CN110388870A - 用于传感器装置的位移测量***和位移测量方法 - Google Patents

用于传感器装置的位移测量***和位移测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于传感器装置的位移测量***及位移测量方法，所述传感器装置包括第一位移传感器，所述位移测量***包括：驱动信号生成电路，用于向所述第一位移传感器输出驱动信号；第一信号处理电路，用于接收来自所述第一位移传感器的信号并且输出第一ADSO信号；以及计算设备，包括第一定时器；其中，所述第一定时器用于接收CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数；其中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期和相位相关的方波信号。本发明提供的位移测量***及方法以较低的成本实现了性能的提升，能够获得较高的测量分辨率和测量精度。

Description

用于传感器装置的位移测量***和位移测量方法
技术领域
本发明涉及定位及位移测量，具体来说，涉及角度和长度的定位及位移测量技术，更具体地，涉及用于传感器装置的位移测量***以及位移测量方法。
背景技术
位移传感器通常用作测长、测角、测速、精密定位及随动跟踪等测量***中的位置测量元件，位移传感器包括电容式传感器、感应同步器、光栅传感器等。其中，使用最广泛的是电容式传感器中的容栅传感器，其与位移测量电路构成容栅传感器位移测量***，分为鉴相型和鉴幅型。图1示出了传统鉴相型容栅传感器位移测量***的一个示例图，其以栅距为测量周期，通过鉴相的方式获得容栅传感器的栅极在一个周期内的位置量，并且通过辨向计数实现超过一个周期的位移测量。图1所示的传统鉴相型容栅传感器位移测量***包括容栅传感器10和容栅传感器ASIC芯片20(下文也简称为ASIC芯片20或芯片20)，其中容栅传感器ASIC芯片20集成有晶振电路21，时钟分频电路22，多路(通常为8路)驱动及模拟开关信号生成电路23(下文也简称为驱动信号生成电路23)，容栅信号解调、放大、滤波及比较电路24(下文也简称为容栅信号处理电路24，或者信号处理电路24)，鉴相及计数电路25，位移数据处理电路26，LCD显示电路29，电压检测电路28和串行输出端口27等。
上述容栅信号处理电路24输出的信号周期(512CP)在空间上对应容栅传感器中一个栅距的长度，假设一个栅距的长度为5.08mm，则该鉴相型容栅传感器位移测量***能分辨的最小精度为：5.08mm/512≈0.01mm≈0.0004inch。在这种情况下，容栅传感器的动栅每移动一个最小精度的单位，CSI信号的相位会发生180/256度的变化。可见，传统鉴相型容栅传感器位移测量***的分辨率并不高，而采用这种较低分辨率的原因在于：根据有源鉴相容栅技术的测量机理，经鉴相操作得到的相位差与容栅传感器栅极的位移变化量并非完全呈线性比例关系，而是有约0.1％的偏差，因此需要采用较低的分辨率来保证一定的输出精度；此外，8路驱动信号的频率与容栅传感器中栅极的面积有较强的电气相关性，为了适应容栅传感器与芯片的阻抗匹配要求，同时为了兼顾低功耗和具有一定的分辨率，通常将容栅传感器的驱动频率设置在200Hz～500Hz之间，而将芯片的工作频率设置在100kHz～300kHz之间，这也使得测量***的分辨率较低。
由上文的描述可见，传统鉴相型容栅传感器位移测量***的分辨率已与芯片的工作频率固化了，要提高分辨率，目前常见的做法是减少容栅传感器的栅距。然而，受制造、装配等技术的限制，容栅传感器栅距的减少空间是非常有限的，这使得鉴相型容栅传感器位移测量***依然难以实现高分辨率的位移测量。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种用于传感器装置的位移测量***，其中所述传感器装置包括第一位移传感器，所述位移测量***包括：
驱动信号生成电路，用于向所述第一位移传感器输出驱动信号；
第一信号处理电路，用于接收来自所述第一位移传感器的信号并且输出第一ADSO信号；以及
计算设备，其包括第一定时器；
其中，所述第一定时器用于接收CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数；其中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期和相位相关的方波信号。
上述位移测量***中，还包括时钟分频电路，用于向所述驱动信号生成电路输出时钟信号以及输出所述CLK512信号。
上述位移测量***中，所述计算设备还包括处理器，用于将所述第一定时器通过计时或计数得到的数据转换为所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
上述位移测量***中，还包括计数时钟，其中，所述第一定时器用于以所述计数时钟提供的时钟频率根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数。
上述位移测量***中，所述第一定时器用于在监测到所述CLK512信号的上升沿时以所述计数时钟提供的时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第一ADSO信号的上升沿时将当前时间或当前计数发送至所述处理器。
上述位移测量***中，所述第一定时器还包括第一缓冲器；其中，所述第一定时器用于在监测到所述CLK512信号的上升沿时以所述计数时钟提供的时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第一ADSO信号的上升沿时将当前时间或当前计数写入所述第一缓冲器。所述处理器用于在接收到由所述第一ADSO信号或所述CLK512信号触发的中断标记信号之后，读取所述第一缓冲器中的数据。
上述位移测量***中，所述处理器用于根据所述第一定时器通过计时得到的数据以及所述计数时钟提供的时钟频率得出所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的位置当量，并且将所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的位置当量转换为所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值。所述处理器还用于对所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的位置当量进行数字化滤波处理，以及对所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值进行偏差修正。
上述位移测量***中，所述计数时钟可以包含在所述计算设备。
上述位移测量***中，所述计算设备还包括第二定时器，用于接收所述CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号对所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数进行计数。其中，所述处理器还用于根据所述第二定时器通过计数得到的数据以及所述第一定时器通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移值。
上述位移测量***中，所述驱动信号生成电路和所述第一信号处理电路集成在同一芯片中。所述芯片还包括：鉴相及计数电路，用于接收所述第一ADSO信号；以及串行输出端口，用于输出CLK信号和包括所述第一位移传感器的栅极的位移信息的DATA信号。所述计算设备还用于接收所述CLK信号和所述DATA信号。所述处理器还用于根据所接收的所述CLK信号和所述DATA信号得到所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数，以及根据所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数和所述第一定时器通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移值。
上述位移测量***中，所述处理器用于根据所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数和所述第一定时器通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移当量，以及将所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移当量转换为所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移值。
上述位移测量***中，所述传感器装置还包括第二位移传感器，其中所述第一位移传感器在所述第二位移传感器的一个栅距内具有多个栅距，所述驱动信号生成电路还用于向所述第二位移传感器输出所述驱动信号。所述位移测量***还包括第二信号处理电路，用于接收来自所述第二位移传感器的信号并且输出第二ADSO信号。所述计算设备还包括第三定时器，用于接收所述第二ADSO信号和所述CLK512信号，以所述计数时钟提供的时钟频率根据所述第二ADSO信号和所述CLK512信号进行计时或计数。所述处理器还用于根据所述第三定时器通过计时或计数得到的数据来确定所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数，以及根据所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数和所述第一定时器通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移值。
上述位移测量***中，所述第三定时器用于在监测到所述CLK512信号的上升沿时以所述计数时钟提供的时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第二ADSO信号的上升沿时将当前时间或当前计数发送至所述处理器或者记录该当前时间或当前计数。
上述位移测量***中，所述第一位移传感器以及所述第二位移传感器是容栅传感器。
上述位移测量***中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期相同并且相位相同的方波信号。
上述位移测量***中，所述计算设备、所述驱动信号生成电路以及所述第一信号处理电路集成在同一芯片中。
根据本发明的另一个实施例，还提供一种用于传感器装置的位移测量方法，所述传感器装置包括第一位移传感器，所述位移测量方法包括：
向所述第一位移传感器输出驱动信号；
接收来自所述第一位移传感器的信号，对该信号进行处理，并且输出第一ADSO信号；以及
接收CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数；其中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期和相位相关的方波信号。
上述位移测量方法中，还包括：将通过所述计时或计数得到的第一数据转换为所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
上述位移测量方法中，根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数包括：在监测到所述CLK512信号的上升沿时以时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第一ADSO信号的上升沿时发送或记录当前时间或当前计数。
上述位移测量方法中，将通过计时得到的第一数据转换为所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值包括：
根据通过计时得到的第一数据以及所述时钟频率得出所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的位置当量；以及
将所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的位置当量转换为所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
上述位移测量方法中，还包括：
对所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的位置当量进行数字化滤波处理；以及
对所述第一位移传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值进行偏差修正。
上述位移测量方法中，还包括：
接收所述CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号对所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数进行计数；以及
根据通过对所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数进行计数得到的第二数据和所述第一数据得出所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移值。
上述位移测量方法中，所述传感器装置还包括第二位移传感器，其中所述第一位移传感器在所述第二位移传感器的一个栅距内具有多个栅距，所述位移测量方法还包括：
向所述第二位移传感器输出所述驱动信号；
接收来自所述第二位移传感器的信号，对该信号进行处理，并且输出第二ADSO信号；
接收所述第二ADSO信号和所述CLK512信号，以所述时钟频率根据所述第二ADSO信号和所述CLK512信号进行计时或计数，其中通过根据所述第二ADSO信号和所述CLK512信号进行计时或计数得到第三数据；
根据所述第三数据来确定所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数；以及
根据所述第一位移传感器的栅极移动的栅距数和所述第一数据得出所述第一位移传感器的栅极的总绝对位移值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
在继承传统鉴相型位移测量***规模化生产技术的基础上，并且在不改变位移传感器耦合结构的尺寸的基础上，本发明提供的位移测量***和方法以较低的成本实现了性能的提升，获得了较高(如微米级和亚微米级)的测量分辨率和较高的测量精度。
此外，本发明的适用范围较广，除了容栅传感器，本发明还可以与其他类型的电容式传感器、感应同步器以及光栅传感器等结合使用。
附图说明
以下将通过参考附图对示例性实施例进行详细描述，附图意在描绘示例性实施例而不应被解释为对权利要求的预期范围加以限制。除非明确指出，否则附图不被认为依比例绘制。
图1是传统鉴相型容栅传感器位移测量***的框图；
图2是根据本发明一个实施例的由CLK512信号与ADSO信号映射成的受ADSO信号调制的等效脉宽调制方波的示意图；
图3是包括容栅传感器以及根据本发明一个实施例的位移测量***中的ASIC芯片的结构的框图；
图4是根据本发明一个实施例的位移测量***中的单片机的框图；
图5是根据本发明一个实施例的单片机工作流程图；
图6是根据本发明另一个实施例的位移测量***中的单片机的框图；
图7是根据本发明另一个实施例由单片机中的CPU进行数据处理程序的流程图；
图8是包括容栅传感器以及根据本发明又一个实施例的位移测量***中的ASIC芯片的结构的框图；
图9是根据本发明又一个实施例的位移测量***中的单片机的框图；
图10是包括粗分和细分容栅传感器以及根据本发明又一个实施例的位移测量***中的ASIC芯片的结构的框图；
图11是根据本发明又一个实施例的位移测量***中的单片机的框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在描述本发明各个实施例之前需要说明的是，为便于理解，本发明下述实施例均围绕容栅传感器展开描述，但诸如其他电容式传感器的位移传感器也适用于此。
发明人通过对传统鉴相型容栅传感器位移测量***的测量原理进行研究后发现，用于驱动容栅传感器的多路驱动信号是由芯片内的时钟分频电路经过组合逻辑生成的，该驱动信号与容栅传感器输出并经解调、放大、滤波及比较操作得到的信号(本申请中称为ADSO信号)有着严格的相位匹配关系。如果将ADSO信号与如图2所示的一路方波信号(该方波信号与用于驱动容栅传感器的多路驱动信号周期相同，并且与其中一路驱动信号相位相同)进行相位比较，则可以映射得到如图2所示的受ADSO信号调制的等效脉宽调制方波。同时，进一步研究发现，该等效脉宽调制方波的调制脉宽(如图2中所示的A1、A2、A3、A4)不仅对应于ADSO信号与上述方波信号的相位差，并且在空间上还对应于容栅传感器的栅极在一个栅距内的位置值。另外，发明人还发现，与现有技术(如上所述，现有技术中鉴相后得到的相位差与容栅传感器栅极的位移变化量并非完全呈线性比例关系)相比，根据上述对应关系，有可能通过直接计量等效脉宽调制方波的调制脉宽，得到容栅传感器的栅极在一个栅距内的、具有高分辨率的位置当量，以及通过将该位置当量进行转换得到容栅传感器的栅极在一个栅距内的位置值，或称绝对位移值。
有鉴于此，为了在现有容栅传感器的基础上提高测量分辨率，根据本发明的一个实施例，提供一种用于传感器装置的位移测量***，所述传感器装置包括容栅传感器。
参见图3和图4，根据本发明一个实施例的位移测量***包括：集成有晶振电路21、时钟分频电路22、多路驱动及模拟开关信号生成电路23(下文以8路驱动及模拟开关信号生成电路为例展开描述)、容栅信号处理电路24的ASIC芯片30(图3)；以及包括定时器41、计数时钟42、CPU 43、RAM 44、显示单元45和串口46的单片机40(图4)。其中，定时器还包括缓冲器(图4中未示出)。其中，芯片30内的容栅信号处理电路24将产生的ADSO信号发送至单片机40的定时器41；时钟分频电路22除了向8路驱动及模拟开关信号生成电路23发送时钟信号之外，还将一路方波信号(本发明中称为CLK512信号，其周期与8路驱动信号out1-out8的周期相同，例如为512T，其中1T表示芯片工作频率的倒数；并且其相位与其中一路驱动信号的相位相同)发送至单片机40的定时器41。根据本发明的一个实施例，该测量***的工作流程如下：
1)在ASIC芯片30中，由晶振电路21产生时钟信号并输送至时钟分频电路22；时钟分频电路22对该时钟信号进行分频处理并将产生的时钟信号发送至8路驱动及模拟开关信号生成电路23，时钟分频电路22还输出一路与8路驱动信号的周期相同并且与任一路驱动信号的相位相同的方波信号(CLK512信号)；8路驱动及模拟开关信号生成电路23接收来自时钟分频电路的信号，产生并输出用于驱动容栅传感器10的8路驱动信号。
在8路驱动及模拟开关信号生成电路23输出8路驱动信号之后，由容栅传感器10执行如下的处理：
容栅传感器10的8路发射极片分别接收来自ASIC芯片30的8路驱动信号，经由容栅传感器10的栅极电容调制输出电压幅值不同的周期信号(即CSI信号)，接着，容栅传感器10将CSI信号输入到ASIC芯片30的内部。
2)在ASIC芯片30中，容栅信号处理电路24接收来自容栅传感器10的CSI信号，经过解调、放大、滤波及比较操作将CSI信号转换为与容栅传感器10的栅极的位移相关的ADSO信号，并且输出该ADSO信号。本领域技术人员应理解，当该ADSO信号移相360°电相角时，在空间上对应容栅传感器中的一个栅距。
3)在单片机40中，由单片机40的定时器41接收来自容栅信号处理电路24的ADSO信号以及来自时钟分频电路22的CLK512信号。在该实施例中，单片机40中的定时器41以计数时钟42提供的时钟频率作为计数频率(即，数计数时钟42的脉冲个数)，并且根据ADSO信号以及CLK512信号来进行计数。根据本发明的一个实施例(参见图5)，单片机的工作流程如下：
31)单片机40的定时器41接收ADSO信号以及CLK512信号，当定时器41监测到CLK512信号的上升沿时，将计数清零；当定时器41监测到ADSO信号的上升沿时，将当前计数写入缓冲器，同时产生中断标记信号并且将中断标记信号发送至CPU 43。
参照图2可知，定时器41写入缓冲器的计数对应于等效脉宽调制方波的一个调制脉宽(如图2所示的A1，A2…..)，该计数表示容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量。另外，由于定时器41以计数时钟42提供的时钟频率进行计数，因此通过对计数时钟42设置不同的时钟频率可以得到分辨率不同的位置当量。例如，假设单片机40的时钟频率为6MHz并且ASIC芯片30的工作频率为153.6KHz，则容栅传感器10的一个栅距所对应的512T信号周期的时长为512x1/153.6x10-3秒＝10/3x10-3秒，在该时长内单片机40的定时器41的最大计数值为(10/3x10-3)/(1/6x10-6)＝20000。因此，位置当量细分较原来(即，512)提高了20000/512＝40倍左右。假设容栅传感器的一个栅距为5.08mm，则得到的位置当量细分为5.08/20000＝0.000254mm。由于单片机40中的时钟频率是可以根据需要来设定的，因而可以使得位置当量细分成为原来的几倍到上百倍，从而达到高分辨率的目的。
32)CPU 43在接收到中断标记信号后执行如下操作：
321)读取缓冲器中的数据，即容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量。
322)将该数据转换成容栅传感器10的栅极在一个栅距内的实际位移值(又称容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值)。
323)将容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值输出至显示单元45以及串口46，由显示单元45、串口46进行输出。
以上描述的位移测量***的实施例适用于容栅传感器栅极的移动范围在一个栅距内的情况。
在上文描述的位移测量***的实施例中，当定时器41在监测到ADSO信号的上升沿时产生中断标记信号并且将该中断标记信号发送至CPU 43。本领域技术人员应理解，定时器41在监测到ADSO信号的下降沿时或者在监测到CLK512信号的上升沿或下降沿时，也可以产生中断标记信号并发送至CPU 43。因此，在另一个实施例中，CPU 43在接收到ADSO信号的下降沿、CLK512的上升沿或CLK512的下降沿触发的中断标记信号后读取缓冲器中的数据并将其转换为容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
在上文描述的位移测量***的实施例中，定时器41根据CLK512信号以及ADSO信号的上升沿来控制计数，即，当定时器41监测到CLK512信号的上升沿时，将计数清零；而当定时器41监测到ADSO信号的上升沿时，将定时器41的当前计数写入缓冲器。然而从图2可见，在另一个实施例中，定时器41也可以根据CLK512信号以及ADSO信号的下降沿对计数进行控制，即当监测到CLK512信号的下降沿时，将计数清零；当定时器41监测到ADSO信号的下降沿时，将定时器当前计数写入缓冲器，这种方式同样可以得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量。在采用这种实施方式的情况下，CPU 43可以根据ADSO信号的上升沿/下降沿或者CLK512信号的上升沿/下降沿触发的中断标记信号读取缓冲器中的数据并将其转换为容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
在上文描述的位移测量***的实施例中，单片机40中的定时器41以计数时钟42提供的时钟频率连续计数。在另一个实施例中，可以使用这样一种定时器：其在监测到CLK512信号的上升沿时以计数时钟42提供的时钟频率从零开始计数，而在监测到ADSO信号的上升沿时结束计数并且将当前计数写入缓冲器(应理解，也可以根据CLK512信号和ADSO信号的下降沿来控制计数)。CPU 43可以根据ADSO信号的上升沿/下降沿或者CLK512信号的上升沿/下降沿触发的中断标记信号读取缓冲器中的数据并将其转换为容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值。在又一个实施例中，可以使用这样一种定时器：其在监测到CLK512信号的上升沿时从零开始计时并且在监测到ADSO信号的上升沿时将当前时间写入缓冲器(或者，在监测到CLK512信号的下降沿时从零开始计时并且在监测到ADSO信号的下降沿时将当前时间写入缓冲器)。CPU 43接收到中断标记信号后读取缓冲器中的数据，根据该数据和时钟频率(例如，将缓冲器中的当前时间与时钟频率相乘)得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量，并且将容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量转换为容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值。在又一个实施例中，还可以使用这样一种定时器：其在监测到CLK512信号的上升沿时将当前计数写入缓冲器，同时产生中断标记信号并将中断标记信号发送至CPU 43，CPU 43在接收到CLK512信号的上升沿触发的中断标记信号后读取缓冲器中的数据；在监测到ADSO信号的上升沿时将当前计数写入缓冲器，同时也产生中断标记信号并将该中断标记信号发送至CPU 43，CPU 43在接收到ADSO信号的上升沿触发的中断标记信号后读取缓冲器中的数据，并且将这两个数据相减，从而也能得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量。
在上文描述的位移测量***的实施例中，定时器41包括缓冲器以用于暂时地存储计数，而在另一个实施例中，定时器41可以不使用缓冲器，当监测到CLK512信号的上升沿时，定时器41将计数清零；当监测到AD SO信号的上升沿时，定时器41直接将当前计数发送至CPU 43，由CPU 43将该数据转换为容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
尽管在上文中没有详细说明，但本领域技术人员应理解，单片机40中的RAM 44可以用来存储CPU 43在计算过程中所用到的数据。例如，CPU 43在接收到中断标记信号后，将缓冲器中的数据存储到RAM 44中；或者将定时器41直接发送过来的数据存储到RAM 44中，随后对RAM 44中存储的数据进行处理(例如，转换为容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值)。在采用ARM单片机的情况下，DMA通路可以直接将缓冲器中的数据存储到RAM44中，CPU 43可以根据接收到的中断标记信号，从RAM 44中提取最近存入的数据进行转换处理。
在计数时钟42提供的时钟频率较高的情况下(也就是说，所得到的容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量的分辨率较高)，通过计时或计数得到的位置当量数据有可能不太稳定，会有些波动。为了减小这种波动的影响，在进一步的实施例中，CPU 43可以在执行转换操作前对位置当量进行数字化滤波处理(举例而言，通过采用8组数据取平均来执行数字化滤波，例如，从RAM 44中提取最近存入的8组容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量取平均)，从而可以在高分辨率的情况下得到较为稳定的数据，接着对执行数字化滤波处理后的数据进行转换，得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
在进一步的实施例中，在得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的绝对位移值之后，CPU 43还对该绝对位移值进行偏差补正。例如，可以通过采用标准计量装置进行位置标定的方式，进行分段或逐点偏差修正来消除非线性误差和动栅制造误差的影响，以实现一个栅距内的高精度测量。例如，当一个栅距内的分辨当量(即，一个栅距内定时器的最大计数值)为20000时，则对于5.08mm栅距，分辨率达到0.000254mm，即254nm，在按均分8段(0.635mm)进行线性系数插补修正后，按4倍的不确定误差估算，精度可在1um范围，为原先的10倍。这种偏差补正技术适用于大量的测微仪器。
以上描述的位移测量***的各个实施例适用于测量容栅传感器的栅极在一个栅距内的绝对位移值，下文将对如何测量移动超过一个栅距的总的绝对位移值展开描述。
根据本发明的另一个实施例，还提供一种用于传感器装置的位移测量***，所述传感器装置包括容栅传感器，该***采用了将周期型位置测量技术与连续监测栅距位置变化的增量型位移测量技术相结合的方式，适用于测量容栅传感器栅极的移动超过一个栅距的情况(即，大量程的测量)。该位移测量***包括如图3所示的ASIC芯片30以及如图6所示的单片机60。
由于在上文中已对图3中的容栅传感器10和ASIC芯片30以及它们的工作流程进行了描述，因此此处不再赘述。以下将参照图6详细描述该实施例。如图6所示，单片机60包括：两个定时器41，61(即定时器1，定时器2)，计数时钟42、CPU 43、RAM 44、显示单元45以及串口46，其中每个定时器41，61还分别包括缓冲器。简要而言，定时器41接收来自ASIC芯片30内的容栅信号处理电路24的ADSO信号以及来自ASIC芯片30内的时钟分频电路22的CLK512信号，定时器41以计数时钟42提供的时钟频率作为计数频率，并且根据ADSO信号和CLK512信号来进行计数，以得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量(这与上文中结合图4描述的计数方式相同)；定时器61也接收ADSO信号和CLK512信号，定时器61根据这两个信号执行加1或减1操作，以得到容栅传感器10的栅极移动的栅距数。在此基础上，CPU 43可以根据容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量以及移动的栅距数来计算总的绝对位移当量，进而得到总的绝对位移值。根据本发明的一个实施例，该单片机60的工作流程如下：
1)单片机60中的定时器41以计数时钟42提供的时钟频率(例如，6MHz)作为计数频率，并且同时接收ADSO信号以及CLK512信号。当定时器41监测到CLK512信号的上升沿时，将计数清零；当定时器41监测到ADSO信号的上升沿时，将当前计数写入其缓冲器，并且定时器41还发送中断标记信号到CPU 43。
同时，单片机60中的另一定时器61也接收ADSO信号以及CLK512信号，定时器61根据CLK512信号的相邻两个上升沿之间是否出现ADSO信号的上升沿以及出现几个ADSO信号的上升沿来进行加减计数操作(其中，如果在CLK512信号的相邻两个上升沿之间没有出现ADSO信号的上升沿或者ADSO信号的上升沿出现两次，则表示容栅传感器的栅极跨栅距移动)。具体而言，定时器61在监测到CLK512信号的上升沿时执行加1操作；在监测到ADSO信号的上升沿时执行减1操作，并将当前计数写入其缓冲器，该计数表示当前容栅传感器10的栅极移动的栅距数(其中，定时器61的初始值为0)。
2)CPU 43在接收到中断标记信号(即，由ADSO信号的上升沿触发的中断标记信号)后执行如下操作：
210)读取定时器41的缓冲器中的数据，即容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量An；同时，读取定时器61的缓冲器中的数据，即容栅传感器10的栅极移动的栅距数Nn。
220)执行以下计算，以获得超过一个栅距的总绝对位移当量Ln：
Ln＝An+Nn×M(1)
其中，M表示每个栅距对应的分辨当量(如上文所述，当计数时钟42提供的时钟频率为6MHz时，M＝20000)。
230)将容栅传感器10的栅极的总绝对位移当量Ln转换成总实际位移值(或称总绝对位移值)。
240)将容栅传感器10的栅极的总绝对位移值输出至显示单元45以及串口46，由显示单元45、串口46输出。这样，实现了高分辨率、高精度的大量程位移测量。
从上述方案可见，定时器41和定时器61均在ADSO信号的上升沿向各自的缓冲器写入当前计数，随后CPU 43在接收到由ADSO信号的上升沿触发的中断标记信号之后分别从两个缓冲器读取数据进行后续处理，这样保证了从定时器41的缓冲器和从定时器61的缓冲器所读取的数据是同步的。本领域技术人员应理解，尽管在上文中没有提到，但定时器61在监测到ADSO信号的上升沿时，除了执行减1操作和将当前计数写入缓冲器，也可以向CPU 43发送中断标记信号，因此，CPU 43可以在接收到来自定时器41或定时器61的、由ADSO信号的上升沿触发的中断标记信号后，从两个缓冲器中读取数据并进行后续的处理。
在另一个实施例中，利用信号的下降沿执行上述流程。当定时器41监测到CLK512信号的下降沿时，将计数清零；并且当定时器41监测到ADSO信号的下降沿时，将定时器当前计数写入其缓冲器。同时，当定时器61监测到CLK512信号的下降沿时，执行加1操作；当监测到ADSO信号的下降沿时执行减1操作，并将当前计数写入其缓冲器。其中，当监测到ADSO信号的下降沿时，由定时器41或定时器61或者由它们两个将中断标记信号发送至CPU 43。CPU43在接收到由ADSO信号的下降沿触发的中断标记信号之后从两个缓冲器读取数据进行后续处理，这样也保证了从定时器41的缓冲器和从定时器61的缓冲器读取的数据是同步的。
在另一个实施例中，定时器41和61也可以不使用缓冲器，在监测到ADSO上升沿时分别将当前计数直接发送到CPU 43，并由CPU 43进行处理。在又一个实施例中，CPU 43在接收到中断标记信号之后将定时器41和61的缓冲器中的数据存储到RAM 44中，或者将定时器41和61直接发送来的数据存储到RAM 44中，随后再对RAM 44中存储的数据进行处理，计算出容栅传感器10的栅极的总绝对位移值。此外，在采用ARM单片机的情况下，DMA通路可以直接将定时器41和61的缓冲器中的数据存储到RAM 44中，CPU 43可以根据接收到的中断标记信号，从RAM 44中读取最近存入的数据(即，来自定时器41的、容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量，以及来自定时器61的、容栅传感器10的栅极移动的栅距数)进行处理。
在进一步的实施例中，参见图7，在步骤230之前，即在转换操作之前，CPU 43还对容栅传感器10的栅极的总绝对位移当量Ln进行数字化滤波处理，以得到稳定的数据(参见步骤221)。在步骤230之后，即在转换操作之后，CPU 43还对容栅传感器10的栅极的总绝对位移值执行栅距内的偏差修正(参见步骤231)，接着执行栅距间的偏差修正(参见步骤232)。其中，栅距间的偏差修正可以采用以栅距步长为校准当量的标定修正方式，对相同栅距位置的周期信号进行栅距误差修正，从而实现对容栅传感器栅极的制造误差的修正。
在上述位移测量***的实施例(用于测量栅极移动超过一个栅距的总绝对位移值)中，使用定时器61对栅极移动的栅距数进行计数。然而，本领域技术人员应理解，其他一些计数方法也是适用的。例如，在另一个实施例中，可以使用两个计数器分别监测CLK512信号和ADSO信号，其中一个计数器在监测到CLK512信号的上升沿时执行加1计数并写入相应的缓冲器，另一个计数器在监测到ADSO信号的上升沿时执行加1计数并写入相应缓冲器，此外，ADSO信号的上升沿还触发CPU 43读取并比较两个缓冲器中的计数，如果对CLK512信号上升沿的计数比对ADSO信号上升沿的计数多1，则说明CLK512信号的相邻两个上升沿之间没有出现ADSO信号的上升沿(则CPU 43可以对当前的栅极移动的栅距数执行加1操作)，如果少1，则说明CLK512信号的相邻两个上升沿之间出现了两次ADSO信号的上升沿(则CPU 43可以对当前的栅极移动的栅距数执行减1操作，其中栅极移动的栅距数的初始值为0)。
为实现大量程、高分辨率以及高精度的测量，根据本发明的又一个实施例，还提供一种用于传感器装置的位移测量***，所述传感器装置包括容栅传感器，所述***利用了传统ASIC芯片的功能，根据传统的ASIC芯片的输出以及单片机定时器的计时(计数)功能来测量容栅传感器栅极的总的实际位移值，尤其适用于容栅传感器在静止后的实际位移测量。
如图8所示，其中的ASIC芯片80与图1中的传统ASIC芯片20类似(除了晶振电路21等，还集成有鉴相及计数电路25，位移数据处理电路26以及串行输出端口27等)。不同在于，图8中的容栅信号处理电路24除了将ADSO信号输送至ASIC芯片80内的鉴相及计数电路25进行鉴相、计数处理之外，还将该ADSO信号输送到图9所示的单片机90，并且时钟分频电路22还向单片机90输出一路与8路驱动信号的周期相同并且与任一路驱动信号的相位相同的CLK512信号。除此之外，图9中的单片机90还接收来自ASIC芯片80的串行输出端口27的输出，包括DATA信号和CLK信号。其中，DATA信号是数据信号，包含由ASIC芯片80根据传统方法(即对ADSO信号通过鉴相、计数、数据处理等操作)生成的容栅传感器10的栅极的总绝对位移值信息(简称位移信息)；CLK信号为同步时钟信号。传统的数据采集方式为：在CLK信号窄脉冲的下降沿对DATA信号进行采样。
图9所示的单片机90除了包括图4中的那些部件还具有I/O端口91，用于从ASIC芯片80的串行输出端口27接收DATA信号和CLK信号。具体地，根据该实施例，图9中的单片机90的工作流程包括：
1)单片机90通过其I/O端口91接收来自串行输出端口27的CLK信号和DATA信号。同时，单片机90中的定时器41接收ADSO信号以及CLK512信号，与上文中计算容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量方法相同，定时器41以计数时钟42提供的时钟频率(例如，6MHz)作为计数频率，根据ADSO信号以及CLK512信号进行计数，如在监测到CLK512信号的上升沿时重新开始计数并且在监测到ADSO信号的上升沿时将当前计数(即，容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量)写入缓冲器(图9中的定时器41的工作原理与图4和图6中的定时器41相同)。
2)CPU 43根据从I/O端口91接收的DATA信号以及CLK信号，得到容栅传感器10的栅极移动的栅距数；并且根据定时器41发送的中断标记信号从定时器41的缓冲器中读取数据，得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量。CPU 43再根据移动的栅距数和一个栅距内的位置当量得到总绝对位移值。根据本发明的一个实施例，具体来说包括：
21)根据CLK信号的上升沿或下降沿产生的中断信号，读取DATA信号的高、低电平状态，得到DATA信号中包含的位移信息(以0、1表示的多位二进制数，其中低位在前，第12位起即为移动的栅距数)，从中分离出容栅传感器10的栅极移动的栅距数。以及，根据定时器41发送的中断标记信号从定时器41的缓冲器中读取数据，得到容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量。
22)根据公式(1)得到容栅传感器10的栅极的总绝对位移当量，即，将从DATA信号中得到的栅距数乘以每个栅距对应的分辨当量(例如，20000)，再与根据定时器41的计数得到的容栅传感器10的栅极在一个栅距内的位置当量相加，从而得到容栅传感器10的栅极的总绝对位移当量。
23)将容栅传感器栅极的总绝对位移当量转换成总绝对位移值。
24)将容栅传感器10的栅极的总绝对位移值输出至显示单元45以及串口46，由显示单元45以及串口46进行输出。这样，实现了高分辨率、高精度的大量程位移测量。
与上文给出的一些方案类似，在定时器41中也可以不使用缓冲器。另外，与上文给出的一些方案类似，RAM 44可以用来存储缓冲器中的数据，以及CPU 43在处理过程中产生的数据等。
与上文给出的一些方案类似，在转换操作(即，将容栅传感器10的栅极的总绝对位移当量转换成总绝对位移值)之前，CPU 43可以对容栅传感器10的栅极的总绝对位移当量进行数字化滤波处理，并且在转换操作之后，对容栅传感器10的栅极的总绝对位移值执行栅距内的偏差修正和栅距间的偏差修正。
针对大量程、高分辨率以及高精度的角位移测量，根据本发明的又一个实施例，还提供一种用于传感器装置的位移测量***，所述传感器装置包括两个容栅传感器，下面将参照图10和图11进行描述。
在本实施例中，要用到两个容栅传感器，一个粗分容栅传感器11和一个细分容栅传感器12(关于利用粗分、细分容栅传感器的组合来测量大角度范围的绝对位置的描述可以参见申请号为CN200710050658.3的中国专利申请)，其中，粗分传感器在一个圆周上具有一个栅距(即，一个栅距等于圆周全量程360°)，细分传感器在一个圆周上具有多个栅距(例如，20个)；
图10中示出本实施例的ASIC芯片100，其集成有晶振电路21，时钟分频电路22，8路驱动及模拟开关信号生成电路23(需要注意的是，在本实施例中，8路驱动信号用于驱动粗分容栅传感器11和细分容栅传感器12)，以及两个容栅信号处理电路101和102；所述两个容栅信号处理电路101，102分别接收来自粗分传感器11的输出信号CSI1和来自细分传感器12的输出信号CSI2，并且分别向图11中的单片机110输出ADSO1信号和ADSO2信号；另外，时钟分频电路22向图11中的单片机110输出一路与8路驱动信号的周期相同并且与任一路驱动信号的相位相同的CLK512信号。
图11中的单片机110包括两个相同的定时器111和112(即，定时器1和定时器2)；其中，定时器111接收来自容栅信号处理电路101的ADSO1信号和来自时钟分频电路22的CLK512信号，定时器112接收来自容栅信号处理电路102的ADSO2信号和来自时钟分频电路22的CLK512信号。根据本发明的一个实施例，单片机110的工作流程如下：
1)与上文描述的用于获得容栅传感器的栅极在一个栅距内的位置当量的方法相同，定时器111以计数时钟42提供的时钟频率(例如，6MHz)作为计数频率，并且根据ADSO1信号和CLK512信号来进行计数，以得到粗分容栅传感器11的栅极在一个栅距内的位置当量；定时器112同样以计数时钟42提供的时钟频率作为计数频率，并且根据ADSO2信号和CLK512信号来进行计数，以得到细分容栅传感器12的栅极在一个栅距内的位置当量。根据本发明的一个实施例，定时器111本身包括缓冲器，定时器111在监测到CLK512信号的上升沿时从零开始计数，在监测到ADSO1信号的上升沿时将当前计数写入其缓冲器，该计数表示粗分容栅传感器11的栅极在一个栅距内的位置当量；定时器112也包括缓冲器，定时器112在监测到CLK512信号的上升沿时从零开始计数，在监测到ADSO 2信号的上升沿时将当前计数写入其缓冲器，该计数表示细分容栅传感器12的栅极在一个栅距内的位置当量。定时器111或定时器112可以在监测到CLK512信号的上升沿时向CPU 43发送中断标记信号，以使CPU 43能够从定时器111和定时器的缓冲器读取同步的数据。
2)CPU 43接收到来自定时器111或定时器112的、由CLK 512信号的上升沿触发的中断标记信号之后，执行以下操作：
21)CPU从定时器111的缓冲器中读取数据并且从定时器112的定时器中读取数据，这两个数据分别是粗分容栅传感器11的栅极在一个栅距内的位置当量和细分容栅传感器12的栅极在一个栅距内的位置当量。
22)根据粗分容栅传感器11的栅极在一个栅距内的位置当量，确定细分容栅传感器12的栅极移动的栅距数。
例如，假设每个栅距对应的分辨当量为20000，则在一个圆周上，对粗分容栅传感器11相应的测量数据而言，20000/20＝1000；即0～999对应细分容栅传感器12的第0个栅距位置(移动的栅距数为0)，且1000～1999对应细分容栅传感器12的第1个栅距位置，以此类推。由此，可以根据粗分容栅传感器11的栅极在一个栅距内的位置当量来确定细分容栅传感器栅极移动的栅距数。
23)参见公式(1)，将该栅距数乘以每栅距对应的分辨当量(如20000)再与细分容栅传感器12的栅极在一个栅距内的位置当量相加，得到细分容栅传感器12的栅极在圆周范围内的总绝对位置当量。
24)对细分容栅传感器12的栅极在圆周范围内的总绝对位置当量做转换(即乘以当量系数18/20000)，得到细分容栅传感器12的栅极的总绝对位移值(即实际位置角度值)。
25)将总绝对位移值输出至显示单元45以及串口46，由显示单元45以及串口46输出。
上述的定时器111和定时器112具有其自己的缓冲器，然而在其他实施例中，也可以不使用缓冲器。在定时器111和112没有缓冲器的实施例中，当定时器111监测到ADSO1信号的上升沿时，可以将当前计数直接发送至CPU 43并由CPU 43存储到RAM 44；当定时器112监测到ADSO2信号的上升沿时，可以将当前计数直接发送至CPU 43并由CPU 43存储到RAM44。当CPU 43接收到来自定时器111或者定时器112的、由CLK512信号的上升沿触发的中断标记信号时，从RAM中取出这两个计数，并进行后续处理。此外，在采用ARM单片机的实施例中，DMA通路可以直接将定时器111和112的缓冲器中的数据存储到RAM 44中，CPU 43可以根据接收到的中断标记信号，从RAM 44中提取最近存入的数据进行处理。
本领域技术人员应理解，在另一个实施例中，定时器111和定时器112也可以根据CLK512信号的下降沿来将计数清零，并且分别根据ADSO1信号、ADSO2信号的下降沿来向缓冲器写入当前计数，并且可以在监测到CLK512信号的上升沿(或下降沿)时向CPU 43发送中断标记信号。在其他实施例中，定时器111可以在监测到ADSO1信号的上升沿时向CPU 43发送中断标记信号，定时器112可以在监测到ADSO2信号的上升沿时向CPU 43发送中断标记信号。
另外，在进一步的实施例中，CPU 43在转换操作前还对细分容栅传感器12的栅极在圆周范围内的总绝对位置当量进行数字化滤波处理，并且在转换操作后对总绝对位移值进行栅距内以及栅距间的偏差修正。
尽管在上文中将粗分传感器描述为在一个圆周上具有一个栅距并且将细分传感器描述为在一个圆周上具有多个栅距，即位移测量***能够实现整个圆周上的角度测量，但应理解，该位移测量***也适用于扇形角度的测量，在这种情况下，要求细分传感器在粗分传感器的一个栅距内具有N个栅距(N为整数且N≥2)。此外，除了角度，图10和图11所示的位移测量***也能用于长度的绝对测量。
以上给出了三种针对大量程、高分辨率以及高精度的位移测量***。其中，图3和图6所示的位移测量***由于无需用到传统的鉴相及计数电路25、位移数据处理电路26等，因此占用的空间较小，并且该***适用于运动中和静止后的位移测量；图8和图9所示的位移测量***可以利用现有的ASIC芯片进行制造，与其他位移测量***相比实现起来较为简单，但占用空间较大，这种***主要适用于静止后的位移测量；图10和图11所示的位移测量***适用于角位移和线位移的测量，既可以在运动中进行测量也可以在静止后测量。采用本发明提供的这些用于传感器装置的位移测量***，在继承了传统鉴相型容栅传感器规模化生产技术的基础上，可以将鉴相型容栅传感器测量技术实现低成本性能提升，并且提高了测量的分辨率和精度。
本领域技术人员应理解，尽管在上文中使用单片机的内部计数时钟42来实现定时器的计时和计数，但在其他实施例中，也可以使用单片机的外部时钟来提供时钟频率。另外，尽管上文以ASIC芯片和单片机为例进行描述，即将其作为两个部件分开来进行描述，然而在其他实施例中，单片机也可以集成在ASIC芯片中，或者可以将ASIC芯片集成在单片机上，或者将两者集成在一起，可以集成在同一个芯片上，也可以集成在多个芯片上。
本领域技术人员还应理解，除了单片机，还可以采用具有计算功能的其他数字处理装置来实现本发明。
本领域技术人员还应理解，除了容栅传感器之外，本发明提供的位移测量***也适用于其他的位移传感器，例如，除容栅传感器之外的其他电容式传感器、感应同步器、光栅传感器等。这些位移传感器的工作原理与容栅传感器类似——驱动信号为周期性变化的电压信号，经位移传感器耦合调制后其时间变化周期对应传感器栅距变化的空间周期，并且输出的信号能够通过鉴相的方式获得与栅距位置对应的并且与初始驱动信号有电相位差的同周期方波信号。
此外，尽管上文以接收多路(8路)驱动信号的容栅传感器为例描述了本发明，但需要注意的是，接收1路驱动信号的位移传感器也适用于本发明，在这种情况下，驱动信号生成电路23可以仅输出一路驱动信号，时钟分频电路22输出的CLK512信号与该驱动信号周期相同并且相位相同。在进一步的实施例中，CLK512信号与驱动信号的周期或相位可能不完全相同，例如，周期可以呈倍数关系，相位可以相反或者具有其他对应关系。
应注意到一些示例性方法被描绘为流程图。虽然流程图将操作表述为顺序执行，但可以理解的是，许多操作可以并行、同时或同步地执行。另外，可以重新排列操作的顺序。处理可以在操作完成时终止，但是也可以具有并未包括在图中或实施例中的另外的步骤。
上述方法可以通过硬件、软件、固件、中间件、伪代码、硬件描述语言或者它们的任意组合来实现。当以软件、固件、中间件或伪代码实施时，用来执行任务的程序代码或代码分段可以被存储在计算机可读介质中，诸如存储介质，处理器可以执行该任务。
应理解，软件实现的示例性实施例通常在一些形式的程序存储介质上进行编码或者在一些类型的传输介质上实现。程序存储介质可以是任意的非瞬态存储介质，诸如磁盘(例如，软盘或硬盘)或光盘(例如，紧凑盘只读存储器或“CD ROM”)，并且可以是只读的或者随机访问的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴线缆、光纤，或者本领域已知的一些其它适用的传输介质。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所做出的各种改变以及变化。

Claims (26)

1.一种用于传感器装置的位移测量***，所述传感器装置包括第一位移传感器(10，12)，所述位移测量***包括：
驱动信号生成电路(23)，用于向所述第一位移传感器(10，12)输出驱动信号；
第一信号处理电路(24，102)，用于接收来自所述第一位移传感器(10，12)的信号并且输出第一ADSO信号；以及
计算设备(40，60，90，110)，包括第一定时器(41，112)；
其中，所述第一定时器(41，112)用于接收CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数；其中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期和相位相关的方波信号。
2.根据权利要求1所述的位移测量***，还包括：
时钟分频电路(22)，用于向所述驱动信号生成电路(23)输出时钟信号以及输出所述CLK512信号。
3.根据权利要求1或2所述的位移测量***，所述计算设备(40，60，90，110)还包括：
处理器(43)，用于将所述第一定时器(41，112)通过计时或计数得到的数据转换为所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
4.根据权利要求3所述的位移测量***，还包括：
计数时钟(42)；
其中，所述第一定时器(41，112)用于以所述计数时钟(42)提供的时钟频率根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数。
5.根据权利要求4所述的位移测量***，其中，所述第一定时器(41，112)用于在监测到所述CLK512信号的上升沿时以所述计数时钟(42)提供的时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第一ADSO信号的上升沿时将当前时间或当前计数发送至所述处理器(43)。
6.根据权利要求4所述的位移测量***，所述第一定时器(41，112)还包括：
第一缓冲器；
其中，所述第一定时器(41，112)用于在监测到所述CLK512信号的上升沿时以所述计数时钟(42)提供的时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第一ADSO信号的上升沿时将当前时间或当前计数写入所述第一缓冲器；
所述处理器(43)用于在接收到由所述第一ADSO信号或所述CLK512信号触发的中断标记信号之后，读取所述第一缓冲器中的数据。
7.根据权利要求4所述的位移测量***，其中，所述处理器(43)用于根据所述第一定时器(41，112)通过计时得到的数据以及所述计数时钟(42)提供的时钟频率得出所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的位置当量，并且将所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的位置当量转换为所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
8.根据权利要求7所述的位移测量***，其中，所述处理器(43)还用于对所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的位置当量进行数字化滤波处理，以及对所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值进行偏差修正。
9.根据权利要求4所述的位移测量***，其中，所述计数时钟(42)包含在所述计算设备(40，60，90，110)中。
10.根据权利要求3所述的位移测量***，所述计算设备(60)还包括：
第二定时器(61)，用于接收所述CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号对所述第一位移传感器(10)的栅极移动的栅距数进行计数；
其中，所述处理器(43)还用于根据所述第二定时器(61)通过计数得到的数据以及所述第一定时器(41)通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移值。
11.根据权利要求10所述的位移测量***，其中，所述处理器(43)用于计算下式以得到所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移当量Ln：
Ln＝An+Nn×M
其中，An表示所述第一定时器(41)通过计数得到的数据，Nn表示所述第二定时器(61)通过计数得到的数据，M表示所述第一位移传感器(10)的每个栅距对应的分辨当量；以及
将所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移当量Ln转换为所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移值。
12.根据权利要求3所述的位移测量***，其中，所述驱动信号生成电路(23)和所述第一信号处理电路(24，102)集成在同一芯片中，所述芯片还包括：
鉴相及计数电路(25)，用于接收所述第一ADSO信号；以及
串行输出端口(27)，用于输出CLK信号和包括所述第一位移传感器(10)的栅极的位移信息的DATA信号；
所述计算设备(90)还用于接收所述CLK信号和所述DATA信号；
其中，所述处理器(43)还用于根据所接收的所述CLK信号和所述DATA信号得到所述第一位移传感器(10)的栅极移动的栅距数，以及根据所述第一位移传感器(10)的栅极移动的栅距数和所述第一定时器(41)通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移值。
13.根据权利要求12所述的位移测量***，其中，所述处理器(43)用于根据所述第一位移传感器(10)的栅极移动的栅距数和所述第一定时器(41)通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移当量，以及将所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移当量转换为所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移值。
14.根据权利要求4所述的位移测量***，所述传感器装置还包括第二位移传感器(11)，其中所述第一位移传感器(12)在所述第二位移传感器(11)的一个栅距内具有多个栅距，所述驱动信号生成电路(23)还用于向所述第二位移传感器(11)输出所述驱动信号，所述位移测量***还包括：
第二信号处理电路(101)，用于接收来自所述第二位移传感器(11)的信号并且输出第二ADSO信号；
所述计算设备(110)还包括：
第三定时器(111)，用于接收所述第二ADSO信号和所述CLK512信号，以所述计数时钟(42)提供的时钟频率根据所述第二ADSO信号和所述CLK512信号进行计时或计数；
其中，所述处理器(43)还用于根据所述第三定时器(111)通过计时或计数得到的数据来确定所述第一位移传感器(12)的栅极移动的栅距数，以及根据所述第一位移传感器(12)的栅极移动的栅距数和所述第一定时器(41)通过计时或计数得到的数据得出所述第一位移传感器(12)的栅极的总绝对位移值。
15.根据权利要求14所述的位移测量***，其中，所述第三定时器(111)用于在监测到所述CLK512信号的上升沿时以所述计数时钟(42)提供的时钟频率从零开始计时或计数，以及在监测到所述第二ADSO信号的上升沿时将当前时间或当前计数发送至所述处理器(43)或者记录该当前时间或当前计数。
16.根据权利要求1或14所述的位移测量***，其中，所述第一位移传感器(10，12)以及所述第二位移传感器(11)是容栅传感器。
17.根据权利要求1所述的位移测量***，其中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期相同并且相位相同的方波信号。
18.根据权利要求1所述的位移测量***，其中，所述计算设备(40，60，90，110)，所述驱动信号生成电路(23)以及所述第一信号处理电路(24，102)集成在同一芯片中。
19.一种用于传感器装置的位移测量方法，所述传感器装置包括第一位移传感器(10，12)，所述位移测量方法包括：
向所述第一位移传感器(10，12)输出驱动信号；
接收来自所述第一位移传感器(10，12)的信号，对该信号进行处理，并且输出第一ADSO信号；以及
接收CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数；其中，所述CLK512信号是与所述驱动信号的周期和相位相关的方波信号。
20.根据权利要求19所述的位移测量方法，还包括：
将通过所述计时或计数得到的第一数据转换为所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
21.根据权利要求19或20所述的位移测量方法，其中，根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号进行计时或计数包括：
在监测到所述CLK512信号的上升沿时以时钟频率从零开始计时或计数，以及
在监测到所述第一ADSO信号的上升沿时发送或记录当前时间或当前计数。
22.根据权利要求21所述的位移测量方法，其中，将通过所述计时得到的第一数据转换为所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值包括：
根据通过所述计时得到的第一数据以及所述时钟频率得出所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的位置当量；
将所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的位置当量转换为所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值。
23.根据权利要求22所述的位移测量方法，还包括：
对所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的位置当量进行数字化滤波处理；以及
对所述第一位移传感器(10，12)的栅极在一个栅距内的绝对位移值进行偏差修正。
24.根据权利要求20所述的位移测量方法，还包括：
接收所述CLK512信号和所述第一ADSO信号，并且根据所述CLK512信号和所述第一ADSO信号对所述第一位移传感器(10)的栅极移动的栅距数进行计数；以及
根据通过对所述第一位移传感器(10)的栅极移动的栅距数进行计数得到的第二数据和所述第一数据得出所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移值。
25.根据权利要求24所述的位移测量方法，包括：
通过下式计算得到所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移当量Ln：
Ln＝An+Nn×M
其中，An表示所述第一数据，Nn表示所述第二数据，M表示所述第一位移传感器(10)的每个栅距对应的分辨当量；以及
将所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移当量Ln转换为所述第一位移传感器(10)的栅极的总绝对位移值。
26.根据权利要求21所述的位移测量方法，所述传感器装置还包括第二位移传感器(11)，其中所述第一位移传感器(12)在所述第二位移传感器(11)的一个栅距内具有多个栅距，所述位移测量方法还包括：
向所述第二位移传感器(11)输出所述驱动信号；
接收来自所述第二位移传感器(11)的信号，对该信号进行处理，并且输出第二ADSO信号；
接收所述第二ADSO信号和所述CLK512信号，以所述时钟频率根据所述第二ADSO信号和所述CLK512信号进行计时或计数，其中通过根据所述第二ADSO信号和所述CLK512信号进行计时或计数得到第三数据；
根据所述第三数据来确定所述第一位移传感器(12)的栅极移动的栅距数；以及
根据所述第一位移传感器(12)的栅极移动的栅距数和所述第一数据得出所述第一位移传感器(12)的栅极的总绝对位移值。
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