混合定位电磁感应式位移传感器制造技术

本电磁感应式位移传感器由可沿测量路径相对运动的收发板和励磁板组成。收发板上布置有至少一个发射绕组和比发射绕组数量多一个的至少两个节距不同的三相接收绕组。每个发射绕组均以同向串联的方式同时包围两个节距不同的三相接收绕组，所有接收绕组均使用分布式绕组结构。励磁板上布置有与收发板上三相接收绕组数量相等的至少两列短路环形状的励磁线圈，分别与对应的三相接收绕组对齐和节距相等。利用传输延时形成的驱动脉冲在发射绕组激发持续时间很短的线性时变电流，同时在被其包围的两个三相接收绕组中感应不随时间变化的电动势，对此三相电动势合成、滤波、整形后利用所得方波的边沿捕捉加法计数器的计数值并行测得被测位置在两个不同节距内的空间相位或位移，最后通过混合定位或绝对定位算法求出被测位移。

Hybrid positioning electromagnetic induction displacement sensor

The electromagnetic induction displacement sensor is composed of a transceiver board and an excitation board which can move relatively along the measuring path. At least one transmitting winding and at least two three-phase receiving windings with different pitch are arranged on the transceiver. Each transmitting winding encircles two three-phase receiving windings with different pitch in series in the same direction, and all receiving windings use distributed winding structure. The excitation board is arranged with at least two rows of short-circuit loop shaped excitation coils equal to the number of three-phase receiving windings on the transceiver board, which are aligned with the corresponding three-phase receiving windings and have the same pitch. The driving pulse formed by the transmission delay is used to excite the linear time-varying current with a short duration in the transmitting winding. At the same time, the electromotive force which does not change with time is induced in the two three-phase receiving windings surrounded by the driving pulse. After synthesizing, filtering and shaping the three-phase electromotive force, the calculated value of the square wave edge capture addition counter is used to measure the measured position in two different pitches Finally, the measured displacement is calculated by the hybrid or absolute positioning algorithm.

【技术实现步骤摘要】
混合定位电磁感应式位移传感器
本专利技术涉及电磁感应式位移测量技术，具体是采用混合定位方法实现的电磁感应式位移传感器。
技术介绍
为克服电容式位移传感器对脏污、潮湿等因素敏感的缺陷，电磁感应式位移传感器应运而生。专利US5804963公开了一种增量式电磁感应式位移传感器，它通过循环驱动3组施感绕组、接收与正被驱动的施感绕组等效正交的两组感应绕组中的信号完成位移测量。专利CN100491896C对US5804963中的施感绕组和感应绕组的结构做了改进，使施感导体(绕组)和感应导体(绕组)不再共用而分开设置以减小两者之间的直接耦合，测量方法没有改变。增量式测量实现简单，但必须连续不间断地工作以实时累加位移增量，因而工作电流较大。专利US5886519公开了一种绝对位置电磁感应式位移传感器，它通过依次测量被测位置在多个不同波长中的空间相位推导测量结果。为获得被测位置在某个波长中的空间相位：首先以LC振荡方式激励该波长的发射绕组、待振荡电流过零时激活该波长接收绕组信号的采样和保持(SAH)控制信号、将采样信号进行放大和模数转换(ADC)、最后经反正切运算求出所需相位。专利CN1198111C对US5886519中的标尺结构和各发射绕组的布局做了改进，新的标尺使用多个互连的耦合回路以便在接收绕组区域产生正、负对称的空间磁场，测量方法没有改变。该绝对位置电磁感应式位移传感器没有最低测量频率要求，因而可长间隔地间歇工作，平均工作电流很小；不足之处是它有限的量程制约了它的应用范围，例如：常规卡尺的槽宽仅约12.5mm，至多容纳2个改进结构的波长布局，以目前的制造工艺，无法将其应用到200mm以上的常规卡尺之中。此外，对纽扣电池供电的手持量具而言，要实现其测量方法中的高速比较器、模数转换器、反正切运算等功能部件并非易事，因而制造成本不低。
技术实现思路
综上所述，本专利技术的目的是为了解决现有电磁感应式位移传感器存在的或者工作电流较大，或者量程受限、，生产成本高制造难度较大等技术不足，而公开一种既可间歇工作、又无量程限制且易于实现的混合定位电磁感应式位移传感器。为解决本专利技术所提出的技术问题，采用的技术方案为：混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于所述传感器包括有可沿测量路径相对运动的收发板(1)和励磁板(2)；所述的收发板(1)上布置有测量电路以及沿测量路径展开的至少一个发射绕组和比发射绕组数量多一个的至少两个节距不同的三相接收绕组；每个发射绕组同时包围两个节距不同的三相接收绕组，每个三相接收绕组包含3个结构相同、依次相差120°的相绕组，发射绕组和三相接收绕组均与所述测量电路相连；所述测量电路包括有中控单元、接口单元和测量单元；中控单元包含微控制器(13)；接口单元包括有与微控制器(13)连接的按键输入电路、液晶驱动电路、测量接口电路和电源变换电路；所述的励磁板(2)上布置有沿测量路径展开的与收发板(1)上三相接收绕组数量相等的至少两列励磁线圈，各列励磁线圈分别与收发板(1)上对应的三相接收绕组节距相等、中心线重合，沿测量路径的尺寸为各自节距的一半。作为对本专利技术进一步限定的技术方案包括有：所述的测量单元包括振荡器、分频电路(3)、由驱动和采样脉冲形成电路(4)和线电压扫描控制信号发生器(5)组成的信号发生器、由模拟开关组(6)、采样保持电容(C1、C2)、差分放大器(7)、低通滤波器(8)、过零检测器(9)组成的模拟信号处理电路、由同步延时电路、加法计数器(10)、随机访问存储器(11、12)和同步捕捉电路组成的相位量化电路以及发射绕组驱动功率管(T1、T2)，模拟信号处理电路、随机访问存储器和同步捕捉电路各设两组形成两个并行处理通道；振荡器直接或经分频电路(3)为驱动和采样脉冲形成电路(4)、线电压扫描控制信号发生器(5)、低通滤波器(8)、同步捕捉电路及加法计数器(10)提供输入时钟；驱动和采样脉冲形成电路(4)与模拟开关组(6)连接的同时还直接或经多路开关(S14)与发射绕组驱动功率管(T1、T2)相连，线电压扫描控制信号发生器(5)分别连接模拟开关组(6)和同步延时电路；模拟开关组(6)、差分放大器(7)、低通滤波器(8)、过零检测器(9)、同步捕捉电路依次顺序相连，采样保持电容(C1、C2)连接在差分放大器(7)的输入端与模拟信号地之间；同步延时电路分别连接同步捕捉电路和加法计数器(10)，加法计数器(10)和同步捕捉电路又同时与随机访问存储器(11、12)相连；各发射绕组均经各自的驱动功率管(T1或T2)和电源连接，各三相接收绕组均按星型(Y)联结且中性点和模拟信号地相连。每个发射绕组均用两个近似闭合的线圈以同向串联的方式分别包围两个节距不同的三相接收绕组；所有励磁线圈均采用短路环的形状；每相接收绕组均由至少为2的M个结构相同但空间依次移相60°/M的子绕组串联而构成一个分布绕组，构成分布绕组的各子绕组本身还可以是分布绕组；每次都并行测量被测位置在被同一个发射绕组所包围的两个不同节距内的空间相位或位移；测得被测位置在所需不同节距内的空间相位或位移后微控制器(13)禁能测量单元使其停止运行、利用混合定位或绝对定位算法计算被测位移。在使用2节距结构测量线性位移时，收发板(1)和励磁板(2)可沿测量轴线相对移动；收发板(1)上布置有沿测量轴线展开的一个发射绕组(1.3)和两个节距不同的三相接收绕组(1.1、1.2)；发射绕组(1.3)用两个近似闭合的矩形线圈(1.3.1、1.3.2)以同向串联的方式分别包围节距为P1的三相接收绕组(1.1)和节距为P2的三相接收绕组(1.2)；励磁板(2)上布置有沿测量轴线展开的两列励磁线圈(2.1、2.2)，分别与收发板(1)上的两个三相接收绕组(1.1、1.2)节距相同，中心线重合，励磁线圈的形状采用圆角矩形短路环；将节距P2和P1的空间频率差作为中节距空间频率FM＝1/P2-1/P1，得到波长比为m的中节距PM＝1/FM＝P1·P2/(P1-P2)＝m·P1＝(m+1)·P2。在使用2节距结构测量角位移时，收发板(1)和励磁板(2)可围绕转轴相对转动，节距按角度计算；收发板(1)上布置有沿同心圆弧展开的一个发射绕组(1.3)和两个节距不同的三相接收绕组(1.1、1.2)；发射绕组(1.3)用两个近似闭合的同心圆弧形线圈(1.3.1、1.3.2)以同向串联的方式分别包围节距为P1的三相接收绕组(1.1)和节距为P2的三相接收绕组(1.2)；励磁板(2)上布置有沿同心圆周展开的两列励磁线圈(2.1、2.2)，分别与收发板(1)上的两个三相接收绕组(1.1、1.2)节距相同，中心线重合，励磁线圈的形状采用由两条同心圆弧和两条径向直线围成的短路环；将节距P2和P1的空间频率差作为中节距空间频率FM＝1/P2-1/P1，得到波长比为m的中节距PM＝1/FM＝P1·P2/(P1-P2)＝m·P1＝(m+1)·P2。在使用3节距结构测量线性位移时，收发板(1)和励磁板(2)可沿测量轴线相对移动；收发板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于所述传感器包括有可沿测量路径相对运动的收发板(1)和励磁板(2)；/n所述的收发板(1)上布置有测量电路以及沿测量路径展开的至少一个发射绕组和比发射绕组数量多一个的至少两个节距不同的三相接收绕组；每个发射绕组同时包围两个节距不同的三相接收绕组，每个三相接收绕组包含3个结构相同、依次相差120°的相绕组，发射绕组和三相接收绕组均与所述测量电路相连；所述测量电路包括有中控单元、接口单元和测量单元；中控单元包含微控制器(13)；接口单元包括有与微控制器(13)连接的按键输入电路、液晶驱动电路、测量接口电路和电源变换电路；/n所述的励磁板(2)上布置有沿测量路径展开的与收发板(1)上三相接收绕组数量相等的至少两列励磁线圈，各列励磁线圈分别与收发板(1)上对应的三相接收绕组节距相等、中心线重合，沿测量路径的尺寸为各自节距的一半。/n

【技术特征摘要】
1.混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于所述传感器包括有可沿测量路径相对运动的收发板(1)和励磁板(2)；
所述的收发板(1)上布置有测量电路以及沿测量路径展开的至少一个发射绕组和比发射绕组数量多一个的至少两个节距不同的三相接收绕组；每个发射绕组同时包围两个节距不同的三相接收绕组，每个三相接收绕组包含3个结构相同、依次相差120°的相绕组，发射绕组和三相接收绕组均与所述测量电路相连；所述测量电路包括有中控单元、接口单元和测量单元；中控单元包含微控制器(13)；接口单元包括有与微控制器(13)连接的按键输入电路、液晶驱动电路、测量接口电路和电源变换电路；
所述的励磁板(2)上布置有沿测量路径展开的与收发板(1)上三相接收绕组数量相等的至少两列励磁线圈，各列励磁线圈分别与收发板(1)上对应的三相接收绕组节距相等、中心线重合，沿测量路径的尺寸为各自节距的一半。


2.根据权利要求1所述的混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于：所述的测量单元包括振荡器、分频电路(3)、由驱动和采样脉冲形成电路(4)和线电压扫描控制信号发生器(5)组成的信号发生器、由模拟开关组(6)、采样保持电容(C1、C2)、差分放大器(7)、低通滤波器(8)、过零检测器(9)组成的模拟信号处理电路、由同步延时电路、加法计数器(10)、随机访问存储器(11、12)和同步捕捉电路组成的相位量化电路以及发射绕组驱动功率管(T1、T2)，模拟信号处理电路、随机访问存储器和同步捕捉电路各设两组形成两个并行处理通道；
振荡器直接或经分频电路(3)为驱动和采样脉冲形成电路(4)、线电压扫描控制信号发生器(5)、低通滤波器(8)、同步捕捉电路及加法计数器(10)提供输入时钟；驱动和采样脉冲形成电路(4)与模拟开关组(6)连接的同时还直接或经多路开关(S14)与发射绕组驱动功率管(T1、T2)相连，线电压扫描控制信号发生器(5)分别连接模拟开关组(6)和同步延时电路；模拟开关组(6)、差分放大器(7)、低通滤波器(8)、过零检测器(9)、同步捕捉电路依次顺序相连，采样保持电容(C1、C2)连接在差分放大器(7)的输入端与模拟信号地之间；同步延时电路分别连接同步捕捉电路和加法计数器(10)，加法计数器(10)和同步捕捉电路又同时与随机访问存储器(11、12)相连；各发射绕组均经各自的驱动功率管(T1或T2)和电源连接，各三相接收绕组均按星型(Y)联结且中性点和模拟信号地相连。


3.根据权利要求1所述的混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于：每个发射绕组均用两个近似闭合的线圈以同向串联的方式分别包围两个节距不同的三相接收绕组；所有励磁线圈均采用短路环的形状；每相接收绕组均由至少为2的M个结构相同但空间依次移相60°/M的子绕组串联而构成一个分布绕组，构成分布绕组的各子绕组本身还可以是分布绕组；每次都并行测量被测位置在被同一个发射绕组所包围的两个不同节距内的空间相位或位移；测得被测位置在所需不同节距内的空间相位或位移后微控制器(13)禁能测量单元使其停止运行、利用混合定位或绝对定位算法计算被测位移。


4.根据权利要求1所述的混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于：收发板(1)和励磁板(2)可沿测量轴线相对移动；收发板(1)上布置有沿测量轴线展开的一个发射绕组(1.3)和两个节距不同的三相接收绕组(1.1、1.2)；发射绕组(1.3)用两个近似闭合的矩形线圈(1.3.1、1.3.2)以同向串联的方式分别包围节距为P1的三相接收绕组(1.1)和节距为P2的三相接收绕组(1.2)；励磁板(2)上布置有沿测量轴线展开的两列励磁线圈(2.1、2.2)，分别与收发板(1)上的两个三相接收绕组(1.1、1.2)节距相同，中心线重合，励磁线圈的形状采用圆角矩形短路环；
将节距P2和P1的空间频率差作为中节距空间频率FM＝1/P2-1/P1，得到波长比为m的中节距PM＝1/FM＝P1·P2/(P1-P2)＝m·P1＝(m+1)·P2。


5.根据权利要求1所述的混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于：收发板(1)和励磁板(2)可围绕转轴相对转动，节距按角度计算；收发板(1)上布置有沿同心圆弧展开的一个发射绕组(1.3)和两个节距不同的三相接收绕组(1.1、1.2)；发射绕组(1.3)用两个近似闭合的同心圆弧形线圈(1.3.1、1.3.2)以同向串联的方式分别包围节距为P1的三相接收绕组(1.1)和节距为P2的三相接收绕组(1.2)；励磁板(2)上布置有沿同心圆周展开的两列励磁线圈(2.1、2.2)，分别与收发板(1)上的两个三相接收绕组(1.1、1.2)节距相同，中心线重合，励磁线圈的形状采用由两条同心圆弧和两条径向直线围成的短路环；
将节距P2和P1的空间频率差作为中节距空间频率FM＝1/P2-1/P1，得到波长比为m的中节距PM＝1/FM＝P1·P2/(P1-P2)＝m·P1＝(m+1)·P2。


6.根据权利要求1所述的混合定位电磁感应式位移传感器，其特征在于：收发板(1)和励磁板(2)可沿测量轴线相对移动；收发板(1)上布置有沿测量轴线展开的两个发射绕组(1.4、1.5)和三个节距不同的三相接收绕组(1.1、1.2、1.3)，第一个发射绕组(1.4)用两个近似闭合的矩形线圈(1.4.1、1.4.2)以同向串联的方式分别包围节距为P1的三相接收绕组(1.1)和节距为P2的三相接收绕组(1.2)，第二个发射绕组(1.5)用两个近似闭合的矩形线圈(1.4.1、1.5.2)以同向串联的方式分别包围节距为P1的三相接收绕组(1.1)和节距为P3的三相接收绕组(1.3)；励磁板(2)上布置有沿测量轴线展开的三列励磁线圈(2.1、2.2、2.3)，分别与收发板(1)上的三个三相接收绕组(1.1、1.2、1.3)节距相同，中心线重合，励磁线圈的形状采用圆角矩形短路环。
将节距P2和P1的空间频率差作为中节距空间频率FM＝1/P2-1/P1，得到波长比为m的中节距PM＝1/FM＝P1·P2/(P1-P2)＝m·P1＝(m+1)·P2；将节距P3和P1的空间频率差作为粗节距空间频率FC＝1/P3-1/P1，得到波长比为n的粗节距PC＝1/F...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆取辉，
申请(专利权)人：桂林广陆数字测控有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45