专利名称：用于确定可移动物体的精细位置值的方法和设备的制作方法
技术领域：
本 发明涉及一种通过根据权利要求I的分类部分阐述的位置传感器确定描述可移动物体的瞬时绝对位置的精细位置值Z的方法和适合于实施这种方法的设备。
背景技术：
在不是在前公告的德国专利申请DE 10 2009 010 242. 6中描述的绝对位置传感器包括所谓的分段计数器，该分段计数器具有作为激励单元的磁体载体，该磁体载体固定地连接到可移动物体，多个永磁体安装在该磁体载体上，所述多个永磁体在运动方向上彼此间隔开地布置，所述多个永磁体的交替连续的北极和南极形成所谓的测量区段，所述测量区段覆盖待监测的可移动物体的运动范围，并且通过所述测量区段的计数而确定所述可移动物体的粗略位置值。固定传感器单元用于该计数操作以及所述测量区段的精细分辨，所述传感器单元包括至少两个例如由霍尔元件形成的用于确定相应的瞬时精细位置值ζ的传感器。

发明内容
诚然，在本说明书中主要参考位置传感器，关于所述位置传感器，使用了配备有至少一个永磁体的激励单元和磁场传感器，但这仅仅表示一个优选的选择。如果所述激励单元和所述传感器之间的相互作用通过另一个物理参数产生，则也可以以相同的方式使用根据本发明的方法。通过如下事实将清楚的是，当前说明书使用了表述“测量区段”而不是术语“磁体区段”。在任何情况下，所述至少两个传感器中的每一个传感器都输送出电传感器信号。当位置传感器在主电源失效的情况下仍然能够通过备用电池正确地对测量区段进行计数时它们已经常常被称为“绝对的”，从而当电源恢复时，即使待监测物体在此期间已经继续移动，正确的区段计数值也立即可用。在上述德国专利申请DE 10 2009 010242. 6中描述的位置计数器在严格意义上讲是比较“绝对的”，也就是说，其不需要这种备用电池来对测量区段进行连续的正确计数，因为为此目的而需要的电能通过激励单元和维甘德线(Wiegand wire)装置从待监测物体的动能获得。对于所有这些类型的位置传感器来说，都可以以相同方式使用本发明。由电子处理单元根据通过所述测量区段的计数确定的粗略位置值和通过对所述测量区段的分辨获得的精细位置值ζ确定明确的总位置值，该总位置值的精度对应于精细位置值ζ的精度。根据所述激励单元中的永磁体的相应数量，使用根据本发明的方法的位置传感器可以具有单个测量区域或涉及精细分辨的多个测量区段。在前者的情况下，所述测量区段在整个测量距离上延伸，也就是说，在线性运动的情况下，所述测量区段例如在待监测物体的整个运动范围上延伸，或者在旋转运动的情况下，所述测量区段在小于180°的旋转角度范围上延伸，例如，如果将要检测机动车辆的加速器踏板或制动踏板的枢转运动范围，则就是这种情况。需要至少两个测量区段来覆盖更大的旋转角范围，特别是360°的整圆。作为其替换方案，所述测量距离被多个测量区段覆盖。由于所述测量区段在运动方向上的长度通常并不精确相等，因此所述传感器供给准周期传感器信号，其中半周期长度分别对应于测量区段长度。然而，即使当所述测量区段长度精确相等时，也不会包括在严格意义上周期性的传感器信号，因为其幅度值在一个测量区段到另一个测量区域通常具有不同的弯曲形状。
因为传感器信号的近似周期性，可以将精细位置值ζ像角度值一样来处理，而与待监测的运动是涉及线性位移还是旋转运动无关。在这方面应该注意的是，在旋转传感器的情况下，只有当360°的整圆角度仅被两个测量区段覆盖时，这些角度值才对应于待监测物体(例如轴)的整圈的角度值。在所有其他情况下，例如关于上述的根据德国专利申请DE 10 2009 010242. 6的位置传感器，轴旋转的全角度被细分为多个(例如λ个)测量区段。涵盖每个传感器信号的360°的周期对应于两个测量区段的角度范围，因而只有轴的整圈的λ/2个部分。由此发生的实际位置的不确定性通过测量区段的计数来弥补。由于区段计数装置能够计数多于λ个的测量区段，这种位置传感器形成了多圈装置，这种多圈装置能够以精确测量关系追踪大量整圈，并且对其进行分辨。如果待监测物体在运动，则粗略位置值和精细位置值都依赖于时间而变化，使得精细位置值的精确表示为Z (t)。如果所述物体静止，则ζ为固定值(忽略了由噪音引起的波动)，该固定值对应于瞬时位置，并且不改变，直到再次发生运动。当物体停止时ζ分别采取的值可以彼此完全不同，因为可以在最广泛的不同位置处发生停止，每个位置都由其相关的粗略位置值和精细位置值来唯一地表征。然而，为了确定精细位置值z (t)，通常并不使用所述传感器单元的至少两个输出信号a (z (t))和b (z (t))，而是使用至少两个导出信号，这两个导出信号中的每一个特别地通过放大和/或数字化和/或平均化从所述输出信号a (z(t))和b(z(t))中的相应一个获得，从而在时间t的每个时刻包含在输出信号a(z(t))和b(z(t))的瞬时幅度值中的信息得以保持，该信息允许明确识别在所讨论的测量区段中的相关联的精细位置值z(t)。为此，在现有技术的状态中，通过计算单元将至少两个导出信号与从理想的正弦或余弦曲线导出并存储在只读存储器中的参考值进行比较。然而，这只有在所述传感器信号或从该传感器信号导出的信号具有理想的正弦或余弦曲线形状时才能导致没有误差的结果。在实践上，这种条件实际上无法获得。诚然，对于每个单独的测量区段来说都可以重复产生特定信号，但是这些特定信号包含与精确正弦构形的偏差，而且这些偏差对于不同测量区段来说也不同。为了克服该问题，DE 10 2009 010 242. 6提出了在首次使用这种位置传感器之前执行校准操作，通过这种校准操作，检测出导出信号与理想构形的偏差，以便确定修正值，这些修正值随后用在实际测量程序或位置确定程序中。然而，没有关于该方面的更精确的信息。将修正值分开存储在分开的比较值存储区中费时费力，并且导致导出信号的数学评价复杂，因此使得用于确定相应的精细位置值z (t)的总体程序变慢。相比之下，本发明的基本目的是将该说明书开头部分阐述的方法简化，由此将设备复杂性和费用降至最低，以便允许特别是利用尽可能少且廉价的元件实现高精确的精细定位确定，该精细定位确定具有高分辨率并且具有高度动态性，在这方面，激励磁场的几何形状或传感器布置的几何形状或积性和/或加性扰动变量对测量结果都没有影响。为了实现该目的，本发明提供了在权利要求I中阐述的特征。下面将关于权利要求和如下描述中使用的术语进行阐述。已经提到，对于这里考虑的方法，为了能够识别瞬时精细位置值，必须使用至少两个不同曲线形状或构形的传感器输出信号。在其中不要求高精度的使用的情况下，这就足够了，但是如果要获得高度精确的测量结果，这就不够了。
因此，根据本发明的方法设置成，基本上在校准模式期间和测量模式期间，能够检测和评价多于两个的传感器信号，例如四个甚或12个或16个传感器信号，如下文中更详细地描述的那样。为了表示这一点，传感器单元的输出信号分别用aE(z(t))，bE(z(t))，...和aM(z(t)),bM(z(t)),...表示，其中下标E和M分别描述在校准模式(E)期间和测量模式(M)期间获得的信号(以及在进一步操作过程中由此获得幅度值或从幅度值形成的平均值)。当与操作模式无关地给出关于这些信号的信息时，分别省略下标E和M。所有信号都是由符号、测量值和测量单位组成的物理参数。唯一本质点在于，在从多个输出信号a (z (t))，b (z (t))，...在任意测量时刻tv同时获得的幅度值Aa(z(tv))，Ab(z(tv)), ...与物体在该测量时刻tv采取的精细位置值z(tv)之间在两个方向上都存在直接相关性。在简单的情况下，所述多个输出信号a(z(t))，b(z(t))，...在两个连续的测量区段上具有近似周期性的构形，在它们具有两个过零点以及最大值和最小值的意义下，它们是稳定构形，并且它们具有取决于传感器的相互位置的相移。因此，在这两个测量区域中，将单个幅度值组Aa(z)，Ab(z)，...与每个精细位置值ζ以可逆明确方式相关联。然而，通常在根据本发明的方法中情况如下为了正确地确定精细位置值z，幅度值Aa(z)，Ab(Z)...以及形成该幅度值基础的每个输出信号a(z(t))、b(z(t))...的相应曲线构形的形式或者描述这些曲线构形的函数都不是决定性的。后者仅须是连续的。如果所述多个输出信号a(z(t))，b(z(t))，...的构形比刚刚描述的构形更不简单，从而例如其在测量区段内具有多个最大值和/或最小值和/或多个相交点，只需要确保相应的精细位置值z (tv)总是得到唯一地描述即可。为获得的幅度值采用符号Λ，以表示清楚这可能分别包括与按期望选择的零值有关的“全部幅度值”或相对于在之前精细位置测量重现所讨论的幅度值改变的变化值。测量时刻tv可以通过扫描时钟频率来确定。然而，作为其另选方案，也可以依赖于不规则地发生的事件来实现扫描，例如依赖于由物体的位置变化或来自测量值的用户的由位置传感器产生的数据请求等触发的事件来实现扫描。术语“瞬时精细位置值”表示属于由所述物体在所考虑的时刻^采取的位置的精细位置值。除了由噪音引起的波动之外，其不再同样地相对于时间进一步变化，从而为了简单起见，可以将自变量1省略，但瞬时精细位置值仍可以仅表示为ζ。这同样适合于在测量时刻tv获得的Aa(Z)，Ab(z), ... 0将意识到的是，在不同的测量时刻，至少在物体运动时，对于相关联的幅度值Aa(Z), Ab(Z)，...(它们也可能具有不同的符号)来说具有不同的Z值和分别不同的测量图。根据本发明 的方法相对于现有技术状态的巨大区别在于，本发明不需要任何特殊的假定，例如关于传感器单元的输出信号3(2(0)、13(2(0)，...的曲线形状的“近似正弦和余弦”的假定。因此，对于这种构形没有进行任何参考，特别是没有使用描述正弦或余弦曲线的任何参考值。根据本发明，分别同时获取的幅度值Aa(z)，Ab(z),...允许与相应的精细位置值ζ清晰的相关联或相关就完全足够了。该条件并不意味着，如果待监测的物体在所讨论的位置不运动，则精确地且恒定地获取的幅度值Aa(z)，Ab(z)，...维持其与瞬时精细位置值ζ相关联的值，或者当所考虑的位置ζ被多次再三接近时精确地且恒定地获取的幅度值Aa(z)，Ab(z)，...总是再次保持这些值。在任何情况下，“精确地”仅意味着所讨论的值的大小的波动(当物体静止时)或连续获得的值的大小之间的差小于分别所需要的测量精度水平。换言之，在理想的情况下，幅度值Aa(z)，Ab(z),...的噪音应该小于期望的测量精度水平。然而，当对测量精度水平的要求较高时，最好利用非常高等级且相应地昂贵的传感器、放大器和模拟/数字转换实现该条件。然而，这里将提供在该说明书的开头部分阐述的类型的方法和设备，这些方法和设备可以利用尽可能廉价的元件实现。因此，根据本发明，在进一步的处理程序中，并不使用单个幅度值Aa(z)，Ab(z)，...，而是使用为每个信号a(z)，b(z)，...同时但分开地形成的平均值A(z)，B(Z)，...。这用来消除统计学上的波动(噪音)。在不是在先公报的DE 10 2009 023 515中描述了一种平均化方法，该平均化方法特别适合于该目的并且包括高动态水平。由于对于每个平均值来说都检测并处理了多个连续发生的单独幅度值，上述每个“测量时刻” tv实际上都包括在时刻tv的不同时间段。然而，通过使用高扫描时钟频率，这些时间段可以被保持得如此之短，以致于待监测物体的位置在该时间段中并不发生明显改变，至少当待监测物体的运动速度不是非常高时。在高运动速度的情况下，由于平均化操作而产生滞后误差，并且该误差导致瞬时精度略微下降。然而，这是可接收的，因为该滞后误差能够得到修正，并且在任何情况下高速的精度要求都较低。为了能够在校准模式下从分别同时获得的幅度值AaE(z)，AbE(z)，...，形成精确地描述所讨论的位置传感器的实际因子的高度精确的平均值Ae(Z)，Be(z)，...，如果待监测物体或位置传感器的联接到该待监测物体的激励单元在校准模式下以如此低的速度运动，以致于相应的平均值在精细位置值Z已经改变一个增量之前就已经形成，则是优选的。以这种方式形成的平均值Ae (z)，Be (ζ)、...通过例如由校准标准供给的信息项而与对于校准单元来说已知的相应的精确校准精细位置值μ相关联。所述校准平均值ΑΕ(μ )，ΒΕ(μ )，...因而表示真实参考值，该真实参考值重现所讨论的位置传感器的传感器单元的输出信号aE(z)，bE(z)，...的实际曲线形状，并且对于上述有利情况来说，它们与相关联的均准精细位置值μ (AE，BE，...)一起以值组的形式或商组AE(μ)/BE(μ)的形式(不太有利)存储在比较值存储器中。根据本发明的方法的部分(在当前上下文中由术语“校准模式”表示)严格地说是一种相关性方法，通过该相关性方法，从校准标准获得的“标记”并不传递到待“校准”的位置传感器的“测量标尺”上或“标记载体”上。相反，在校准模式下从传感器单元的输出信号a(z(t))，b(z(t))，...在连续时刻t1; t2，t3等获得的真实参考值的组(每组真实参考值都与由位置传感器的激励单元在相应的时刻t1; t2，t3等采取的精细位置值z U1)，z (t2)，z (t3)精确地相关联，该精确位置值又与由校准标准在所讨论的时刻t1; t2，t3供给的校准精细位置值 μ (AeU1) , BeU1)μ (Ae (t2), Be (t2)μ (Ae (t3)，Be (t3),…)相关)
与后者一起存储在校准值存储器中，并且保持与其的联合。因此，对于每个单独实际位置传感器，对于激励单元相对于传感器装置的多个单独位置来说，获得了以精度要求预先确定的密度覆盖待监测物体的运动范围的真实参考值，并且这些真实参考值与相关联的校准精细位置一起存储在比较值存储器中。这些参考值被称为“真实的”是因为它们提供了相应的传感器输出信号的构形的精确影象，所述影象从一个位置传感器到另一个位置传感器而不同。即使当它们以支撑值的形式存储时，这也是可能的。至少在相应曲线构形的区域内可以将位置密度保持较低(为此确定相应的具体支撑值)，在该区域中可以进行插值从而获得足够精度。在测量模式下，在任何测量时间tv获得或测量幅度值AaM(z)，AbM(z),...以由 此形成对应的平均值Am (ζ)，Bm(Z)，...(这里也称为“测量值”)并且将它们传送到计算电路就足够了，所述计算电路在处理程序结束时通过预定算术操作逐渐地将它们逐组地与存储在比较值存储器中的真实参考值的组进行比较。如果与瞬时精细位置值ζ相关联的测量值组(测量值矩阵)与存储在比较值存储器中的真实参考值的组(参考值矩阵)基于适当准则而建立“一致性”，则从比较值存储器获取属于该参考值组的校准精细位置值μ (Ae,Be,...),并且根据公式ζ = m μ计算瞬时精细位置值ζ，其中m是校准标准和激励单元之间的联接的传输率。因此，对于机械刚性联接，m= I。例如通过传输装置的任何联接都可以导致m的任何值。另选地，除了 μ以外，该校准单元还可以供给值my，从而可以省略在上述处理程序结束时的计算。因此，在测量模式下获得的测量值用作呈矩阵形式的识别信号或地址，用来寻找相关联的校准精细位置值，该校准精细位置值存储在比较值存储器中，并且源自校准标准且因此还具有其精度。可用来使用的合适的一致性准则可以例如是叉积差(至少近似地)等于零，该叉积差由测量值和存储在比较值存储器中的参考值形成。然而，与现有技术状态中的情况不同，不是使用从存储在比较值存储器中的(可选地修正的)参考曲线的算术处理导出的值作为瞬时精细位置值ζ，而是使用属于识别的参考值组的校准精细位置值μ (αε，βε，...)。根据本发明的方法因此使得可赋予各个位置传感器高度精确的校准标准即它的高精度水平，由于对每个位置传感器单独执行的“校准”或相关性，各个位置传感器相对于由它们供给的测量信号仅必须具有高水平的再现性(这可以通过相对较低水平的技术复杂性和成本实现)。这与为每个单独位置传感器使用高度精确的专用测量标尺相比相当廉价。诚然，可以在非常短的时间段中执行从由传感器输送出的信号确定相应的瞬时精细位置值ζ =πιμ所需要的信号处理，但是，对于运动非常快的激励单元来说，精确的精细位置值必然输出，但这是在待监测物体以及与其一起的激励单元业已运动到新的精细位置值的时刻发生的，这导致滞后误差。滞后误差因而表现出了激励单元的真正位置相对于所确定的精细位置值Z= πιμ的差。因此，所发生的滞后误差随着待监测物体的速度增加而增加。然而，可以通过下文中更详细地描述的调节电路中的增量来获知该滞后误差，并且可以因此修正该滞后误差。优选地，校准模式在实际的测量模式之前进行。在这种情况下，待校准的相应位置传感器的激励单元优选机械刚性地连接至外部校准标准(m= I)，从而其向属于所述位置传感器的校准单元供给在校准模式下获得的属于校准平均值ΑΕ( μ )，ΒΕ(μ )的校准精细位置值μ =z。该校准标准优选为高度精确的光学增量传感器。作为其另选方案，除了外部校准标准之外，还可以使用内部校准电路，关于内部校准电路，相对于时间产生激励单元与校准平均值ΑΕ(μ )，ΒΕ(μ )...的相关性以及校准单元与校准精细位置值μ的相关性。优选地，将待监测物体的运动范围细分为多个测量区段，这些测量区段不必具有相同的长度，一方面，这些测量区段被绝对地计数，另一方面为这些测量区段确定精细位置值ζ，配置是这样的，即传感器单元的输出信号a (ζ (t))，b (ζ (t))，...和由此导出的平均值A(Z)，B(Z)，...都是半周期的，其中在每种情况下半周期长度都对应于相应测量区段的长度。优选地，传感器信号由健壮的磁场传感器供给。因为磁场强度的散度等于零(divB = O),因此该情况包括所产生的磁场与测量磁场的明确关系。根据本发明的方法与旋转传感器一起使用是特别有利的。在根据本发明的方法的一个特别优选的变型中，以如下方式连续地进行平均化，即从预定数量的之前检测到的各个值形成的“旧”平均值设置有第一加权因子，而最近的各个值设置有第二加权因子，并且根据这两个加权值形成新的平均值，如不是在先公告的DE10 2009 023 515A1中所描述的，通过参考将其技术内容全部结合在这里。为了给该方法赋予高水平的动态性，也就说对于待监测的运动来说，给该方法赋予以对快速速度变化的高适应性，特别优选的是，两个加权因子的大小依赖于旧平均值和新的各个值之间的差特别地以如下方式变化，即将第一加权因子选择为对应地越小，将第二加权因子选择为对应地越大，则差越大，反之亦然。在这方面，优选加权因子的和保持恒定不变。优选地，通过校准标准触发值组的形成，然而，该校准标准不必具有极其高水平的分辨率，而是仅仅具有非常高的精度。在这种情况下，真实参考值4￡&)，8^4)，... μ (Ae,Be,...)以分开的支撑值形式存储在比较值存储器中，在支撑值之间进行线性插值，以便确定中间值。在这种情况下，支撑值的密度可以适合于相应地需要的精度，使得由于线性插值引起的误差低于允许的误差极限。这导致极大地节省了存储器空间，并且极大地增加了处理速度。


在所附的权利要求书中阐述了根据本发明的方法和适合于实施该方法的这些以及其他有利配置。下面参照附图通过实施方式举例说明本发明，在附图中图I示出了根据本发明的位置传感器的在校准模式下操作的电子处理系统的示意性电路框图，在该电子处理系统中评价在传感器单元中被预处理的两个输出信号；
图2示出了在测量模式下操作的图I的电子处理系统的示意性电路框图；图3示出了在校准模式下的、表示关于两个邻接的测量区段的相对于所述传感器单元的两个被预处理的输出信号的精细位置值z绘制的弯曲形状的曲线图，所述两个被预处理的输出信号由图I和图2的电子处理系统评价；图4示出了根据本发明的位置传感器的在校准模式下操作的电子处理系统的示意性电路框图，在该电子处理系统中对由所述传感器单元供给的十六个输出信号彼此分开地进行评价；图5示出了在测量模式下操作的图4的电子处理系统的示意性电路框图；图6示出了根据本发明的位置传感器的在校准模式下操作的电子处理系统的示意性电路框图，由所述传感器单元供给的十六个输出信号在分开放大和平均化之后在该电子处理系统中被预处理，以提供然后又被进一步评价的四个信号；
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图7示出了在测量模式下操作的图6的电子处理系统的示意性电路框图；图8示出了根据本发明的位置传感器的在校准模式下操作的电子处理系统的示意性电路框图，其中由所述传感器单元供给的十六个输出信号在分开放大之后但在平均化之前在电子处理系统中被预处理以提供然后又被进一步评价的两个信号；图9示出了在测量模式下操作的图8的电子处理系统的示意性电路框图；图10示出了如可以利用例如图I和图4中所示的布置实现的校准模式的一般化流程图；以及图11示出了如可以例如例如图2和图5中所示的布置实现的测量模式的一般化流程图。
具体实施例方式在图I、图2和图4至图9中用相同的附图标记表示相同的单元。在用于分别描绘校准模式的图I、图4、图6和图8中，仅测量模式需要的电路部分用虚线表示出。另一方面，在图2、图4、图7和图9中，省略了外部校准标准30，并且校准单元31用虚线表示出，因为在测量模式下该校准单元不操作。如果使用内部校准值发生器电路而不是使用外部校准标准，则所述内部校准值发生器电路容纳在所述校准单元31中。如果下文没有明确地提到两个操作模式(校准模式或测量模式)中的某一模式，则相应的描述同等地适合于两种操作模式。关于寻址信号，分别表示校准模式和测量模式的下标E和M因此被分别省略。在简单地假定使用传感器单元7的情况下参照图I至3来描述本发明的基本原理，该传感器单元7仅输送出两个输出信号a (z (t))和b (z (t))，这两个输出信号以所需方式相对于彼此发生“相移”。在这方面中，并且在对该方面没有任何限制性解释的情况下，参照在德国专利申请DE 10 2009 010242. 6中描述的测量装置，具体是用于监测轴的旋转运动的装置，关于该装置，位置传感器的激励单元包括磁体载体，该磁体载体连接至所述轴并且随所述轴一起旋转，且承载其中磁体的磁极交替定向的一系列永磁体，从而所述永磁体在旋转方向上位于近似相等的间隔处，并且形成测量区段，该测量区段的长度范围或角范围将通过根据本发明的装置精细地分辨。所述轴和轴的磁体载体在图I和图2中没有示出。用来确定所述轴的精细位置值z所需的信号由传感器装置I供给，该传感器装置I包括例如四个霍尔元件I、II、III、IV，并且以点状形式布置，且以成对关系相组合，如分别在霍尔元件I和II以及III和IV之间的连线所示。在这方面，每对霍尔元件以反串联关系相连，使得其霍尔元件具有永磁体的磁场，该磁场在相反方向上穿过所述霍尔元件。因为彼此相反的电路，由这些磁场产生的信号值因而被相加，而从外部叠加的加性干扰彼此抵消。因为例如所述永磁体在运动方向上的不相等间隔，所以分别通过固定布置的每对霍尔元件I、II和III、IV，当磁体载体经过霍尔元件运动时输出半周期信号。相等的磁极间隔将导致周期信号。分别由所述对霍尔元件I、II和III、IV输送出的两个模拟信号必须进行放大，从而使得它们能够经受进一步处理。优选地，这样的处理在单通道模式下进行，以便消除所使用的放大器3的偏移电压和增益因子的温度依赖性。为此，由所述对霍尔元件1、11和III、IV输送出的两个信号分别被传送至多路复用器2，该多数复用器2将这两个信号交替地施
加至放大器3的输入端。在DE 42 24 225A1中详细地阐述了这种单通道信号处理的优点。为了能够通过数字操作的计算电路10在测量模式下实施随后的评价，放大器3的输出端连接至模拟/数字转换器4的输入端，该模拟/数字转换器4将交替地供给其的放大的模拟信号数字化。其输出端连接至多路分离器5，该多路分离器5与多路复用器2同步操作，因此恢复双通道构造。上述传感器装置I和电流部分2至5共同形成了传感器单元7，该传感器单元7的输出信号a(z(t))和b(z(t))由多路分离器5的两个输出端输送出。由于校准单元31在校准模式下和计算电路10在测量模式下都需要传感器单元7的输出信号a(z(t))和b(z(t))以便同时实时地(除了滞后误差分量)进一步处理，在多路分离器5的两个输出端中的每个输出端的下游连接中间存储器(IM) 6，该中间存储器6分别从相关联的数字输出信号a(z(t))和b(z(t))分别获取瞬时幅度值Aa(Z)和Ab(Z)，并且存储它们，直到属于同一精细位置值z的其他相应数字幅度值也可利用为止。这些处理步骤能够以如此高的速度实施，以致于由于所述两个输出信号a(z(t))和b(z(t))中的一个输出信号相对于另一个输出信号引起的时间滞后即使在待监测的物体的运动速度非常快速的情况下也基本不起任何作用，并且在单通道预处理滞后获得的幅度值Aa(Z)和Ab(Z)分别被认为是“同时”检测到的，因此能够与同一个精细位置值z相关联。另一方面，可以通过中间储存器产生同时性。原则上，在多路分离器5的两个输出通道中的一个输出通道中设置中间存储器就足够了，但是出于同时处理两个信号的原因，优选使用两个中间存储器6。相应地，可以与评价操作并行地开始新的模拟/数字转换操作。对于传感器装置I包括供给幅度如此之大以致于不需要放大的信号的传感器的情况来说，可以省略多路复用器2、放大器3、多路分离器5和两个中间存储器6。该双通道传感器单元7因而仍然仅包括两个模拟/数字转换器，所述传感器信号中的相应一个信号被传送至所述模拟/数字转换器，并且该模拟/数字转换器的输出端直接供给所述传感器单元的输出信号a (z (t))和b (z (t))。原则上，相应的真正精细位置值z通过幅度值Aa(Z)和Ab(Z)来精确地确定。然而，特别是当使用廉价传感器时，每个输出信号a(z(t))和b(z(t))可能具有比期望测量精度水平所能接受更大的噪音，所获得的这些信号a(z(t))和b(z(t))的幅度Aa(Z)和△b(z)优选不以单独测量值的形式而是以先前在平均电路(AC)中形成的平均值A(Z)和B(Z)的形式传送到计算电路10的两个输入端11、12。为了实现高的动态水平，至少在待监测物体没有极端快速地移动(高精度水平)时，根据本发明设置成，通过程序(procedure)根据之前获得的平均值A(z) j日和B(z) j日以及最近的单独幅度值Aa(Z)和Ab(Z)分别形成每个新的平均值A(Z) #和8(幻#，在该程序中，旧平均值A (z) i日和B (z) i日以及最近的单独幅度值Aa(Z)和Ab(Z)在它们相加之前分别乘以加权因子gf\和gf2，然后将所得到的和除以加权因子的和，而得到如下等式中表示的平均值A (Z)
A(\ _ SfiAz)m
新相应的考虑也适合于平均值B (Z) #的形成。优选地，以如下方式分别使用动态加权因子gf\和gf2 :将分别属于旧平均值A(Z)
i日和B(Z) i日的加权因子gf\选择成对应地较小，将分别属于最近的单独幅度值Aa(Z)和Ab(Z)的加权因子gf2选择成对应地较大，相应的旧平均值A (Z) 10和8(幻1S与相应的最近 的单独幅度值Aa(Z)和Ab(Z)之间的差越大，其中加权因子的和84和8&优选保持恒定不变。中间存储器6和布置在中间存储器6下游的平均电路8可以与计算电路10和校准电路31相组合，以提供单一计算单元，例如μ控制器。然而，在这里为了清晰起见将它们作为分开电路示出。在校准模式下，所述一对平均值Ae(Z)和仏(2)被馈送至校准单元31，因为激励单元和校准标准30之间的限定联接，该校准单元31从校准标准30接收分别属于该对平均值中的每个平均值的校准精细位置值μ (Z)，通过利用该对平均值，该校准单元将它们调换成相关联的值三元组，并将它们存储在比较值存储器14中，同时保持它们的相关性，所述值三元组由真实参考值ΑΕ(μ)和仏&)以及相关联的真正精细位置值μ (AejBe)构成。一个不太优选的另选方式规定，形成并且将该商ΑΕ(μ)/ΒΕ(μ)与μ (Ae , Be)一起存储在比较值存储器中，同时保持相关性。在任何情况下，为多个精细位置值Z重复校准步骤，所述多个精细位置值Z优选均匀地覆盖物体的整个运动范围。为了在测量模式下确定所关心的瞬时精细位置值ζ，计算电路10优选以闭环控制布置基于如下计算操作将相应的平均值Am(Z) ,Bm(Z)与存储在比较值存储器14中的值三元组八!^“(Z) )、Be (μ (Z))的真实参考值Ae (μ (Z))和仏(4 (Z))进行比较，δ (t) =Am (z) Be (μ (ζ)) _BM (z) Ae ( μ (ζ))在所述闭环控制布置中，相关联的ΑΕ(μ (ζ)) 和BE(μ (ζ))相对于μ以δ⑴向零变化的方式变化。为此，将计算单元10的输出信号δ (t)馈送到反馈电路15，该反馈电路15形成作为输入信号馈送到比较值存储器14的自变量Φ (t)。反馈电路15检查Φ (t)是否大于、小于或等于零，并且根据δ (t)的符号以单一增量或若干增量改变Φ (t)的值，直到至少以足够精度满足条件δ (t) =0，如以前已经描述的那样。一旦通过由反馈电路15实现的Φ⑴的适当变化而达到条件δ (t) = 0，则通过激励单元和校准标准之间的刚性联接，将属于所讨论的所述一对参考值ΑΕ(μ )和仏& )并且存储在比较值存储器14中的真正精细位置值μ (AejBe)设置成等于正在寻求的精细位置值(φ = μ = Ζ)，并且将Φ输送到接口 16，该接口 16将位置值通向用户，并且在该接口16处出现校准标准的真实值。接口 16通过线路17和18从反馈电路15接收用于改变比较值存储器14的输入值Φ⑴和计算电路10的输出值δ (t)的符号的增量信号，可以根据该增量信号获得关于物体的运动方向和速度的信息。另选地，可以根据如下关系式执行多个除法运算
ΑΜ(ζ)/ΒΜ(ζ)ΟΑΕ(μ )/ΒΕ(μ )并且在这种情况下，可以改变μ直到该不等式变成等式。然而，这在数学上通常存在问题(例如必须避免被零除)，从而基本上更耗费时间。另外，图I至图9示出了幅度评价电路21，最好将出现在平均电路8的输出端的各个信号幅度作为输入信号馈送到该幅度评价电路21。作为替换，也可以在中间存储器6的下游或多路分离器5的下游取得该幅度评价电路21的输入信号。为了特别地以高精度测量精细位置值ζ，根据本发明传感器单元7的输出信号a(z(t))和b(z(t))不必是正弦或余弦形式。然而，由于传感器I的电压源的控制(如下所述)不需要特别高的精度水平，为此可以假定这些输出信号a(z(t))和b(z(t))近似符合公式a (z (t)) = Ampsin z (t)和b (z (t) = Amp COS Z (t)其中人mp是这些信号的峰值。然后，在根据该等式的第一近似中Amp2 (sin2 ζ ⑴ + Cos2 z (t)) =Amp2可以与瞬时精细位置值ζ无关地确定峰值人mp,这是因为幅度评价电路21将馈送到该幅度评价电路21的每个输入信号平方，并且根据这些平方的和计算根。以这种方式获得的幅度值被传送到电压控制的振荡器22，从而致动两个电荷泵23、24，这两个电荷泵23、24以如下方式调节传感器I的电流/电压源的低电压水平和高电压水平，即实现传感器信号电压范围最佳地适合于布置在下游的电路装置的输入电压范围，所述布置在下游的电路装置优选为包括所有电路单元2至10、14至16和20至22的IC部件。作为其另选方案，还可以通过在限定的测量区段上分别形成的两个输入信号中的一个信号的幅度值的积分来检测幅度平均值，并且可以将该幅度平均值馈送到电压控制的振荡器22。电荷泵对本领域技术人员来说是公知的。它们包括一种直流电压/直流电压转换器，关于这种转换器，使用电容器作为能量储存装置来根据输入电压产生更高或更低的输出电压。它们可以用简单廉价的元件构成。电荷泵使用电子开关，所述电子开关控制馈送到电容器的电荷和从电容器取得的电荷，在本发明的布置中，该电子开关通过电压控制的振荡器以所需方式致动。
图3示出了两个输出信号a(z)和b(z)相对于在横坐标上绘制的精细位置值ζ的可能曲线构形，可以通过根据本发明的方法在校准操作中在两个测量区段MSl和MS2上容易地对所述曲线构形进行处理，在图3中，左手侧纵坐标代表幅度值，右手侧纵坐标代表校准精细位置值μ。为了简化图示，这里考虑的是理想的即没有噪音的输出信号a(z)和b (ζ)，因此不需要平均化操作(这在实践中是不可避免的)。每个测量区段的开始和结束都由两个曲线中的一个曲线(这里是曲线a(z))的过零点限定，曲线b(z)的过零点相对于该过零点具有相移。为此，还将这两个曲线称为“半周期的”。两个曲线的过零点之间的相移(以机械稳定的传感器装置为前提条件)在整个工作范围上都相同。如将看到的，测量区段MSl明显比测量区段MS2长，并且两个曲线形式a(z)和b(z)的形状非常不同。然而，将注意的是，它们在两个测量区段中的每个测量区段中仅相交一次，从而这涉及到上面已经提到的“简单情况”。连接右手侧测量区段的两个曲线的其他
构形可以与测量区段MSl和MS2中的构形不同。校准精细位置值μ优选与ζ精确地成比例，因此可以由直线来表示，该直线在两个测量区段MSl和MS2上延伸，并且以斜率Ι/m上升，该直线在测量区段MS2与下一个测量区段的过渡处再次跃变为零值，以便在随后两个测量区段上方从该处开始再次以相同方式线性上升，如针对两个测量区段MSl和MS2示出的那样。在右手侧的测量区段MS2中示出了测量时刻tv，在该时刻取得幅度值Aa(Z)和Ab(z)用于以上描述的进一步处理操作，校准精细位置值μ (a, b)属于该测量时刻，并且在校准操作过程中与所述幅度值Aa(Z)和Ab(Z)相关联并且被存储，使得当这两个幅度值Aa(Z)和Ab(Z)在测量模式下出现时其可以作为用于物体的精细位置的测量值输出。对于参照图I至图3描述的实施方式，假定了传感器装置I包括四个霍尔元件I、
II、III和IV，这些霍尔元件I、II、III和IV在激励单元的磁场中布置成使得每对霍尔元件都经历相反方向的待测量磁场(反串联连接)，从而每对霍尔元件都输出一信号，其中从该信号消除了加性叠加干扰磁场分量。然而，由此能够实现的精确程度在许多情况下都不够，原因有两个一方面，在一定磁场配置的情况下，存在这样的危险，即每对霍尔元件的、就硬件方面来说连接在一起即固定不变地连接的两个霍尔元件不具有穿过它们的精确相同的磁场分量，由此测量结果可能不真实。另一方面，出于成本原因，优选地在集成电路芯片的顶侧上制造霍尔元件，电子信号处理和平均装置的主要部件布置在该集成电路芯片上。压电效应和不同的晶体结构于是在霍尔元件处产生应力效应，导致霍尔元件偏移，使得它们输出的信号包括不同的幅度值，即使在穿过它们的磁场具有相同磁场强度时也是这样。这里将由此产生的误差称为“电测
量误差”。为了克服上面提到的问题，有利的是在这些构形的每个构形中，通过将每个霍尔元件的信号获取连线与电源连线循环相互交换并且通过将电源连线的正极和负极彼此相互交换，来从每个霍尔元件I、II、III和IV获得非常快速连续的四个单独信号。每个由此快速连续产生的单独模拟信号电压值都被放大并且都被置入采样保持电路中的中间储存器内，直到出现相互交换循环的所有四个单独信号电压值，这些电压值被以正确的符号关系求和，以给出由所讨论的霍尔元件I或II或III或IV输送的信号，从而消除由霍尔元件本身产生的干扰分量。然而，如果使用具有放大器的特殊处理通道用于四个单独信号中的每个信号的放大和中间储存(就像迄今为止通常所用的那样)，则由于属于每个单独霍尔元件I、II、III和IV的四个处理通道的不同偏移电压和温度漂移现象而会导致无法消除的新的通常更大的误差。为了能够以高度精确的方式进行操作，根据本发明因此设置成对于所使用的四个霍尔元件I、II、III和IV不提供固定的布线，而是通过单通道预处理从在此处直接获取的十六个单独信号幅度值导出传感器单元7的对应数量的数字输出信号^(ζα))、
i (z (t)).....ivP (z (t))，如在图4至9中的实施方式的 情况下那样。在这方面，在信号标
识前面的上标罗马数字表示所讨论的信号源自四个霍尔元件Ι、Π、ΙΙΙ和IV中的哪一个霍尔元件。从这些图中可以看出，分别传送到多路复用器2的不仅仅是两个霍尔探针信号，而是十六个霍尔探针信号，该多路复用器2将这些霍尔探针信号循环连续地施加至放大器3，该放大器3的输出端具有连接在其下游的模拟/数字转换器4。由这些电路部分施加的积性扰动以相同方式传送到所有十六个信号中，并因此可以通过稍后的商格式而被消除。多路分离器5将以单个通道关系从霍尔探针信号导出的信号作为传感器单元7的
输出信号k (z (t)) Jb (z (t)).....Ivp (z (t))施加至十六个相互平行的输出线路，所述输出
线路通向中间储存装置6，所述中间储存装置6以时钟关系从传感器单元7的馈送至所述中间储存装置6的输出信号获取瞬时幅度值，并且将其置入中间储存器，直到属于单个精细
位置值ζ的所有十六个数字输出信号幅度值Λ kb)、A1Mz).....Aivp(Z)可同时用于进
一步处理。这可以以不同的方式实现在图4和图5所示的实施例中，在专用平均电路(AC)8中以与已经参照图I和图2描述的方式相同的方式从十六个幅度值A1a(ZhA1MZ)P-MAivp(Z)中的每个值同时形成平均值 1Ad1B(Z).....ivP(Z)0这些平均值1A(Z)、1B(Z).....ivP(Z)然后以无联合的关系即并行地在校准模式
下(图4)馈送到校准单元31，在测量模式下(图5)馈送到计算单元10，在这里它们被适当地处理或评价，如仅针对两个这样的平均值A(Z)和B(Z)与图I和图2的实施方式相关
地描述的那样。这里，分别从十六个参考值1ΑΕ(μ) ^Be(U).....ivPe(U)和十六个测量值
iAm(Z)^Bm(Z).....iPm(Z)形成叉积差，所述叉积差变化，直到它们已经至少以足够的精度
接近值零。当达到该条件时，属于所讨论的参考值组并存储在比较值存储器14中的真正精细位置值μ (Ae, Be, , Pe)被识别为当前自变量Φ (Φ = μ )，并且被确定且输出为当前精细位置值ζ = ηιμ。在图6和图7中所示的实施方式中，当根据快速连续的A1ai(Z)至Λ\(ζ)、Δ Ib1 (ζ)至 Δ iIdx(Z)等到 Δ ivP1 (ζ)至 Δ ινρχ(ζ)所有十六个幅度值 Δ Ja(z) > Δ iId (ζ)、· · ·、
Λ ivP(Z)都可用于同时处理时，还可从十六个幅度值A1a(Z)、A1Mz).....AivP(Z)分别
形成对应的平均值1A(z)、1B (ζ).....ivP (ζ)。然而，在这里，这些平均值被传送到预处理计
算电路9，在该预处理计算电路9，源自相应的霍尔元件I、II、III和IV的平均值因而被联合，以分别形成单个输出平均值Q(Z)或R(Z)或S(Z)或Τ(ζ)，从而消除霍尔元件的电偏移误差。相对于图I和图2描述的模拟霍尔元件信号(所述信号被分开地放大，并被置入中间存储器)的联合的主要不同是，在所有十六个信号共用的单个处理通道中进行放大和数字化，使得由该通道产生的误差以相同方式施加在所有信号上，并且在数字化操作之后不变化，从而可以在适当处理中通过差分格式将其消除。因而，如在上述变型中，在校准模式下(图6)，它们被传送到校准单元31，而在测量模式下(图7)，它们被传送到计算单元10，在此处，它们被适当地处理和评价。这里，叉积差分别由四个有关的参考值Qe(U)、RE(y)、SE(y^PTE(y )以及四个有关的测量值QM(z)、Rm(Z)、SM(y)和Tm(Z)形成，并且变化，直到它们至少以足够精度接近值零。当达到该条件时，属于所讨论的参考值组并存储在比较值存储器14中的真正精细位置值μ (Qe,Re,SE,Te)被识别为当前自变量Φ (Φ = μ )，并且被确定和输出为当前精细位置值ζ =Hiy。例如，这可以根据三个可能公式中的一个公式实现，下面指出了其中两个公式
·
[Qe (μ (ζ)) -Re (μ (z))] [SM (z) -Tm (ζ) ] - [Qm (ζ) -Rm (ζ) ] [Se ( μ (ζ)) _ΤΕ ( μ (ζ))]或[Qe (μ (ζ)) -Te (μ (ζ))] [SM (ζ) -Rm (ζ) ] - [Qm (ζ) -RTm (ζ) ] [Se ( μ (ζ)) -Re ( μ (ζ))]第三个公式通过信号Q、R、S和T的进一步置换来提供。对应的考虑同样适合于图8和图9的实施方式，图8和图9的实施方式与图6和图7的实施方式的区别还在于，这里不再为预处理计算电路9的输入信号进行平均化操作，而是对预处理计算电路9的输出信号进行平均化操作。然而，这里的主要区别是，在预处理操作中就已经消除了电测量误差和由于外来磁场扰动引起的误差，从而实现了简单的最终处理程序。根据本发明，在大多数广泛变化的适合变型中，可以将上述参照图I、图2和图4到图9描述的方法的各个处理步骤组合在一起。在上述实施方式中，已经分别描述了具有四个霍尔元件I、II、III和IV的传感器装置I。然而，根据本发明的方法也可以在仅具有三个霍尔元件的情况下执行，于是这三个霍尔元件例如供给十二个待处理的信号。可以进行交替对形成来形成叉积。叉积的一般形式通过将参考值组的一个或更多个元素乘以正被执行的测量值组的一个或更多个元素来提供。这里一般通过预处理和/或叉积执行的信号处理程序包括这样的基本概念，即可以通过差值的比例化处理消除所有干扰因子，如在上述DE 42 24 225A1中描述的那样。图10中的流程图示出了校准模式下的最重要的步骤，该流程图保留一般意义，也就是说该流程图并不是限于传感器单元7的给定数量的输出信号。在开始40之后，根据本发明的位置传感器的激励单元(该激励单元例如机械地刚性联接至校准标准30)在其运动范围上经过多个位置，所述多个位置分别由精细位置值ζ标识，在每个位置，传感器单元7在步骤41供给一组相关联的输出信号aE(z (t))、bE(z (t))、...，根据相应的实施方式，所述输出信号可以包括例如两个、三个、四个、十二个或十六个信号。在步骤42，从每个输出信号aE(z(t))、bE(z(t))、...连续地获取x个幅度值Δ aE1 (ζ)、. . .、Δ aEx (ζ), Δ bE1 (ζ)、——Λ hEx (ζ)、...,然后在步骤43中根据这些幅度值为每个输出信号aE(z(t))、bE(z(t))、...同时形成平均值Ae(z)、Be(z)、...。在这种情况下，至少在起始阶段中X必须大于1，因为在进一步的操作过程中，通过分别将之前的旧平均值Ae(Z)旧，、Be(Z)旧、· · ·和最新的单独幅度值Ae(Z)、Be(Z)、...在它们相加之前分别乘以加权因子gfdP gf2S后将所得到的和除以加权因子的和，通常就足以根据之前获得的平均值Ae(Z)旧、Be(Z)旧、· · ·和单个新的单独幅度值Ae(Z)、Be(Z)、…形成每个新的平均值Ae(Z)新、Be(Z)新…,因此X可以等于I。与上述操作并行地，校准标准30在步骤44中将与所讨论的精细位置值z (t)对应的校准精细位置值μ (ζ)输送到校准单元31，该校准单元31还获取在步骤43中形成的平均值Ae (ζ)、ΒΕ (ζ)...，并且在步骤45中利用校准精细位置值μ (ζ)将这些平均值转换成真实参数值Ae (μ (Z) )、Be (μ (ζ) )、...，并且将它们 与校准精细位置值μ (ζ)相关联。在步骤46中，真实参考值Ae (μ (ζ))、ΒΕ(μ (ζ))、...与相关联的校准精细位置值μ (ae，Be,...) 一起作为值多元组存储在比较值存储器14中。步骤47涉及询问是否已经覆盖整个运动范围。如果是“是”，则校准模式终止(框图48)，否则该方法返回步骤41以便处理一组输出信号aE (z (t))、bE(z (t))、· · ·，该组输出信号属于下一个精细位置值z (t)，并且由传感器单元7以上述方式输送出，从而在比较值存储器中逐渐地形成存储的值多元组的“库”，所述值多元组近似均匀地覆盖待监测物体的整个运动范围。在图11中所示的流程图中，步骤51到53与校准模式下的步骤41到43完全类似地发生，但在这里待处理的信号具有下标字母M以便清楚现在正被执行的是测量模式。然而，在步骤53之后，平均值Am(Z)、Bm(Z),没有被传送到校准单元31而是被传送到计算单元10，该计算单元为此同时从比较值存储器14接收第一组参考值ΑΕ(μ (ζ))、ΒΕ(μ (Ζ))、···(步骤 54)。在步骤55中，计算单元10基于预定算术操作特别是通过形成叉积比较所施加的平均值Am(Z)、Βμ(ζ)、···和从比较值存储器14输送出的参考值Ae (μ (ζ))、ΒΕ(μ (ζ))、···。如果满足预定一致性准则(对步骤56回答“是”)，例如，如果来自平均值Am(Z)、Βμ(ζ),...和参考值~(4 (ζ))、ΒΕ(μ (ζ)),...的叉积等于或近似等于零，则利用属于瞬时施加的一组参考值ΑΕ(μ (ζ))、ΒΕ(μ (ζ))、...的值多元组的校准精细位置值μ (ΑΕ，ΒΕ，...)根据等式ζ =πιμ计算当前精细位置值ζ (Am(Z)、Βμ(ζ)、....)，并且将该当前精细位置值输送给用户。所述方法然后返回步骤51，并再次从传感器单元7接收一组输出信号aM(z (t))、bM(z (t))、...，如果物体没有运动则该组输出信号可能属于同一精细位置值z (t)，或者该组精细位置值属于描述新的位置的新的精细位置值z (t)。如果准则56给出回答“否”，则所述方法返回步骤54，也就是说，比较值存储器将下一个值多元组输送到计算单元10，该计算单元10执行与仍然施加的测量值或平均值Am(Z)、Bm(Z).的更新比较。执行循环55、56、54，直到准则给出回答“是”，并且如上所述，所述方法一方面可以在步骤57中将所确定的精细位置值ζ = πιμ输送给用户，另一方面可以返回步骤51以获取传感器单元7的一组新的输出信号aM(z (t))、bM(z (t))、...，并且由此以所描述的方式确定新的精细位置值ζ。附图中所示的霍尔元件I、II、III、IV的位置应解释为仅仅是说明性的。在实践上，传感器装置的四个霍尔元件优选布置在方形的四个角部上。在具有三个霍尔元件的传感器中，它们可以布置在三角形的角部上或直线上，如在德国专利申请No 10 2010 050356. 8中描述的那样，该德国专利申请不是在先公开，通过参考将其技术内容全部结合在本文中。除了至此已经主要描述的霍尔元件外，还可以采用其他的磁敏感传感器，特别是
GMR传感器(GMR =巨磁阻)。
权利要求
1.一种通过位置传感器确定描述可移动物体的瞬时绝对位置的精细位置值Z的方法，所述位置传感器包括固定传感器单元(7)和激励单元，该激励单元与所述物体一起运动，并且能够经过预定运动范围，该预定运动范围包括至少一个测量区段，其中所述传感器单元(7)输送出多个输出信号，所述多个输出信号至少在可再现的测量区段内共同明确地描述精细位置值z，其中在测量模式下，在计算单元(10)中将从所述输出信号推导出的信号的值与存储在比较值存储器(14)中的参考值进行比较， 其特征在于 在所述位置传感器的校准模式中，所述激励单元相对于校准单元(31)呈限定关系，并且经过其运动范围至少一次，在所述校准模式中，从所述传感器单元(7)的输出信号aE(z(t)), bE(z (t)),...同时连续获得幅度值组AaE(z), AbE(z),...,从该幅度值组AaE(z), AbE(z)、···形成分开的平均值组Ae (z)，Be (z)、...，所述平均值组分别暗含作为未知量的相关联的真正精细位置值z，并且被馈送到所述校准单元(31)，该校准单元(31)利用对该校准单元(31)来说已知并且以限定关系与所述精细位置值z (AE，BE，...)相关的校准精细位置值μ (Z)将其转换成真实参考值Ae (μ (Z) )，Be (μ (ζ))、...，并且作为相关联的值多元组将它们分别与相关联的已知精细位置值μ (Ae,Be,...) 一起存储在所述比较值存储器(14)中，并且 在测量模式下，针对每个待确定的当前精细位置值ζ，从所述传感器单元(7)的对其进行识别的输出信号aM(z(t))、bM(z(t))，...同时连续获取幅度值组AaM(z), AbM(z)，···，从该幅度值组形成分开的作为测量值的平均值组Am(Z)，Bm(Z)，...，然后在所述计算单元(10)中从所述作为测量值的平均值组通过存储在所述比较值存储器(14)中的所述真实参考值Ae (μ (Z))，Be (μ (Z))，...以及相关联的已知精细位置值μ (AE, Be,...)确定当前精细位置值z (Am，Bm, ...) = my (AE，BE，...)，一组的参考值和一组的测量值的叉积差朝向零变化。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述校准模式下，从所述传感器单元(7)几乎同时获取正好两个在所述传感器单元(7)中预处理的输出信号uE(z(t)，vE(z(t)，从所述输出信号uE(z (t), Ve (z (t)连续地取得多(X)对幅度值Auei(Z), ···, Auex(Z),Λ vE1 (ζ)，...，Λ νΕχ (ζ)，并且由此同时形成对应对平均值Ue (ζ)，Ve (ζ)，所述对应对平均值作为参考值对被直接馈送到所述校准单元(31)，该校准单元(31)将它们转换成校准平均值对 υΕ(μ (z)), VE(y (ζ))，以及 在所述测量模式下，从所述传感器单元(7)几乎同时取得正好两个在所述传感器单元(7)中预处理的输出信号uM(z(t))，％(2(0)，从所述输出信号％(2(0)，Vm(M)连续取得多(X)对幅度值Aumi(Z) ,. . . , Aumx(Z) , Δ νΜ1 (ζ),. . . , Δ vMx(z),并且由此同时形成对应对平均值Um(Z)，Vm(Z)，所述对应对平均值作为参考值对被馈送到所述计算单元(10)，以及 通过朝向零变化的叉积差υΜ(ζ)νΕ(μ (z))-VM(z)UE(μ (ζ))来确定当前精细位置值ζ (UM, Vm) =my (UE，VE)(图 I 和图 2)。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述校准模式下，从所述传感器单元(7)几乎同时取得十六个输出信号，所述十六个信号形成四组，每组都包括四个源自同一个传感器元件(I，II，III，IV)的四个输出信号 1Be (Z (t) ) , IbE (Z (t) ) , 1Ce (Z (t) ) , Me (z (t)),neE (z (t))，nfE (z (t))，ngE (z (t))，nhE (z (t))， Π\Ε (z (t))，111 jE (z (t))，mkE (z (t))，iiiIe (z (t))， IvmE (ζ (t))，ινηΕ (ζ (t))，ινοΕ (ζ (t))，ινρΕ (ζ (t)) 并且从所述十六个输出信号同时连续取得多(X)组幅度值 Δ 1Bei (ζ),…，Δ 1Bex (ζ),..............., Δ 1Clg1 (Z),…，Δ Mex (ζ), Δ neE1 (ζ), , Δ neEx (ζ),..............., Δ nhE1 (ζ), , Δ nhEx (ζ),Δ ΠΙ Ε1 (ζ)，· · ·，Λ ΠΙ Εχ (ζ)，..............., Δ iiiIei (ζ)，· · ·，Λ iiiIex (ζ)， Δ IvmE1 (ζ), ...，Δ IvmEx (ζ),...............，Δ ινρΕ1 (ζ), , Δ ινρΕχ (ζ) 并且由此同时形式对应组的平均值 iAe(Z), iBe(Z), iCe(Z),iDe(Z)和 πΕε(ζ), nFE(z), nGE(z), ιπΗε(ζ)和 mIE(z), mJE(z), mKE(z), iiiLe(Z)和 ivMe (ζ) ,ivNe (ζ)，IV0E(Z) ,ivPe(Z) 在这些平均值中，源自相应的传感器元件(I，II，III，IV)的平均值在预处理计算电路(9)中被联合在一起，从而产生没有电测量误差的四个平均值Qe(z)，Re(Z)，Se(Z)，Te(Z)，所述四个平均值作为一组馈送到所述校准单元(31)，所述校准单元(31)将它们转换成对应组的四个校准平均值 QE(y (z)),RE(u (z)),SE(y (ζ)),ΤΕ(μ (ζ))，以及 在测量模式下，从所述传感器单元(7)几乎同时取得十六个输出信号，所述十六个输出信号形成四组，每组均包括源自同一个传感器元件(I，II，III，IV)的输出信号、(Ζ(t)), IbM(Z(t)) , 1Cm(z(t)), Mm(z(t)), neM (ζ (t))，nfM (ζ (t))，ngM (ζ (t))，nhM (ζ (t))， miM(ζ (t))，iiiJm(ζ (t))，mkM (ζ (t))，iiiIm(ζ (t))， IvmM (ζ (t))，ινηΜ (ζ (t))，ινοΜ (ζ (t))，ινρΜ (ζ (t)) 从所述十六个输出信号同时连续地取得多(X)组幅度值 Δ a(ζ)Δ aΜχ (ζ)，............，Δ (ζ)，· · ·，Δ (Imx (ζ)， Δ neM1 (ζ),…，Δ neMx (ζ),............, Δ nhM1 (ζ),…，Δ nhMx (ζ),Δ ΠΙ Μ1 (ζ), ... , Δ ΠΙ Μχ (ζ) ,............，Δ iiiImi (ζ), ... , Δ iiiImx (ζ)， A γ%ι (ζ)，· · ·，Δ rnMx (ζ)，............，Δ ρΜ1 (ζ)，· · ·，Δ ρΜχ (ζ) 并同时由此形成对应组的平均值1Am(Z)，1Bm(Z)，1Cm(Z)，1Dm(Z)，iiMm(Z)，iiFm(Z)，iiGm(Z)，iiiHm(Z)，mI (z), mJM(z), mKM(z), iiiLm(Z),ivMm(Z), ivNm(Z), iv0m(z), ivPm(Z) 在这些平均值中，分别源自传感器元件(I，II，III，IV)的平均值在预处理计算电路(9)中被联合在一起，从而产生没有电测量误差的四个平均值QM(z)，RM(z)，SM(Z)，Tm(Z)，这四个平均值作为测量值被馈送到所述计算单元(10)，并且通过朝向零变化的叉积差[Qe ( P (ζ)) -Re (μ (ζ)) ] [SM (z) -Tm (ζ) ] - [Qm (z) -Rm (ζ)][SE(μ (ζ))-Te(μ (2))]确定当前精细位置值2(0 ，冗，5 ，1 ) = my (QE，RE，SE，ΤΕ)(图 6 和图7)。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述校准模式下，从所述传感器单元(7)几乎同时取得十六个输出信号，所述十六个输出信号形成四组，其中每组都包括源自同一个传感器元件(I，II，III，IV)的四个输出信号 1Be (Z (t) ) , IbE (Z (t) ) , 1Ce (z (t) ) , Me (z (t)), neE (ζ (t))，nfE (ζ (t))，ngE (ζ (t))，nhE (ζ (t))， ΙΠ Ε (ζ (t))，mjE (ζ (t))，mkE (ζ (t))，iiiIe (ζ (t))， IvmE (ζ (t))，ινηΕ (ζ (t))，ινοΕ (ζ (t))，ινρΕ (ζ (t)) 从所述十六个输出信号同时连续地取得多(X)组幅度值 Δ 1Bei (ζ),…，Δ 1Bex (ζ),..............., Δ 1Clg1 (Z),…，Δ Mex (ζ), Δ neE1 (ζ), , Δ neEx (ζ),..............., Δ nhE1 (ζ), , Δ nhEx (ζ),Δ ΠΙ Ε1 (ζ)，· · ·，Λ ΠΙ Εχ (ζ)，..............., Δ iiiIei (ζ)，· · ·，Λ iiiIex (ζ)， Δ IvmE1 (ζ), ...，Δ IvmEx (ζ),...............，Δ ινρΕ1 (ζ), , Δ ινρΕχ (ζ) 所述多组幅度值被馈送到预处理计算电路(9)，该预处理电路(9)首先分别将源自同一个传感器元件的幅度值分别联合在一起，从而产生没有电测量误差的四个信号，然后为了消除外部干扰场值，它们被联合在一起以提供多(X)个计算电路幅度值对Auei(Z)，...，ΔιιΕχ(ζ), Δ νΕ1 (ζ), ... , Δ νΕχ(ζ),从该计算电路幅度值对同时形成对应对的平均值UE(z),VE(z)，所述对应对的平均值作为参考值对直接馈送到所述校准单元(31)，所述校准单元(31)将它们转换成校准平均值对UE( μ )，VE( μ )， 在所述测量模式下，从所述传感器单元(7)几乎同时地取得十六个输出信号，所述十六个输出信号形成四组，每组都包括源自同一个传感器元件(I，II，III，IV)的四个输出信号、(Ζ(t)), IbM(Z(t)) , 1Cm(z(t)), Mm(z(t)), neM (ζ (t))，nfM (ζ (t))，ngM (ζ (t))，nhM (ζ (t))， miM(ζ (t))，iiiJm(ζ (t))，mkM (ζ (t))，iiiIm(ζ (t))， IvmM (ζ (t))，ινηΜ (ζ (t))，ινοΜ (ζ (t))，ινρΜ (ζ (t)) 从所述十六个输出信号同时连续地取得多(X)对幅度值 Δ a(ζ)Δ aΜχ (ζ)，...............，Δ (ζ)，· · ·，Δ (Imx (ζ) · Δ nmM1 (ζ),…，Δ nmMx (ζ),..............., Δ nhM1 (ζ),…，Δ nhMx (ζ),Δ ΠΙ Μ1 (ζ), ... , Δ ΠΙ Μχ (ζ) ,...............，Δ iiiImi (ζ), ... , Δ iiiImx (ζ)， A γ%ι (ζ)，· · ·，Δ rnMx (ζ)，...............，Δ ρΜ1 (ζ)，· · ·，Δ ρΜχ (ζ) 所述多对幅度值被馈送到预处理计算电路(9)，所述预处理计算电路(9)首先分别将源自同一个传感器原件的幅度值联合在一起，从而产生没有电测量误差的四个信号，为了消除外部干扰场值，所述四个信号然后被联合在一起以提供多(X)个计算电路幅度值对Δ Umi (Z) , , Δ Umx (Z) , Δ Vmi (Z) , , Δ VMx (Z),从所述计算电路幅度值对 Δ Umi (Z),,Aumx(Z), ΔνΜ1(ζ),..., Δ νΜχ (ζ)同时形成对应对的平均值UM(z), VM(z),以及 通过朝向零变化的叉积差Um (ζ) Ve (μ (z))-VM(z)UE (μ (ζ))确定当前精细位置值ζ (UM，V=my (UE, Ve)(图 8和图 9)。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了在进行中形成分离的平均值(A(z)，B(Z)，...)，从之前的平均值形成相应的新的平均值，所述之前的平均值由可预定数量的之前确定的单独幅度值形成，并且设置有第一加权因子，最新的相关联的单独幅度值设置有第二加权因子。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，在实际测量模式之前通过所述校准装置(31)和外部校准标准(30)进行所述校准模式，所述外部校准标准(30)机械联接至用于实现限定相关性的所述激励单元，并且输送出校准精细位置值(μ (ζ))，其中μ = z/m,对于刚性联接m = I。
7.一种确定待监测物体的位置的方法，该待监测物体的运动范围被细分为多个测量区段，所述多个测量区段一方面被绝对地计数，另一方面如权利要求I至5中任一项中所述为所述多个测量区域确定精细位置值(ζ)，其特征在于，在所述校准模式下以及在所述测量模式下，所述传感器单元(7)的输出信号aE(z(t)), bE(z(t)), ...以及由此获得的平均值A(Z)，B(Z)，...分别至少为半周期的，其中所述半周期的长度分别对应于相关联的测量区段的长度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述校准模式下和所述测量模式下都通过磁场传感器分别输送出传感器信号。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器单元(7)包括多路复用器(2)，通过所述多路复用器(2)，在所述校准模式下和在所述测量模式下，所述多个传感器元件的对应信号都被交替地馈送到包括放大器(3)和模拟/数字转换器的单一处理通道，所述模拟/数字转换器用来将所述传感器单元(7)的输出信号a(z(t))，b(z(t)),...转换成数字形式，并且使用多路分离器恢复多通道配置，并且为属于同一精细位置值⑴的幅度值Aa(z)，Ab(z),...执行中间储存，直到相应的其他幅度值可用而使得它们能够被同时地进一步处理。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述测量模式下，由所述计算单元(10)从相应的测量值Am(z)，Bm(Z),...以及所述计算单元(10)从所述比较值存储器(14)获得的相应的真实参考值~&)，8￡&)，...计算输出值δ (t)， 为了形成调节环路，向所述比较值存储器(14)的控制输入端馈送由反馈电路(15)产生并依赖于所述计算电路(10)的输出值δ (t)的可变输入值cp(t)，并且 当所述计算电路(10)的输出值δ (t)至少近似等于零时，将所述比较值存储器(14)的输入值Cp(t)设置为已知精细位置值μ (Ae, Be,...)的m倍，该已知精细位置值μ (Ae,Be,...)属于所讨论的真实参考值ΑΕ(μ)，ΒΕ(μ)，...并且与正被寻求的精细位置值(ζ)相等地存储在所述比较值存储器(14)中z (Am, Bm, ...) = my (Ae, Be, · · ·)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，除了所述精细位置值(ζ)之外，还可以通过接口(16)使得用户能够利用用于改变所述比较值存储器(14)的输入值φ“)和所述计算电路(10)的输出值δ (t)的符号的增量信号。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，依赖于所述传感器信号的幅度将所述传感器的电压源的电压水平控制成使得确保信号电压范围与处理所述传感器信号的电路单元的输入电压范围最佳地相适应。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述真实参考值ΑΕ(μ )，ΒΕ(μ), ...和已知精细位置值μ (Ae, Be,...)以离散的支撑值的形式存储，在所述离散的支撑值之间进行插值操作以确定中间值。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对由于延迟时间和处理时间弓I起的滞后误差进行修正。
15.一种设备，该设备用于执行如前述权利要求中一个或更多个权利要求所述的方法。
全文摘要
用于确定可移动物体的精细位置值z的位置传感器包括与所述传感器一起移动的激励单元和固定传感器单元(7)，该传感器单元(7)同时发出共同描述该精细位置值的多个输出信号aE(z(t))，bE(z(t))，...。在校准模式下，在激励单元和校准单元(3)之间存在限定关系，并且从所述输出信号捕获幅度值组ΔaE(z)，ΔbE(z)，...，并从所述幅度值组形成平均值组AE(z)，BE(z)，...，该平均值组被供给校准单元(31)，该校准单元(31)利用精细位置校准值μ(z)将所述平均值组转换成参考值AE(μ(z))，BE(μ(z))，...，并且将所述参考值与相关联的精细位置值μ(AE，BE，...)一起作为相关值多元组存储在比较值存储器(14)中。在测量模式下，从输出信号aM(z(t))，bM(z(t))，...捕获幅度值组ΔaM(z)，ΔbM(z)，...，以便确定精细位置值，通过形成平均值从所述幅度值组生成测量值组AM(z)，BM(z)，...，并将所测量值组供给算术单元(10)，该算术单元(10)从变化参值组的参考值和当前测量值组的参考值形成叉积差，并且令所述差趋近于零，以便确定当前精细位置值。
文档编号G01D5/14GK102959361SQ201180004175
公开日2013年3月6日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年3月5日
发明者W·梅纳特, T·泰尔 申请人:W·梅纳特, T·泰尔