一种绝对式时栅直线位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种绝对式时栅直线位移传感器，包括定尺和动尺；定尺由定尺基体和第一、第二感应线圈构成，第一、第二感应线圈采用“∞”字形绕线方式绕线；动尺由动尺基体和第一、第二激励单元构成，第一激励单元由4a1个第一导磁体和4a1个第一励磁线圈构成，第二激励单元由4a2个第二导磁体和4a2个第二励磁线圈构成，4a1个第一励磁线圈中分别通入四路激励电流，4a2个第二励磁线圈也分别通入四路激励电流，动尺相对于定尺运动，第一、第二感应线圈中分别输出第一、第二感应信号，将第一、第二感应信号进行鉴相处理，得到的相位差用插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后即可得到动尺的绝对位移量。该传感器能在实现绝对式直线位移测量的同时提高测量分辨力和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密测量传感器
，具体涉及一种绝对式时栅直线位移传感 器。
技术介绍
安装有绝对式直线位移传感器的机床或生产线，在重新上电后就可以立即得到当 前的位置信息，不需要执行寻零操作，可以马上从中断处继续原来的加工操作，因此绝对式 直线位移测量可以提高系统的工作效率；另外，绝对式直线位移测量不会引起累计误差，其 可靠性和抗干扰性要优于增量式直线位移测量。 目前，精密的绝对式直线位移测量通常采用光栅尺作为传感单元，但因其工作原 理的特点，对工作环境要求较高。基于电磁感应原理的时栅直线位移传感器可以应用于环 境较差的工作场合，但目前大多数都是增量式直线位移传感器，而且即使采用单周期结构 的位移传感器进行绝对式直线位移测量，也很难保证其具有较高的测量分辨力和测量精 度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种绝对式时栅直线位移传感器，以在实现绝对式直线位移 测量的同时提高测量分辨力和测量精度。 本专利技术所述的绝对式时栅直线位移传感器，包括定尺和动尺。 所述定尺由导磁的定尺基体（即定尺基体采用导磁材料制作）、设在定尺基体正 面上部的第一感应线圈和设在定尺基体正面下部的第二感应线圈构成，第一感应线圈与第 二感应线圈互不干扰（即第一感应线圈产生的第一感应信号与第二感应线圈产生的第二 感应信号互不影响）。 所述第一感应线圈沿测量方向采用"0"字形绕线方式绕线，由零点（坐标为（0， 〇))开始，两端同时沿幅值为A1、周期为1、初相角为0和π的两条正弦曲线分别绕线，交 错形成具有&个"0"字形的第一感应线圈绕线轨迹，前述零点（即绕线起始点）是两条 正弦曲线的第一个交点；所述第二感应线圈沿测量方向采用"0"字形绕线方式绕线，由零 点（坐标为（〇,〇))开始，两端同时沿幅值为A 2、周期为W2、初相角为0和π的两条正弦曲 线分别绕线，交错形成具有队个" m "字形的第二感应线圈绕线轨迹，前述零点（即绕线起 始点）是两条正弦曲线的第一个交点；第一感应线圈绕线轨迹的起始位置沿测量方向与第 二感应线圈绕线轨迹的起始位置相距S ;其中，&> 3, N2> 3, NpN2为整数且~2= Γ^±1，第一感应线圈 的中心与第二感应线圈的中心在垂直于测量方向上的距离k满足：kSAi+AdSmm，就可以保 证第一感应线圈产生的第一感应信号与第二感应线圈产生的第二感应信号互不影响。 所述动尺由导磁的动尺基体（即动尺基体由导磁材料制作）、设在动尺基体背面 上部的第一激励单元和设在动尺基体背面下部的第二激励单元构成，第一激励单元的起始 位置沿测量方向与第二激励单元的起始位置相距S。 所述第一激励单元由等间距排列构成的4&1个方形的第一导磁体和分别套在第一 导磁体上与第一导磁体形状相匹配的4 ai个第一励磁线圈构成，相邻两个第一导磁体的中 心距等3其中，&1为整数且（即&1的取值为该范围内的任一整数），在 测量方向上，第一导磁体的宽度h应满足：第一导磁体的长度I1应大于2A 1<3 所述第二激励单元由等间距排列构成的4a2个方形的第二导磁体和分别套在第二导磁体上 与第二导磁体形状相匹配的4a2个第二励磁线圈构成，相邻两个第二导磁体的中心距等于其中，4为整数且（即&2的取值为该范围内的任一整数），在测量方向 上，第二导磁体的宽度b2应满足：第二导磁体的长度I2应大于2A 2，第二导磁 体的高度与第一导磁体的高度相等。第一激励单元的中心与第二激励单元的中心在垂直于 测量方向上的距离等于第一感应线圈的中心与第二感应线圈的中心在垂直于测量方向上 的距离k，第一、第二激励单元与第一、第二感应线圈分别正对平行且留有尽可能小的间隙。 第一激励单元的起始位置与第一感应线圈的起始位置对齐时的位置为动尺运动 的起始位置，第一激励单元的终止位置与第一感应线圈的终止位置或者第二激励单元的 终止位置与第二感应线圈的终止位置先对齐时的位置为动尺运动的终止位置，从动尺运动 的起始位置起到动尺运动的终止位置止的长度为传感器的位移量程L(即直线位移的测 量范围为0~L)，当当 第4mi-3个第一励磁线圈和第4m2-3个第二励磁线圈中都通入第一激励电流第4mi-2个第一励磁线圈和第4m2-2个第二励磁线圈中都通入第二激励电 流第4mi-l个第一励磁线圈和第4m2-l个第二励磁线圈中都通入第三激励 电流第4mi个第一励磁线圈和第4m 2个第二励磁线圈中都通入第四激励 电流次取值1至a 的所有整数，!112依次取值1至a2中的所有整 数；动尺沿测量方向相对于定尺运动，第一、第二激励单元相对于第一、第二感应线圈运动， 第一、第二感应线圈内的磁通量发生周期性变化，第一感应线圈中输出幅值恒定、相位周期 性变化的第一感应信号，第二感应线圈中输出幅值恒定、相位周期性变化的第二感应信号， 将第一、第二感应信号进行鉴相处理，得到第一、第二感应信号的相位差，令动尺运动的起 始位置的第一、第二感应信号的相位差为0,则在整个测量范围O~L内，第一、第二感应信 号的相位差将从〇线性变化致将某个位置对应的相位差Θ用插补的高频时钟脉冲 个数表示，经换算后即可得到动尺在该位置的绝对位移量 第一、第二感应线圈的布置方式有两种：第一种是，在定尺基体正面上部开设第一 嵌线槽，第一感应线圈嵌在该第一嵌线槽内，在定尺基体正面下部开设第二嵌线槽，第二感 应线圈嵌在该第二嵌线槽内；第二种是，将第一、第二感应线圈独立的布置在定尺印制电路 板的布线层上，将定尺印制电路板安装在定尺基体上。 第一、第二励磁线圈的布置方式有两种：第一种是，直接由漆包线沿第一导磁体的 四周绕制形成第一励磁线圈，直接由漆包线沿第二导磁体的四周绕制形成第二励磁线圈； 第二种是，将第一励磁线圈布置在第一印制电路板上，在第一印制电路板中心开设与第一 导磁体的形状相匹配的方形孔，将第一印制电路板通过该方形孔套在第一导磁体上，将第 二励磁线圈布置在第二印制电路板上，在第二印制电路板中心开设与第二导磁体的形状相 匹配的方形孔，将第二印制电路板通过该方形孔套在第二导磁体上。 所述第一导磁体的宽度匕等于 所述第二导磁体的宽度132等于由于，在 2.时，随着匕、b2的增大第一感应线圈输出的第一感应信号和第二 感应线圈输出的第二感应信号越强，在时，第一感应线圈输出的第一感 应信号和第二感应线圈输出的第二感应信号最强；在时，随 着匕、132的增大第一感应线圈输出的第一感应信号和第二感应线圈输出的第二感应信号越 弱，且随着匕、b2的增大，布置第一、第二励磁线圈的空间越小；取第一 感应线圈输出的第一感应信号和第二感应线圈输出的第二感应信号最强（即幅值最大）， 测量更方便、容易。 本专利技术与现有技术相比具有如下效果： (1)本专利技术采用了与增量式传感器类似的多周期重复结构（即第一、第二感应线 圈具有多个重复周期），在测量范围内感应信号变化多个周期，而单周期结构的时栅直线位 移传感器在测量范围内感应信号仅变化一个周期。因此，本专利技术的测量分辨力比单周期结 构的时栅直线位移传感器的分辨力高。 (2)由于本专利技术采用了多周期重复结构，第一、第二激励单元产生的磁场可同时作 用于多个周期的第一、第二感应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝对式时栅直线位移传感器，包括定尺(1)和动尺(2)，其特征在于：所述定尺(1)由导磁的定尺基体(13)、设在定尺基体正面上部的第一感应线圈(11)和设在定尺基体正面下部的第二感应线圈(12)构成，第一感应线圈(11)与第二感应线圈(12)互不干扰；所述第一感应线圈(11)由零点开始，两端同时沿幅值为A1、周期为W1、初相角为0和π的两条正弦曲线分别绕线，交错形成具有N1个“∞”字形的第一感应线圈绕线轨迹；所述第二感应线圈(12)由零点开始，两端同时沿幅值为A2、周期为W2、初相角为0和π的两条正弦曲线分别绕线，交错形成具有N2个“∞”字形的第二感应线圈绕线轨迹；第一感应线圈绕线轨迹的起始位置沿测量方向与第二感应线圈绕线轨迹的起始位置相距S；其中，N1＞3，N2＞3，N1、N2为整数且N2＝N1±1，所述动尺(2)由导磁的动尺基体(23)、设在动尺基体背面上部的第一激励单元(21)和设在动尺基体背面下部的第二激励单元(22)构成，第一激励单元的起始位置沿测量方向与第二激励单元的起始位置相距S；所述第一激励单元(21)由等间距排列构成的4a1个方形的第一导磁体(211)和分别套在第一导磁体上与第一导磁体形状相匹配的4a1个第一励磁线圈(212)构成，相邻两个第一导磁体的中心距等于其中，a1为整数且在测量方向上，第一导磁体的宽度b1应满足：第一导磁体的长度l1应大于2A1；所述第二激励单元(22)由等间距排列构成的4a2个方形的第二导磁体(221)和分别套在第二导磁体上与第二导磁体形状相匹配的4a2个第二励磁线圈(222)构成，相邻两个第二导磁体的中心距等于其中，a2为整数且在测量方向上，第二导磁体的宽度b2应满足：第二导磁体的长度l2应大于2A2，第二导磁体的高度与第一导磁体的高度相等；第一激励单元(21)的中心与第二激励单元(22)的中心在垂直于测量方向上的距离等于第一感应线圈(11)的中心与第二感应线圈(12)的中心在垂直于测量方向上的距离，第一、第二激励单元(21、22)与第一、第二感应线圈(11、12)分别正对平行且留有间隙；第4m1‑3个第一励磁线圈和第4m2‑3个第二励磁线圈中都通入第一激励电流第4m1‑2个第一励磁线圈和第4m2‑2个第二励磁线圈中都通入第二激励电流第4m1‑1个第一励磁线圈和第4m2‑1个第二励磁线圈中都通入第三激励电流第4m1个第一励磁线圈和第4m2个第二励磁线圈中都通入第四激励电流m1依次取值1至a1中的所有整数，m2依次取值1至a2中的所有整数；动尺(2)沿测量方向相对于定尺(1)运动，第一感应线圈中输出幅值恒定、相位周期性变化的第一感应信号，第二感应线圈中输出幅值恒定、相位周期性变化的第二感应信号，将第一、第二感应信号进行鉴相处理，相位差用插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到动尺的绝对位移量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤其富，彭东林，陈锡侯，鲁进，武亮，王阳阳，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85