基于组合调制原理的绝对式时栅角位移传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于组合调制原理的绝对式时栅角位移传感器，转子基体下表面设有感应电极Ⅰ、感应电极Ⅱ和反射电极，感应电极Ⅰ、Ⅱ分别与反射电极相连；定子基体上表面设有激励电极Ⅰ、激励电极Ⅱ和接收电极，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，在接收电极上输出第一路差动正弦行波信号并存储结果，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，在接收电极上输出第二路差动正弦行波信号，利用第一路、第二路差动正弦行波信号计算绝对角位移值。该传感器采用相对简单的分时处理方式，彻底消除了交叉干扰，更容易实现绝对角位移测量，转子无需引线，可靠性更好。

Absolute time grating angular displacement sensor based on combined modulation principle

The utility model discloses an absolute time grating angular displacement sensor based on the principle of combined modulation. There are induction electrodes I, II and reflection electrodes on the bottom surface of the rotor base, and the induction electrodes I and II are connected with the reflection electrodes respectively. On the surface of the stator base, there are excitation electrodes I, II and receiving electrodes, and four excitation phases of the excitation electrodes II are applied separately. When four excitation signals are added, the excitation electrode I does not work. The first differential sinusoidal traveling wave signal is output on the receiving electrode and the results are stored. Then the four excitation signals are switched to the four excitation phases of the excitation electrode I. At this time, the excitation electrode II does not work and the second differential sinusoidal traveling wave signal is output on the receiving electrode. The first and second differential sinusoidal traveling wave signals are used. The absolute angular displacement is calculated. The sensor adopts a relatively simple time-sharing processing method, eliminating cross-interference completely, making it easier to realize absolute angular displacement measurement, and the rotor does not need lead, so it has better reliability.

【技术实现步骤摘要】
基于组合调制原理的绝对式时栅角位移传感器
本技术涉及精密角位移传感器，具体涉及一种基于组合调制原理的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。与增量式相比，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。近年来由国内自主研发的时栅位移传感器，采用时间测量空间的方式，不需要进行精密的刻线，能实现精密测量，但仍然存在如下问题：(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，并且信号输出线的安装较为麻烦，在工业应用中长时间的高速运转情况下，信号输出线的磨损严重，从而导致传感器可靠性降低。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于组合调制原理的绝对式时栅角位移传感器，以在实现绝对角位移测量的同时扩大应用范围，提高传感器可靠性，增强工业适应性。本技术所述的基于组合调制原理的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和差动结构的接收电极，激励电极Ⅱ位于激励电极Ⅰ的内侧，接收电极位于激励电极Ⅱ的内侧；所述转子基体下表面设有与激励电极Ⅱ正对的感应电极Ⅱ和与接收电极正对的反射电极。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。所述感应电极Ⅰ由一圈径向高度相同、圆心角相等的双正弦形极片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4n4+1号双正弦形极片Ⅰ连成一组，组成A1感应组，第4n4+2号双正弦形极片Ⅰ连成一组，组成B1感应组，第4n4+3号双正弦形极片Ⅰ连成一组，组成C1感应组，第4n4+4号双正弦形极片Ⅰ连成一组，组成D1感应组，n4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)。所述感应电极Ⅱ由一圈径向高度相同、圆心角相等的双正弦形极片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4n5+1号双正弦形极片Ⅱ连成一组，组成A2感应组，第4n5+2号双正弦形极片Ⅱ连成一组，组成B2感应组，第4n5+3号双正弦形极片Ⅱ连成一组，组成C2感应组，第4n5+4号双正弦形极片Ⅱ连成一组，组成D2感应组，n5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)。所述反射电极由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片Ⅲ沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n6+1号扇环形极片Ⅲ连成一组，组成A反射组，A反射组与A1、A2感应组相连，第4n6+2号扇环形极片Ⅲ连成一组，组成B反射组，B反射组与B1、B2感应组相连，第4n6+3号扇环形极片Ⅲ连成一组，组成C反射组，C反射组与C1、C2感应组相连，第4n6+4号扇环形极片Ⅲ连成一组，组成D反射组，D反射组与D1、D2感应组相连，n6依次取0至M6-1的所有整数，M6表示反射电极的对极数。测量时，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，激励信号经激励电极Ⅱ与感应电极Ⅱ之间的耦合电场，在感应电极Ⅱ的A2、B2、C2、D2感应组上产生四路同频等幅相位相差90°的电信号，这四路电信号经A、B、C、D反射电极与接收电极之间的二次耦合电场，在接收电极上输出相位相差180°的同频等幅的第一、第二行波信号，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，第一路差动正弦行波信号Uo1经处理后获得相位值，并存储此测量结果；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激励电极Ⅰ与感应电极Ⅰ之间的耦合电场，在感应电极Ⅰ的A1、B1、C1、D1感应组上产生四路同频等幅相位相差90°的电信号，这四路电信号经A、B、C、D反射电极与接收电极之间的二次耦合电场，在接收电极上输出相位相差180°的同频等幅的第三、第四行波信号，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，对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的相位关系进行处理，得到粗测对极位置值，将精测角位移值与粗测对极位置值相结合得到绝对角位移值。上述测量过程中，激励电极Ⅱ工作时激励电极Ⅰ不工作，激励电极Ⅰ工作时激励电极Ⅱ不工作，采用分时工作的方式进行绝对测量，消除了实时工作时两者之间的相互干扰，测量精度更高，实现绝对定位更容易。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。所述激励电极Ⅰ中的相邻两个扇环形极片Ⅰ之间间隔的圆心角等于一个扇环形极片Ⅰ所对的圆心角；所述激励电极Ⅱ中的相邻两个扇环形极片Ⅱ之间间隔的圆心角等于一个扇环形极片Ⅱ所对的圆心角。所述接收电极由一圈相同的扇叶形极片沿圆周方向间隔相等的弧长排布组成，该扇叶形极片的形状为[-π,0]区间的两条相同的余弦极坐标曲线段在起止点与同心的内外圆弧相交而围成的全封闭图形，所述的两条相同的余弦极坐标曲线段的起始点所夹的圆心角为α，α略小于其中，第2n3+1号扇叶形极片连成一组，作为所述第一、第三行波信号的输出电极，第2n3+2号扇叶形极片连成一组，作为所述第二、第四行波信号的输出电极，n3依次取0至M3-1的所有整数，M3表示接收电极的对极数，M3＝M6。本技术具有如下效果：(1)将感应电极Ⅰ、Ⅱ分别感应到的四路行波信号作为二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于组合调制原理的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)和差动结构的接收电极(13)，激励电极II(12)位于激励电极I(11)的内侧，接收电极(13)位于激励电极II的内侧；所述转子基体下表面设有与激励电极II正对的感应电极II(22)和与接收电极正对的反射电极(23)；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；所述感应电极I(21)由一圈径向高度相同、圆心角相等的双正弦形极片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4n4+1号双正弦形极片I连成一组，组成A1感应组，第4n4+2号双正弦形极片I连成一组，组成B1感应组，第4n4+3号双正弦形极片I连成一组，组成C1感应组，第4n4+4号双正弦形极片I连成一组，组成D1感应组，n4依次取0至M1‑1的所有整数；所述感应电极II(22)由一圈径向高度相同、圆心角相等的双正弦形极片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4n5+1号双正弦形极片II连成一组，组成A2感应组，第4n5+2号双正弦形极片II连成一组，组成B2感应组，第4n5+3号双正弦形极片II连成一组，组成C2感应组，第4n5+4号双正弦形极片II连成一组，组成D2感应组，n5依次取0至M2‑1的所有整数；所述反射电极(23)由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片III沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n6+1号扇环形极片III连成一组，组成A反射组，第4n6+2号扇环形极片III连成一组，组成B反射组，第4n6+3号扇环形极片III连成一组，组成C反射组，第4n6+4号扇环形极片III连成一组，组成D反射组，n6依次取0至M6‑1的所有整数，M6表示反射电极的对极数，A、B、C、D反射组分别与对应的A1、B1、C1、D1感应组相连，同时也分别与对应的A2、B2、C2、D2感应组相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于组合调制原理的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)和差动结构的接收电极(13)，激励电极II(12)位于激励电极I(11)的内侧，接收电极(13)位于激励电极II的内侧；所述转子基体下表面设有与激励电极II正对的感应电极II(22)和与接收电极正对的反射电极(23)；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；所述感应电极I(21)由一圈径向高度相同、圆心角相等的双正弦形极片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4n4+1号双正弦形极片I连成一组，组成A1感应组，第4n4+2号双正弦形极片I连成一组，组成B1感应组，第4n4+3号双正弦形极片I连成一组，组成C1感应组，第4n4+4号双正弦形极片I连成一组，组成D1感应组，n4依次取0至M1-1的所有整数；所述感应电极II(22)由一圈径向高度相同、圆心角相等的双正弦形极片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4n5+1号双正弦形极片II连成一组...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小康，于治成，彭凯，黄沛，郑方燕，周启武，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：新型
国别省市：重庆,50