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专利号: 2017101615257
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:

1.一种绝对式时栅角位移传感器,包括转子(1)、定子(2)、信号调理电路(3)、鉴相电路(4)和微处理器(5),所述转子(1)与定子(2)同轴正对平行安装,且留有间隙;其特征在于:所述转子(1)为布有激励线圈(11)和感应线圈(12)的环形印制电路板,所述定子(2)为与转子(1)相对的一面沿圆周开设有多个扇环形通槽的环形导磁体;

所述激励线圈(11)由相同且关于圆心O对称布置的第一组线圈和第二组线圈组成,第一组、第二组线圈均包括正弦激励线圈(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=360°/N、相位互差180°且沿半径为R的圆周正弦分布的两条导线构成,两条导线分别布于环形印制电路板的两层,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=360°/N、相位互差180°且沿半径为R的圆周正弦分布的两条导线构成,两条导线分别布于环形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;其中,N为传感器的极对数,N≥8且取值为4的整数倍;所述正弦激励线圈(111)的起始位置与余弦激励线圈(112)的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开W/4,且正弦激励线圈(111)与余弦激励线圈(112)同时覆盖区域的圆心角大于或者等于4W;

所述感应线圈(12)由相同且关于圆心O对称布置的第一部分和第二部分组成,第一、第二部分均由相同且独立工作的4个扇环形感应线圈组成,扇环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,扇环形感应线圈的圆心角为W、内圆弧半径小于R-A、外圆弧半径大于R+A;第一部分的4个扇环形感应线圈分别为第一、第二、第三、第四扇环形感应线圈(121、122、123、124),其沿圆周逆时针方向依次排列,且相邻两个扇环形感应线圈的中心连线所对应的圆心角为W,第一部分能同时覆盖所述第一组线圈中的正弦激励线圈的连续4个周期和余弦激励线圈的连续4个周期;第二部分的4个扇环形感应线圈分别为第五、第六、第七、第八扇环形感应线圈(125、126、127、128),其沿圆周逆时针方向依次排列;

所述环形导磁体的内圆半径小于扇环形感应线圈的内圆弧半径、外圆半径大于扇环形感应线圈的外圆弧半径;所述环形导磁体沿圆周均分为N/2等份,形成N/2个圆心角为2W的扇环形等分区域,以其中某一等份作为第1个扇环形等分区域,其余等份沿圆周逆时针方向依次称为第2个扇环形等分区域至第N/2个扇环形等分区域;每个扇环形等分区域内都开设有扇环形通槽,且所开扇环形通槽的面积之和为该扇环形等分区域面积的1/2;沿圆周逆时针方向,每个扇环形等分区域等分为4份,第2m-1个扇环形等分区域内的扇环形通槽开设在第1份位置和第3份位置,第2m个扇环形等分区域内的扇环形通槽开设在第1份和第3份同时沿圆周逆时针方向旋转 后的位置,当扇环形通槽的开设位置因旋转而移出第2m个扇环形等分区域时,移出部分从该第2m个扇环形等分区域的另一侧移入,其中,m依次取值1至N/4中的所有整数;

将所述环形导磁体的每个扇环形等分区域都等分为2份,形成N个圆心角为W的极对,由第1个扇环形等分区域的起始位置开始,沿圆周逆时针方向依次称为第1个极对至第N个极对,将第一扇环形感应线圈(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,当转子(1)相对于定子(2)转动时,8个扇环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,得到转子(1)的绝对位移值。

2.根据权利要求1所述的绝对式时栅角位移传感器,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,得到第一扇环形感应线圈的位移测量值 第二扇环形感应线圈的位移测量值 第三扇环形感应线圈的位移测量值 第四扇环形感应线圈的位移测量值 第五扇环形感应线圈的位移测量值 第六扇环形感应线圈的位移测量值 第七扇环形感应线圈的位移测量值 第八扇环形感应线圈的位移测量值 其中,的取值范围为[0,W),转子(1)位于绝对零位时, 然后再计算转子(1)的绝对位移值;

所述转子(1)的绝对位移值的计算公式为:

式中,表示扇环形感应线圈的位移测量值,K表示转子位于的极对;

如果 则 K=4n-3,其中

如果 则 K=4n-3,其中

如果 则 K=4n-2,其中

如果 则 K=4n-2,其中

如果 则 K=4n-1,其中

如果 则 K=4n-1,其中

如果 则 当n>1时,K=4n-4,当n=1时,K

=N;

如果 则 当n>1时,K=4n-4,当n=1时,K

=N。

3.根据权利要求1或2所述的绝对式时栅角位移传感器,其特征在于:所述第一、第三、第五、第七扇环形感应线圈(121、123、125、127)沿圆周逆时针方向布于环形印制电路板的一层,所述第二、第四、第六、第八扇环形感应线圈(122、124、126、128)沿圆周逆时针方向布于环形印制电路板的另一层。

4.根据权利要求1或2所述的绝对式时栅角位移传感器,其特征在于:所述环形导磁体上开设的扇环形通槽的深度大于或者等于1mm。