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专利号: 2022103332198
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:

1.一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,包括定尺(1)和动尺(2),动尺(2)与定尺(1)正对平行,且留有间隙;设定X方向为测量方向,平行于定尺且垂直于X方向为Y方向,垂直于定尺的方向为Z方向;其特征在于:所述定尺(1)包括定尺基体(10)以及嵌在该定尺基体(10)上的相互绝缘的m个第一金属导体(11)和n个第二金属导体(12),第一金属导体(11)的形状和第二金属导体(12)的形状均为中心对称图形;m个第一金属导体(11)沿X方向等间隔排成第一行,形成第一涡流反射单元;n个第二金属导体(12)沿X方向等间隔排成第二行,形成第二涡流反射单元;其中,m×W1=n×W2,W1表示第一涡流反射单元的节距,W2表示第二涡流反射单元的节距,m、n互为质数;

所述动尺(2)包括动尺基体(20)以及布置在动尺基体(20)上的两个第一传感单元和两个第二传感单元;第一传感单元包括第一平面矩形螺旋激励线圈(21)和由两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联构成的第一感应线圈组(22),第一感应线圈组(22)位于第一平面矩形螺旋激励线圈(21)内,两个第一传感单元沿X方向间隔排列且在Z方向与第一涡流反射单元正对,两个第一传感单元在X方向的中心距为 第二传感单元包括第二平面矩形螺旋激励线圈(23)和由两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联构成的第二感应线圈组(24),第二感应线圈组(24)位于第二平面矩形螺旋激励线圈(23)内,两个第二传感单元沿X方向间隔排列且在Z方向与第二涡流反射单元正对,两个第二传感单元在X方向的中心距为 其中,i=0,1,2,3,...,j=0,1,2,3,...;

两个第一平面矩形螺旋激励线圈(21)首尾相接串联构成第一励磁单元,两个第二平面矩形螺旋激励线圈(23)首尾相接串联构成第二励磁单元,第一励磁单元与第二励磁单元串联并通入交流激励电信号,当动尺(2)相对定尺(1)平行移动时,两个第一感应线圈组(22)输出两路感应信号e1、e2,两个第二感应线圈组(24)输出两路感应信号e3、e4,感应信号e1、e2、e3、e4经信号处理系统处理后得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值。

2.根据权利要求1所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述第一金属导体(11)的形状为平行四边形或者椭圆形;所述第二金属导体(12)的形状为平行四边形或者椭圆形。

3.根据权利要求2所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述第一平面矩形螺旋激励线圈(21)中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等,第一平面矩形螺旋激励线圈(21)在X方向的长度L1满足:L1>W1;所述第一感应线圈组(22)的两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等;

所述第二平面矩形螺旋激励线圈(23)中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等,第二平面矩形螺旋激励线圈(23)在X方向的长度L2满足:L2>W2;所述第二感应线圈组(24)的两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:信号处理系统对感应信号e1、e2、e3、e4进行处理得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值的具体方式包括:对感应信号e3与感应信号e4相除的结果进行反正切运算,得到精测直线位移值;

对感应信号e1与感应信号e2相除的结果进行鉴相,得到第一相位;对感应信号e3与感应信号e4相除的结果进行鉴相,得到第二相位;将第一相位与第二相位相减,得到相位差利用传感器的量程Lmax、第二涡流反射单元的节距W2以及相位差 进行对极定位计算,得到粗测对极位置值;

将精测直线位移值与粗测对极位置值相加,得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值。

5.一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,包括定尺(1)和动尺(2),动尺(2)与定尺(1)正对平行,且留有间隙;设定X方向为测量方向,平行于定尺且垂直于X方向为Y方向,垂直于定尺的方向为Z方向;其特征在于:所述定尺(1)包括定尺基体(10)以及嵌在该定尺基体(10)上的第一涡流反射单元和第二涡流反射单元,第一涡流反射单元由相同的两个正弦形第一金属导体(11)沿Y方向间隔排列构成,正弦形第一金属导体(11)的周期为W1、周期个数为m,两个正弦形第一金属导体(11)在Y方向的中心距为Wy,第二涡流反射单元由相互绝缘的n个第二金属导体(12)沿X方向等间隔排成一行构成,第二金属导体(12)的形状为中心对称图形;其中,m×W1=n×W2,W2表示第二涡流反射单元的节距,m、n互为质数;

所述动尺(2)包括动尺基体(20)以及布置在动尺基体(20)上的两个第一传感单元和两个第二传感单元;第一传感单元包括第一平面矩形螺旋激励线圈(21)和由两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联构成的第一感应线圈组(22),第一感应线圈组(22)位于第一平面矩形螺旋激励线圈(21)内,两个第一传感单元沿X方向间隔排列,且在Y方向错开 且在Z方向与第一涡流反射单元正对;第二传感单元包括第二平面矩形螺旋激励线圈(23)和由两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联构成的第二感应线圈组(24),第二感应线圈组(24)位于第二平面矩形螺旋激励线圈(23)内,两个第二传感单元沿X方向间隔排列且在Z方向与第二涡流反射单元正对,两个第二传感单元在X方向的中心距为其中,i=0,1,2,3,...,j=0,1,2,3,...;

两个第一平面矩形螺旋激励线圈(21)首尾相接串联构成第一励磁单元,两个第二平面矩形螺旋激励线圈(23)首尾相接串联构成第二励磁单元,第一励磁单元与第二励磁单元串联并通入交流激励电信号,当动尺(2)相对定尺(1)平行移动时,两个第一感应线圈组(22)输出两路感应信号e1、e2,两个第二感应线圈组(24)输出两路感应信号e3、e4,感应信号e1、e2、e3、e4经信号处理系统处理后得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值。

6.根据权利要求5所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述第二金属导体(12)的形状为平行四边形或者椭圆形。

7.根据权利要求6所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述第一平面矩形螺旋激励线圈(21)中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等、在Y方向的间距相等,第一平面矩形螺旋激励线圈(21)在Y方向的宽度L1满足:L1>Wy;所述第一感应线圈组(22)的两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等、在Y方向的间距相等;

所述第二平面矩形螺旋激励线圈(23)中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等,第二平面矩形螺旋激励线圈(23)在X方向的长度L2满足:L2>W2;所述第二感应线圈组(24)的两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等。

8.根据权利要求5至7任一项所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:信号处理系统对感应信号e1、e2、e3、e4进行处理得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值的具体方式包括:对感应信号e3与感应信号e4相除的结果进行反正切运算,得到精测直线位移值;

对感应信号e1与感应信号e2相除的结果进行鉴相,得到第一相位;对感应信号e3与感应信号e4相除的结果进行鉴相,得到第二相位;将第一相位与第二相位相减,得到相位差利用传感器的量程Lmax、第二涡流反射单元的节距W2以及相位差 进行对极定位计算,得到粗测对极位置值;

将精测直线位移值与粗测对极位置值相加,得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值。

9.一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,包括定尺(1)和动尺(2),动尺(2)与定尺(1)正对平行,且留有间隙;设定X方向为测量方向,平行于定尺且垂直于X方向为Y方向,垂直于定尺的方向为Z方向;其特征在于:所述定尺(1)包括定尺基体(10)以及嵌在该定尺基体上的相互绝缘的m个第一金属导体(11)和2n个第二金属导体(12),第一金属导体(11)的形状和第二金属导体(12)的形状均为中心对称图形;m个第一金属导体(11)沿X方向等间隔排成第一行,形成第一涡流反射单元;其中n个第二金属导体(12)沿X方向等间隔排成第二行,形成第二涡流反射单元;剩余n个第二金属导体(12)沿X方向等间隔排成第三行,形成第三涡流反射单元,第三涡流反射单元的起始位置与第二涡流反射单元的起始位置在X方向错开 其中,m×W1=n×W2,W1表示第一涡流反射单元的节距,W2表示第二、第三涡流反射单元的节距,m、n互为质数;

所述动尺(2)包括动尺基体(20)以及布置在动尺基体(20)上的两个第一传感单元和四个第二传感单元;第一传感单元包括第一平面矩形螺旋激励线圈(21)和由两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联构成的第一感应线圈组(22),第一感应线圈组(22)位于第一平面矩形螺旋激励线圈(21)内,两个第一传感单元沿X方向间隔排列且在Z方向与第一涡流反射单元正对,两个第一传感单元在X方向的中心距为 第二传感单元包括第二平面矩形螺旋激励线圈(23)和位于第二平面矩形螺旋激励线圈(23)内的两个平面矩形螺旋感应线圈;其中两个第二传感单元沿X方向间隔排列且在Z方向与第二涡流反射单元正对,该两个第二传感单元在X方向的中心距为 剩余两个第二传感单元沿X方向间隔排列且在Z方向与第三涡流反射单元正对,该两个第二传感单元在X方向的中心距为 正对于第二涡流反射单元的两个第二传感单元的起始位置与正对于第三涡流反射单元的两个第二传感单元的起始位置在X方向错开 在X方向错开 的其中两个第二传感单元中的四个平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联形成感应单元Ⅰ,在X方向错开的剩余两个第二传感单元中的四个平面矩形螺旋感应线圈首尾相接串联形成感应单元Ⅱ;其中,i=0,1,2,3,...,j=0,1,2,3,...;

两个第一平面矩形螺旋激励线圈(21)首尾相接串联构成第一励磁单元,两个第二平面矩形螺旋激励线圈(23)首尾相接串联构成第二励磁单元,第一励磁单元与第二励磁单元串联并通入交流激励电信号,当动尺(2)相对定尺(1)平行移动时,两个第一感应线圈组(22)输出两路感应信号e1、e2,感应单元Ⅰ输出感应信号e3,感应单元Ⅱ输出感应信号e4,感应信号e1、e2、e3、e4经信号处理系统处理后得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值。

10.根据权利要求9所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:所述第一金属导体(11)的形状为平行四边形或者椭圆形;所述第二金属导体(12)的形状为平行四边形或者椭圆形。

11.根据权利要求10所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:

所述第一平面矩形螺旋激励线圈(21)中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等,第一平面矩形螺旋激励线圈(21)在X方向的长度L1满足:L1>W1;所述第一感应线圈组(22)的两个绕向相反的平面矩形螺旋感应线圈中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等;

所述第二平面矩形螺旋激励线圈(23)中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等,第二平面矩形螺旋激励线圈(23)在X方向的长度L2满足:L2>W2;所述感应单元Ⅰ、感应单元Ⅱ的各个平面矩形螺旋感应线圈中的相邻两匝线圈在X方向的间距相等。

12.根据权利要求9至11任一项所述的基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器,其特征在于:信号处理系统对感应信号e1、e2、e3、e4进行处理得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值的具体方式包括:对感应信号e3与感应信号e4相除的结果进行反正切运算,得到精测直线位移值;

对感应信号e1与感应信号e2相除的结果进行鉴相,得到第一相位;对感应信号e3与感应信号e4相除的结果进行鉴相,得到第二相位;将第一相位与第二相位相减,得到相位差利用传感器的量程Lmax、第二涡流反射单元的节距W2以及相位差 进行对极定位计算,得到粗测对极位置值;

将精测直线位移值与粗测对极位置值相加,得到动尺(2)相对定尺(1)的绝对直线位移值。