[發明專利]一種基于交變電場的絕對式時柵直線位移傳感器

有效

• 申請號: 201711349544.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN109238119B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 劉小康;彭凱;蒲紅吉;陳自然;王合文
• 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

本發明公開了一種基于交變電場的絕對式時柵直線位移傳感器，包括動尺基體和定尺基體，動尺基體下表面設有反射電極Ⅰ、感應電極、反射電極Ⅱ，反射電極Ⅰ、Ⅱ分別與感應電極相連；定尺基體上表面設有接收電極Ⅰ、激勵電極和接收電極Ⅱ，激勵電極的四個激勵相分別連接四路激勵信號，接收電極Ⅰ輸出第一路精測正弦行波信號，接收電極Ⅱ輸出第二路精測正弦行波信號，利用第一路與第二路精測正弦行波信號的相位差計算粗測對極定位值，利用第一路或者第二路精測正弦行波信號計算精測直線位移值，將精測直線位移值與粗測對極定位值相結合得到絕對直線位移值。該傳感器的粗測信號與精測信號差異性較小，能更容易實現絕對定位，同時應用范圍廣。

技術領域

本發明涉及精密直線位移傳感器，具體涉及一種基于交變電場的絕對式時柵直線位移傳感器。

背景技術

在精密直線測量領域中普遍采用的大量程精密位移測量儀器主要是激光干涉儀和以光柵為代表的柵式位移傳感器。激光干涉儀采用激光波長作為測量基準，對長度進行直接復現，是目前精度最高的大量程納米測量儀器，但其對環境要求極為嚴苛且價格十分昂貴，工業應用受限。工業應用較為廣泛的精密位移測量儀器主要是光柵，它采用精密刻劃的柵線作為測量基準，與激光干涉儀相比它具有較強的抗干擾能力優勢，但柵距較小難以實現大量程。近年來研制出一種以時鐘信號脈沖作為位移測量基準的時柵傳感器，并在此基礎上研制出了一種基于單排多層結構的電場式時柵直線位移傳感器(公開號為CN103822571A)，雖然這種傳感器能夠實現納米測量，但采用的是增量計數測量方式，只能識別一個周期內的位移量，而無法識別在哪個周期，斷電后位置不能儲存，開機需清零，不能實現絕對測量，在工程應用上很多地方受到限制。為了實現直線位移的絕對測量，又研制出了一種基于交變電場的絕對式直線時柵位移傳感器(公開號為CN 106197240 A)，其不需要零位基準，斷電后數據不丟失，能實現大量程范圍內的高精度絕對位移測量，但是其仍然存在如下問題：(1)感應信號是從測頭基體上的雙正弦形精測電極、矩形粗測電極Ⅰ和矩形粗測電極Ⅱ上輸出，測頭基體上需要引信號輸出線，有些場合不能使用，應用范圍窄；(2)采用矩形粗測電極Ⅰ和矩形粗測電極Ⅱ上輸出的信號進行粗測定位，采用雙正弦形精測電極上輸出的信號進行精測測量，粗測信號與精測信號的差異性較大。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于交變電場的絕對式時柵直線位移傳感器，以減小粗測信號與精測信號的差異性，同時擴大應用范圍，增強工業適應性。

本發明所述的基于交變電場的絕對式時柵直線位移傳感器，包括動尺基體和定尺基體，動尺基體下表面與定尺基體上表面正對平行，并留有間隙，動尺基體下表面設有感應電極，定尺基體上表面設有與感應電極正對的激勵電極，所述激勵電極由一排大小相同、極距為W的矩形極片沿測量方向等間距排列組成，其中，第4n₁+1號矩形極片連成一組，組成A激勵相，第4n₁+2號矩形極片連成一組，組成B激勵相，第4n₁+3號矩形極片連成一組，組成C激勵相，第4n₁+4號矩形極片連成一組，組成D激勵相，n₁依次取0至M₁-1的所有整數，M₁表示激勵電極的總對極數。