一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器，包括转子基体和定子基体，转子基体下表面设有感应电极Ⅰ、反射电极Ⅰ、反射电极Ⅱ和感应电极Ⅱ，感应电极Ⅰ、Ⅱ分别与反射电极Ⅰ、Ⅱ相连；定子基体上表面设有激励电极Ⅰ、接收电极Ⅰ、接收电极Ⅱ和激励电极Ⅱ，先对激励电极Ⅱ的四个激励相分别施加四路激励信号，此时激励电极Ⅰ不工作，在接收电极Ⅱ上输出第一路差动正弦行波信号，然后将四路激励信号切换到激励电极Ⅰ的四个激励相，此时激励电极Ⅱ不工作，在接收电极Ⅰ上输出第二路差动正弦行波信号。该传感器以相对简单的分时处理方式便能实现高精度绝对角位移测量，转子无需引线，工业适应性更强。

A Differential Reflection Absolute Time-grating Angular Displacement Sensor Based on Alternating Electric Field

The invention discloses a differential reflection type absolute time grating angular displacement sensor based on alternating electric field, which comprises a rotor base and a stator base. The surface of the rotor base is provided with induction electrode I, reflection electrode I, reflection electrode II and induction electrode II. The induction electrode I and II are respectively connected with reflection electrode I and II; the surface of the stator base is provided with an excitation electrode I and a receiving electrode. I. Receiving electrode II and exciting electrode II. At first, four exciting signals are applied to the four exciting phases of exciting electrode II. At this time, exciting electrode I does not work and outputs the first differential sinusoidal traveling wave signal on receiving electrode II. Then, four exciting signals are switched to the four exciting phases of exciting electrode I. At this time, exciting electrode II does not work and outputs the second one on receiving electrode I. Road differential sinusoidal traveling wave signal. The sensor can achieve high precision absolute angular displacement measurement with relatively simple time-sharing processing mode. The rotor does not need lead, and has stronger industrial adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器
本专利技术涉及精密角位移传感器，具体涉及一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器。
技术介绍
角位移传感器分为增量式和绝对式两种。相比增量式，绝对式角位移传感器具有开机无需复位，立刻获得绝对角度信息和无累计误差等优势，提高了工作效率和可靠性，因而逐渐成为角位移传感器的发展趋势。目前使用广泛的是绝对式光电编码器，它主要通过编码实现绝对定位，但是编码解码过程复杂。另外，需要利用精密刻线作为空间基准来实现精密测量，但是刻线的宽度受到光学衍射极限的限制。近年来研制出一种以时钟脉冲作为位移测量基准的时栅传感器，并在此基础上研制出了一种电场式时栅角位移传感器(公开号为CN103968750A)，这种传感器以高频时钟脉冲作为测量基准，采用平行电容板构建交变电场进行精密位移测量，虽然能够实现精密测量，但是其仍然存在如下问题：(1)采用增量计数方式，存在累计误差；(2)激励信号从传感器的定子基体上的激励电极接入，感应信号从转子基体上的转子电极输出，转子基体上需要引信号输出线，有些场合不能使用，应用范围窄。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器，以实现绝对角位移测量，同时扩大应用范围，增强工业适应性。本专利技术所述的基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器，包括定子基体和与定子基体同轴安装的转子基体，转子基体下表面与定子基体上表面正对平行，并留有间隙，转子基体下表面设有差动式的感应电极Ⅰ，定子基体上表面设有与感应电极Ⅰ正对的激励电极Ⅰ，所述激励电极Ⅰ由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片Ⅰ沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n1+1号扇环形极片Ⅰ连成一组，组成A1激励相，第4n1+2号扇环形极片Ⅰ连成一组，组成B1激励相，第4n1+3号扇环形极片Ⅰ连成一组，组成C1激励相，第4n1+4号扇环形极片Ⅰ连成一组，组成D1激励相，n1依次取0至M1-1的所有整数，M1表示激励电极Ⅰ的对极数。所述定子基体上表面设有激励电极Ⅱ、差动式的接收电极Ⅰ和差动式的接收电极Ⅱ，所述转子基体下表面设有差动式的感应电极Ⅱ、差动式的反射电极Ⅰ和差动式的反射电极Ⅱ，感应电极Ⅱ与激励电极Ⅱ正对，反射电极Ⅰ与接收电极Ⅰ正对且与感应电极Ⅰ相连，反射电极Ⅱ与接收电极Ⅱ正对且与感应电极Ⅱ相连。所述接收电极Ⅰ位于激励电极Ⅰ的内侧，接收电极Ⅱ位于接收电极Ⅰ的内侧，激励电极Ⅱ位于接收电极Ⅱ的内侧。所述激励电极Ⅱ由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片Ⅱ沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n2+1号扇环形极片Ⅱ连成一组，组成A2激励相，第4n2+2号扇环形极片Ⅱ连成一组，组成B2激励相，第4n2+3号扇环形极片Ⅱ连成一组，组成C2激励相，第4n2+4号扇环形极片Ⅱ连成一组，组成D2激励相，n2依次取0至M2-1的所有整数，M2表示激励电极Ⅱ的对极数，M2＝M1-1。所述感应电极Ⅰ由一圈相同的双正弦形极片Ⅰ沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片Ⅰ所对的圆心角等于所述扇环形极片Ⅰ所对的圆心角，则相邻两双正弦形极片Ⅰ之间间隔的圆心角等于相邻两奇数号(或偶数号)扇环形极片Ⅰ之间间隔的圆心角；其中，第2n3+1号(即奇数号)双正弦形极片Ⅰ连成一组，组成A1感应组，第2n3+2号(即偶数号)双正弦形极片Ⅰ连成一组，组成B1感应组，n3依次取0至M1-1的所有整数(即感应电极Ⅰ的对极数与激励电极Ⅰ的对极数相同为M1)。所述感应电极Ⅱ由一圈相同的双正弦形极片Ⅱ沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片Ⅱ所对的圆心角等于所述扇环形极片Ⅱ所对的圆心角，则相邻两双正弦形极片Ⅱ之间间隔的圆心角等于相邻两奇数号(或偶数号)扇环形极片Ⅱ之间间隔的圆心角；其中，第2n4+1号(即奇数号)双正弦形极片Ⅱ连成一组，组成A2感应组，第2n4+2号(即偶数号)双正弦形极片Ⅱ连成一组，组成B2感应组，n4依次取0至M2-1的所有整数(即感应电极Ⅱ的对极数与激励电极Ⅱ的对极数相同为M2)。工作时，转子基体与定子基体相对平行转动，先对激励电极Ⅱ的A2、B2、C2、D2激励相分别施加相位依次相差90°的四路同频等幅正弦激励电信号，此时激励电极Ⅰ不工作，四路同频等幅正弦激励电信号经感应电极Ⅱ与激励电极Ⅱ之间的耦合电场产生两路同频等幅相位相差180°的正弦行波信号，该两路正弦行波信号经反射电极Ⅱ反射回接收电极Ⅱ，在接收电极Ⅱ上输出相位相差180°的同频等幅的第一、第二行波信号，经减法电路后获得第一路差动正弦行波信号Uo1并存储；然后迅速将所述的四路同频等幅正弦激励电信号切换到激励电极Ⅰ的A1、B1、C1、D1激励相上，此时激励电极Ⅱ不工作，该四路同频等幅正弦激励电信号经感应电极Ⅰ与激励电极Ⅰ之间的耦合电场产生两路同频等幅相位相差180°的正弦行波信号，该两路正弦行波信号经反射电极Ⅰ反射回接收电极Ⅰ，在接收电极Ⅰ上输出相位相差180°的同频等幅的第三、第四行波信号，经减法电路后获得第二路差动正弦行波信号Uo2；第二路差动正弦行波信号Uo2经处理后得到精测角位移值，第一路差动正弦行波信号Uo1与第二路差动正弦行波信号Uo2比相后的相位差经处理后得到粗测对极定位值，将精测角位移值与粗测对极定位值相结合得到绝对角位移值。所述感应电极Ⅰ中的双正弦形极片Ⅰ沿圆周方向展开后的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的全封闭轴对称图形Ⅰ；所述感应电极Ⅱ中的双正弦形极片Ⅱ沿圆周方向展开后的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的全封闭轴对称图形Ⅱ。所述反射电极Ⅰ由同心的第一圆环形反射极片与第二圆环形反射极片间隔组成，第一圆环形反射极片与A1感应组相连，第二圆环形反射极片与B1感应组相连。所述反射电极Ⅱ由同心的第三圆环形反射极片与第四圆环形反射极片间隔组成，第三圆环形反射极片与A2感应组相连，第四圆环形反射极片与B2感应组相连。所述接收电极Ⅰ由同心的第一圆环形接收极片与第二圆环形接收极片间隔组成，第一圆环形接收极片与第一圆环形反射极片正对，作为所述第三行波信号的输出电极，第二圆环形接收极片与第二圆环形反射极片正对，作为所述第四行波信号的输出电极。所述接收电极Ⅱ由同心的第三圆环形接收极片与第四圆环形接收极片间隔组成，第三圆环形接收极片与第三圆环形反射极片正对，作为所述第一行波信号的输出电极，第四圆环形接收极片与第四圆环形反射极片正对，作为所述第二行波信号的输出电极。反射电极Ⅰ、Ⅱ与接收电极Ⅰ、Ⅱ是对感应电极Ⅰ、Ⅱ的信号进行直接反射与接收，将第二路差动正弦行波信号Uo2作为角位移精测信号，角位移精测信号与感应电极Ⅰ输出信号的特性完全相同，不会带来精度损失，从而使得精测部分角位移精度得到了提高，利用第一路差动正弦行波信号Uo1与第二路差动正弦行波信号Uo2进行粗测定位，第一路差动正弦行波信号Uo1与感应电极Ⅱ输出信号的特性完全相同，第二路差动正弦行波信号Uo2与感应电极Ⅰ输出信号的特性完全相同，信号精度损失小，更容易实现绝对定位。本专利技术具有如下效果：(1)将感应电极Ⅰ、Ⅱ感应到的行波信号通过反射电极直接反射回接收电极，由接收电极输出行波信号，输入输出信号均在定子基体上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器，包括定子基体(1)和与定子基体(1)同轴安装的转子基体(2)，转子基体下表面与定子基体上表面正对平行，并留有间隙，转子基体下表面设有差动式的感应电极I(21)，定子基体上表面设有与感应电极I(21)正对的激励电极I(11)，所述激励电极I(11)由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片I沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n1+1号扇环形极片I连成一组，组成A1激励相，第4n1+2号扇环形极片I连成一组，组成B1激励相，第4n1+3号扇环形极片I连成一组，组成C1激励相，第4n1+4号扇环形极片I连成一组，组成D1激励相，n1依次取0至M1‑1的所有整数，M1表示激励电极I的对极数；其特征是：所述定子基体上表面设有激励电极II(12)、差动式的接收电极I和差动式的接收电极II，所述转子基体下表面设有差动式的感应电极II(22)、差动式的反射电极I和差动式的反射电极II，感应电极II与激励电极II正对，反射电极I与接收电极I正对且与感应电极I相连，反射电极II与接收电极II正对且与感应电极II相连；所述激励电极II(12)由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片II沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n2+1号扇环形极片II连成一组，组成A2激励相，第4n2+2号扇环形极片II连成一组，组成B2激励相，第4n2+3号扇环形极片II连成一组，组成C2激励相，第4n2+4号扇环形极片II连成一组，组成D2激励相，n2依次取0至M2‑1的所有整数，M2表示激励电极II的对极数，M2＝M1‑1；所述感应电极I(21)由一圈相同的双正弦形极片I沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片I所对的圆心角等于所述扇环形极片I所对的圆心角，其中，第2n3+1号双正弦形极片I连成一组，组成A1感应组，第2n3+2号双正弦形极片I连成一组，组成B1感应组，n3依次取0至M1‑1的所有整数；所述感应电极II(22)由一圈相同的双正弦形极片II沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片II所对的圆心角等于所述扇环形极片II所对的圆心角，其中，第2n4+1号双正弦形极片II连成一组，组成A2感应组，第2n4+2号双正弦形极片II连成一组，组成B2感应组，n4依次取0至M2‑1的所有整数；工作时，转子基体与定子基体相对平行转动，先对A2、B2、C2、D2激励相分别施加相位依次相差90°的四路同频等幅正弦激励电信号，此时激励电极I不工作，接收电极II上输出相位相差180°的同频等幅的第一、第二行波信号，经减法电路后获得第一路差动正弦行波信号Uo1并存储，然后迅速将所述的四路同频等幅正弦激励电信号切换到A1、B1、C1、D1激励相上，此时激励电极II不工作，接收电极I上输出相位相差180°的同频等幅的第三、第四行波信号，经减法电路后获得第二路差动正弦行波信号Uo2，第二路差动正弦行波信号Uo2经处理后得到精测角位移值，第一路差动正弦行波信号Uo1与第二路差动正弦行波信号Uo2比相后的相位差经处理后得到粗测对极定位值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于交变电场的差极反射型绝对式时栅角位移传感器，包括定子基体(1)和与定子基体(1)同轴安装的转子基体(2)，转子基体下表面与定子基体上表面正对平行，并留有间隙，转子基体下表面设有差动式的感应电极I(21)，定子基体上表面设有与感应电极I(21)正对的激励电极I(11)，所述激励电极I(11)由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片I沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n1+1号扇环形极片I连成一组，组成A1激励相，第4n1+2号扇环形极片I连成一组，组成B1激励相，第4n1+3号扇环形极片I连成一组，组成C1激励相，第4n1+4号扇环形极片I连成一组，组成D1激励相，n1依次取0至M1-1的所有整数，M1表示激励电极I的对极数；其特征是：所述定子基体上表面设有激励电极II(12)、差动式的接收电极I和差动式的接收电极II，所述转子基体下表面设有差动式的感应电极II(22)、差动式的反射电极I和差动式的反射电极II，感应电极II与激励电极II正对，反射电极I与接收电极I正对且与感应电极I相连，反射电极II与接收电极II正对且与感应电极II相连；所述激励电极II(12)由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片II沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n2+1号扇环形极片II连成一组，组成A2激励相，第4n2+2号扇环形极片II连成一组，组成B2激励相，第4n2+3号扇环形极片II连成一组，组成C2激励相，第4n2+4号扇环形极片II连成一组，组成D2激励相，n2依次取0至M2-1的所有整数，M2表示激励电极II的对极数，M2＝M1-1；所述感应电极I(21)由一圈相同的双正弦形极片I沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片I所对的圆心角等于所述扇环形极片I所对的圆心角，其中，第2n3+1号双正弦形极片I连成一组，组成A1感应组，第2n3+2号双正弦形极片I连成一组，组成B1感应组，n3依次取0至M1-1的所有整数；所述感应电极II(22)由一圈相同的双正弦形极片II沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片II所对的圆心角等于所述扇环形极片II所对的圆心角，其中，第2n4+1号双正弦形极片II连成一组，组成A2感应组，第2n4+2号双正弦形极片II连成一组，组成B2感应组，n4依次取0至M2-1的所有整数；工作时，转子基体与定子基体相对平行转动，先对A2、B2、C2、D2激励相分别施加相位依次相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小康，彭凯，蒲红吉，但敏，郑方燕，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50