet ist. Die Erfassung dieses zweiten Magnetfeldes durch die Meßleitung ermöglicht es, ein Meßausgangssignal zu erhalten, welches sich in Abhängigkeit von der Relativverschiebung zwischen dem ersten und zweiten Teil ändert.

Infolge des erfindungsgemäßen Grundprinzips findet keine elektromagnetische Kopplung grundsätzlich zwischen der Treiberleitung und der Meßleitung statt, infolge der Tatsache, daß diese Leitungen in rechten Winkeln zueinander angeordnet sind. Daher können keine Offsetkomponenten erzeugt werden, anders als bei Systemen nach dem Stand der Technik. Hierdurch kann es wiederum ermöglicht werden, die erforderlichen Positionsmessungen mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Bei der induktiven Positionsmeßeinrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der Erfindung sind die Treiberspule und die Meßspule des Positionssensor so angeordnet, daß sie sich in einem Zustand befinden, in welchem keine elektromagnetische Kopplung vorhanden ist, wenn ein zu messender, interessierender Gegenstand nicht vorhanden ist, und zwar in rechten Winkeln zueinander, wogegen die Erzeugung einer elektromagnetischen Kopplung mit der Meßspule infolge einer Modulation der Verteilung des variablen Magnetfeldes erreicht wird, welches von der Treiberspule erzeugt wird, in Reaktion auf Verschiebungen des Gegenstands. Auch mit dieser Einrichtung wird es daher möglich, Meßausgangssignale zu erhalten, die keinen Offset aufweisen, was zu der Fähigkeit führt, Positionsmessungen mit hoher Genauigkeit durchführen zu können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines linearen Kodierers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A eine Perspektivansicht einer Kombination einer Treiberleitung und eines Musters in Form einer leitfähigen, geschlossenen Schleife, die magnetisch gekoppelt sind, wie sie bei dem in Fig. 1 dargestellten linearen Kodierer verwendet wird, und

Fig. 2B eine Perspektivansicht der leitfähigen Schleife und ihrer zugehörigen Meßleitungen zur Erläuterung der elektromagnetischen Kopplung zwischen diesen Teilen;

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Prototyp eines linearen Kodierers mit einem Sensor und einer Zahlenanordnung;

Fig. 4A eine Perspektivansicht des Sensors, der bei dem Kodierer von Fig. 3 verwendet wird, und

Fig. 4B eine schematische Darstellung der Ausbildung einer Äquivalenzschaltung des Sensors;

Fig. 5 ein Diagramm mit einer Darstellung einer Meßausgangssignalform des Kodierers, der in den Fig. 3 bis 4B dargestellt ist;

Fig. 6 ein weiteres Beispiel für den Aufbau des Sensors;

Fig. 7 eine Äquivalenzschaltung eines linearen Kodierers, welcher die Erfindung einsetzt;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Signalprozessorschaltung, die zum Einsatz bei dem linearen Kodierer gemäß der Ausführungsform verwendbar ist;

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer weiteren Signalprozessorschaltung, die bei dem linearen Kodierer einsetzbar ist;

Fig. 10 den Aufbau einer Äquivalenzschaltung einer Ausführungsform eines linearen Kodierers, bei welchem die Sende- und Empfangsstufe umgekehrt sind;

Fig. 11A bis 11D jeweils ein Beispiel für den Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Skala;

Fig. 12 ein weiteres Beispiel für den Aufbau des Sensors in Fig. 1;

Fig. 13A und 13B schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, die zum Einsatz bei einem Drehkodierer angepaßt ist;

Fig. 14A bis 14C jeweils Erläuterungen für den Aufbau eines Sensors, der ebenfalls die vorliegende Erfindung verwendet;

Fig. 15 ein Beispiel für den Aufbau des Sensors gemäß dieser Ausführungsform;

Fig. 16 ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung einer Vorgehensweise zur Verringerung harmonischer Signalverzerrungen bei dem Sensor gemäß der Ausführungsform;

Fig. 17A bis 17C jeweils einen abgeänderten Sensoraufbau gemäß der Erfindung;

Fig. 18 den grundlegenden Aufbau eines induktiven Positionssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 19A bis 19B eine schematische Erläuterung des Betriebsprinzips des Positionssensors von Fig. 18;

Fig. 20 bis 23 jeweils schematisch den Aufbau eines induktiven Positionssensors, ebenfalls gemäß der Grundlage der vorliegenden Erfindung;

Fig. 24 im Querschnitt ein Annäherungssensormodul, welches den Positionssensor von Fig. 18 verwendet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 25 eine Perspektivansicht des Aufbaus eines linearen Kodierers, der den Sensor gemäß Fig. 18 verwendet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 26A bis 26C schematische Erläuterungen des Betriebsablaufs des linearen Kodierers von Fig. 25.

In Fig. 1 ist in Perspektivansicht der grundlegende Aufbau eines elektromagnetischen linearen Kodierers 10 gemäß einer Ausführungsform dargestellt, welche das erste Grundprinzip der Erfindung verwirklicht. Wie gezeigt weist der Kodierer 10 eine Kombination eines Sensors 1 (als erstes Teil) und einer Skala 2 (eines zweiten Teils) auf. Der Sensor 1 und die Skala 2 sind so angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen, wobei dazwischen eine vorbestimmte Entfernung bzw. ein vorbestimmter Spalt vorhanden ist. Die Skala 2 kann entlang einer vorbestimmten Meßachse X, die in Längsrichtung der Skala 2 verläuft, hin- und herbewegt werden. Der Sensor 1 weist eine Treiberleitung 3 mit vorbestimmter Länge auf, die entlang der Meßachse X verläuft. Weiterhin weist der Sensor 1 parallele, beabstandete Meßleitungen 4 auf, die senkrecht zur Treiberleitung 3 in derselben Ebene verlaufen. Diese Leitungen dienen als Meßleitungen, und sind als Beispiel aus vier Einzelleitungen 4a bis 4d als einheitliche Gruppe ausgebildet. Das Layoutintervall oder der Teilungsabstand zwischen zwei benachbarten Meßleitungen 4 ist so gewählt, daß er ein Viertel des Skalenteilungsabstands λ (also λ/4) beträgt, wie nachstehend noch genauer erläutert wird.

Die Länge der Treiberleitungen 3 ist so gewählt, daß sie zumindest gleich dem Skalenteilungsabstand λ ist, wenn vier Einzelleitungen 4a bis 4d der Meßleitungen 4 zu einer Gruppe zusammengefaßt sind. Die Treiberleitung 3 ist an eine Treibersignalquelle 6 angeschlossen, die so betreibbar ist, daß ein Fluß eines Wechselstroms in der Leitung 3 hervorgerufen wird. Abwechselnde Meßleitungen 4 sind an Differenzverstärker 5a, 5b mit jeweils zwei Eingängen so angeschlossen, daß abwechselnde Leitungen 4a, 4c an den invertierenden bzw. nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 5a angeschlossen sind, wogegen die übrigen abwechselnden Leitungen 4b, 4d an die Eingänge des Verstärkers 5b angeschlossen sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Die Skala 2 besteht aus einem elektrisch isolierenden oder dielektrischen, länglichen Substrat 7, und einer vorbestimmten Anzahl geschlossener Leiterschleifen 8, die jeweils ein derartiges Muster aufweisen, daß in ihnen ein Stromflußpfad in Form einer geschlossenen Schleife ausgebildet wird. Diese leitfähigen Schleifen 8 sind in einem linearen Feld (Array) auf der oberen Oberfläche des Skalensubstrats 7 so ausgelegt, daß ein vorbestimmter Skalenteilungsabstand λ entlang der Meßachse X vorhanden ist. Jeder Schleifenleiter 8 arbeitet als elektromagnetisches Kopplungsgerät, welches einen induzierten Strom erzeugt, der durch ein variables Magnetfeld hervorgerufen wird, ein sogenanntes "erstes" variables Magnetfeld, welches beim Wechselstrombetrieb der Treiberleitung 3 erzeugt wird, so daß ein weiteres variables Magnetfeld ("zweites" variables Magnetfeld) senkrecht zum ersten variablen Magnetfeld an Orten erzeugt wird, die von der Position unmittelbar unterhalb der Treiberleitung 3 beabstandet sind. Jeder Schleifenleiter 8 ist beispielhaft so dargestellt, daß er die Form eines rechteckigen Rahmens aufweist. Ein kurzer Seitenabschnitt 8a, der unmittelbar unterhalb der Treiberleitung 3 und praktisch parallel zu dieser angeordnet ist, dient als Signalempfängerleitersegment, welches einen induzierten Strom zur Verfügung stellt, wenn es mit dem ersten variablen Magnetfeld gekoppelt ist, das von der Treiberleitung 3 erzeugt wird. Die gegenüberliegenden langen Seiten 8b, 8c, die in rechten Winkeln zu diesem Empfangsleitersegment 8a verlaufen, sind so angeordnet, daß sie parallel zum Segment 8a liegen, und so Signalsenderleitersegmente bilden, die beim Empfang des induzierten Stroms dazu verwendet werden, das zweite variable Magnetfeld zu erzeugen, gekoppelt mit Meßleitungen 4. Die Senderleitersegmente 8b, 8c jeder Schleife 8 sind voneinander um eine Entfernung von λ/2 beabstandet.

Ein Positionsmeßvorgang des wie voranstehend geschildert aufgebauten linearen Kodierers 10 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2B erläutert. Fig. 2A zeigt in Perspektivansicht einen Zustand der elektromagnetischen Kopplung zwischen der Treiberleitung 3 auf dem Sensor 1 und einem der leitfähigen Schleifenmuster 8 auf der Skala 2, wogegen Fig. 2B den Zustand der elektromagnetischen Kopplung zwischen dem Schleifenleiter 8 und seinen zugeordneten Meßleitungen 4a bis 4d zeigt. Wie in Fig. 2A gezeigt wird, wenn man einen Wechseltreiberstrom 11 in der Treiberleitung 3 fließen läßt, ein erstes variables Magnetfeld 12 um die Leitung 3 herum erzeugt. Ein Schleifenleiter 8 neben dieser Leitung 3 wird an seinem Signalempfangsleitersegment 8a mit dem ersten variablen Magnetfeld 12 gekoppelt, so daß in ihm ein induzierter Strom 13 hervorgerufen wird. Dieser Strom 13 versucht im Kreislauf in der Schleife 8 entlang dem Pfad von ihrer geschlossenen Schleife zu fließen. Der induzierte Strom 13 fließt in zwei Sendeleitersegmenten 8b, 8c der Schleife 8, die in rechten Winkeln zum Empfangsleitersegment 8a verlaufen, so daß Stromkomponenten erzeugt werden, die in entgegengesetzten Richtungen fließen, und zweite variable Magnetfelder 14a, 14b senkrecht zum ersten Magnetfeld 12 um das Segment 8b bzw. 8c herum erzeugen, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist.

Die Entfernung zwischen dem ersten 4a und dem dritten 4c von vier Meßleitungen 4 auf dem Sensor 1 ist gleich der Entfernung zwischen zwei Sendeleitersegmenten 8b, 8c in einem Schleifenleiter 8, und weist das Maß λ/2 auf. Wie aus Fig. 2B hervorgeht, werden unter der Annahme, daß diese Leitungen 4a, 4c unmittelbar über den Senderleitern 8c, 8b liegen, die zweiten variablen Magnetfelder 14a, 14b, die um diesen beiden Senderleiter 8b, 8c erzeugt werden, elektromagnetisch stark mit den Meßleitungen 4c, 4a gekoppelt, so daß induzierte Ströme 15a, 15b entstehen, die in den Leitungen 4c, 4a in entgegengesetzten Richtungen fließen. Bei einer Bewegung der Skala 2 ändert sich die Größe der elektromagnetischen Kopplung zwischen den Meßleitungen 4 und dem Schleifenleiter 3. Die sich ergebenden induzierten Ströme 15a, 15b in den Meßleitungen 4c, 4a zeigen daher eine im wesentlichen sinusförmige Änderung der Größe entlang den entgegengesetzten Richtungen bei der Bewegung der Skala 2. Dies gilt für die zweite und vierte, nämlich 4b bzw. 4d, der Meßleitungen 4: diese Leitungen 4b, 4d zeigen mit konstanter Phasendifferenz eine Änderung des induzierten Stroms in Reaktion auf die Bewegung der Skala 2 entsprechend jener in den Leitungen 4a, 4c.

Durch eine derartige Änderung der elektromagnetischen Kopplung in Abhängigkeit von der Bewegung der Skala an jedem Teil erzeugt eine Gruppe von vier Meßleitungen 4a bis 4d Ausgangsströme A, AB, B, BB mit vier Phasen, die gegeneinander jeweils um 90° phasenverschoben sind. Durch Anschluß der Meßleitungen 4 an die Differenzverstärker 5a, 5b auf solche Weise, daß ein Paar von Leitungen 4a, 4c, die gegenseitig exakt außer Phase sind, an einen Verstärker 5a angeschlossen wird, wogegen das andere Paar der Leitungen 4b, 4d, die exakt außer Phase sind, an den anderen Verstärker 5b angeschlossen wird, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, und dann eine Differenzverarbeitung erfolgt, wird es möglich, Signalspannungen PHA, PHB zu erhalten, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind.

Fig. 3 zeigt in Aufsicht eine Ausbildung des Sensors 1 und der Skala 2, die bei dem linearen Kodierer 10 bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform verwendet werden. Fig. 4A zeigt als Perspektivansicht den Aufbau des Sensors 1, dessen Äquivalenzschaltung in Fig. 4B gezeigt ist. Der dargestellte Sensor 1 weist einen dielektrischen Block 20 aus einem ausgewählten Harzmaterial auf, wobei eine Treiberspule 21 um ihn herumgewickelt ist, in Richtung parallel zur Längsrichtung der Skala 2, und ist mit Meßspulen 22 versehen, die in Richtung senkrecht hierzu gewickelt sind. Wie aus Fig. 4A noch deutlicher wird, weist der Harzblock 20 vertikale Durchgangslöcher 23 auf, die in ihm an Orten entfernt von der Treiberspule 21 vorgesehen sind, wobei diese Löcher zum Wickeln der Meßspulen 22 senkrecht zur Treiberspule 21 dienen. Elektrische Leitungen sind durch diese Löcher 23 gewickelt, so daß unabhängige rechteckige Meßspulen 22a-22 zur Verfügung gestellt werden. Bei der jeweiligen Treiberspule 21 bzw. Meßspule 22a-22d ist eine vorbestimmte Anzahl paralleler, beabstandeter Leitungsabschnitte in gleichen Abständen auf der unteren Oberfläche des Harzblocks 20 vorgesehen, die jeweils der Treiberleitung 3 und den Meßleitungen 4 entsprechen, die in Fig. 1 dargestellt sind.

Die Skala 2 ist aus einer Leiterplatte mit einer gedruckten Schaltung hergestellt, bei welcher eine metallische Dünnfilmschicht mit einem derartigen Muster versehen ist, daß ein Feld aus den Schleifenleitern 8 ausgebildet wird. Wahlweise kann die Skala 2 unter Verwendung eines Glassubstrats, Keramiksubstrats und dergleichen statt einer Leiterplatte hergestellt werden, die jeweils auf ihrer Oberfläche einen leitfähigen Film aufweisen, der durch eine Ätzbehandlung mit einem Muster in Form eines entsprechenden Feldes aus Schleifenleitern versehen wird.

Ein Prototyp einer Kodiereranordnung wurde so hergestellt, daß der Wert für den Skalenunterteilungsabstand λ 24 mm betrug, und der Spalt zwischen dem Sensor 1 und der Skala 2 einen Wert von 2 mm aufwies, wobei eine Treibersignalquellenspannung auf 12 V mit einer Frequenz von 1 MHz eingestellt wurde. Der Kodierer weist Differenzverstärker entsprechend den Differenzverstärkern 5a, 5b von Fig. 1 auf, die jeweils so ausgelegt sind, daß sie an ihrem Ausgang eine Signalspannung PHA, PHB durch 20-fache Verstärker einer Spannung bereitstellen, welche die Differenz zwischen entsprechenden Meßausgangssignalen von Detektorleitungen (4a, 4C, 4b, 4d) anzeigen, die exakt gegenseitig außer Phase sind. Die sich ergebenden Signalspannungsformen sind in Fig. 5 dargestellt. Die Signalspannungen PHA und PHB sind als Nettoeffektivspannungen in der Einheit von "mV (RMS)" aufgetragen. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wurde bestätigt, daß der Signaloffset höchstens 0,6% der Signalamplitude beträgt, oder darunterliegt.

Während bei der voranstehenden Beschreibung die Meßleitungen 4 so angeordnet sind, daß vier Leitungen zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, um die Darstellung und Erläuterung zu erleichtern, wird vorzugsweise eine größere Anzahl an Meßleitungen in Gruppen zusammengefaßt, wobei entsprechende Phasenbeziehungen beibehalten bleiben. Vergleiche beispielsweise Fig. 6, die ein Beispiel zeigt, bei welcher der Sensor 1 zwei Gruppen derartiger Meßleitungen aufweist. Genauer gesagt besteht eine erste Gruppe aus vier Parallelen Meßleitungen 4a bis 4d, und besteht eine zweite Gruppe aus vier Meßleitungen 4a bis 4d. Die Leitungen mit "derselben Phase" in jeweiligen Gruppen, die exakt phasengleich miteinander sind, sind auf nachstehend erläuterte Art und Weise in Reihe geschaltet. Die Leitung 4a in der ersten Gruppe ist in Reihe mit der entsprechenden Leitung 4a in der zweiten Gruppe geschaltet. Die zweite Leitung 4b in der ersten Gruppe ist in Reihe mit der Leitung 4b in der zweiten Gruppe geschaltet. Die dritte Leitung 4c in der ersten Gruppe ist in Reihe mit der Leitung 4c in der zweiten Gruppe geschaltet, und die letzte Leitung 4d in der ersten Gruppe ist in Reihe mit der Leitung 4d in der zweiten Gruppe geschaltet. Bei den vier Leitungen 4a bis 4d der zweiten Gruppe sind deren Enden gemeinsam an Masse angeschlossen. Bei den Leitungen 4a bis 4d der ersten Gruppe sind die entgegengesetzten Enden die Meßausgangsklemmen für die Phasenausgangssignale A, AB, B bzw. BB. Fachleuten auf diesem Gebiet wird deutlich werden, daß bei derartigen Gruppen aus mehreren Meßleitungen, die für den Sensor 1 verwendet werden, die zugehörigen Treiberleitungen so verlängert werden sollten, daß ihre Längen den vergrößerten Bereich derartiger Meßleitungen mit erhöhter Anzahl abdeckt.

Die Bereitstellung mehrerer Gruppen von Meßleitungen auf die voranstehend geschilderte Weise gestattet eine weitere Erhöhung der Positionsmeßgenauigkeit infolge des erwarteten Mittlungseffekts.

In Fig. 7 ist eine elektrische Äquivalenzschaltung eines linearen Kodierers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dort gezeigt bilden die Treiberleitung 3 auf dem Sensor 1 und das Empfangsleitersegment 8a des Schleifenleiters 8 auf der Skala 2 einen Transformator, wodurch der Fluß eines induzierten Stroms in dem Schleifenleiter 8 ermöglicht wird. Ein weiterer Transformator wird zwischen dem Senderleitersegment 8b, 8c der Schleife 8 auf der Skala 2 und der Meßleitung 4 auf dem Sensor 1 ausgebildet, wobei die voranstehend erwähnte spezielle Phasenbeziehung ausgebildet wird, was dazu führt, daß ein variables Magnetfeld, welches durch den induzierten Strom vom Empfangsleiter 8a erzeugt wird, mit der Meßspule 4 gekoppelt wird.

Vergleiche ebenfalls Fig. 8, welche den Aufbau einer Signalverarbeitungsschaltung zur Verwendung bei der Feststellung der Verschiebung zeigt. Nunmehr wird angenommen, daß die Spannung der Treibersignalquelle 6 so definiert ist, daß sie C = sin(ωt) beträgt, so lassen sich zwei sich ergebende Meßsignalspannungen PHA, PHB folgendermaßen darstellen:

PHA = sin(kx).sin(ωt), PHB = cos(kx).sin(ωt).

Hierbei ist die Amplitude willkürlich auf 1 gesetzt, um die Beschreibung zu erleichtern. Die Signalspannung PHA und die Wechseltreiberspannung "C" werden einer Multipliziererschaltung 81a zugeführt, welche sie miteinander multipliziert; die Spannung PHB und die Wechseltreiberspannung C werden einem anderen Multiplizierer 81b zu ihrer Multiplikation zugeleitet. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 81a, 81b werden dann Tiefpaßfilterschaltungen (LPF-Schaltungen) 82a, 82b zugeführt, um irgendwelche in ihnen enthaltene Hochfrequenzanteile zu entfernen. Hierdurch können Sinuswellenkomponenten sin(kx) der Verschiebung x zusammen mit deren Cosinuswellenkomponenten cos(kx) erhalten werden. Diese Komponenten werden dann Digitalvoltmetern (DVMs) 83a, 83b zugeführt, um die entsprechenden Spannungsamplitudenwerte zu erhalten. Die sich ergebenden Amplituden werden einer Arithmetikprozessorschaltung 84 zugeführt, welche eine Arcustangensfunkionsverarbeitung (ATAN) durchführt, um so numerisch den Wert der Verschiebung x zu bestimmen.

Vergleiche Fig. 9: Hier ist beispielhaft die Ausbildung einer weiteren Signalprozessorschaltung zur Verwendung, die Verschiebung x zu erhalten, gezeigt. Die dargestellte Schaltung weist eine Phasenschieberschaltung 91 auf, einen Differenzverstärker 92, und eine Phasendifferenzmessungs/Erfassungsschaltung 93. Nach Empfang von zwei Meßsignalspannungen PHA und PHB wird eine von ihnen, nämlich PHB, über den Phasenschieber 91, um eine Phasenverschiebung um 90° durchzuführen, dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 92 zugeführt, wogegen die andere Spannung PHA direkt dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 92 zugeführt wird. Hierdurch stellt der Differenzverstärker 92 an seinem Ausgang ein Signal zur Verfügung, welches den Wert von cos(kx + ωt) angibt. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 92 wird an einen ersten Eingang des Phasendifferenzdetektors 93 übertragen. Diese Detektor weist einen zweiten Eingang auf, welchem ein Bezugssignal zugeführt wird, welches einen vorbestimmten Spannungspegel angibt, nämlich die Treiberwechselspannung c = sin(ωt). Bei derartigen Eingangssignalen arbeitet der Phasendifferenzdetektor 93 so, daß er die Phasendifferenz zwischen diesen Eingangssignalen feststellt, und die erforderliche Komponente der Verschiebung x erhält.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform die Beziehung der Treiberleitung 3 und der Meßleitung 4 des linearen Kodierers 10 umgekehrt werden kann. Im einzelnen kann, wo dies angebracht ist, der Kodierer so abgeändert werden, daß die Meßleitung 4 mit einem Wechselstrom versorgt wird, und entsprechend die Treiberleitung 3 als Meßleitung verwendet wird, welche die umgekehrte elektromagnetische Kopplung im Vergleich zum voranstehend geschilderten Fall zur Verfügung stellt; auch in diesem Fall können entsprechende Positionsmessungen erreicht werden. Die Äquivalenzschaltung für diesen Fall ist in Fig. 10 dargestellt. Der Schleifenleiter 8 auf der Skala 2 ist so ausgebildet, daß sein Empfangsleitersegment 8a als Sendeleiter arbeitet, wogegen zwei Wellenleitersegmente 8b, 8c als die Empfangsleiter dienen. Ein Wechselstromsignal von der Treibersignalquelle 6 wird so angelegt, daß es hintereinander durch Phasenschieber 101 bis 103, die jeweils eine Phasenverschiebung von 90° erzeugen, hindurchgeht, so daß vier phasenverschobene Signale zur Verfügung gestellt werden, die jeweils um 90° phasenverschoben sind. Diese Signale mit vier Phasen werden jeweils einer von vier Leitungen 4a bis 4d zugeführt. Wenn dies erfolgt, werden an einem Paar abwechselnder Leitungen 4a und 4c variable Magnetfelder mit einander entgegengesetzten Phasen (die jeweils dem "zweiten" variablen Magnetfeld bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform entsprechen) um die Leiter herum erzeugt. Wenn die beiden Empfangsleiter 8c, 8d des Schleifenleiters 8 unmittelbar unterhalb derartiger Magnetfelder vorhanden sind, werden entsprechende gegenphasige Ströme induziert, deren Phasen entgegengesetzt sind. Diese induzierten Ströme weisen dieselbe Richtung innerhalb der leitfähigen Schleife 8 auf, und wirken so, daß sie in den Sendeleiter 8a fließen, und ein variables Magnetfeld dort erzeugen (welches dem "ersten" variablen Magnetfeld bei der vorherigen Ausführungsform entspricht). Entsprechendes gilt für die Leitungen 4b, 4c. Dann führt das variable Magnetfeld des Sendeleiters 8a wiederum dazu, daß ein induzierter Strom in der Leitung 3 hervorgerufen wird, der dann zum Meßausgangssignal wird.

Anders ausgedrückt besteht der Unterschied der vorliegenden Ausführungsform nur darin, daß die elektromagnetische Kopplung in umgekehrter Reihenfolge verläuft, im Vergleich zur Reihenfolge gemäß Fig. 2, nämlich folgendermaßen:
Treiberstrom 11 → variables Magnetfeld 12 → induzierter Strom 13 → variable Magnetfelder 14a, 14b → induzierter Strom (Meßstrom) 15a, 15b. Hierdurch reagiert die Leitung 3 auf eine momentan festgestellte Verschiebung x durch Bereitstellung eines Ausgangssignals, welches gegeben ist durch sin(ωt + kx). Dieses Ausgangssignal wird dann an eine Phasendifferenzdetektorschaltung 104 weitergeleitet, zur Feststellung seiner Phasendifferenz in Bezug auf das Wechselstromsignal sin(ωt), wodurch es ermöglicht wird, die gewünschte numerische Bestimmung einer Verschiebung zu erhalten.

In den Fig. 11A bis 11D sind weitere Beispiele für die Aufbau der Skala 2 dargestellt, die elektromagnetisch mit dem Sensor 1 gekoppelt ist. Bei einem Aufbau der Skala 2 gemäß Fig. 11A ist jeder Schleifenleiter 8 so ausgebildet, daß er insgesamt ein Schleifenmuster in Form einer Ellipse (oder eines Kreises) aufweist, wobei sein Sendeleitersegment und sein Empfangsleitersegment jeweils bogenförmig ist. Bei derartigen ellipsenförmigen Schleifenleitern, wenn die Treiberleitung 3 und die Meßleitungen 4, die auf dem Sensor 1 angebracht sind, so ausgebildet sind, daß sie wie bei der voranstehend erläuterten Ausführungsform linear verlaufen, wird die sich ergebende Fläche oder Abdeckung zur magnetischen Kopplung mit ihnen kleiner als bei der vorherigen Ausführungsform; eine derartige Verringerung der magnetischen Kopplung kann jedoch glücklicherweise dadurch vermieden werden, daß die in Fig. 3 dargestellten Spulen als die Treiberleitung 3 und die Detektorleitungen 4 verwendet werden, mit entsprechend erhöhter Anzahl an Wicklungen, so daß die erforderliche elektromagnetische Kopplung erreicht werden kann, die für den Einsatz in der Praxis ausreichend ist.

Der Aufbau der Skala 2 gemäß Fig. 11B ist so, daß sie als elektromagnetische Koppler ein Feld rechteckiger, leitender "Inselmuster" 111 verwendet, die jeweils im wesentlichen dieselbe Fläche aufweisen wie die einzelnen Schleifenleiter 8, die in Fig. 1 dargestellt sind. Durch derartige rechteckige " feste" Inseln 111 können entsprechende magnetische Kopplungen wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform erhalten werden, da ein induzierter Strom 13 sich so verhält, daß er als "Wirbelstrom" in einem Schleifenpfad fließt, der durch den Pfeil in Fig. 11B angedeutet ist, wie bei den vorherigen Ausführungsformen.

Eine in Fig. 11C gezeigte Skalenplatte 2 besteht aus einem bandförmigen, leitfähigen Substrat 112, welches aus Kupfer oder dergleichen besteht, und ein Feld aus mehreren rechteckigen Öffnungen oder Fenstern 113 entlang seiner Meßachse in gleichen Abständen aufweist, die durch bekannte Bearbeitungsvorgänge ausgebildet werden, beispielsweise durch Stanzen. Die Verwendung einer derartigen Skalenanordnung mit "Leiteraufbau" führt dazu, daß in der Funktion entsprechende leitfähige Muster 114 erhalten werden, die jeweils zwischen benachbarten Fensteröffnungen 111 im Substrat 112 liegen, und daher im wesentlichen dieselben Auswirkungen zeigen wie die leitfähigen Inselmuster 111 von Fig. 11B.

Eine in Fig. 11D dargestellte Skala 2 ist so ausgebildet, daß ihr bandförmiges, leitfähiges Substrat 112 eine einzigartige Oberflächenform an der Oberfläche aufweist, wobei rechteckige, erhöhte Abschnitte 115 und Ausnehmungsabschnitte 116 abwechselnd entlang der Meßachse der Skala 2 vorgesehen sind. Eine derartige "Serpentinenoberflächenform" kann durch momentan verfügbare mechanische oder chemische Bearbeitungsvorgänge hergestellt werden, einschließlich Schnitzen, Gravieren oder Bildhauen, jedoch hierauf nicht beschränkt. Von den erhöhten oder vorspringenden Abschnitten 115 läßt sich erwarten, daß sie von der Funktion her den rechteckigen Inseln 111 gemäß Fig. 11B entsprechen. Die übrigbleibenden Ausnehmungsabschnitte 116 tragen kaum zur elektromagnetischen Kopplung bei, infolge der Tatsache, daß sie untereinander eine beträchtliche Entfernung aufweisen, und auch zum Sensor 1, dem sie betriebsmäßig zugeordnet sind.

Es wird darauf hingewiesen, daß die leitfähigen Inseln 111 in Fig. 11B magnetische Muster darstellen können, die beispielsweise aus ferromagnetischen Metallen hergestellt sind. Entsprechend kann bei den Skalenanordnungen der Fig. 11C bis 11D das leitfähige Substrat 112 durch ein magnetisches Substrat ersetzt werden, wenn dies erforderlich ist. In derartigen Fällen wird die magnetische Kopplung in der Reihenfolge des Sensors 1 → Skala 2 → Sensor 1 folgendermaßen erzielt: Wenn in ihnen kaum ein induzierter Strom 113 fließt, führt die Verwendung ferromagnetischer Metalle mit erhöhter Magnetflußpermeabilität dazu, daß der magnetische Fluß eines variablen Magnetfeldes, welches von einer Treiberspule erzeugt wird, periodisch moduliert wird, infolge der periodischen Anordnung der Muster aus ferromagnetischem Metall, was durch zugeordnete Meßspulen festgestellt werden kann.

Ein weiteres Beispiel für den Aufbau des Sensors 1 ist in Fig. 12 dargestellt. Während in den Fig. 3 bis 4 der Sensor 1 so ausgebildet wird, daß eine Leitung oder ein Draht um den Harzblock 20 herumgewickelt wird, ist der Sensor gemäß Fig. 12 so ausgebildet, daß eine doppelseitige Leiterplatte 121 verwendet wird. Die Leiterplatte 121 weist entgegengesetzten Metallfilme auf, die ein derartiges Muster aufweisen, daß die oberen und unteren Leitungsmuster (122, 123; 124, 125) auf der oberen bzw. unteren Leiterplattenoberfläche übereinander vorgesehen sind, wobei eine Schicht aus einem Dielektrikum sandwichartig dazwischen angeordnet ist. Die oberen und unteren Leitungen 122, 123, die ein Paar bilden, sind elektrisch miteinander über vertikale Durchgangsverbindungsleitungen 126 an ihren Klemmenenden verbunden, so daß eine vertikal orientierte Schleife zur Verfügung gestellt wird, welche der Treiberspule 21 von Fig. 3 entspricht. Entsprechend bestehen jedes von vier parallelen Leitungspaaren, die in rechten Winkeln zu dem Schleifenleitungspaar 122, 123 verlaufen, aus einer oberen Leitung 124 und einer unteren Leitung 127, die ebenfalls elektrisch miteinander über vertikale Durchgangsleitungen 127 an den entgegengesetzten Enden des jeweiligen Leitungspaars verbunden sind, was von der Funktion daher der Meßspule 22 entspricht, die in Fig. 3 dargestellt ist, oder noch deutlicher in Fig. 4A.

Durch eine derartige Anordnung wird es möglich, daß der Sensor 1 einen "integrierten" Aufbau aufweist, mit kleineren Abmessungen und verringerter Dicke, ohne Verwendung irgendwelcher "diskreter" elektrischer Teile oder Bauteile, etwa getrennter Spulendrähte. Die Skala 2 kann auch unter Verwendung des Schemas aufgebaut sein, welches im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wurde. Die Verwendung dieser Herstellungsschemata in Kombination ermöglicht es, eine hochintegrierte Kodiereranordnung herzustellen, deren Skalenteilungsabstand minimiert ist, bei erhöhter Genauigkeit und Verläßlichkeit.

Wahlweise kann die Leiterplatte 121 von Fig. 12 alternativ als Glassubstrat, Keramiksubstrat oder als anderes geeignetes Substrat ausgebildet sein, falls dies erforderlich ist.

In den Fig. 13A bis 13B sind schematisch in Aufsicht ein Stator 131 und ein Rotor 132 eines Drehkodierers dargestellt, welcher nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Wie gezeigt weist der Stator 131, welcher dem voranstehend geschilderten Sensor 1 entspricht, eine runde, scheibenförmige Platte auf, bei welcher eine Oberfläche dem Rotor 132 gegenüberliegt, auf welcher Oberfläche eine ringförmige Treiberleitung 3 und mehrere Meßleitungen 4 vorgesehen sind. Der Treiberring 3 verläuft in Umfangsrichtung entlang dem Außenumfang der Scheibe. Die Meßleitungen 4 verlaufen in Radialrichtung innerhalb des Treiberrings 3 auf der Scheibenoberfläche in gleichmäßigen Winkelteilungsabständen λ/4. Vier aufeinanderfolgende Meßleitungen 4 sind zu einer Gruppe oder einem "Satz" zusammengefaßt. Der Stator 131 in Fig. 13A ist unbeweglich gegenüberliegend dem Rotor 132 von Fig. 13B angeordnet, mit einem vorbestimmten dünnen Raum oder Zwischenraum dazwischen. Der Rotor 132 kann als entsprechende runde, scheibenförmige Platte ausgebildet sein, die eine Oberfläche gegenüberliegend dem Stator 131 aufweist, wobei auf dieser Oberfläche ein kreisförmiges Feld aus gleichmäßig beabstandeten, sektorförmigen leitfähigen Schleifen 8 in einem Winkelteilungsabstand λ vorgesehen ist, so daß jede Schleife 8 elektromagnetisch mit einer entsprechenden Gruppe aus vier Meßleitungen 4 und dem zugehörigen Teil des Treiberrings 4 auf dem Stator 131 gekoppelt ist. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen weist der einzelne Schleifenleiter 8 ein Empfangsleitersegment 8a gegenüberliegend dem Treiberring 3 auf, sowie Senderleitersegmente 8b, 8c, welche entsprechenden Meßleitungen 4 auf dem Stator 131 gegenüberliegen.

Mit einer derartigen Sensoranordnung kann dasselbe Betriebsprinzip wie bei den vorherigen Ausführungsformen zur Messung der Drehwinkelverschiebung x eingesetzt werden.

Die voranstehend geschilderten Aufbauten von Sensor und Skala gemäß der vorliegenden Erfindung stellen zahlreiche Vorteile zur Verfügung, von denen einige nachstehend aufgeführt sind.

• (1) Grundsätzlich tritt keine direkte elektromagnetische Kopplung zwischen der Treiberleitung 3 und den Meßleitungen 4 in Abwesenheit der Skala 2 auf, infolge der Tatsache, daß die Treiberleitung 3 und jede Meßleitung 4 in rechten Winkeln zueinander verlaufen. Anders als bei Anordnungen, die bislang bekannt sind, tritt hierdurch oder praktisch kein Übersprechen auf, so daß in Ausgangssignalen keine Offsetkomponenten enthalten sind.
• (2) Die elektromagnetische Kopplung entlang dem "Weg" der Treiberleitung mit der Skala sowie der Meßleitungen in dieser Reihenfolge kann dadurch in der Größe erhöht werden, daß die Skala 2 so angeordnet wird, daß auf ihr die Empfangsleiter 8a vorgesehen ist, der magnetisch mit der Treiberleitung 3 gekoppelt ist, wobei die rechteckigen oder ähnlich geformten Schleifenleiter (Wicklung in Form einer geschlossenen Schleife) 8 Sendeleitersegmente 8b, 8c aufweisen, die mit derartigen Meßleitungen 4 gekoppelt sind.
• (3) Der Sensor 1 und seine zugehörige Skala 2 können als getrennte oder "diskrete" elektrische Bauteile ausgebildet sein, durch Montieren oder "Integrieren" der Treiberleitung 3 und der Meßleitungen 4 zusammen auf dem Sensor 1, während die Schleifenleiter 8 auf der Skala 2 vorgesehen werden,. Zusätzlich erfordert allein der Sensor 1 zusätzliche elektrische Verdrahtungsleitungen zur Übertragung von Eingangs/Ausgangssignalen, was wiederum die erforderlichen elektrischen Anschlüsse vereinfacht.
• (4) Die Verwendung mehrerer Gruppen von Meßleitungen 4 ermöglicht eine Positionsmessung mit weiter erhöhter Genauigkeit, infolge des sich ergebenden Mittlungseffekts bei den Meßleitungen.
• (5) Der Sensor 1 und die Skala 2 können so aufgebaut sein, daß Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen, Glassubstrate, Keramiksubstrate oder äquivalente Bauteile eingesetzt werden, bei welchen mehr als ein Metallfilm auf ihnen vorgesehen ist, was verbesserte Möglichkeiten für die Ausbildung der gewünschten elektrischen Leitungsmuster durch Ätzbehandlung zur Verfügung stellt, einschließlich der Treiberleitung 3, der Meßleitungen 4, und der Schleifenleiter 8. Dies wiederum ermöglicht es, äußerst genaue Kodierer herzustellen, während komplizierte Vorgänge bei deren Herstellung vermieden werden.

Mit den voranstehend geschilderten Ausführungsformen wurde angestrebt, eine hohe Meßgenauigkeit infolge des Mittlungseffekts zu erzielen, was dadurch erreicht werden kann, daß die Meßleitungen 4 (oder die Meßspulen 22) des Sensors 1 so angeordnet werden, daß sie eine Phasenverschiebung um 90° in Bezug aufeinander aufweisen, wobei vier Leitungen oder Spulen als Einheit verwendet werden, um die Ausgangssignale mit negativer Phase oder in Gegenphase zu addieren. Durch dieses Schema wird auch eine Verringerung der Verzerrungen zweiter Harmonischer zur Verfügung gestellt, und darüber hinaus erreicht, daß die geringen Verzerrungen noch weiter verringert werden. Ein beispielhafter Aufbau eines Sensors 1, bei welchem dieses Schema zur Erzielung niedriger Verzerrungen verwendet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 16 erläutert.

Zuerst wird auf Fig. 14A Bezug genommen. In dieser ist ein Beispiel für das Layout erster Meßleitungen 41 mit einer Phasendifferenz von λ/4 (= 90°) zwischen benachbarten Leitungen gezeigt. Vier dieser Meßleitungen, nämlich 4a1, 4b1, 4c1, 4d1 sind zu einer Gruppe oder einem "Satz" zusammengefaßt. Vergleiche Fig. 14B, die ein Beispiel für das Layout zweiter Meßleitungen 42 (4a2, 4b2, 4c2, 4d2) mit einer Phasenverschiebung von λ/6 (= 60°) in Bezug auf den Aufbau von Fig. 14A zeigt. Die einzelnen derartigen Leitungen können dieselbe Funktion haben wie die entsprechend Leitung bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen. Die Leitungslayoutmuster der Fig. 14A bis 14D sind so miteinander kombiniert, daß ein Verbundleitungslayout erhalten wird, welches in Fig. 14C dargestellt ist. Genauer gesagt sind die ersten Meßleitungen 41 und die zweiten Meßleitungen 42 so angeordnet, daß ein einziges Überlappungsmuster zur Verfügung gestellt wird, wobei die letztgenannten Leitungen eine Phasenverschiebung von 60° gegenüber den erstgenannten Leitungen aufweise. Die als "Mustervereinigung" angeordneten ersten und zweiten Meßleitungen 41, 42 weisen eine räumliche Abdeckung auf, deren Abmessungen der Länge der Treiberleitung 3 entsprechen.

In Fig. 15 ist ein Beispiel für die Leitungsanordnung in einem Fall dargestellt, in welchem die ersten und zweiten Meßleitungen 41, 42 von Fig. 14C so ausgebildet sind, daß jede eine Meßspule bildet. Geeignete Verbindungen werden so hergestellt, daß die jeweiligen Ausgänge der A-Phasen (A1, A2) der ersten und zweiten Meßleitungen 41, 42 vereinigt sind, wogegen die übrigen gegenphasigen Ausgänge der AB-Phasen (AB1, AB2) mit einander entgegengesetzter Phase voneinander subtrahiert werden. Entsprechendes gilt für die B-Phasen (B1, B2) und die BB-Phasen (BB1, BB2), die exakt phasenverschieden sind. Die Subtraktion eines AB-Phasen- Ausgangssignals von einem A-Phasen-Ausgangssignal entspricht der Differenzverarbeitung, wie sie bei den Differenzverstärkern 5a, 5b, durchgeführt wird, die voranstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurden. Hierdurch können gleichzeitig die Offsetverringerung infolge des Mittlungseffekts als auch die Unterdrückung zweiter harmonischer Verzerrungen erzielt werden. Die Addition der A-Phasen-Ausgangssignale (A1, A2), die untereinander eine Phasenverschiebung von 60° aufweisen, und die Addition der AB-Phasen-Ausgangssignale (AB1, AB2), führen zu einer Verringerung der Verzerrungen dritter Harmonischer (allgemein gesagt der harmonischen Verzerrungen ungeradzahliger Ordnung). Entsprechendes gilt für die B- und BB-Phasen.

Fig. 16 zeigt die Grundlagen der Art und Weise der Verringerung harmonischer Verzerrungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie dort gezeigt sind vier unterschiedliche, phasenverschobene Ausgangssignalformen so ausgebildet, daß in Bezug auf ein A1-Phasen-Ausgangssignal, welches oben dargestellt ist, ein A2-Phasen-Ausgangssignal eine Phasenverschiebung von 60° aufweist; entsprechend ist ein AB2-Phasen-Ausgangssignal, welches unten in Fig. 16 dargestellt ist, um 60° in der Phase gegenüber einem AB1-Phasen-Ausgangssignal verschoben. Durch Addition der Signal formen der A1- und A2-Phasen-Ausgangssignale werden dritte harmonische Verzerrungskomponenten ausgeglichen; entsprechend führt die Addition von AB1- und AB-Phasen- Ausgangssignalen zu einer Auslöschung dritter harmonischer Verzerrungskomponenten. Die Subtraktion des AB1-Phasen- Ausgangssignals von dem A1-Phasen-Ausgangssignal - die gegenseitig außer Phase sind -, während von dem A2-Phasen- Ausgangssignal das AB2-Phasen-Ausgangssignal subtrahiert wird, die gegenseitig außer Phase sind, ermöglicht darüber hinaus die Auslöschung zweiter harmonischer Verzerrungskomponenten. Entsprechendes gilt für die B- und BB-Phasen-Ausgangssignale.

Die Fig. 17A bis 17C zeigen einige Abänderungen des Layouts der Meßleitungen 41, 42, die in den Fig. 14 bis 15 gezeigt sind. In Fig. 17A weisen die ersten Meßleitungen 41 eine erste Gruppe 41a und eine zweite Gruppe 41b auf, die so angeordnet sind, daß die A-Phasenleitungen, also die A1- und AB1-Phasenleitungen, exakt phasengleich miteinander in den Gruppen 41a und 41b sind, wogegen die B-Phasenleitungen (die B1- und BB1-Phasenleitungen) eine einander entgegengesetzte Phase in den Gruppen 41a und 41b aufweisen. Die zweiten Meßleitungen 42 umfassen eine erste Gruppe 42a und eine zweite Gruppe 42b, die so angeordnet sind, daß sie um 60° phasenverschoben gegenüber den Leitungsgruppen 41a, 41b der ersten Meßleitungen 41 sind. In diesem Fall werden die A-Phasen-Ausgangssignale abgenommen, nachdem sie addiert wurden, wogegen die B-Phasen-Ausgangssignale abgenommen werden, nachdem sie voneinander subtrahiert wurden.

Die Meßleitungsanordnung von Fig. 17B kann entsprechend jener gewählt werden, die in Fig. 17A gezeigt ist, wobei die Leitungsgruppen 41a, 42a, 41b, 42b in erhöhten Intervallen oder Teilungsabständen angeordnet sind. Genauer gesagt ist die Entfernung zwischen benachbarten Leitungsgruppen 41a, 42a von λ/6 (Fig. 17A) auf 5 λ/12 erhöht. Die Entfernung zwischen den nächsten benachbarten Gruppen 42a, 41b ist von λ/12 auf λ/3 erhöht. Die Entfernung zwischen den Gruppen 41b, 42b ist von 5 λ/12 auf λ/6 erhöht. Das Leitungslayoutmuster von Fig. 17C ist so gewählt, daß die vier Phasen A1, BB1, AB1, B1 der ersten Meßleitungen 41 in Intervallen von 270° angeordnet sind, und die zweiten Meßleitungen 42, welche den vier Phasen B2, A2, BB2, AB2 entsprechen, die jeweils gegeneinander um 60° phasenverschoben sind, so verlaufen, daß jede zwischen zwei benachbarten zweiten Leitungen 41 verläuft.

Jedes der Meßleitungslayoutmuster, die in den Fig. 17A bis 17D dargestellt sind, gleicht den voranstehend erläuterten Ausführungsformen in der Hinsicht, daß die mehreren Gruppen erster Meßleitungen 41 so angeordnet sind, daß sie dieselben Phase in Bezug auf zumindest eine der Phasen A und B aufweisen, während gleichzeitig die zweiten Meßleitungen 42 dazu veranlaßt werden, eine Phasenverschiebung um 60° in Bezug auf diese erste Leitungen 41 aufzuweisen.

Auch bei den Layoutmustern gemäß den Fig. 17A bis 17C ist es möglich, die gewünschten Ausgangssignale zu erhalten, wobei die harmonischen Verzerrungen wesentlich unterdrückt oder minimiert sind.

Zwar konzentriert sich die voranstehende Beschreibung auf das Entfernen dritter harmonischer Verzerrungen, jedoch ist die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Meßleitungen nicht ausschließlich auf den Winkelwert von 60° beschränkt (λ/6), da allgemein dieser Wert auf λ/2N eingestellt werden kann (wobei N eine ungerade Zahl größer gleich 3 ist). Durch die Einstellung derartiger Werte ist es möglich, harmonische Verzerrungen der Ordnung N zu entfernen.

Fig. 18 zeigt den grundlegenden Aufbau eines induktiven Positionssensors 140 gemäß der zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung. Der dargestellte induktive Positionssensor 140 ist so aufgebaut, daß er eine Treiberspule 140 als Primärspule aufweist, und eine Meßspule 142 als Sekundärspule. Bei diesen Spulen 141, 142 liegen ihre Achsen a, b in rechtem Winkel zueinander, wobei sie einen einzigen Punkt im Zentrum gemeinsam haben. Die Treiberspule 141 ist elektrisch mit einer Wechselstromsignalquelle 143 verbunden, die als Magnetisierungserreger oder Magnetisierer für die Wicklung 141 betreibbar ist. Die Meßspule oder Detektorspule 142 ist an eine Meßschaltung oder Detektorschaltung 144 angeschlossen. Die Treiberspule 141 und die Meßspule 142 sind unbeweglich gehaltert und an eine Halterungsanordnung (nicht dargestellt) angeklebt. Wenn ein zu messender Gegenstand (also ein Zielkörper) nicht vorhanden ist, wie bei dem in Fig. 18 dargestellten Zustand, schneiden variable Magnetflußlinien, die während des Wechselstrombetriebs der Treiberspule 141 erzeugt werden, kaum die Meßspule 142, wie in Fig. 19A gezeigt, was dazu führt, daß keine Meßausgangssignale an der Meßspule 142 ausgegeben werden. Anders ausgedrückt wird in Abwesenheit eines Zielkörpers keine elektromagnetische Kopplung zwischen der Treiberspule 141 und der Meßspule 142 festgestellt.

Im Gegensatz wird nunmehr angenommen, daß ein magnetischer Körper (oder Leiter) 145, der den zu messenden Zielkörper darstellt, sich an die kreuzgekoppelten Spulen 141, 142 entlang einer Schnittlinie c der Achsen a, b annähert, wie beispielhaft in Fig. 19B gezeigt ist. Ein variabler Magnetfluß, also magnetische Kraftlinien, von der Treiberspule 141 wird moduliert, und verhält sich so, daß er zum Teil die Meßspule 142 kreuzt. Dadurch gibt die Meßspule 142 ein entsprechendes Meßausgangssignal ab. Die voranstehenden Grundlagen bilden das Grundprinzip der Positionsmessung, welches für die Verwirklichung von Annäherungssensoren und linearen Kodierern eingesetzt werden kann, wie dies nachstehend noch erläutert wird.

Die Sensoranordnung gemäß Fig. 18 kann auf verschiedene Arten und Weisen abgeändert werden, wie dies in den Fig. 20 bis 22 gezeigt ist. Zunächst wird auf Fig. 20 Bezug genommen. Die dort dargestellte Sensoranordnung weist eine Treiberspule 141 und eine Meßspule 142 auf. Während die Zentrumspunkte dieser Spulen voneinander entfernt angeordnet sind, halten sie die Beziehung aufrecht, daß die Achse a der Treiberspule 141 in 90° zur Achse b der Meßspule 142 verläuft. Solange diese Beziehung erfüllt ist, tritt keine elektromagnetische Kopplung zwischen der Treiberspule 141 und der Meßspule 142 in Abwesenheit eines zu messenden Zielkörpers auf, wodurch es ermöglicht wird, Positionsmessungen durchzuführen, bei denen kein Offset auftritt, auf der Grundlage desselben Prinzips wie im Falle der Fig. 18.

Die Sensoranordnung in Fig. 21 ist so ausgebildet, daß ihre Meßspule 142 nicht einfach auf der Achse a der Treiberspule 141 angeordnet ist; statt dessen ist die Spule 142 in der Nähe der Treiberspule 141 in einer Ebene 171 angeordnet, in welcher die Achse a der Spule 141 liegt, und weist ihre eigene Achse b senkrecht zur Ebene 171 auf. Auch in diesem Fall wird ein variabler Magnetfluß von der Treiberspule 141 nicht mit der Meßspule 142 in Abwesenheit eines zu messenden Zielkörpers gekoppelt: nur wenn ein derartiger Zielkörper auftaucht, kann ein variabler Magnetfluß die Kopplung mit der Meßspule 142 modulieren.

Die Sensoranordnung von Fig. 22 ist so ausgebildet, daß eine Meßspule 142 so angeordnet ist, daß ihre Achse b in 90° zu einer bestimmten Linie 181 von Magnetflußlinien verläuft, die von einer Treiberspule 141 in Abwesenheit eines zu messenden Gegenstands erzeugt werden, der in einer vorbestimmten Richtung verläuft. Auch in diesem Fall wird der Magnetfluß von der Treiberspule 141 durch den Meßgegenstand moduliert, so daß ein Meßausgangssignal infolge der elektromagnetischen Kopplung mit der Meßspule 142 nur in diesem Fall erhalten werden kann.

Bei den voranstehend geschilderten Sensoranordnungen sind sowohl die Treiberspule 141 als auch die Meßspule 142 kreisförmig oder ringförmig ausgebildet, wobei alternativ diese Anordnung so abgeändert werden kann, daß diese Spulen rechteckförmig sind, wie dies in Fig. 23 gezeigt ist.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 24 dargestellt, bei welcher der Positionssensor 140 von Fig. 18 zum Einsatz mit einem Annäherungssensor 200 ausgebildet ist. Dieser Annäherungssensor 200 weist eine Treiberspule 141 und eine betriebsmäßig zugeordnete Meßspule 142 auf. Diese Spulen sind auf einer Halterungsanordnung 201 angebracht, die wiederum unbeweglich innerhalb eines Gehäuses 202 aufgenommen ist. Das Gehäuse 202 weist ein elastisches oberes Deckelplattenteil 203 auf, in welchem im Zentrum ein vertikales Durchgangsloch vorgesehen ist, in welches ein Kontaktglied (oder ein Berührungssensor) 204 eingeführt und angebracht ist, als Meßgegenstand, und zwar auf solche Weise, daß es entlang einer Schnittlinie verläuft, die durch gleichmäßige Unterteilung des Winkels zwischen der Achse a der Treiberspule 141 und der Achse b der Meßspule 142 erhalten wird. Das Berührungsglied 204 kann aus einem magnetischen oder leitfähigen Material bestehen.

Wenn das Berührungsglied 204 nicht in Berührung mit einem zu messenden Zielgegenstand (nicht gezeigt) steht, wird dieses Berührungsglied um eine vorbestimmte Entfernung sowohl von der Treiberspule 141 als auch der Meßspule 142 gehalten, so daß die Komponenten des variablen Magnetfeldes von der Treiberspule 141, welche die Meßspule 142 schneiden, eine vernachlässigbare Größe beibehalten. Dies ist der stabile oder Bereitschaftszustand. Wenn das Berührungsglied 204 an seinem entfernten Ende in Berührung mit dem Zielgegenstand kommt, verhält sich die elastische Platte 203 so, daß sie sich nach unten verbiegt. Der variable Magnetfluß der Treiberspule 141 wird so moduliert, daß seine Kopplungskomponenten mit der Meßspule 142 entsprechend zunehmen. Diese körperliche Berührung kann daher dadurch festgestellt werden, daß das Meßausgangssignal der Spule 142 durch Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird, beispielsweise einem zugehörigen Bezugspegel.

Ein lineares Kodierergerät 210, bei welchem ebenfalls die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, ist in Fig. 25 dargestellt, und verwendet den elektromagnetischen Positionssensor 140 von Fig. 18. Der lineare Kodierer 210 ist durch eine (nicht dargestellte) Halterungsanordnung gehaltert. Der Kodierer 210 weist weiterhin eine Skalenplatte 211 auf, die betriebsmäßig dem Positionssensor 140 zugeordnet ist, der aus einer ringförmigen Treiberspule 141 und einer Meßspule 142 besteht. Diese Spulenringe 141, 142 weisen eine derartige räumliche Beziehung auf, daß sich die Spule 142 innerhalb der Spule 141 befindet, wobei die Achsen der Spulen im Winkel von 90° zueinander verlaufen. Für derartige kreuzgekoppelte Spulen 141, 142 ist die Skala 2 als zu messender Gegenstand so angebracht, daß sie in Querrichtung durch die aufrechtstehende Spule 142 verläuft, und in einer Richtung, die durch einen Pfeil x in Fig. 25 angedeutet ist, eine Relativbewegung durchführen kann, wobei diese Richtung parallel zur Achse der Meßspule 142 verläuft. Auf der Skala 211 ist ein Feld aus periodisch angeordneten, münzenförmigen Leitern 212 vorgesehen, um den variablen Magnetfluß von der Treiberspule 141 zu modulieren. Diese Leiter 212 können wahlweise aus magnetischem Material bestehen.

Wenn bei dem linearen Kodierer 210 von Fig. 25 die Skala 211 eine Relativbewegung durchführt, wird der variable Magnetfluß von der Treiberspule 141 periodisch moduliert, infolge der periodischen Anordnung gleichmäßig beabstandeter leitfähiger (oder magnetischer) runder Inseln 212 auf der Skala 211, so daß die Meßspule 142 periodische Meßausgangssignale abgibt.

In den Fig. 26A bis 26C ist in Seitenansicht eine Darstellung einiger der hauptsächlichen Schritte während der Linearbewegung der Skala 211 in Bezug auf die stationären, kreuzgekoppelten Spulen, nämlich die Treiberspule 141 und die Meßspule 142 dargestellt, wobei jeder Schritt einem Zustand der Kopplung des Magnetflusses von der Spule 141 zur Spule 142 in einem Moment entspricht. In dieser Zeichnung sind zwei benachbarte Leiterinseln 212a, 212b berücksichtigt, während sich die Skala 211 in Richtung nach rechts bewegt. Im Zustand von Fig. 26A hat der Leiter 212b beinahe vollständig den Magnetflußbereich der Treiberspule 141 verlassen, wogegen sich der nächste Leiter 212a an die Meßspule 142 annähert. Zu diesem Zeitpunkt werden bestimmte Komponenten des variablen Magnetflusses von der Treiberspule 141 an den Leiter 212a angezogen, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 26A angedeutet ist. Anders ausgedrückt wird ein Teil des Magnetflusses von der Treiberspule 141 mit der Meßspule 142 gekoppelt. Die Skala 211 bewegt sich weiter nach rechts. Wenn der Leiter 212a in das Innere des Kerns der Meßspule 142 eindringt, wie dies in Fig. 26B gezeigt ist, wird der Magnetfluß von der Treiberspule 141 gleichförmig in Bezug auf deren rechte und linke Seite moduliert, um sicherzustellen, daß keine magnetischen Flußlinien die Meßspule 142 kreuzen. Wenn sich die Skala 2 weiter nach rechts bewegt, werden die magnetischen Flußlinien von der Treiberspule 141 angezogen, so daß sie sich nur am Leiter 212a treffen, was zur Erzeugung eines magnetischen Flusses führt, welcher die Meßspule 142 in einer Richtung kreuzt, die zu jener von Fig. 26A entgegengesetzt verläuft.

Während der Linearbewegung der Skala 2 durch die in den Fig. 26A bis 26C gezeigten Schritte stellt daher die Meßspule 142 Ausgangssignale unterschiedlicher Polarität in unterschiedlichen Stufen zur Verfügung, nämlich ein Ausgangssignal mit positiver (oder negativer) Polarität, ein Ausgangssignal von Null, und dann ein Ausgangssignal mit negativer (oder positiver) Polarität, und zwar in dieser Reihenfolge. Durch eine derartige Operation kann ein sinusförmiges Signal an der Meßspule 142 erhalten werden, wenn die Skala 2 eine Linearbewegung durchführt. Wird der Zyklus oder die Periode dieses Sinuswellensignals gezählt, so führt dies zu einer exakten Bestimmung der betreffenden Verschiebung.

Es wurde beschrieben, daß die induktive Positionsmeßeinrichtung der erstgenannten Art nach dem Grundprinzip der vorliegenden Erfindung eine Treiberleitung und Meßleitungen aufweist, die in rechten Winkeln zueinander verlaufen, um sicherzustellen, daß irgendwelche variablen Magnetfelder, die durch Wechselstrombetrieb der Treiberspule erzeugt werden, in keinem Fall direkt mit den Meßleitungen gekoppelt sind. Das erste variable Magnetfeld, welches durch den Wechselstrombetrieb der Treiberleitung erzeugt werden kann, führt wiederum dazu, daß die elektromagnetischen Kopplungen einen induzierten Strom erzeugen, welcher wiederum die Erzeugung des zweiten variablen Magnetfeldes gestattet, welches in einem Winkel von 90° zum ersten Magnetfeld verläuft. Die Erfassung des zweiten variablen Magnetfeldes unter Verwendung der Meßleitungen führt zur Bereitstellung eines Meßausgangssignals, welches sich in Abhängigkeit von der Relativverschiebung zwischen dem ersten und zweiten Teil ändert. Durch dieses erfindungsgemäße Schema sind keine elektromagnetischen Kopplungswirkungen zwischen der Treiberleitung und der Meßleitung grundsätzlich vorhanden; daher werden keine Offsetkomponenten erzeugt, anders als bei Schemata nach dem Stand der Technik. Dies wiederum ermöglicht es, Positionsmessungen mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Bei der induktiven Positionsmeßeinrichtung des zweiten Typs, bei welchem ebenfalls die Grundlagen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sind die Treiberspule und die Meßspule eines Positionssensors in einem derartig speziellen Layout angeordnet, so daß bei ihnen keine elektromagnetische Kopplung in Abwesenheit eines zu messenden Zielgegenstands auftritt, wodurch das von der Treiberspule erzeugte variable Magnetfeld in Reaktion auf die Verschiebung des Zielkörpers moduliert wird, was zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kopplung mit der Meßspule führt. Auch mit dieser Einrichtung kann das gewünschte Meßausgangssignal erhalten werden, welches keine Offsetkomponenten enthält, wodurch Positionsmessungen mit erhöhter Genauigkeit und verbesserter Verläßlichkeit erzielt werden.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, jedoch wird Fachleuten auf diesem Gebiet deutlich sein, daß sich verschiedene Änderungen der Form und der Einzelheiten durchführen lassen, ohne vom Wesen, Umfang der Erfindung und der erfindungsgemäßen Lehre abzuweichen. Die dargestellten Ausführungsformen sind daher als Beispiele anzusehen, und Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung werden durch die Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen bestimmt, und sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.

Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldungen Nr. 9-333249, eingereicht am 03. Dezember 1997, und Nr. 10 143537, eingereicht am 25. Mai 1998, einschließlich Beschreibung, Ansprüchen, Zeichnungen und Zusammenfassung, werden in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme eingeschlossen.

Claims (15)

1. Induktive Positionsmeßeinrichtung, welche aufweist:
ein erstes Teil;
ein zweites Teil, welches eine Meßachse aufweist, und beweglich entlang der Meßachse mit einem vorbestimmten Spalt zwischen dem ersten und zweiten Teil angeordnet ist;
eine Treiberleitung, die auf dem ersten Teil angeordnet ist, und eine vorbestimmte Länge entlang der Meßachse aufweist, und zur Erzeugung eines ersten variablen Magnetfeldes bei Empfang eines Wechselstroms von einer Treibersignalquelle dient;
ein Feld aus elektromagnetischen Kopplungsgeräten, welches auf dem zweiten Teil entlang der Meßachse in konstanten Intervallen angeordnet ist, wobei jedes der elektromagnetischen Geräte einen induzierten Strom infolge der Kopplung mit dem ersten variablen Magnetfeld erzeugt, welches von der Treiberleitung erzeugt wird, und ein zweites variables Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zum ersten Magnetfeld in Reaktion auf den induzierten Strom an einer Position erzeugt, die körperlich von einem Kopplungsabschnitt mit dem ersten variablen Magnetfeld beabstandet ist; und
ein Meßgerät für das variable Magnetfeld, welches zumindest eine Meßleitung aufweist, die auf dem ersten Teil im wesentlichen senkrecht zur Treiberleitung angeordnet ist, zur Bereitstellung eines Ausgangssignals infolge der Kopplung mit dem zweiten variablen Magnetfeld von den elektromagnetischen Kopplungsgeräten,
wobei sich das Ausgangssignal entsprechend der Relativverschiebung des ersten und zweiten Teils ändert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberleitung zu einer Treiberspule gewickelt ist, und daß die Meßleitung zu einer Meßspule gewickelt ist, wobei deren Achse im wesentlichen senkrecht zur Treiberspule verläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil einen Isolierblock aufweist, bei welchem die Treiberleitung und die Meßleitung zu einer Treiberspule bzw. Detektorspule herumgewickelt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein isolierendes Substrat aufweist, und die Treiberleitung und die Meßleitung aus mit einem Muster versehenen, leitfähigen Leitungen auf der oberen und unteren Oberfläche des isolierenden Substrats gebildet sind, und aus leitfähigen Durchgangsleitungen, die sich durch das Substrat erstrecken, damit die mit einem Muster versehenen, induktiven Leitungen elektrisch verbunden werden, um so als Treiberspule bzw. Detektorspule zu dienen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elektromagnetischen Kopplungsgeräte ein leitfähiges Muster in Form einer geschlossenen Schleife aufweist, welches ein Empfängerleitersegment aufweist, das im wesentlichen parallel zur Treiberleitung verläuft, um mit dem ersten variablen Magnetfeld gekoppelt zu werden, welches von der Treiberleitung erzeugt wird, sowie ein Sendeleitersegment, welches einstückig mit dem Empfängerleiter ausgebildet ist, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster in Form einer leitfähigen geschlossenen Schleife rechteckförmig ist, wobei das Empfängerleitersegment in rechtem Winkel zum Sendeleitersegment liegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster in Form einer leitfähigen geschlossenen Schleife so geformt ist, daß sowohl das Empfängerleitersegment als auch das Senderleitersegment die Form eines Kreisbogens aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Muster in Form einer leitfähigen, geschlossenen Schleife zwei voneinander beabstandete Empfängerleitersegmente aufweist, wobei der Abstand der Hälfte einer Layoutperiode der elektromagnetischen Kopplungsgeräte entspricht, um einen Fluß induzierter Ströme in entgegengesetzten Richtungen in rechten Winkeln zur Treiberleitung zu gestatten, wobei das Meßgerät für das variable Magnetfeld zumindest eine Gruppe mit einer Kombination von vier Meßleitungen aufweist, wobei die Leitungen in einem Bereich entsprechend der Länge der Treiberleitung in festgelegten Intervallen verlaufen, die jeweils ein Viertel der Layoutperiode der elektromagnetischen Kopplungsgeräte zur Kopplung mit einem variablen Magnetfeld betragen, welches von dem Senderleitersegment jedes der Muster mit einer leitfähigen geschlossenen Schleife erzeugt wird, um hierdurch Ausgangssignale mit vier Phasen zur Verfügung zu stellen, die jeweils um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes der Muster aus einer leitfähigen geschlossenen Schleife zwei beabstandete Senderleitersegmente in Intervallen aufweist, die jeweils gleich der Hälfte einer Layoutperiode der elektromagnetischen Kopplungsgeräte sind, um einen Fluß induzierter Ströme in entgegengesetzten Richtungen in rechten Winkeln zur Treiberleitung zu gestatten, und
die Meßgeräte für das variable Magnetfeld zumindest eine Gruppe von vier Meßleitungen in Kombination enthalten, die in einem Bereich entsprechend der Länge der Treiberleitung in festgelegten Intervallen verlaufen, die jeweils, ein Viertel der Layoutperiode der elektromagnetischen Kopplungsgeräte betragen, zur Kopplung mit einem variablen Magnetfeld von dem Senderleitersegment jedes der Muster mit einer leitfähigen geschlossenen Schleife, um hierdurch Ausgangssignale mit vier Phasen zur Verfügung zu stellen, die jeweils gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, wobei zumindest eine Gruppe aus vier zweiten Meßleitungen innerhalb eines Bereiches der Länge der Treiberleitung in Intervallen angeordnet ist, die jeweils ein Viertel der Layoutperiode der elektromagnetischen Kopplungsgeräte betragen, wobei eine vorbestimmte Phasenverschiebung in Bezug auf die ersten Meßleitungen vorhanden ist, für die Kopplung mit variablen Magnetfeldern von den Senderleitersegmenten, jedes der Muster mit einer leitfähigen geschlossenen Schleife, um hierdurch Ausgangssignale mit vier Phasen zur Verfügung zu stellen, die jeweils gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, wobei die vorbestimmte Phasenverschiebung im wesentlichen gleich λ/2N ist, wobei λ die Layoutperiode der elektromagnetischen Kopplungsgeräte ist, und N eine ungerade Zahl größer gleich 3 ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elektromagnetischen Kopplungsgeräte aus einem leitfähigen Muster besteht, welches auf den Empfang des ersten variablen Magnetfeldes von der Treiberleitung reagiert, damit darin ein Wirbelstrom induziert werden kann.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elektromagnetischen Kopplungsgeräte aus einem Muster aus magnetischen Material zur Modulation einer Magnetflußdichte des ersten variablen Magnetfeldes besteht, welches von der Treiberleitung erzeugt wird.

12. Positionsmeßeinrichtung, die einen induktiven Positionssensor zur Feststellung der Position eines zu messenden Gegenstands aufweist, wobei der Positionssensor aufweist:
eine Meßspule zur Erzeugung eines variablen Magnetfeldes bei Empfang eines Wechselstroms von einer Treiberstromquelle;
eine Meßspule, die neben der Treiberspule angeordnet ist, um einen induzierten Strom infolge der Kopplung mit einem variablen Magnetfeld zu erzeugen, welches von der Treiberspule in Reaktion auf die Verschiebung des Gegenstands erzeugt wird; und
einen Halterungskörper zur unbeweglichen Halterung der Treiberspule und der Meßspule,
wobei die Treiberspule und die Meßspule so angeordnet sind, daß in Abwesenheit des Gegenstands eine elektromagnetische Kopplung stattfindet, wogegen eine elektromagnetische Kopplung mit der Meßspule infolge einer Modulation der Verteilung des variablen Magnetfeldes, erzeugt von der Treiberspule, in Abhängigkeit von einer Verschiebung des Gegenstands auftritt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberspule und die Meßspule so angeordnet sind, daß ihre Achsen in rechten Winkeln zueinander verlaufen.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Positionssensor zur Verwendung als Annäherungssensor anpaßbar ist, wenn die Treiberspule und die Meßspule so angeordnet werden, daß ihre Achsen in rechten Winkeln zueinander verlaufen, und ein Berührungsglied vorgesehen wird, welches beweglich als der Gegenstand angeordnet ist, entlang einer Winkelhalbierenden der Achsen der Treiberspule und der Meßspule, damit ein variables Magnetfeld, welches von der Treiberspule erzeugt wird, entsprechend der Position moduliert wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Positionssensor zur Verwendung als linearer Kodierer anpaßbar ist, durch Anordnung der Treiberspule und der Meßspule in rechten Winkeln zueinander, und durch Vorsehen einer länglichen Skala, die beweglich die Meßspule durchdringt, als Gegenstand, wobei auf der Skala ein Feld aus periodisch angeordneten Magnetfeldmodulationseinheiten vorgesehen ist, um die variable Magnetfeldverteilung von der Treiberspule während der Bewegung der Skala zu modulieren.