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专利号: 2021113704309
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:

1.一种基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,包括定尺(1)和动尺(2),动尺(2)的基体下表面与定尺(1)的基体上表面正对平行安装,并留有间隙;定尺(1)的基体上表面设有激励电极(11),激励电极(11)由4M1个大小相同、极距为W1的矩形极片I沿X轴正方向等间距排列组成,每相邻的四个矩形极片I形成一个对极,激励电极(11)具有A、B、C、D激励组;设定X轴正方向为测量方向,其特征是:在定尺(1)的基体上表面,激励电极(11)的一侧间隔设有解调电极I、另一侧间隔设有解调电极II;解调电极I由第一解调电极(12)和第二解调电极(13)并排组成,第一解调电极(12)、第二解调电极(13)都由2M2个大小相同、极距为W2的解调极片I沿X轴正方向等间距排列组成;第一解调电极(12)中的第2n2+1个解调极片I连接组成A1解调组、第2n2+2个解调极片I连接组成B1解调组,第二解调电极(13)中的第2n2+1个解调极片I连接组成A2解调组、第

2n2+2个解调极片I连接组成B2解调组,n2依次取0至M2‑1的所有整数;解调电极II由第三解调电极(14)和第四解调电极(15)并排组成,第三解调电极(14)、第四解调电极(15)都由2M3个大小相同、极距为W3的解调极片II沿X轴正方向等间距排列组成,第三解调电极(14)中的第2n3+1个解调极片II连接组成A3解调组、第2n3+2个解调极片II连接组成B3解调组,第四解调电极(15)中的第2n3+1个解调极片II连接组成A4解调组、第2n3+2个解调极片II连接组成B4解调组,n3依次取0至M3‑1的所有整数,M3与M2互为质数;第一、第二、第三、第四解调电极(12、13、14、15)沿X轴方向的长度与激励电极(11)沿X轴方向的长度相等,且等于L;

所述定尺(1)有N个,N个定尺(1)沿X轴正方向首尾依次拼接,形成定尺组,定尺组的各个A激励组相连、各个B激励组相连、各个C激励组相连、各个D激励组相连;

所述动尺(2)的基体下表面沿X轴正方向设有间距为Dos的传感单元I和传感单元II,间距Dos大于相邻两个定尺之间的拼接缝沿X轴方向的宽度Dis;传感单元I由沿Y轴正方向间隔排列的第一调制电极(22)、感应电极I(21)和第三调制电极(23)组成,传感单元II由沿Y轴正方向间隔排列的第二调制电极(25)、感应电极II(24)和第四调制电极(26)组成;在Z轴方向,感应电极I(21)、感应电极II(24)与激励电极(11)正对,第一调制电极(22)与第一解调电极(12)正对,第三调制电极(23)与第三解调电极(14)正对,第二调制电极(25)与第二解调电极(13)正对,第四调制电极(26)与第四解调电极(15)正对;第一调制电极(22)、第三调制电极(23)与感应电极I(21)相连,第二调制电极(25)、第四调制电极(26)与感应电极II(24)相连;

测量时,N个定尺中的A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4解调组分别与时栅信号处理电路的8N个信号输入端连接,A、B、C、D激励组施加相位依次相差90°的四路同频等幅正弦激励信号,动尺(2)沿X轴相对定尺组移动,各个定尺中的A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4解调组输出的行波信号经时栅信号处理电路处理后,得到动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值Spa。

2.根据权利要求1所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述感应电极I(21)、感应电极II(24)都由4M4个大小相同、极距为W1的感应极片沿X轴正方向等间距排列组成,感应电极I(21)中的第4n4+1个感应极片连接组成A1感应组、第4n4+

2个感应极片连接组成B1感应组、第4n4+3个感应极片连接组成C1感应组、第4n4+4个感应极片连接组成D1感应组,感应电极II(24)中的第4n4+1个感应极片连接组成A2感应组、第4n4+2个感应极片连接组成B2感应组、第4n4+3个感应极片连接组成C2感应组、第4n4+4个感应极片连接组成D2感应组,n4依次取0至M4‑1的所有整数;

所述第一调制电极(22)、第二调制电极(25)都由4M5个大小相同、极距为 的矩形极片II沿X轴正方向等间距排列组成,第一调制电极(22)中的第4n5+1个矩形极片II连接组成A1调制组、第4n5+2个矩形极片II连接组成B1调制组、第4n5+3个矩形极片II连接组成C1调制组、第4n5+4个矩形极片II连接组成D1调制组,第二调制电极(25)中的第4n5+1个矩形极片II连接组成A2调制组、第4n5+2个矩形极片II连接组成B2调制组、第4n5+3个矩形极片II连接组成C2调制组、第4n5+4个矩形极片II连接组成D2调制组,n5依次取0至M5‑1的所有整数;

所述第三调制电极(23)、第四调制电极(26)都由4M6个大小相同、极距为 的矩形极片III沿X轴正方向等间距排列组成,第三调制电极(23)中的第4n6+1个矩形极片III连接组成A3调制组、第4n6+2个矩形极片III连接组成B3调制组、第4n6+3个矩形极片III连接组成C3调制组、第4n6+4个矩形极片III连接组成D3调制组,第四调制电极(26)中的第4n6+1个矩形极片III连接组成A4调制组、第4n6+2个矩形极片III连接组成B4调制组、第4n6+3个矩形极片III连接组成C4调制组、第4n6+4个矩形极片III连接组成D4调制组,n6依次取0至M6‑1的所有整数;

A1感应组与A1、A3调制组相连,B1感应组与B1、B3调制组相连,C1感应组与C1、C3调制组相连,D1感应组与D1、D3调制组相连,A2感应组与A2、A4调制组相连,B2感应组与B2、B4调制组相连,C2感应组与C2、C4调制组相连,D2感应组与D2、D4调制组相连。

3.根据权利要求2所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述感应极片的形状为双正弦形或者斜余弦形或者方形或者菱形。

4.根据权利要求3所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述解调极片I、解调极片II的形状相同,都为双正弦形或者斜余弦形或者方形或者菱形。

5.根据权利要求4所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述时栅信号处理电路的处理方式为:先根据各个信号输入端是否有行波信号输入来判断动尺所处的定尺号数,再判断传感单元I、传感单元II所处的位置,然后根据该位置选择能用于计算的行波信号,最后利用该行波信号计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值Spa。

6.根据权利要求5所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

根据传感单元I、传感单元II所处的位置,选择能用于计算的行波信号的具体方式为:

如果传感单元I、传感单元II都完全位于i号定尺上方,则:利用i号定尺中的A1解调组输出的行波信号Ui_A1、B1解调组输出的行波信号Ui_B1和A3解调组输出的行波信号Ui_A3、B3解调组输出的行波信号Ui_B3计算Spa;或者利用i号定尺中的A2解调组输出的行波信号Ui_A2、B2解调组输出的行波信号Ui_B2和A4解调组输出的行波信号Ui_A4、B4解调组输出的行波信号Ui_B4计算Spa;

如果传感单元I完全位于i号定尺上方,且传感单元II非完全位于i号定尺上方,且传感单元II非完全位于i+1号定尺上方,则利用i号定尺中的A1解调组输出的行波信号Ui_A1、B1解调组输出的行波信号Ui_B1和A3解调组输出的行波信号Ui_A3、B3解调组输出的行波信号Ui_B3计算Spa;

如果传感单元I完全位于i号定尺上方,且传感单元II完全位于i+1号定尺上方,则:利用i号定尺中的A1解调组输出的行波信号Ui_A1、B1解调组输出的行波信号Ui_B1和A3解调组输出的行波信号Ui_A3、B3解调组输出的行波信号Ui_B3计算Spa;或者利用i+1号定尺中的A2解调组输出的行波信号U(i+1)_A2、B2解调组输出的行波信号U(i+1)_B2和A4解调组输出的行波信号U(i+1)_A4、B4解调组输出的行波信号U(i+1)_B4计算Spa;

如果传感单元II完全位于i+1号定尺上方,且传感单元I非完全位于i号定尺上方,且传感单元I非完全位于i+1号定尺上方,则利用i+1号定尺中的A2解调组输出的行波信号U(i+1)_A2、B2解调组输出的行波信号U(i+1)_B2和A4解调组输出的行波信号U(i+1)_A4、B4解调组输出的行波信号U(i+1)_B4计算Spa;

如果传感单元I、传感单元II都完全位于i+1号定尺上方,则:利用i+1号定尺中的A1解调组输出的行波信号U(i+1)_A1、B1解调组输出的行波信号U(i+1)_B1和A3解调组输出的行波信号U(i+1)_A3、B3解调组输出的行波信号U(i+1)_B3计算Spa;或者利用i+1号定尺中的A2解调组输出的行波信号U(i+1)_A2、B2解调组输出的行波信号U(i+1)_B2和A4解调组输出的行波信号U(i+1)_A4、B4解调组输出的行波信号U(i+1)_B4计算Spa;

其中,i为整数,1≤i≤N‑1。

7.根据权利要求6所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

利用i号定尺中的A1解调组输出的行波信号Ui_A1、B1解调组输出的行波信号Ui_B1和A3解调组输出的行波信号Ui_A3、B3解调组输出的行波信号Ui_B3,计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值Spa的具体方式为:将行波信号Ui_A1与行波信号Ui_B1作差得差动行波信号Ui_1,将行波信号Ui_A3与行波信号Ui_B3作差得差动行波信号Ui_3;将差动行波信号Ui_1或者差动行波信号Ui_3进行处理,得到传感单元I在i号定尺上的精测直线位移值Si_1_3;将差动行波信号Ui_1与差动行波信号Ui_3比相后的相位差进行处理,得到传感单元I在i号定尺上的粗测对极定位值Si_13;将精测直线位移值Si_1_3与粗测对极定位值Si_13相结合,得到传感单元I在i号定尺上的绝对直线位移值Si_I;然后利用公式:Spa=(i‑1)*(L+Dis)+Si_I,计算得到Spa;

利用i号定尺中的A2解调组输出的行波信号Ui_A2、B2解调组输出的行波信号Ui_B2和A4解调组输出的行波信号Ui_A4、B4解调组输出的行波信号Ui_B4,计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值Spa的具体方式为:将行波信号Ui_A2与行波信号Ui_B2作差得差动行波信号Ui_2,将行波信号Ui_A4与行波信号Ui_B4作差得差动行波信号Ui_4;将差动行波信号Ui_2或者差动行波信号Ui_4进行处理,得到传感单元II在i号定尺上的精测直线位移值Si_2_4;将差动行波信号Ui_2与差动行波信号Ui_4比相后的相位差进行处理,得到传感单元II在i号定尺上的粗测对极定位值Si_24;将精测直线位移值Si_2_4与粗测对极定位值Si_24相结合,得到传感单元II在i号定尺上的绝对直线位移值Si_II;然后利用公式:Spa=(i‑1)*(L+Dis)+Si_II‑Dos‑S,计算得到Spa;其中,S等于 与 中的较大值。

8.根据权利要求7所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

利用i+1号定尺中的A1解调组输出的行波信号U(i+1)_A1、B1解调组输出的行波信号U(i+1)_B1和A3解调组输出的行波信号U(i+1)_A3、B3解调组输出的行波信号U(i+1)_B3,计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值Spa的具体方式为:将行波信号U(i+1)_A1与行波信号U(i+1)_B1作差得差动行波信号U(i+1)_1,将行波信号U(i+1)_A3与行波信号U(i+1)_B3作差得差动行波信号U(i+1)_3;将差动行波信号U(i+1)_1或者差动行波信号U(i+1)_3进行处理,得到传感单元I在i+1号定尺上的精测直线位移值S(i+1)_1_3;将差动行波信号U(i+1)_1与差动行波信号U(i+1)_3比相后的相位差进行处理,得到传感单元I在i+1号定尺上的粗测对极定位值S(i+1)_13;将精测直线位移值S(i+1)_1_3与粗测对极定位值S(i+1)_13相结合,得到传感单元I在i+1号定尺上的绝对直线位移值S(i+1)_I;然后利用公式:Spa=i*(L+Dis)+S(i+1)_I,计算得到Spa;

利用i+1号定尺中的A2解调组输出的行波信号U(i+1)_A2、B2解调组输出的行波信号U(i+1)_B2和A4解调组输出的行波信号U(i+1)_A4、B4解调组输出的行波信号U(i+1)_B4,计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值Spa的具体方式为:将行波信号U(i+1)_A2与行波信号U(i+1)_B2作差得差动行波信号U(i+1)_2,将行波信号U(i+1)_A4与行波信号U(i+1)_B4作差得差动行波信号U(i+1)_4;将差动行波信号U(i+1)_2或者差动行波信号U(i+1)_4进行处理,得到传感单元II在i+1号定尺上的精测直线位移值S(i+1)_2_4;将差动行波信号U(i+1)_2与差动行波信号U(i+1)_4比相后的相位差进行处理,得到传感单元II在i+1号定尺上的粗测对极定位值S(i+1)_24;将精测直线位移值S(i+1)_2_4与粗测对极定位值S(i+1)_24相结合,得到传感单元II在i+1号定尺上的绝对直线位移值S(i+1)_II;然后利用公式:Spa=i*(L+Dis)+S(i+1)_II‑Dos_S,计算得到Spa。

9.根据权利要求5至8任一项所述的基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述时栅信号处理电路根据各个定尺中的A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4解调组输出的行波信号,来判定传感单元I、传感单元II所处的位置,具体为:

若i号定尺中的A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4解调组输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,则判定传感单元I、传感单元II都完全位于i号定尺上方;

若i号定尺中的A1、B1、A3、B3解调组输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,且i号定尺中的A2、B2、A4、B4解调组输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内,且i+1号定尺中的A2、B2、A4、B4解调组输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内,则判定传感单元I完全位于i号定尺上方,且传感单元II非完全位于i号定尺上方,且传感单元II非完全位于i+1号定尺上方;

若i号定尺中的A1、B1、A3、B3解调组输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,且i+1号定尺中的A2、B2、A4、B4解调组输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,则判定传感单元I完全位于i号定尺上方,且传感单元II完全位于i+1号定尺上方;

若i+1号定尺中的A2、B2、A4、B4解调组输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,且i号定尺中的A1、B1、A3、B3解调组输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内,且i+1号定尺中的A1、B1、A3、B3解调组输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内,则判定传感单元II完全位于i+1号定尺上方,且传感单元I非完全位于i号定尺上方,且传感单元I非完全位于i+1号定尺上方;

若i+1号定尺中的A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4解调组输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,则判定传感单元I、传感单元II都完全位于i+1号定尺上方。