SI26261A - Magnetni dajalnik z dvema sledema - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na izboljšano napravo magnetnega dajalnika za merjenje položaja čitalne glave glede na magnetni trak. Naprava magnetnega dajalnika po izumu omogoča enako točnost določanja položaja kot magnetni dajalniki z zakodiranimi biti v periodah magnetnega traku, kot je razkrito v stanju tehnike, vendar predstavlja izboljšavo, s tem da preseže omejitev dolžine magnetnega traku, ki jo določa število bitov v besedi. Magnetni dajalnik po tem izumu omogoča večkratno povečanje (merilne) dolžine magnetnega traku, ne da bi povečali število magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi na sled in pripadajoče število period na magnetnem traku, čez katere se razteza množica magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi. Nadalje je možno povečati (merilno) dolžino magnetnega traku, ne da bi spremenili dolžino periode na magnetni sledi.

Description

Magnetni dajalnik z dvema sledema

Izum se nanaša na izboljšano napravo magnetnega dajalnika za merjenje položaja čitalne glave glede na magnetni trak. Magnetni trak je lahko raven ali ukrivljen, na primer krožen. Skladno s tem se lahko položaj, ki ga določi naprava magnetnega dajalnika, izrazi na primer kot razdalja ali kot k6t od izhodiščne točke. Take naprave se na široko uporabljajo v aplikacijah, kjer obstaja potreba po elektronskem signalu, ki ustreza položaju ali gibanju merjenca glede na osnovo. Čitalna glava je pritrjena na merjencu, medtem ko je magnetni trak pritrjen na osnovi ali obratno. Naprave magnetnega dajalnika se na primer uporabljajo na primer v obdelovalnih strojih za določanje položaja orodja, v robotih za merjenje kotov zglobov, v video-nadzornih sistemih ali v elektromotorjih za določanje položaja rotorja, kar omogoča avtomatsko upravljanje teh naprav, na primer s programsko opremo.

Magnetni dajalnik! so poznani iz stanja tehnike, US4319188 namreč razkriva rotacijski magnetni dajalnik za zaznavanje inkrementalnega zasuka, kotne hitrosti in smeri vrtenja vrtljivega elementa z uporabo magnetouporovnih senzorjev, kjer je na površini vrtljivega elementa nameščen magnetni medij, ki je razdeljen pri koraku p v množico magnetnih odsekov, od katerih ima vsak zapisan magnetni signal.

Nadalje EP 2823260 B1 razkriva napravo magnetnega dajalnika z magnetnim trakom, ki proizvaja periodično ponavljajoč se magnetni vzorec, medtem ko so v namagnetenih območjih magnetnega traku zakodirani podatkovni biti, ki jih zaznava čitalna glava z množico magnetnih senzorskih elementov, ki se raztezajo čez več period magnetnega vzorca na magnetnem traku. Množica magnetnih senzorskih elementov proizvaja množico senzorskih signalov, ki jih analizira analizator. Analizator ugotavlja vrednost podatkovnih bitov, ki so zakodirani v vseh periodah v skupini magnetnih period, čez katere se raztezajo magnetni senzorji. Ugotovljena vrednost zakodiranih podatkovnih bitov tvori oznako položaja, ki je dodeljena vnaprej določeni magnetni periodi, na primer skrajno levi magnetni periodi v skupini period, čez katere se raztezajo magnetni senzorji. Na tak način je za vsako periodo na magnetnem traku oznaka položaja, ki je dodeljena tej periodi. Podatkovni biti, zakodirani v magnetnem traku, so razmeščeni tako, da ima vsaka magnetna perioda dodeljeno enolično oznako položaja. Isti dokument razkriva tudi, kako se določi relativni položaj množice magnetnih senzorjev oziroma vnaprej določeno značilno mesto znotraj množice magnetnih senzorjev glede na magnetno periodo, s tem da se izračuna faza iz množice senzorskih signalov. Položaj čitalne glave, natančneje značilnega mesta na čitalni glavi glede na magnetni trak, se torej določi z združitvijo dveh podatkov, s prvim, grobim, katera perioda je relevantna, se določi z oznako položaja, in z drugim, finim, kjer se relativni položaj znotraj te periode določi s fazo znotraj te periode. Ker se vsaka oznaka položaja pojavi samo enkrat na magnetni trak, se lahko pridobi absolutni položaj čitalne glave.

Po prednostnem izvedbenem primeru EP 2823260 B1 je samo en bit informacij zakodiran v eni periodi magnetnega traku. V tem primeru enolična oznaka položaja ali kodna beseda, ki se uporablja za namen kodiranja, sestoji iz bitov. Število Nw bitov v kodni besedi t.j. dolžina kodne besede, je odvisno od tega, čez koliko period magnetnega traku se razteza množica magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi, število Nw bitov v kodni besedi je v bistvu enako ali zaokroženo navzdol iz števila Ne period magnetnega traku, čez katere se razteza množica magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi. Za kodno besedo z dolžino Nw je število enoličnih kodnih besed, t. j. kombinacij vrednosti bitov, ki se lahko generirajo, enako 2^Nw. Vsaka od teh enoličnih kombinacij se lahko dodeli vsaki periodi znotraj določene skupine period na magnetnem traku. Da bi se izognili ponavljanju, je zato največje skupno število Nt period na magnetnem traku odvisno od števila bitov v besedi Nw, in sicer je Nt največ enak ali manjši od 2^Nw.

V krožnih oz. sklenjenih magnetnih trakovih zadnji periodi magnetnega traku neposredno sledi prva perioda magnetnega traku, tako se v vseh položajih čitalne glave glede na magnetni trak z zgoraj omenjenimi zakodiranimi podatkovnimi biti množica magnetnih senzorjev razteza čez Ne period. Vendar pa je v ravnih oz. linearnih magnetnih trakovih z Nt periodami merilna dolžina magnetnega traku, t. j. dolžina, kjer se lahko določa položaj čitalne glave, skrajšana za dolžino množice magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi, ker se takrat, ko zadnji magnetni senzorski element doseže zadnjo periodo na magnetnem traku, čitalna glava več ne more premakniti naprej. V primeru, da bi se čitalna glava premaknila naprej, bi se zadnji magnetni senzorski element nahajal onkraj zadnje periode in tako ne bi zaznaval ustreznega magnetnega polja magnetnega traku. Da bi odpravili ta problem, namreč dosegli, da je učinkovita dolžina magnetnega traku enaka dejanski dolžini magnetnega traku z Nt periodami, se v nekaterih izvedbenih primerih lahko dodajo dodatne Ne periode za zadnjo periodo (Nt-to perioda), tako da vsi magnetni senzorski elementi zaznavajo ustrezno magnetno polje iz magnetnega traku, tudi kadar se zadnji magnetni senzorski element v čitalni glavi premakne čez Nt-to periodo. Vzorec zakodiranih bitov dodanih period se v bistvu ponovi iz prvih period na magnetnem traku, tako v smislu magnetnih signalov dosežemo analogen učinek kot pri krožnih magnetnih trakovih, ko se množica magnetnih senzorskih elementov razteza delno čez zadnje periode in delno čez prve periode na magnetnem traku, in s tem vsi magnetni senzorski elementi v vseh možnih položajih čitalne glave zaznavajo ustrezno magnetno polje iz magnetnega traku.

Slabost je, če povečamo dolžino čitalne glave, s tem da povečamo število Nst magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi, medtem ko ohranimo enako razdaljo med magnetnimi senzorskimi elementi, da bi povečali število Ne period na magnetnem traku, čez katere se razteza množica magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi, zlasti kadar je magnetni trak ukrivljen ali krožen, ker so magnetni senzorski elementi v čitalni glavi v večini primerov razmeščeni v liniji. Posledično so magnetni senzorski elementi v sredini čitalne glave bliže magnetnemu traku kot magnetni senzorski elementi, ki so bolj oddaljeni od sredine. Ker se gostota magnetnega polja nad periodično namagnetenim trakom eksponentno zmanjšuje z razdaljo med magnetnimi senzorji in magnetnim trakom, morda signali, ki jih generirajo magnetni senzorski elementi na robovih čitalne glave, ne bodo zadostni, da bi analizator zanesljivo dekodiral zakodirane podatkovne bite. Zato je zaželeno, da se poveča merilna dolžina magnetnega traku, ne da bi povečali število Nst in/ali Ne.

Naprava magnetnega dajalnika po izumu omogoča enako točnost določanja položaja kot magnetni dajalniki z zakodiranimi biti v periodah magnetnega traku, kot je razkrito v stanju tehnike, vendar predstavlja izboljšavo, s tem da preseže omejitev dolžine magnetnega traku, ki jo določa število Nw bitov v kodni besedi. Magnetni dajalnik po tem izumu omogoča večkratno povečanje (merilne) dolžine magnetnega traku, ne da bi povečali število Nst magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi na sled in pripadajoče število Ne period na magnetnem traku, čez katere se razteza množica magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi. Nadalje je možno povečati (merilno) dolžino magnetnega traku, ne da bi spremenili dolžino periode na magnetni sledi.

Naprava magnetnega dajalnika po izumu obsega magnetni trak, ki obsega vsaj dve magnetni sledi, in sicer prvo magnetno sled z vrsto menjajočih se namagnetenih območij prvega tipa in namagnetenih območij drugega tipa, ki si periodično sledijo, pri čemer imajo namagnetena območja prvega tipa nasprotni magnetni pol kot namagnetena območja drugega tipa, s čimer se tvori število N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi vzdolž njene dolžine L1,

- vsaj eno dodatno magnetno sled z vrsto menjajočih se namagnetenih območij tretjega tipa in namagnetenih območij četrtega tipa, pri čemer imajo namagnetena območja tretjega tipa nasprotni magnetni pol kot namagnetena območja četrtega tipa, s čimer se tvori število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi vzdolž njene dolžine L2, čitalno glavo z množico prvih magnetnih senzorskih elementov za zaznavanje magnetnega signala prve magnetne sledi, ki proizvedejo množico prvih senzorskih signalov, in množico dodatnih magnetnih senzorskih elementov za zaznavanje magnetnega signala dodatne magnetne sledi, ki proizvedejo množico dodatnih senzorskih signalov.

Prvi magnetni senzorski elementi so zasnovani tako, da se lahko vsaj en izhodni periodični signal z N1' periodami signala, na primer sinusni periodični signal, generira iz množice prvih senzorskih signalov, medtem ko se prvi magnetni senzorski elementi premikajo nad periodično namagnetenimi območji prve magnetne sledi vzdolž dolžine L1 prve magnetne sledi. V nekaterih izvedbenih primerih množice prvih magnetnih senzorskih elementov, kot so Hallov! elementi, je število NT period signala tega periodičnega signala v bistvu enako številu N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi. V drugih izvedbenih primerih množice prvih magnetnih senzorskih elementov, kot so anizotropni magnetouporovni (AMR) senzorji, je število ΝΓ period signala v bistvu dvakratnik števila N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi, ker ti senzorji v bistvu generirajo eno celo periodo signala na vsako namagneteno območje na prvi magnetni sledi.

Iz stanja tehnike je poznano, da množica magnetnih senzorskih elementov, ki obsega na primer 4 Hallove elemente, proizvede dva periodična signala odvisno od položaja Hallovega senzorja glede na magnetno sled z magnetnimi periodami, pri čemer so faze teh dveh periodičnih signalov premaknjene za četrtino periode, na primer kot sinusni in kosinusni signali. Nadalje je iz stanja tehnike tudi poznano, npr. v W02005008182A1, kako se iz teh dveh periodičnih signalov izpelje drug periodični signal, namreč fazni periodični signal, ki je premo sorazmeren z relativnim položajem Hallovih elementov glede na magnetno sled znotraj periode tega periodičnega signala, s tem da se opravi izračun arkus tangensa na kosinusnih in sinusnih signalih.

Množica prvih in drugih magnetnih senzorskih elementov se lahko izvede na več načinov, lahko na primer obsegajo Hallove elemente ali senzorje ali druge tipe senzorjev, kot so anizotropni magnetouporovni (AMR) senzorji, velikanski magnetouporovni (angl. Giant, GMR) senzorji, tunelski magnetouporovni (TMR) senzorji, ki jih skupno poimenujemo xMR senzorji.

Magnetni dajalniki v stanju tehnike obsegajo tudi analizator in po izumu je analizator povezan z množico prvih magnetnih senzorskih elementov in množico dodatnih magnetnih senzorskih elementov, ki imajo obdelovalne zmožnosti za sprejem in analiziranje množice prvih senzorskih signalov in množice dodatnih senzorskih signalov, da se zagotovi položaj čitalne glave glede na prvo magnetno sled in/ali dodatno magnetno sled, na primer na podlagi relativnega položaja čitalne glave znotraj signalnih period na prvi magnetni sledi, zakodiranih bitnih vrednosti na dodatni magnetni sledi in fazne razlike med periodičnim (faznim) signalom s prve magnetne sledi in periodičnim (faznim) signalom z dodatne magnetne sledi.

Število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi se poveča ali zmanjša za eno periodo, ali manj kot eno periodo, glede na število NT period signala, ki jih generira množica prvih magnetnih senzorskih elementov. Prednostno se število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi poveča ali zmanjša za natanko ena, glede na število N1' period signala, glede na prvo magnetno sled.

Dolžina L2 dodatne magnetne sledi ustreza dolžini L1 prve magnetne sledi. Prva in dodatna magnetna sled sta fiksno pritrjeni na magnetnem traku.

Dolžina Lp1 magnetne periode na prvi magnetni sledi v vzdolžni smeri prve magnetne sledi je zato L1/N1, dolžina Lp2 magnetne periode na dodatni magnetni sledi v vzdolžni smeri dodatne magnetne sledi pa je L2/N2.

Položaj čitalne glave ali značilnega mesta na njej glede na prvo magnetno sled in/ali dodatno magnetno sled, ki jo zagotavlja analizator, je lahko izražen na različne načine, na primer kot kčt, zlasti če je magnetni trak ukrivljen ali krožen, ali kot absolutni položaj.

V nekaterih izvedbenih primerih je lahko analizator nameščen v čitalni glavi ali integriran v njej.

V možnih izvedbenih primerih je lahko celotna dolžina vsake magnetne sledi sestavljena iz dveh ali več enakih odsekov in gornji opis velja za vsak posamezni odsek prve magnetne sledi in za vsak posamezni odsek dodatne magnetne sledi. Da trenutnega izuma ne bi omejili na izvedbeni primer z enim odsekom na prvo magnetno sled in na nadaljnjo magnetno sled, bi lahko definirali tudi, da je L1 dolžina odseka prve magnetne sledi, L2 je dolžina odseka dodatne magnetne sledi, N1 je število magnetnih period na odsek prve magnetne sledi in je N2 število magnetnih period na odsek dodatne magnetne sledi. V nadaljevanju se v opisu sklicevanje na prvo magnetno sled zamenljivo in mutatis mutandis uporablja tudi tako, da pomeni odsek prve magnetne sledi, in se sklicevanje na dodatno magnetno sled zamenljivo in mutatis mutandis uporablja tudi tako, da pomeni odsek dodatne magnetne sledi.

Magnetne periode na prvi magnetni sledi imajo v bistvu konstantno dolžino Lp1 po celotni dolžini L1 prve magnetne sledi; in prednostno vsa namagnetena območja prvega tipa in vsa namagnetena območja drugega tipa imajo enako dolžino v vzdolžni smeri prve magnetne sledi.

Ena od vsaj dveh možnih vnaprej določenih podatkovnih vrednosti, t. j. vrednosti bitov v binarnem sistemu, je magnetno zakodirana v vsaki magnetni periodi dodatne magnetne sledi. Po prednostnem izvedbenem primeru se binarni sistem uporabi za vnaprej določene podatkovne vrednosti, tako je ena od dveh možnih vnaprej določenih vrednosti bitov magnetno zakodirana v vsaki magnetni periodi dodatne magnetne sledi, kot sledi. Vsako namagneteno območje na dodatni magnetni sledi, ki sodi k vsaj eni skupini izmed skupine namagnetenih območij tretjega tipa ali skupine namagnetenih območij četrtega tipa, se lahko namagneti z eno od dveh možnih vrednosti magnetne gostote, in sicer s prvo magnetno vrednostjo ali drugo magnetno vrednostjo, da se zakodira podatkovni bit. Podatkovni bit zavzame prvo vrednost bita, na primer logično »1«, če je magnetna gostota s prvo magnetno vrednostjo, in podatkovni bit zavzame drugo vrednost bita, na primer logično »0«, če je magnetna gostota z drugo magnetno vrednostjo. Zato se lahko v vsaki magnetni periodi dodatne magnetne sledi zakodira bodisi prva vrednost bita bodisi druga vrednost bita. Dodatni magnetni senzorski elementi so zasnovani za zaznavanje zakodirane vrednosti bita.

Magnetne periode na dodatni magnetni sledi, ki jih tvorijo namagnetena območja tretjega tipa in namagnetena območja četrtega tipa, imajo v bistvu konstantno dolžino Lp2 po vseh dolžini L2 dodatne magnetne sledi ne glede na možne razlike v amplitudah magnetne gostote, ki jih proizvajajo omenjena namagnetena območja. Prednostno je vsako namagneteno območje tretjega tipa v vsaki magnetni periodi modulirano v smislu magnetne gostote, namreč zakodirano z eno od dveh možnih vrednosti magnetne gostote, in v takem primeru je prednostno dolžina Lp2 period definirana z razdaljo med dvema središčema dveh sosednjih namagnetenih območij tretjega tipa. V primeru, da je analogno vsako namagneteno območje četrtega tipa v vsaki periodi modulirano v smislu magnetne gostote, je Lp2 perioda definirana z razdaljo med dvema središčema dveh sosednjih namagnetenih območij četrtega tipa.

Modulacija namagnetenega območja tretjega tipa in/ali namagnetenega območja četrtega tipa na dodatni magnetni sledi v smislu magnetne gostote, da bi zakodirali vnaprej določeno podatkovno vrednost, t.j. podatkovni bit v binarnem sistemu, v vsako periodo dodatne magnetne sledi, se lahko doseže na različne načine. Po prednostnem izvedbenem primeru se dve magnetni vrednosti na primer namagnetenih območij tretjega tipa dosežeta z dvema različnima dolžinama namagnetenih območij tretjega tipa. Prva - npr. višja - magnetna vrednost se doseže z daljšo dolžino tega določenega namagnetenega območja tretjega tipa, ki sestoji iz namagnetenega materiala, druga npr. nižja - magnetna vrednost pa se doseže s krajšo dolžino tega določenega namagnetenega območja tretjega tipa, ki sestoji iz istega magnetnega materiala, namagnetenega do enake vrednosti nasičenja. Dolžina namagnetenega območja četrtega tipa se ustrezno prilagodi, tako da je dolžina Lp2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi konstantna ne glede na to, katera magnetna vrednost, bodisi višja bodisi nižja, je zakodirana v določeni magnetni periodi na dodatni magnetni sledi.

Po drugih izvedbenih primerih se lahko modulacija z dvema različnima vrednostma magnetne gostote določenega namagnetenega območja tretjega tipa in/ali četrtega tipa ter posledično določene magnetne periode na dodatni magnetni sledi doseže s tem, da se uporabi isti material za to območje, ki pa je bodisi bolj bodisi manj namagneten, medtem ko lahko dolžina določenih namagnetenih območij v tem primeru ostane v bistvu konstantna. V teh izvedbenih primerih se lahko prva - višja - magnetna vrednost doseže z namagnetenjem materiala do nasičene magnetne ravni, in se lahko druga - nižja - magnetna vrednost doseže z namagnetenjem materiala zaznavno pod nasičeno magnetno ravnjo. V nadaljnjih izvedbenih primerih se lahko modulacija doseže tako, da se uporabita dva različna tipa materialov za namagneteno območje, ki ga je treba modulirati, pri čemer se oba materiala namagnetita do nasičene magnetne ravni in vsak ima drugačno vrednost magnetnega nasičenja.

Število Np1 prvih magnetnih senzorskih elementov, ki se raztezajo po dolžini Lp1 magnetne periode prve magnetne sledi, je vsaj dve, prednostno štiri. Podobno je število Np2 dodatnih magnetnih senzorskih elementov, ki se raztezajo po eni magnetni periodi dodatne magnetne sledi, vsaj dve, prednostno štiri. Zato je skupno število Nst1 prvih magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi enako Npl, pomnoženim s številom Ne1, in sicer številu magnetnih period na prvem magnetnem traku, čez katere se razteza množica prvih magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi. Podobno je skupno število Nst2 dodatnih magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi enako Np2, pomnoženim s številom Ne2, in sicer številu magnetnih period na dodatnem magnetnem traku, čez katere se razteza množica dodatnih magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi. Števili Nst1 in Nst2 v določeni čitalni glavi sta lahko enaki ali različni.

Prvi magnetni senzorski elementi se raztezajo čez vsaj eno magnetno periodo prve magnetne sledi, običajno čez eno do dve periodi. Dodatni magnetni senzorski elementi se raztezajo čez vsaj eno magnetno periodo dodatne magnetne sledi, običajno čez pet do deset period.

Magnetni senzorski elementi so običajno izvedeni kot eden ali kombinacija Hallovih elementov ali eden ali skupina AMR uporovnih elementov.

Magnetni trak po izumu je lahko izveden kot raven trak, ukrivljen trak ali krožen trak.

Ko se čitalna glava pomika vzdolž magnetnega traku, naprava magnetnega dajalnika po izumu daje natančen položaj čitalne glave glede na magnetni trak kot izhodno vrednost, bodisi v analogni bodisi digitalni obliki. Glede na to, da se čitalna glava običajno razteza preko določene dolžine magnetnega traku, je treba vnaprej določiti, da se natančen položaj nanaša na značilno mesto na čitalni glavi, na primer natančen položaj enega od magnetnih senzorskih elementov v čitalni glavi. Tako se v nadaljevanju izraz .položaj čitalne glave' zamenljivo in mutatis mutandis uporablja tudi tako, da pomeni .položaj značilnega mesta'.

Pri določenem položaju čitalne glave prvi magnetni senzorski elementi zaznajo magnetno polje prve magnetne sledi in iz množice prvih senzorskih signalov je možno generirati vsaj en periodični signal v odvisnosti od položaja z N1' periodami signala, medtem ko se prvi magnetni senzorski elementi pomikajo vzdolž dolžine L1 prve magnetne sledi. Prednostno se pri premikanju vzdolž dolžine L1 generirata dva periodična signala, fazno premaknjena za četrtino periode, na primer kot sinusni in kosinusni signal. Z uporabo funkcije arkus tangens na kosinusnih in sinusnih signalih dobimo drug periodični signal, ki je sorazmeren s fazo znotraj vsake periode signala, iz katerega se določi relativni položaj čitalne glave znotraj periode signala. Vendar pa ni mogoče določiti, znotraj katere periode signala se čitalna glava nahaja.

Dodatni magnetni senzorski elementi zaznavajo magnetno polje dodatne magnetne sledi. Dolžine Lp2 period, ki jih določajo tretja namagnetena območja in četrta namagnetena območja, so konstantne, vendar se magnetno polje razlikuje v odvisnosti od zakodirane podatkovne vrednosti, t.j. bitne vrednosti v binarnem sistemu, v vsako periodo. Posledično je mogoče iz množice dodatnih senzorskih signalov, ki jih proizvajajo dodatni magnetni senzorski elementi, določiti natančen položaj značilnega mesta znotraj magnetne periode na dodatni magnetni sledi in vrednosti bitov v kodni besedi, sestavljeni iz števila Nw bitov, zakodiranih v to določeno magnetno periodo in okoliške magnetne periode. Iz kombinacije bitov v določeni kodni besedi - oznaki položaja, ki je dodeljena določeni magnetni periodi na dodatni magnetni sledi, lahko ugotovimo, znotraj katere določene magnetne periode se nahaja čitalna glava, če število magnetnih period na dodatni magnetni sledi ne presega največjega skupnega števila Nt, ki je enako ali manjše od 2^Nw in če so zakodirani biti razmeščeni tako, da vsaka kodna beseda, ki je dodeljena ustrezni magnetni periodi, tvori enolično oznako položaja. Če število N2 magnetnih period presega število Nt, se bodo kombinacije bitov v kodni besedi neizogibno začele ponavljati, na tak način vsake kombinacije ne bo moč enolično dodeliti samo eni magnetni periodi na dodatni magnetni sledi.

Ker je število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi povečano ali zmanjšano za eno periodo, ali manj kot eno periodo, glede na število N1' period signala, glede na magnetne periode prve magnetne sledi, se lahko uporabi dodatni postopek za odkrivanje absolutnega položaja čitalne glave glede na magnetni trak. Po prednostnem izvedbenem primeru bo razlika med NT in N2 natanko 1, na primer N2 bo NT - 1. Periodični signal F1 je sorazmeren z relativnim položajem značilnega mesta znotraj signalnih period na prvi magnetni sledi in se dobi iz množice prvih senzorskih signalov. Periodični signal F2 je sorazmeren z relativnim položajem značilnega mesta znotraj magnetne periode na dodatni magnetni sledi in se dobi iz množice dodatnih senzorskih signalov. Zato je signal F, ki se izračuna kot razlika med F1 in F2 (F = F2 - F1 ali obratno), linearno sorazmeren položaju čitalne glave na dodatni magnetni sledi, tako bo signal F imel enolično vrednost za vsak položaj čitalne glave. Zato lahko absolutni položaj čitalne glave glede na magnetni trak določimo iz vrednosti signala F. Uporaba opisane razlike med dvema fazama, za kar sta bili navdih Noniusova ali Vernierova skala, v napravah magnetnega dajalnika za določanje absolutnega položaja, je že bila razkrita v stanju tehnike, npr. v W02005008182A1, DE3834200A1 in US6496266B1.

Z analizatorjem, ki analizira množico prvih senzorskih signalov in množico dodatnih senzorskih signalov tako, da uporabi zgoraj omenjene postopke, dobimo natančen in absoluten položaj značilnega mesta na čitalni glavi glede na magnetni trak, s čimer se reši kar nekaj težav vsakega posameznega postopka, če se uporablja posamično. Z uporabo samo prve magnetne sledi, na primer, lahko določimo natančen relativni položaj značilnega mesta, vendar ne absolutnega položaja, če je na prvi magnetni sledi več kot ena perioda. Če uporabimo samo dodatno magnetno sled, je število period na dodatni magnetni sledi omejeno z 2^Nw, če je treba vsaki periodi na dodatni magnetni sledi dodeliti enolično kombinacijo bitov v besedi. Če se za določitev položaja značilnega mesta uporabi samo vrednost signala F, rezultat dejansko kaže absolutni položaj, vendar pa v primerih večjih vrednosti NT, na primer 50 ali več, ni dovolj zanesljiv, saj se signal F spreminja za relativno manjšo vrednost na eno periodo signala, ko se čitalna glava premika vzdolž magnetnega traku, in na njeno monotono večanje ali manjšanje negativno vpliva tudi slabša kakovost namagnetenja traku in/ali napak zaradi in situ postavitve traku in čitalne glave blizu roba tolerančnega območja montaže.

Z uporabo naprave magnetnega dajalnika po izumu in s kombiniranjem vseh zgoraj omenjenih postopkov lahko določimo natančen absolutni položaj čitalne glave glede na magnetni trak, čeprav obsega dodatno magnetno sled s številom period N2, ki je večje od 2^Nw, kot sledi. Relativni položaj, namreč položaj znotraj vsake periode, se lahko določi relativno natančno iz prvih senzorskih signalov, po izbiri pa tudi iz dodatnih senzorskih signalov, namreč iz katerih koli njihovih periodičnih signalov F1 in/ali F2. Informacijo o tem, znotraj katere periode se nahaja značilno mesto, lahko določimo iz dodatnih senzorskih signalov, namreč iz zakodiranih bitov znotraj kodne besede, ki je dodeljena vsaki od magnetnih period na dodatni magnetni sledi. Če pa število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi presega 2^Nw, se bodo kombinacije v kodnih besedah začele ponavljati, tako da potrebujemo dodatno informacijo o absolutnem položaju značilnega mesta. To dodatno informacijo zagotavlja signal F, ki se izračuna iz razlike periodičnih signalov F1 in F2, kar predstavlja vsakokratne faze.

Ker je treba samo določiti, ponovitev katere kodne besede temelji na signalu F, in ker je število ponovitev kodne besede veliko manjše od števila period, se lahko zanesljivo delovanje dajalnika izvede tudi z večjim številom period, npr. večjim od 50.

Izum bo v nadaljevanju natančneje opisan s pomočjo primera s sklicevanjem na naslednje risbe:

Slika 1 kaže izvedbeni primer naprave magnetnega dajalnika po izumu s krožnim magnetnim trakom

Slika 2 kaže magnetni trak po drugem izvedbenem primeru, kjer ima prva magnetna sled N1=16 magnetnih period in ima dodatna magnetna sled N2=15 magnetnih period

Slika 3 kaže isti magnetni trak kot slika 2, vendar s spremljajočim periodičnim signalom F1 za prvo sled in periodičnim signalom F2 za dodatno magnetno sled

Slika 4 kaže oba periodična signala F1 in F2 magnetnega traku, prikazanega na slikah 2 in 3, in signal F, ki je enak razliki med tema signaloma, in sicer F = F1 - F2

Izvedbeni primer naprave 1 magnetnega dajalnika, ki je prikazana na sliki 1, ima krožni magnetni trak 2 s prvo magnetno sledjo 3 in dodatno magnetno sledjo 6. Prva magnetna sled 3 obsega namagnetena območja 4 prvega tipa in namagnetena območja 5 drugega tipa. Dodatna magnetna sled 6 obsega namagnetena območja 7 tretjega tipa in namagnetena območja 8 četrtega tipa. Po tem izvedbenem primeru se namagnetena območja 7 tretjega tipa modulirajo v smislu magnetne gostote, namreč zakodirajo z eno od dveh možnih vrednosti magnetne gostote, s tem da se spreminja dolžina namagnetenih območij 7 tretjega tipa, in sicer se višja magnetna vrednost doseže z daljšo dolžino tega določenega namagnetenega območja 7 tretjega tipa, ki sestoji iz namagnetenega materiala, nižja magnetna vrednost pa se doseže s krajšo dolžino tega določenega namagnetenega območja 7' tretjega tipa, ki sestoji iz istega magnetnega materiala, namagnetenega do enake vrednosti nasičenja. Namagneteno območje 8 četrtega tipa je ustrezno krajše, kadar je namagneteno območje 7 tretjega tipa daljše, tako da je dolžina Lp2 magnetne periode konstantna, ne glede na zakodirano magnetno vrednost, ki je zakodirana v določeni magnetni periodi. Kadar je torej namagneteno območje 7' tretjega tipa krajše, bo pripadajoče namagneteno območje 8' četrtega tipa daljše, da bi dosegli konstantno dolžino Lp2 magnetnih period po vsej dodatni magnetni sledi.

Slika 1 kaže tudi čitalno glavo 9 z množico prvih magnetnih senzorskih elementov 11 in množico dodatnih magnetnih senzorskih elementov 12. V tem izvedbenem primeru se za prve magnetne senzorske elemente in za dodatne magnetne senzorske elemente uporabijo Hallovi elementi in je število N1 signalnih period na periodičnem signalu, ki jih generira množica prvih magnetnih senzorskih elementov, v bistvu enaka številu N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi.

Slike od 2 do 4 se nanašajo na drug izvedbeni primer, pri čemer ima prva sled 3 N1 = 16 magnetnih period in ima dodatna sled 6 N2 = 15 magnetnih period. Prva sled in dodatna sled po tem izumu bi se lahko uporabili na ravnem magnetnem traku ali krožnem magnetnem traku. Za ilustracijo ima ta izvedbeni primer relativno nizka števila N1 in N2, saj sledi z visokimi števili N1 in N2, ki se uporabljajo v praksi, ne bi mogli tako jasno predstaviti. V tem izvedbenem primeru se za prve magnetne senzorske elemente in za dodatne magnetne senzorske elemente uporabijo Hallovi elementi in je število N1' signalnih period na periodičnem signalu, ki jih generira množica prvih magnetnih senzorskih elementov, v bistvu enaka številu N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi.

Slika 2 kaže shematski prikaz magnetnega traku 2 s prvo magnetno sledjo 3 in dodatno magnetno sledjo 6. Prvo magnetno sled 3 sestavljajo menjajoča se namagnetena območja 4 prvega tipa in namagnetena območja 5 drugega tipa, pri čemer imajo namagnetena območja 4 prvega tipa nasprotni magnetni pol kot namagnetena območja 5 drugega tipa. Dolžina Lp1 ene magnetne periode na prvi sledi je L1 / N1. Dodatno magnetno sled 6 sestavljajo menjajoča se namagnetena območja 7 tretjega tipa in namagnetena območja 8 četrtega tipa, pri čemer imajo namagnetena območja 7 tretjega tipa nasprotni magnetni pol kot namagnetena območja 8 četrtega tipa in pri čemer se namagnetena območja 7 tretjega tipa modulirajo v smislu magnetne gostote, namreč zakodirajo z eno od dveh možnih vrednosti magnetne gostote, s tem da se spreminja dolžina namagnetenih območij 7 tretjega tipa. Višja magnetna vrednost se doseže z daljšo dolžino tega določenega namagnetenega območja 7 tretjega tipa, ki sestoji iz namagnetenega materiala, nižja magnetna vrednost pa se doseže s krajšo dolžino tega določenega namagnetenega območja 7' tretjega tipa, ki sestoji iz istega magnetnega materiala, namagnetenega do enake vrednosti nasičenja. Namagneteno območje 8 četrtega tipa je ustrezno krajše, kadar je namagneteno območje 7 tretjega tipa daljše, tako da je dolžina Lp2 magnetne periode konstantna, ne glede na zakodirano magnetno vrednost, ki je zakodirana v določeni magnetni periodi. Kadar je torej namagneteno območje 7' tretjega tipa krajše, bo pripadajoče namagneteno območje 8' četrtega tipa daljše, da bi dosegli konstantno dolžino Lp2 magnetnih period po vsej dodatni magnetni sledi. Dolžina L2 dodatne magnetne sledi 6 je v bistvu enaka dolžini L1 prve magnetne sledi 3 in je dolžina Lp2 magnetne periode na dodatni magnetni sledi 6 L2 / N2.

Slika 2 tudi shematsko kaže množico prvih magnetnih senzorskih elementov 11, in sicer je število Nst1 prvih magnetnih senzorskih elementov štiri, in se raztezajo čez eno (Ne1 = 1) magnetno periodo prve magnetne sledi 3. Število Nst2 dodatnih magnetnih senzorskih elementov 12 v čitalni glavi je dvanajst in se raztezajo v bistvu čez tri (Ne2 = 3) magnetne periode dodatne magnetne sledi 6, tako je število Nw bitov v kodni besedi tudi tri. Prva magnetna perioda z leve na dodatni magnetni sledi 6 ima krajšo dolžino tega določenega namagnetenega območja 7' tretjega tipa, tako se tej periodi dodeli logična »0«. Naslednja magnetna perioda na dodatni magnetni sledi 6 ima daljšo dolžino tega določenega namagnetenega območja 7' tretjega tipa, tako se tej periodi dodeli logična »1«. Tako imajo vse magnetne periode na dodatni magnetni sledi v sebi zakodirane naslednje bite, od leve: 011011011011011. Kadar se bo torej množica dodatnih magnetnih senzorskih elementov raztezala čez prve tri magnetne periode, bodo zaznali kodno besedo 011; ko se bo čitalna glava premaknila za eno magnetno periodo v levo, bodo dodatni magnetni senzorski elementi zaznali kodno besedo 110 in tako naprej.

Slika 3 kaže isti dve sledi 3, 6 in pod prvo magnetno sledjo 3 je prikazan periodični signal F1, ki je odvisen od položaja čitalne glave in se generira iz množice prvih senzorskih signalov, pod dodatno magnetno sledjo 6 pa je prikazan periodični signal F2, ki je odvisen od položaja čitalne glave in se generira iz množice dodatnih senzorskih signalov. Slika 4 kaže periodični signal F1, periodični signal F2 in signal F, ki se izračuna iz razlike periodičnih signalov F1 in F2 (F = F1 - F2), tako je signal F linearno sorazmeren položaju čitalne glave na dodatni magnetni sledi.

Ko se čitalna glava premakne za eno periodo, se vrednost signala F spremeni za relativno majhno vrednost, in sicer 1/15. Ko pa se čitalna glava premakne za tri periode in se kodna beseda v tem izvedbenem primeru ponovi, se signal F spremeni za 1/5 (= 3 * 1/15), kar se zlahka zazna in preračuna v absolutni položaj čitalne glave.

V izvedbenem primeru, prikazanem na slikah od 2 do 4, se zato točen položaj čitalne glave izračuna takole, fini relativni položaj čitalne glave se bo izračunal iz vsaj enega periodičnega signala, ki se generira bodisi iz množice prvih senzorskih signalov bodisi množice dodatnih senzorskih signalov ali iz obeh; medtem ko se grobi položaj čitalne glave, namreč katera magnetna perioda je pomembna, izračuna iz kombinacije kodne besede, ki jo generirajo biti, zakodirani v magnetnih periodah dodatne magnetne sledi 6 in signala F, s katerim razlikujemo med ponovljenimi kodnimi besedami, ki so dodeljene magnetnim periodam dodatne magnetne sledi 6. S to posebno razporeditvijo bitov na dodatni magnetni sledi 6 v tem izvedbenem primeru imamo tri enolične kodne besede (011, 110, 101), ki se ponovijo petkrat, da bi torej razlikovali med ponovitvami, uporabimo razliko signala F.

Claims (14)

1. Naprava (1) magnetnega dajalnika za merjenje položaja čitalne glave (9) glede na magnetni trak (2), označena s tem, da magnetni trak (2) obsega vsaj dve magnetni sledi, in sicer prvo magnetno sled (3) z menjajočimi se namagnetenimi območji (4) prvega tipa in namagnetenimi območji (5) drugega tipa, pri čemer imajo namagnetena območja (4) prvega tipa nasprotni magnetni pol kot namagnetena območja (5) drugega tipa, s čimer se tvori število N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi (3) vzdolž njene dolžine L1, in dodatno magnetno sled (6) z menjajočimi se namagnetenimi območji (7, 7') tretjega tipa in namagnetenimi območji (8, 8') četrtega tipa, pri čemer imajo namagnetena območja (7, 7') tretjega tipa nasprotni magnetni pol kot namagnetena območja (8, 8') četrtega tipa, s čimer se tvori število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi (6) vzdolž njene dolžine L2;

pri čemer čitalne glava (9) obsega množico prvih magnetnih senzorskih elementov (11) za branje magnetnega signala prve magnetne sledi (3), ki proizvedejo množico prvih senzorskih signalov, in množico dodatnih magnetnih senzorskih elementov (12) za branje magnetnega signala dodatne magnetne sledi (6), ki proizvedejo množico dodatnih senzorskih signalov;

pri čemer so prvi magnetni senzorski elementi (11) zasnovani tako, da se lahko vsaj en izhodni periodični signal z NT periodami signala generira iz množice prvih senzorskih signalov, medtem ko se prvi magnetni senzorski elementi (11) premikajo nad periodično namagnetenimi območji (4, 5) prve magnetne sledi (11) vzdolž dolžine L1 prve magnetne sledi (3);

pri čemer se število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi (6) poveča ali zmanjša za eno periodo, ali manj kot eno periodo, glede na število NT period signala, ki jih generira množica prvih magnetnih senzorskih elementov (11); in pri čemer je ena od vsaj dveh možnih vnaprej določenih podatkovnih vrednosti magnetno zakodirana v vsaki magnetni periodi dodatne magnetne sledi (6), pri čemer so dodatni magnetni senzorski elementi (12) zasnovani za zaznavanje magnetno zakodirane podatkovne vrednosti.

2. Naprava po zahtevku 1, pri čemer se binarni sistem uporabi za vnaprej določene podatkovne vrednosti, tako je ena od dveh možnih vnaprej določenih vrednosti bitov magnetno zakodirana v vsaki magnetni periodi dodatne magnetne sledi (6).

3. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer dolžina L2 dodatne magnetne sledi (6) ustreza dolžini L1 prve magnetne sledi (3).

4. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer je dodatna magnetna sled (6) fiksno pritrjena na magnetnem traku (2) glede na prvo magnetno sled (3).

5. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer se število N2 magnetnih period na dodatni magnetni sledi (6) poveča ali zmanjša za natanko ena, glede na število N1' period signala, glede na prvo magnetno sled (3).

6. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer sta množica prvih magnetnih senzorskih elementov (11) in množica dodatnih magnetnih senzorskih elementov (12) izbrani izmed ene od naslednjih množic senzorjev: Hallovih senzorjev, AMR senzorjev, GMR senzorjev ali TMR senzorjev.

7. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer obsega analizator z zmožnostmi obdelave, ki je povezan z množico prvih magnetnih senzorskih elementov (11) in množico dodatnih magnetnih senzorskih elementov (12), za sprejem in analiziranje množice prvih senzorskih signalov in množice dodatnih senzorskih signalov, da se zagotovi položaj čitalne glave (9) glede na magnetni trak (2).

8. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer imajo magnetne periode na prvi magnetni sledi (3) v bistvu konstantno dolžino Lp1 po celotni dolžini L1 prve magnetne sledi (3); in imajo prednostno vsa namagnetena območja (4) prvega tipa in vsa namagnetena območja (5) drugega tipa enako dolžino v vzdolžni smeri prve magnetne sledi (3).

9. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer je vsako namagneteno območje (7, 7') tretjega tipa v vsaki magnetni periodi na dodatni magnetni sledi (6) modulirano v smislu magnetne gostote, namreč zakodirano z eno od vsaj dveh možnih vrednosti magnetne gostote, pri čemer je dolžina Lp2 magnetnih period definirana z razdaljo med dvema središčema dveh sosednjih namagnetenih območij (7, 7') tretjega tipa, in pri čemer je dolžina Lp2 konstantna po vsej dolžini L2 dodatne magnetne sledi (6).

10. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer je magnetni trak (2) izveden kot raven trak.

11. Naprava po zahtevkih od 1 do 9, pri čemer je magnetni trak (2) izveden kot ukrivljen trak, prednostno kot krožen trak.

12. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer se dodatni magnetni senzorski elementi (12) raztezajo čez vsaj eno magnetno periodo dodatne magnetne sledi (6), prednostno čez pet do deset period.

13. Naprava po katerem koli predhodnem zahtevku, pri čemer je število N1' period signala periodičnega signala, ki se generirajo iz množice prvih senzorskih signalov, v bistvu enako številu N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi (3).

14. Naprava po zahtevkih od 1 do 12, pri čemer je število ΝΓ period signala periodičnega signala, ki se generirajo iz množice prvih senzorskih signalov, v bistvu dvakratnik števila N1 magnetnih period na prvi magnetni sledi (3).