[發明專利]一種時柵直線位移傳感器

有效

• 申請號: 201710543488.6
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107356189B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 武亮;彭東林;湯其富;徐是;魯進;陳錫侯
• 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;唐錫嬌

本發明公開了一種時柵直線位移傳感器，包括定尺和動尺，定尺由導磁的定尺基體和設置在定尺基體上的勵磁單元組成，勵磁單元包括絕緣層和勵磁線圈層，勵磁線圈層由兩個勵磁線圈線陣構成，勵磁線圈線陣由m個相同的導線組沿測量方向依次串聯排列構成，導線組內的正向、反向導線單元都由n根直線導線段按照一定規則并聯構成；動尺由導磁的動尺基體和設置在動尺基體上的感應單元組成，感應單元包括絕緣層和感應線圈層，感應線圈層由滿足一定布線規則的矩形線圈構成。該傳感器能在保證高分辨力的情況下，簡化傳感器結構、使傳感器易于產品化。

技術領域

本發明屬于精密位移測量領域，具體涉及一種時柵直線位移傳感器。

背景技術

直線位移測量是最基本的幾何量測量，精密直線位移測量主要采用直線位移傳感器，如光柵、磁柵、容柵等等，它們通過對按空間均分的柵線進行計數得到位移量，其共同特點是利用柵線的空間超精密刻線來滿足微小位移的分辨力要求，而為了再進一步提高分辨力，只能依靠復雜的電子細分，從而使系統結構復雜，成本居高不下，且抗干擾能力差，極易受到污染。

時柵直線位移傳感器是一種基于電磁感應原理的傳感器，采用時鐘脈沖作為測量基準，其分辨力一方面取決于傳感器的空間極距，另一方面取決于插補時鐘脈沖的空間當量；由于插補時鐘脈沖的空間當量可以取極小，故時柵直線位移傳感器在較大的空間極距下也能實現高分辨力位移測量。但是現有的幾類時柵直線位移傳感器的勵磁線圈和感應線圈所采用的繞線方式復雜，從而使得傳感器的結構復雜，不易于實現；并且，傳感器的勵磁線圈和感應線圈相對排布的精度、匝數以及導磁體的性能一致性也會直接影響傳感器的測量精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種時柵直線位移傳感器，在保證高分辨力的情況下，簡化傳感器結構。

本發明所述的一種時柵直線位移傳感器，包括定尺和動尺，動尺與定尺正對平行，且留有間隙；所述定尺由導磁的定尺基體和設置在定尺基體上的勵磁單元組成，所述勵磁單元包括絕緣層和勵磁線圈層；所述動尺由導磁的動尺基體和設置在動尺基體上的感應單元組成，所述感應單元包括絕緣層和感應線圈層。

所述勵磁線圈層由并排布置于同一層上的兩個相同且相互平行的勵磁線圈線陣構成，兩個勵磁線圈線陣之間互不干擾，且起始位置沿測量方向(即動尺的運動方向)錯開W/4(W表示傳感器的周期、極距)、在垂直于測量方向上相差L+b(b表示微小間距)；所述勵磁線圈線陣由m個相同的導線組沿測量方向依次串聯排列構成，相鄰兩個導線組的中心距為W，一個導線組由一個正向導線單元與一個反向導線單元串聯構成，所述正向、反向導線單元都由n根長度為L的導線并聯構成，一個導線組內的各根導線之間滿足如下關系：

以正向導線單元的起始點為坐標原點，測量方向為x方向，導線長度方向(即垂直于測量方向的方向)為y方向；

所述正向導線單元中各根導線的x軸坐標表示為:

所述反向導線單元中各根導線的x軸坐標表示為:

式中，i依次取值1至n的所有正整數，l_i表示正向導線單元中第i根導線的x軸坐標，d_i表示反向導線單元中第i根導線的x軸坐標，正向、反向導線單元中，相鄰兩根導線之間的間距遠小于導線長度L；正向導線單元的終止點與反向導線單元的起始點重合，其坐標為(W/2，L)；反向導線單元的終止點的坐標為(W，0)。當通入激勵電流時，在同一時刻，正向導線單元中各根導線的電流方向與反向導線單元中各根導線的電流方向相反。