[發(fā)明專利]時(shí)柵直線位移傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410849220.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN104457544B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯進(jìn);陳錫侯;武亮;湯其富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/02
• 分類號(hào): G01B7/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密測(cè)量傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種時(shí)柵直線位移傳感器。

背景技術(shù)

直線位移測(cè)量是最基本的幾何量測(cè)量，精密直線位移測(cè)量主要采用直線位移傳感器，如光柵、磁柵、容柵等等，它們通過(guò)對(duì)按空間均分的柵線進(jìn)行計(jì)數(shù)得到位移量。其共同特點(diǎn)是利用柵線的空間超精密刻線來(lái)滿足微小位移的分辨力要求，而為了再進(jìn)一步提高分辨力，只能依靠復(fù)雜的電子細(xì)分，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本居高不下，且抗干擾能力差，極易受到污染。

近年來(lái)出現(xiàn)了一種以時(shí)鐘脈沖作為測(cè)量基準(zhǔn)的時(shí)柵直線位移傳感器，能不依賴空間精密刻線實(shí)現(xiàn)高分辨力位移測(cè)量。時(shí)柵直線位移傳感器主要基于電磁感應(yīng)原理或者交變電場(chǎng)原理，其分辨力除取決于插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖的空間當(dāng)量外，還取決于傳感器的極對(duì)數(shù)，極對(duì)數(shù)越多，分辨力越高。當(dāng)其插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖的空間當(dāng)量達(dá)到一定極限后，要想再進(jìn)一步提高其分辨力，只能通過(guò)進(jìn)一步增加該傳感器的極對(duì)數(shù)或者復(fù)雜的電子細(xì)分來(lái)實(shí)現(xiàn)，其成本高。

CN103644834A公開了一種時(shí)柵直線位移傳感器，其能在不增加刻線精密度或者傳感器周期性節(jié)距(即極對(duì)數(shù))的情況下，將傳感器的分辨力提高一倍，但是分辨力仍可再一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)柵直線位移傳感器，以在不增加刻線精密度或者傳感器周期性節(jié)距(即極對(duì)數(shù))的情況下，將時(shí)柵直線位移傳感器的分辨力再次提高一倍。

本發(fā)明所述的時(shí)柵直線位移傳感器，包括定尺和動(dòng)尺，所述動(dòng)尺由非導(dǎo)磁的動(dòng)尺基體和嵌于該動(dòng)尺基體上、下部的兩個(gè)相同且相互平行的導(dǎo)磁單元組成，導(dǎo)磁單元由一個(gè)長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體構(gòu)成或者由多個(gè)相同的長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體沿測(cè)量方向(相當(dāng)于動(dòng)尺的運(yùn)動(dòng)方向)等間距排列構(gòu)成，在由多個(gè)所述導(dǎo)磁體構(gòu)成的導(dǎo)磁單元中，相鄰兩個(gè)導(dǎo)磁體的中心距等于W；每個(gè)導(dǎo)磁體的寬度b應(yīng)滿足：或者兩個(gè)導(dǎo)磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁體的起始位置對(duì)齊。

所述定尺由非導(dǎo)磁基體和位于非導(dǎo)磁基體上、下部的兩個(gè)相同且相互平行的傳感單元組成，兩個(gè)傳感單元分別與所述動(dòng)尺的兩個(gè)導(dǎo)磁單元正對(duì)平行放置，且留有間隙，所述傳感單元包括激勵(lì)線圈、感應(yīng)線圈和導(dǎo)磁基體，激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈按照特定空間關(guān)系布置。

所述激勵(lì)線圈由各自繞成矩形波狀且位于同一平面的n條導(dǎo)線構(gòu)成，每條導(dǎo)線繞制的矩形波周期相等，均為W，占空比不等，激勵(lì)線圈的n條導(dǎo)線按照占空比由大到小的順序排列，其第m條導(dǎo)線的占空比D_m滿足：當(dāng)時(shí)，Dm=1-1πarccos(n-2m+2n+2);]]>當(dāng)時(shí)，其中，n≥6且為偶數(shù)，在同一個(gè)周期內(nèi)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(cè)量方向一致；設(shè)置上述占空比的目的是為了在給激勵(lì)線圈通激勵(lì)電流時(shí)，激勵(lì)線圈能產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)。

所述感應(yīng)線圈采用“8”字形繞法，由過(guò)零點(diǎn)開始，兩邊同時(shí)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(yīng)線圈的高度(即正弦曲線的兩倍幅值)小于所述導(dǎo)磁體的高度，以保證產(chǎn)生準(zhǔn)確可靠的感應(yīng)信號(hào)，感應(yīng)線圈周期延拓方向與測(cè)量方向一致，兩個(gè)傳感單元內(nèi)的感應(yīng)線圈串聯(lián)。

所述非導(dǎo)磁基體的正面為平面，背面為沿測(cè)量方向變化的波浪形曲面，所述激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈布置在非導(dǎo)磁基體正面的布線層上或者嵌于非導(dǎo)磁基體內(nèi)，沿測(cè)量方向非導(dǎo)磁基體的厚度應(yīng)滿足特定條件。