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专利号: 2017101615223
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种绝对式时栅直线位移传感器,包括动子(1)、定子(2)、信号调理电路(3)、鉴相电路(4)和微处理器(5),所述动子(1)与定子(2)正对平行安装,且留有间隙;其特征在于:所述动子(1)为布有激励线圈(11)和感应线圈(12)的印制电路板,所述定子(2)为与动子(1)相对的一面沿测量方向开设有多个矩形通槽的导磁体;

所述激励线圈(11)包括正弦激励线圈(111)和余弦激励线圈(112),所述正弦激励线圈(111)由起始位置相同、幅值为A、周期为W、相位互差180°的两条正弦导线构成,两条正弦导线分别布于印制电路板的两层,且其起始端通过过孔连接、另一端作为正弦激励信号输入端;所述余弦激励线圈(112)由起始位置相同、幅值为A、周期为W、相位互差180°的两条正弦导线构成,两条正弦导线分别布于印制电路板的另外两层,且其起始端通过过孔连接、另一端作为余弦激励信号输入端;所述正弦激励线圈(111)的起始位置与余弦激励线圈(112)的起始位置在印制电路板上沿测量方向错开W/4,且正弦激励线圈(111)与余弦激励线圈(112)同时覆盖区域的长度大于或者等于8W;

所述感应线圈(12)由相同且独立工作的8个矩形感应线圈组成,矩形感应线圈为具有一个开口,且开口端作为信号输出端的非闭合线圈,矩形感应线圈沿测量方向的长度为W,在垂直于测量方向的宽度大于2A;8个矩形感应线圈分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八矩形感应线圈(121、122、123、124、125、126、127、128),其沿测量方向依次排列,且相邻两个矩形感应线圈的中心距为W;所述感应线圈(12)在印制电路板上能同时覆盖正弦激励线圈的连续8个周期和余弦激励线圈的连续8个周期;

所述导磁体沿测量方向依次划分有N/2个长度为2W的矩形等分区域,其中,N>8且取值为2的整数倍,每个矩形等分区域内都开设有矩形通槽,且所开矩形通槽的面积之和为该矩形等分区域面积的1/2;沿测量方向,每个矩形等分区域等分为4份,第2m1-1个矩形等分区域内的矩形通槽开设在第1份位置和第3份位置,第2m2个矩形等分区域内的矩形通槽开设在第1份和第3份同时沿测量方向移动 后的位置,当矩形通槽的开设位置因移动而移出第2m2个矩形等分区域时,移出部分从该第2m2个矩形等分区域的另一侧移入,其中,m1依次取值1至N/4+0.5中的所有整数,m2依次取值1至N/4中的所有整数,m3取小于N/4+0.5的最大整数;

将所述导磁体的每个矩形等分区域都等分为2份,沿测量方向形成N个长度为W的极对,将第一矩形感应线圈(121)完整覆盖第1个极对时的位置作为测量的绝对零位;正弦激励线圈(111)和余弦激励线圈(112)中分别通入两相对称激励电流,当动子(1)相对于定子(2)移动时,8个矩形感应线圈中产生的感应信号将发生周期性变化,将该8个感应信号与激励信号输入至信号调理电路(3)进行信号调理后,送入鉴相电路(4)进行鉴相处理,相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示,再经微处理器(5)运算、处理后,得到动子(1)的绝对位移值。

2.根据权利要求1所述的绝对式时栅直线位移传感器,其特征在于:所述微处理器(5)先对鉴相电路(4)输出的信号进行处理,得到第一矩形感应线圈的位移测量值x1、第二矩形感应线圈的位移测量值x2、第三矩形感应线圈的位移测量值x3、第四矩形感应线圈的位移测量值x4、第五矩形感应线圈的位移测量值x5、第六矩形感应线圈的位移测量值x6、第七矩形感应线圈的位移测量值x7、第八矩形感应线圈的位移测量值x8,其中,x1~x8的取值范围为[0,W),动子(1)位于绝对零位时,x1=x2=x5=x6=0;然后再计算动子(1)的绝对位移值;

所述动子(1)的绝对位移值的计算公式为:S=x+W*(K-1)

式中,x表示矩形感应线圈的位移测量值,K表示动子位于的极对;

如果x1=x2=0,则x=0,K=4n-3,其中 且n≤N/4-1;

如果x1=x5≠0,则x=x1,K=4n-3,其中 且n≤N/4-1;

如果x1=x4=0,则x=0,K=4n-2,其中 且n≤N/4-1.5;

如果x4=x8≠0,则x=x4,K=4n-2,其中 且n≤N/4-1.5;

如果x3=x4=0,则x=0,K=4n-1,其中 且n≤N/4-1.5;

如果x3=x7≠0,则x=x3,K=4n-1,其中 且n≤N/4-1.5;

如果x2=x3=0,则x=0,K=4n-4,其中 且n≤N/4-1;

如果x2=x6≠0,则x=x2,K=4n-4,其中 且n≤N/4-1。

3.根据权利要求1或2所述的绝对式时栅直线位移传感器,其特征在于:所述第一、第三、第五、第七矩形感应线圈(121、123、125、127)沿测量方向布于印制电路板的一层,所述第二、第四、第六、第八矩形感应线圈(122、124、126、128)沿测量方向布于印制电路板的另一层。

4.根据权利要求1或2所述的绝对式时栅直线位移传感器,其特征在于:所述导磁体上开设的矩形通槽的深度大于或者等于1mm。