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专利号: 2021113724707
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:

1.一种分时复用型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轴正方向间隔设有激励电极I(11)、接收电极和激励电极II(12);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;接收电极由第一接收极片(13)、第二接收极片(14)、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感应电极I(21)、反射电极I和感应电极II(22)组成,反射电极I由第一反射极片(23)与第二反射极片(24)并排组成;传感单元II由沿Y轴正方向间隔排列的感应电极III(25)、反射电极II和感应电极IV(26)组成,反射电极II由第三反射极片(27)与第四反射极片(28)并排组成;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)与第二接收极片(14)正对,第三反射极片(27)与第三接收极片(15)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2M3个大小相同、极距为2W1的感应极片I沿X轴正方向等间距排列组成;感应电极II(22)、感应电极IV(26)都由2M4个大小相同、极距为2W2的感应极片II沿X轴正方向等间距排列组成;感应电极I(21)中的第2n3+1个感应极片I连接组成A1感应组、第2n3+2个感应极片I连接组成B1感应组,感应电极III(25)中的第2n3+1个感应极片I连接组成A3感应组、第2n3+2个感应极片I连接组成B3感应组,n3依次取0至M3‑1的所有整数;感应电极II(22)中的第2n4+

1个感应极片II连接组成A2感应组、第2n4+2个感应极片II连接组成B2感应组,感应电极IV(26)中的第2n4+1个感应极片II连接组成A4感应组、第2n4+2个感应极片II连接组成B4感应组,n4依次取0至M4‑1的所有整数;A1、A2感应组与第二反射极片(24)相连,B1、B2感应组与第一反射极片(23)相连,A3、A4感应组与第四反射极片(28)相连,B3、B4感应组与第三反射极片(27)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,动尺(2)沿X轴相对定尺组移动,先对A1、B1、C1、D1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,此时激励电极II(12)不工作,然后再将四路同频等幅正弦激励信号切换到A2、B2、C2、D2激励组,此时激励电极I(11)不工作,两次激励过程中各个定尺中的第一、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综合处理后,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所述的分时复用型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,S等于2W1*2M3与

2W2*2M4中的较大值。

3.根据权利要求1或2所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:所感应极片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1至3任一项所述的分时复用型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综合处理方式为:

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所述的分时复用型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:利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_11、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_12和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_21、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_22计算Spa;或者利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_13、第四接收极片(16)输出的行波信号Ui_14和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_23、第四接收极片(16)输出的行波信号Ui_24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,则利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_11、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_12和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_21、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_22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:利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_11、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_12和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_21、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_22计算Spa;或者利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_13、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_14和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_23、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_24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,则利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_13、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_14和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_23、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_24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:利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U(i+1)_11、第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_12和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U(i+1)_21、第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_22计算Spa;或者利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_13、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_14和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_23、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_24计算Spa;

其中,i为整数,1≤i≤N‑1。

6.根据权利要求5所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_11、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_12和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号Ui_21、第二接收极片(14)输出的行波信号Ui_22,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_11与行波信号Ui_12作差得差动行波信号Ui_1,将行波信号Ui_21与行波信号Ui_22作差得差动行波信号Ui_2;将差动行波信号Ui_1或者差动行波信号Ui_2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_2;将差动行波信号Ui_1与差动行波信号Ui_2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_12;将精测直线位移值Si_1_2与粗测对极定位值Si_12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;

利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_13、第四接收极片(16)输出的行波信号Ui_14和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号Ui_23、第四接收极片(16)输出的行波信号Ui_24,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_13与行波信号Ui_14作差得差动行波信号Ui_3,将行波信号Ui_23与行波信号Ui_24作差得差动行波信号Ui_4;将差动行波信号Ui_3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_3_4;将差动行波信号Ui_3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_34;将精测直线位移值Si_3_4与粗测对极定位值Si_34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。

7.根据权利要求6所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器,其特征是:利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U(i+1)_11、第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_12和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U(i+1)_21、第二接收极片(14)输出的行波信号U(i+1)_22,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)_11与行波信号U(i+1)_12作差得差动行波信号U(i+1)_1,将行波信号U(i+1)_21与行波信号U(i+1)_22作差得差动行波信号U(i+1)_2;将差动行波信号U(i+1)_1或者差动行波信号U(i+1)_2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_2;将差动行波信号U(i+1)_1与差动行波信号U(i+1)_2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)_12;将精测直线位移值S(i+1)_1_2与粗测对极定位值S(i+1)_12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;

利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_13、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_14和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U(i+1)_23、第四接收极片(16)输出的行波信号U(i+1)_24,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)_13与行波信号U(i+1)_14作差得差动行波信号U(i+1)_3,将行波信号U(i+1)_23与行波信号U(i+1)_24作差得差动行波信号U(i+1)_4;将差动行波信号U(i+1)_3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)_3_4;将差动行波信号U(i+1)_3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)_34;将精测直线位移值S(i+1)_3_4与粗测对极定位值S(i+1)_34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。

8.根据权利要求4至7任一项所述的分时复用型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、第二接收极片(13、14)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内,且i号定尺中的第三、第四接收极片(15、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号定尺中的第三、第四接收极片(15、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、第二接收极片(13、14)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号定尺中的第三、第四接收极片(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号定尺中的第三、第四接收极片(15、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、第二接收极片(13、14)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、第二接收极片(13、14)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。