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专利号: 201810771522X
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:

1.一种单码道绝对式时栅角位移测量系统,包括发光元件(1)、动盘基体(2)、定盘基体(3)、光电探测器(4)以及信号处理电路,发光元件(1)同轴安装在动盘基体(2)正上方,定盘基体(3)同轴安装在动盘基体(2)正下方,光电探测器(4)同轴安装在定盘基体(3)正下方,发光元件(1)、定盘基体(3)、光电探测器(4)保持固定;其特征在于:所述发光元件(1)由一路交流激励信号驱动,形成单交变光场;

所述动盘基体(2)上设有N个相同且呈扇环形的全透光栅面(21)和N1个相同且呈扇环形的半透光栅面(22),N个全透光栅面(21)沿圆周方向间隔均匀分布,并围成半圈,一个全透光栅面(21)所对的圆心角等于 相邻两个全透光栅面(21)间隔的圆心角等于 N+1个半透光栅面(22)沿圆周方向间隔均匀分布,并围成另外半圈,一个半透光栅面(22)所对的圆心角等于 相邻两个半透光栅面(22)间隔的圆心角等于所述定盘基体(3)的圆周被均分为6个呈扇环形的透光调制区,每个透光调制区所对的圆心角为60°,且在垂直于发光元件(1)的方向上被单交变光场完全覆盖;第2m+1个透光调制区内从其起始位置开始沿圆周方向设有四个相同且间隔均匀的第一双余弦透光面(31),一个第一双余弦透光面(31)所对的圆心角等于 相邻两个第一双余弦透光面(31)间隔的圆心角等于 第2m+2个透光调制区内从其起始位置开始沿圆周方向设有四个相同且间隔均匀的第二双余弦透光面(32),一个第二双余弦透光面(32)所对的圆心角等于 相邻两个第二双余弦透光面(32)间隔的圆心角等于 其中,m依次取0至2的所有整数;

所述光电探测器(4)包括沿圆周方向分布且围成一圈的6组光电测头(41),6组光电测头(41)能同时独立接收6个所述透光调制区的全部光通量;

动盘基体(2)相对定盘基体(3)转动,6组光电测头(41)输出的24路光电流信号输入到信号处理电路中,合成6个电行波信号,对第n1组、第n1+2组、第n1+4组光电测头所对应的3个电行波信号的幅值进行编码,根据编码值选取相应的第n2组、第n2+3组光电测头所对应的2个电行波信号比相,并转换得到粗码值,所述2个电行波信号中的任意一个与参考信号比相,并转换得到精码值,精码值与粗码值相加得到绝对角位移值;其中,n1的取值为1或2,n2的取值为1或2或3。

2.根据权利要求1所述的单码道绝对式时栅角位移测量系统,其特征在于:

所述第一双余弦透光面(31)沿圆周方向展开后的形状为[-π,π]区间的两条幅值相等、相位相差180°的余弦曲线段Ⅰ围成的全封闭轴对称图形Ⅰ;

所述第二双余弦透光面(32)沿圆周方向展开后的形状为[-π,π]区间的两条幅值相等、相位相差180°的余弦曲线段Ⅱ围成的全封闭轴对称图形Ⅱ。

3.根据权利要求1或2所述的单码道绝对式时栅角位移测量系统,其特征在于:所述发光元件(1)为环形发光二极管阵列或者环形同轴光源。

4.根据权利要求1或2所述的单码道绝对式时栅角位移测量系统,其特征在于:所述光电测头(41)为扇环形光电池或者扇环形光敏阵列,每组光电测头(41)所对的圆心角为60°,

6组光电测头(41)分别与6个所述透光调制区一一对应。

5.根据权利要求4所述的单码道绝对式时栅角位移测量系统,其特征在于:所述信号处理电路包括行波信号合成模块(5)、编码选择模块(8)、信号调理模块(6)和时空位移转换模块(7),6组光电测头(41)输出的24路光电流信号输入至行波信号合成模块(5)中,合成6个电行波信号,6个电行波信号输入至编码选择模块(8),经编码、选择后输出第n2组、第n2+3组光电测头所对应的2个电行波信号,所述2个电行波信号与一路参考信号经信号调理模块(6)调理成方波后输入至时空位移转换模块(7)中,经比相、转换后输出绝对角位移值。

6.根据权利要求5所述的单码道绝对式时栅角位移测量系统,其特征在于:所述行波信号合成模块(5)包括电流放大模块(51)、差动放大模块(52)、移相模块(53)和差分放大模块(54),第i组光电测头(41)中的第一个测头、第三个测头输出的2路光电流信号经电流放大模块(51)放大后,输入至差动放大模块(52),经差动放大后输出第一电压信号U13,同时其第二个测头、第四个测头输出的2路光电流信号经电流放大模块(51)放大后,输入至差动放大模块(52),经差动放大后输出第二电压信号U24,第一电压信号U13输入至移相模块(53),经移相后输出第三电压信号U′13,第三电压信号U′13与第二电压信号U24输入至差分放大模块(54),经差分放大后输出电行波信号Ui;其中,i依次取1至6的所有整数。