[發(fā)明專利]絕對型容柵傳感器測量系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011345474.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112254748A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 楊瑛
• 申請（專利權）人: 桂林市錦鵬電子有限公司
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241;G01B7/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 覃永峰

本發(fā)明公開了絕對型容柵傳感器測量系統(tǒng)，包括測量信號處理單元和與測量信號處理單元連接的絕對型容柵傳感器單元以及數(shù)據(jù)處理單元，所述測量信號處理單元設有并聯(lián)可選的第一容柵IC1和第二容柵IC2，所述絕對型容柵傳感器單元包含第一增量型容柵傳感器組和第二增量型容柵傳感器組，其中每組增量型容柵傳感器的組成結構均與常規(guī)增量型容柵傳感器一致、均沿測量軸線同步移動，在單節(jié)距內均具有數(shù)據(jù)唯一性的特性，并且兩組增量型容柵傳感器的節(jié)距接近，在絕對型容柵傳感器的有效量程內兩組增量型容柵傳感器經(jīng)過的節(jié)距數(shù)之差≤1。這種系統(tǒng)，成本低、無測量速度限制、抗干擾能力強、掉電數(shù)據(jù)不丟失，低功耗、適用范圍廣、易于批量生產。

技術領域

本發(fā)明涉及位移測量技術，具體是一種絕對型容柵傳感器測量系統(tǒng)。

背景技術

位移測量中常用的傳統(tǒng)傳感器有光柵、磁柵、球柵、光電編碼器、電容式等多種，其中容柵位移傳感器以結構簡單、體積小、微功耗、低成本等特點在線性、角度位移測量領域獲得了廣泛的應用。這類傳感器是采用八路調制脈沖驅動信號激勵源、群聚式分布結構、鑒相型的增量型容柵傳感器。雖然增量型容柵傳感器已被廣泛應用30多年，但卻一直存在如下問題：

1.速度限制：因為傳感器需要連續(xù)累加位移數(shù)據(jù)，但又受到功耗的制約，傳感器頻率不能太高，所以傳感器測量響應速度就有一個極限值，目前該類傳感器的測量速度為3m/s@300KHz ；

2.抗干擾能力弱、易出錯：因為位移數(shù)據(jù)需要傳感器不斷累加而獲得，一旦計算出錯或是有干擾，就會導致數(shù)據(jù)混亂，出現(xiàn)測量錯誤；

3.應用領域窄：傳感器需要連續(xù)工作，累計功耗較大，且掉電數(shù)據(jù)丟失，不能在某些監(jiān)測領域應用。

基于這些缺點，增量型容柵傳感器被逐漸淘汰，市場上也零星出現(xiàn)了使用絕對容柵傳感器技術的少量產品。

絕對型容柵位移傳感器由日本三豐公司首創(chuàng)，絕對型容柵位移傳感器技術實現(xiàn)方法詳見申請?zhí)柗謩e為CN89106051.0、US5053715、CN92101246.2、CN93117701.4的專利文獻，之后，桂林廣陸又在此基礎上改進，提出自主知識產權的絕對型容柵位移傳感器方案，桂林廣陸技術實現(xiàn)方法詳見申請?zhí)枮镃N201010254159.8中國專利文獻 ，他們的方法基本相同，既檢測由多組的信道在相對運動后產生的相位差、比對這些相位差，通過復雜的計算得到絕對位移數(shù)據(jù)，這些方法技術中信道由粗、中、細三種不同周期、不同圖形的柵條組成，根據(jù)這些方法技術實現(xiàn)原理和結構特點，導致該類傳感器在柵條線路、機械組件及裝配的配合誤差等方面的精度要求非常高，不利于大批量生產，由于這些方法技術中傳感器由三組信號構成不同的信道，柵條圖形過于復雜，不能像增量型容柵傳感器一樣通過縮小節(jié)距的方式來提高分辨率，因此這類的絕對型容柵位移傳感器很少有用于千分表這類的產品中。

還有一種類型的絕對型容柵位移傳感器，由桂林晶瑞和桂林晶準兩家公司分別提出的，詳見申請?zhí)柗謩e為CN200710050658.3、CN201210376834.3中國專利文獻，他們的實現(xiàn)方法基本相同，利用增量型容柵傳感器在單節(jié)距內數(shù)據(jù)唯一性的特性，在原來的傳感器基礎上增加一組工作在單節(jié)距狀態(tài)的粗分傳感器作為細分傳感器節(jié)距數(shù)定位，再結合細分傳感器的數(shù)據(jù)，得到絕對的位移數(shù)據(jù)。以這種方式實現(xiàn)的絕對型容柵傳感器存在下列問題：

1.粗分傳感器只能工作在一個節(jié)距內，因此沒有常規(guī)增量容柵傳感器的群聚結構，從而沒有了平均效應，導致粗分傳感器誤差非常大，為消除這個誤差對細分傳感器節(jié)距數(shù)定位的影響，所以細分傳感器節(jié)距不能很小，最終導致該類傳感器分辨率不能很高；

2.粗分傳感器只能工作在一個節(jié)距內，所以傳感器量程有限，不能推廣應用在大量程數(shù)顯指示表和數(shù)顯卡尺上。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種絕對型容柵傳感器測量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，成本低、無測量速度限制、抗干擾能力強、掉電數(shù)據(jù)不丟失，低功耗、適用范圍廣、易于批量生產。