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专利号: 2021113704652
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:

1.一种拼接式绝对直线位移传感器,包括定尺(1)和动尺(2),动尺的基体下表面与定尺的基体上表面正对平行安装,并留有间隙;定尺(1)的基体上表面沿Y轴正方向间隔设有接收电极I、激励电极I(11)、激励电极II(12)和接收电极II;激励电极I(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,激励电极I(11)具有A1、B1、C1、D1激励组;激励电极II(12)由4M2个大小相同、极距为W2的矩形极片II沿X轴正方向等间距排列组成,激励电极II(12)具有A2、B2、C2、D2激励组,M1与M2互为质数;接收电极I由第一接收极片(13)与第二接收极片(14)并排组成,接收电极II由第三接收极片(15)与第四接收极片(16)并排组成;设定X轴正方向为测量方向,其特征是: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A1激励组相连、各个B1激励组相连、各个C1激励组相连、各个D1激励组相连、各个A2激励组相连、各个B2激励组相连、各个C2激励组相连、各个D2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反射极片(23)、感应电极I(21)、感应电极II(22)和第二反射极片(24)组成,传感单元II由沿Y轴正方向间隔排列的第三反射极片(27)、感应电极III(25)、感应电极Ⅳ(26)和第四反射极片(28)组成;在Z轴方向,感应电极I(21)、感应电极III(25)与激励电极I(11)正对,感应电极II(22)、感应电极Ⅳ(26)与激励电极II(12)正对,第一反射极片(23)与第一接收极片(13)正对,第二反射极片(24)与第三接收极片(15)正对,第三反射极片(27)与第二接收极片(14)正对,第四反射极片(28)与第四接收极片(16)正对;感应电极I(21)、感应电极III(25)都由M3个大小相同、极距为4W1的感应极片I沿X轴正方向等间距排列组成,感应电极I(21)中的M3个感应极片I相互连接且与第一反射极片(23)相连,感应电极III(25)中的M3个感应极片I相互连接且与第三反射极片(27)相连;感应电极II(22)、感应电极Ⅳ(26)都由M3个大小相同、极距为4W2的感应极片II沿X轴正方向等间距排列组成,感应电极II(22)中的M3个感应极片II相互连接且与第二反射极片(24)相连,感应电极Ⅳ(26)中的M3个感应极片II相互连接且与第四反射极片(28)相连;

测量时,N个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)分别与时栅信号处理电路的4N个信号输入端连接,A1、B1、C1、D1激励组与A2、B2、C2、D2激励组同时施加相位依次相差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,各个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)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所述的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)都呈矩形,第一接收极片(13)的尺寸、第二接收极片(14)的尺寸、第三接收极片(15)的尺寸和第四接收极片(16)的尺寸都相同,第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)沿X轴方向的长度与激励电极II(12)沿X轴方向的长度、激励电极I(11)沿X轴方向的长度相等,且等于L;

所述第一、第二、第三、第四反射极片(23、24、27、28)都呈矩形,第一反射极片(23)的尺寸、第二反射极片(24)的尺寸、第三反射极片(27)的尺寸和第四反射极片(28)的尺寸都相同,第一、第二、第三、第四反射极片(23、24、27、28)沿X轴方向的长度为S,dmax2≤S≤dmax1,dmax1为4W1*M3与4W2*M3中的较大值,dmax2为4W1*M3‑d1与4W2*M3‑d2中的较大值,d1表示相邻两个感应极片I沿X轴正方向的间距,d2表示相邻两个感应极片II沿X轴正方向的间距。

3.根据权利要求2所述的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

所述感应极片I的形状、感应极片II的形状都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。

5.根据权利要求4所述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号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_1和第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_3计算Spa;或者利用i号定尺中的第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_2和第四接收极片(16)输出的行波信号Ui_4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号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_1和第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_3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号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_1和第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_3计算Spa;或者利用i+1号定尺中的第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_2和第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_4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号定尺中的第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_2和第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_4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号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U(i+1)_1和第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_3计算Spa;

或者利用i+1号定尺中的第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_2和第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_4计算Spa;

其中,i为整数,1≤i≤N‑1。

6.根据权利要求5所述的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

利用i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_1和第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_3,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_1或者行波信号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;将行波信号Ui_1与行波信号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_,计算得到Spa;

利用i号定尺中的第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_2和第四接收极片(16)输出的行波信号Ui_4,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_2或者行波信号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;将行波信号Ui_2与行波信号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_;然后利用公式:Spa=(i‑1)*(L+Dis)+Si_‑Dos‑S,计算得到Spa。

7.根据权利要求6所述的拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:

利用i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U(i+1)_1和第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_3,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)_1或者行波信号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;将行波信号U(i+1)_1与行波信号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号定尺中的第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_2和第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_4,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)_2或者行波信号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;将行波信号U(i+1)_2与行波信号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)_;然后利用公式:Spa=i*(L+Dis)+S(i+1)‑‑Dos‑S,计算得到Spa。

8.根据权利要求4至7任一项所述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第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、

16)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号定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)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号定尺中的第一、第三接收极片(13、15)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,且i号定尺中的第二、第四接收极片(14、16)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号定尺中的第二、第四接收极片(14、16)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号定尺中的第一、第三接收极片(13、15)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号定尺中的第二、第四接收极片(14、16)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号定尺中的第二、第四接收极片(14、16)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,且i号定尺中的第一、第三接收极片(13、15)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号定尺中的第一、第三接收极片(13、15)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号定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)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。