[發明專利]時柵直線位移傳感器

有效

• 申請號: 201410849220.1
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104457544B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發明（設計）人: 魯進;陳錫侯;武亮;湯其富
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種時柵直線位移傳感器，包括定尺(1)和動尺(2)，所述動尺(2)由非導磁的動尺基體和嵌于該動尺基體上、下部的兩個相同且相互平行的導磁單元組成，導磁單元由一個長方體狀的導磁體(21)構成或者由多個相同的長方體狀的導磁體(21)沿測量方向等間距排列構成，在由多個所述導磁體(21)構成的導磁單元中，相鄰兩個導磁體的中心距等于W；每個導磁體的寬度b應滿足：或者兩個導磁單元內的導磁體的起始位置對齊；其特征在于：

所述定尺(1)由非導磁基體(13)和位于非導磁基體上、下部的兩個相同且相互平行的傳感單元組成，該兩個傳感單元分別與所述動尺(2)的兩個導磁單元正對平行放置，且留有間隙，所述傳感單元包括激勵線圈(11)、感應線圈(12)和導磁基體(14)；

所述激勵線圈(11)由各自繞成矩形波狀且位于同一平面的n條導線構成，每條導線繞制的矩形波周期相等，均為W，占空比不等，激勵線圈的n條導線按照占空比由大到小的順序排列，其第m條導線的占空比D_m滿足：當1≤m≤n2]]>時，Dm=1-1πarccos(n-2m+2n+2);]]>當時，其中，n≥6且為偶數，在同一個周期內所有矩形波波峰所在線段的中垂線重合，矩形波周期延拓方向與測量方向一致；

所述感應線圈(12)采用“8”字形繞法，由過零點開始，兩邊同時沿幅值相同、周期等于W、初相角分別為0和π的兩條正弦曲線繞出，感應線圈的高度小于所述導磁體(21)的高度，感應線圈周期延拓方向與測量方向一致，兩個傳感單元內的感應線圈串聯；

所述非導磁基體(13)的正面為平面，背面為沿測量方向變化的波浪形曲面，所述激勵線圈(11)和感應線圈(12)布置在非導磁基體正面的布線層上或者嵌于非導磁基體內；

所述導磁基體(14)的正面為沿測量方向變化的波浪形曲面，背面為平面，導磁基體的正面與非導磁基體的背面相匹配且緊密貼合，導磁基體的厚度大于或者等于2mm；兩個傳感單元內的導磁基體之間有大于或者等于20mm的間隔，每個傳感單元內的導磁基體的投影能將該傳感單元內的激勵線圈完全遮蓋；

所述兩個傳感單元內的激勵線圈(11)、感應線圈(12)以及非導磁基體(13)應滿足：每個傳感單元內的激勵線圈與感應線圈正對平行，感應線圈在激勵線圈所處平面內的投影位于所有矩形波的波峰與波谷之間，且距最近的波峰或波谷的距離大于或者等于5mm；以與測量方向垂直的某個面為基準面，以測量方向為x方向，設基準面處x＝0，其中一個傳感單元的激勵線圈的一波峰所在線段的中垂線位于基準面右側，相距基準面該傳感單元的感應線圈的一過零點位于基準面左側，相距基準面該傳感單元對應的非導磁基體的厚度為另一個傳感單元的激勵線圈的一波峰所在線段的中垂線位于基準面右側，相距基準面該傳感單元的感應線圈的一過零點位于基準面左側，相距基準面該傳感單元對應的非導磁基體的厚度為其中，A和L_m為常數，且滿足0＜1.5L_m＜A≤2；

所述定尺(1)的一個傳感單元的激勵線圈按矩形波占空比由大到小的順序，其第m條導線中通入的激勵電流I_1m滿足：當時，I1m=Icos[π2-arccos(n-2m+2n+2)]sin(2πtT),]]>當n2<m≤n]]>時，I1m=Icos[π2-arccos(2m-nn+2)]sin(2πtT);]]>另一個傳感單元的激勵線圈按矩形波占空比由大到小的順序，其第m條導線中通入的激勵電流I_2m滿足：當時，I2m=Icos[π2-arccos(n-2m+2n+2)]cos(2πtT),]]>當n2<m≤n]]>時，I2m=Icos[π2-arccos(2m-nn+2)]cos(2πtT);]]>其中，I為電流幅值系數，取常數，T為激勵電流周期，取常數；當動尺(2)與定尺(1)沿測量方向發生相對運動時，導磁體(21)相對感應線圈(12)運動，兩個串聯的感應線圈共同輸出幅值恒定的感應信號，將該感應信號與激勵信號進行鑒相處理，相位差由插補的高頻時鐘脈沖個數表示，經換算后得到動尺相對定尺的直線位移。