多圈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多圈绝对式时栅角位移传感器，包括转子、定子、外部永磁体和韦根传感模块，转子的感应电极Ⅰ和感应电极Ⅱ为三测头结构形式，定子的激励电极Ⅰ的A

【技术实现步骤摘要】
多圈绝对式时栅角位移传感器
本专利技术属于精密角位移传感领域，具体涉及一种多圈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(包括单圈绝对式和多圈绝对式)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。CN109211096A公开了一种基于交变电场的反射型绝对式时栅角位移传感器，其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分时进行位移测量，虽然能够实现绝对位移测量，但是其仍然存在如下问题：(1)只能实现单圈绝对位移测量，不能实现多圈绝对位移测量；(2)激励电极Ⅰ的A1、B1、C1、D1激励相的矩形极片Ⅰ采用中间引线的方式进行连接，激励电极Ⅱ的A2、B2、C2、D2激励相的矩形极片Ⅱ采用中间引线的方式进行连接，引线串扰较大，导致信号干扰较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多圈绝对式时栅角位移传感器，以进行多圈绝对角位移测量，并且进一步优化传感器结构，提高传感器的测量精度。本专利技术所述的一种多圈绝对式时栅角位移传感器，包括定子和转子，转子与定子同轴安装，定子包括定子基体和设置在定子基体表面的激励电极Ⅰ、激励电极Ⅱ和接收电极，转子包括转子基体和设置在转子基体表面的感应电极Ⅰ、感应电极Ⅱ和反射电极，设置有感应电极Ⅰ、感应电极Ⅱ、反射电极的转子基体表面与设置有激励电极Ⅰ、激励电极Ⅱ、接收电极的定子基体表面正对平行，并留有间隙，感应电极Ⅰ与激励电极Ⅰ正对，感应电极Ⅱ与激励电极Ⅱ正对，反射电极与接收电极正对且与感应电极Ⅰ、Ⅱ相连；感应电极Ⅰ由一圈相同的感应极片Ⅰ沿圆周方向等间隔排布组成，感应电极Ⅱ由一圈相同的感应极片Ⅱ沿圆周方向等间隔排布组成；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，第4n1+1号扇环形极片Ⅰ通过A1相激励信号引线连成一组，组成A1激励相，第4n1+2号扇环形极片Ⅰ通过B1相激励信号引线连成一组，组成B1激励相，第4n1+3号扇环形极片Ⅰ通过C1相激励信号引线连成一组，组成C1激励相，第4n1+4号扇环形极片Ⅰ通过D1相激励信号引线连成一组，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，第4n2+1号扇环形极片Ⅱ通过A2相激励信号引线连成一组，组成A2激励相，第4n2+2号扇环形极片Ⅱ通过B2相激励信号引线连成一组，组成B2激励相，第4n2+3号扇环形极片Ⅱ通过C2相激励信号引线连成一组，组成C2激励相，第4n2+4号扇环形极片Ⅱ通过D2相激励信号引线连成一组，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与M1互为质数。所述多圈绝对式时栅角位移传感器还包括与转子同轴安装且随转子转动的外部永磁体和固定安装在定子基体上的韦根传感模块。所述A1相激励信号引线与C1相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极Ⅰ的内侧，所述B1相激励信号引线与D1相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极Ⅰ的外侧；所述A2相激励信号引线与C2相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极Ⅱ的内侧，所述B2相激励信号引线与D2相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极Ⅱ的外侧。所述感应电极Ⅰ中的第3n3+1号感应极片Ⅰ连成一组，组成A1感应组，第3n3+2号感应极片Ⅰ连成一组，组成B1感应组，第3n3+3号感应极片Ⅰ连成一组，组成C1感应组，n3依次取0至M3-1的所有整数，M3表示感应电极Ⅰ的对极数，M3＝M1。所述感应电极Ⅱ中的第3n4+1号感应极片Ⅱ连成一组，组成A2感应组，第3n4+2号感应极片Ⅱ连成一组，组成B2感应组，第3n4+3号感应极片Ⅱ连成一组，组成C2感应组，n4依次取0至M4-1的所有整数，M4表示感应电极Ⅱ的对极数，M4＝M2。工作时，转子与定子相对转动，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，接收电极上输出第一组相位相差120°的同频等幅的第一、第二、第三行波信号，第一、第二、第三行波信号经硬件电路处理成第一组三路方波信号后，输入FPGA信号处理系统，经数据融合获得第一路位移信号Uo1，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A1、B1、C1、D1激励相上，此时激励电极Ⅱ不工作，接收电极上输出第二组相位相差120°的同频等幅的第四、第五、第六行波信号，第四、第五、第六行波信号经硬件电路处理成第二组三路方波信号后，输入FPGA信号处理系统，经数据融合获得第二路位移信号Uo2，对Uo2进行处理得到精测角位移值；对Uo2与Uo1进行对极定位处理，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单圈绝对角位移值；外部永磁体随转子同轴转动，触发韦根传感模块中的韦根丝输出脉冲信号，对该脉冲信号进行处理，获得转子的转动圈数Nmt，将转动圈数Nmt与单圈绝对角位移值相加，得到多圈绝对角位移值。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，消除了实时工作时之间的相互干扰，测量精度更高，实现绝对定位更容易。优选的，所述感应电极Ⅰ中的感应极片Ⅰ的形状为极坐标下的区间或者区间的两条相同的半周期余弦曲线段在起止点与同心的内外圆弧相交而围成的封闭图形Ⅰ，所述内圆弧所对的圆心角(也是两条相同的半周期余弦曲线段的起始点所夹的圆心角)为所述感应电极Ⅱ中的感应极片Ⅱ的形状为极坐标下的区间或者区间的两条相同的半周期余弦曲线段在起止点与同心的内外圆弧相交而围成的封闭图形Ⅱ，所述内圆弧所对的圆心角(也是两条相同的半周期余弦曲线段的起始点所夹的圆心角)为优选的，所述第4n1+1号扇环形极片Ⅰ的内圈端部设有第一A1相过孔、内圈内侧设有第二C1相过孔，第4n1+3号扇环形极片Ⅰ的内圈端部设有第一C1相过孔、内圈内侧设有第二A1相过孔，M1个第一A1相过孔与M1个第一C1相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，M1个第二A1相过孔与M1个第二C1相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，相邻的第一A1相过孔与第二A1相过孔通过所述A1激励信号引线相连，使第4n1+1号扇环形极片Ⅰ连接成一组，组成所述A1激励相，相邻的第一C1相过孔与第二C1相过孔通过所述C1相激励信号引线相连，使第4n1+3号扇环形极片Ⅰ连接成一组，组成所述C1激励相；所述第4n1+2号扇环形极片Ⅰ的外圈端部设有第一B1相过孔、外圈外侧设有第二D1相过孔，第4n1+4号扇环形极片Ⅰ的外圈端部设有第一D1相过孔、外圈外侧设有第二B1相过孔，M1个第一B1相过孔与M1个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多圈绝对式时栅角位移传感器，包括定子(1)和转子(2)，转子与定子同轴安装，定子包括定子基体(14)和设置在定子基体表面的激励电极I(11)、激励电极II(12)和接收电极，转子包括转子基体(24)和设置在转子基体表面的感应电极I(21)、感应电极II(22)和反射电极，设置有感应电极I、感应电极II、反射电极的转子基体表面与设置有激励电极I、激励电极II、接收电极的定子基体表面正对平行，并留有间隙，感应电极I与激励电极I正对，感应电极II与激励电极II正对，反射电极与接收电极正对且与感应电极I、II相连；感应电极I由一圈相同的感应极片I沿圆周方向等间隔排布组成，感应电极II由一圈相同的感应极片II沿圆周方向等间隔排布组成；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，第4n

【技术特征摘要】
1.一种多圈绝对式时栅角位移传感器，包括定子(1)和转子(2)，转子与定子同轴安装，定子包括定子基体(14)和设置在定子基体表面的激励电极I(11)、激励电极II(12)和接收电极，转子包括转子基体(24)和设置在转子基体表面的感应电极I(21)、感应电极II(22)和反射电极，设置有感应电极I、感应电极II、反射电极的转子基体表面与设置有激励电极I、激励电极II、接收电极的定子基体表面正对平行，并留有间隙，感应电极I与激励电极I正对，感应电极II与激励电极II正对，反射电极与接收电极正对且与感应电极I、II相连；感应电极I由一圈相同的感应极片I沿圆周方向等间隔排布组成，感应电极II由一圈相同的感应极片II沿圆周方向等间隔排布组成；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，第4n1+1号扇环形极片I通过A1相激励信号引线连成一组，组成A1激励相，第4n1+2号扇环形极片I通过B1相激励信号引线连成一组，组成B1激励相，第4n1+3号扇环形极片I通过C1相激励信号引线连成一组，组成C1激励相，第4n1+4号扇环形极片I通过D1相激励信号引线连成一组，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，第4n2+1号扇环形极片II通过A2相激励信号引线连成一组，组成A2激励相，第4n2+2号扇环形极片II通过B2相激励信号引线连成一组，组成B2激励相，第4n2+3号扇环形极片II通过C2相激励信号引线连成一组，组成C2激励相，第4n2+4号扇环形极片II通过D2相激励信号引线连成一组，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与M1互为质数；其特征是：
所述传感器还包括与转子同轴安装且随转子转动的外部永磁体(3)和固定安装在定子基体上的韦根传感模块(4)；
所述A1相激励信号引线与C1相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极I的内侧，所述B1相激励信号引线与D1相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极I的外侧；所述A2相激励信号引线与C2相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极II的内侧，所述B2相激励信号引线与D2相激励信号引线组成双绞线且位于激励电极II的外侧；
所述感应电极I(21)中的第3n3+1号感应极片I连成一组，组成A1感应组，第3n3+2号感应极片I连成一组，组成B1感应组，第3n3+3号感应极片I连成一组，组成C1感应组，n3依次取0至M3-1的所有整数，M3表示感应电极I的对极数，M3＝M1；
所述感应电极II(22)中的第3n4+1号感应极片II连成一组，组成A2感应组，第3n4+2号感应极片II连成一组，组成B2感应组，第3n4+3号感应极片II连成一组，组成C2感应组，n4依次取0至M4-1的所有整数，M4表示感应电极II的对极数，M4＝M2；
工作时，转子与定子相对转动，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，接收电极上输出第一组相位相差120°的同频等幅的第一、第二、第三行波信号，第一、第二、第三行波信号经硬件电路处理成第一组三路方波信号后，输入FPGA信号处理系统，经数据融合获得第一路位移信号Uo1，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A1、B1、C1、D1激励相上，此时激励电极II不工作，接收电极上输出第二组相位相差120°的同频等幅的第四、第五、第六行波信号，第四、第五、第六行波信号经硬件电路处理成第二组三路方波信号后，输入FPGA信号处理系统，经数据融合获得第二路位移信号Uo2，对Uo2进行处理得到精测角位移值；对Uo2与Uo1进行对极定位处理，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单圈绝对角位移值；外部永磁体(3)随转子(2)同轴转动，触发韦根传感模块(4)中的韦根丝输出脉冲信号，对该脉冲信号进行处理，获得转子的转动圈数Nmt，将转动圈数Nmt与单圈绝对角位移值相加，得到多圈绝对角位移值。


2.根据权利要求1所述的多圈绝对式时栅角位移传感器，其特征是：
所述感应电极I(21)中的感应极片I的形状为极坐标下的区间或者区间的两条相同的半周期余弦曲线段在起止点与同心的内外圆弧相交而围成的封闭图形I，所述内圆弧所对的圆心角为
所述感应电极II(22)中的感应极片II的形状为极坐标下的区间或者区间的两条相同的半周期余弦曲线段在起止点与同心的内外圆弧相交而围成的封闭图形II，所述内圆弧所对的圆心角为


3.根据权利要求1或2所述的多圈绝对式时栅角位移传感器，其特征是：
所述第4n1+1号扇环形极片I的内圈端部设有第一A1相过孔、内圈内侧设有第二C1相过孔，第4n1+3号扇环形极片I的内圈端部设有第一C1相过孔、内圈内侧设有第二A1相过孔，M1个第一A1相过孔与M1个第一C1相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，M1个第二A1相过孔与M1个第二C1相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，相邻的第一A1相过孔与第二A1相过孔通过所述A1激励信号引线相连，使第4n1+1号扇环形极片I连接成一组，组成所述A1激励相，相邻的第一C1相过孔与第二C1相过孔通过所述C1相激励信号引线相连，使第4n1+3号扇环形极片I连接成一组，组成所述C1激励相；所述第4n1+2号扇环形极片I的外圈端部设有第一B1相过孔、外圈外侧设有第二D1相过孔，第4n1+4号扇环形极片I的外圈端部设有第一D1相过孔、外圈外侧设有第二B1相过孔，M1个第一B1相过孔与M1个第一D1相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，M1个第二B1相过孔与M1个第二D1相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，相邻的第一B1相过孔与第二B1相过孔通过所述B1相激励信号引线相连，使第4n1+2号扇环形极片I连接成一组，组成所述B1激励相，相邻的第一D1相过孔与第二D1相过孔通过所述D1相激励信号引线相连，使第4n1+4号扇环形极片I连接成一组，组成所述D1激励相；
所述第4n2+1号扇环形极片II的内圈端部设有第一A2相过孔、内圈内侧设有第二C2相过孔，第4n2+3号扇环形极片II的内圈端部设有第一C2相过孔、内圈内侧设有第二A2相过孔，M2个第一A2相过孔与M2个第一C2相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，M2个第二A2相过孔与M2个第二C2相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，相邻的第一A2相过孔与第二A2相过孔通过所述A2激励信号引线相连，使第4n2+1号扇环形极片II连接成一组，组成所述A2激励相，相邻的第一C2相过孔与第二C2相过孔通过所述C2相激励信号引线相连，使第4n2+3号扇环形极片II连接成一组，组成所述C2激励相；所述第4n2+2号扇环形极片II的外圈端部设有第一B2相过孔、外圈外侧设有第二D2相过孔，第4n2+4号扇环形极片II的外圈端部设有第一D2相过孔、外圈外侧设有第二B2相过孔，M2个第一B2相过孔与M2个第一D2相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，M2个第二B2相过孔与M2个第二D2相过孔沿圆周方向等间隔分布且其中心处于同一圆上，相邻的第一B2相过孔与第二B2相过孔通过所述B2相激励信号引线相连，使第4n2+2号扇环形极片II连接成一组，组成所述B2激励相，相邻的第一D2相过孔与第二D2相过孔通过所述D2相激励信号引线相连，使第4n2+4号扇环形极片II连接成一组，组成所述D2激励相。


4.根据权利要求3所述的多圈绝对式时栅角位移传感器，其特征是：
所述设在第4n1+1号扇环形极片I的内圈端部的第一A1相过孔与设在第4n1+1号扇环形极片I的内圈内侧的第二C1相过孔径向对齐，所述设在第4n1+3号扇环形极片I的内圈端部的第一C1相过孔与设在第4n1+3号扇环形极片I的内圈内侧的第二A1相过孔径向对齐；所述M1个第一A1相过孔的中心与M1个第一C1相过孔的中心所处的圆到扇环形极片I的内边沿的径向距离为d1，所述M1个第二A1相过孔的中心与M1个第二C1相过孔的中心所处的圆到扇环形极片I的内边沿的径向距离为d2，所述d1＝d2；所述设在第4n1+2号扇环形极片I的外圈端部的第一B1相过孔与设在第4n1+2号扇环形极片I的外圈外侧的第二D1相过孔径向对齐，所述设在第4n1+4号扇环形极片I的外圈端部的第一D1相过孔与设在第4n1+4号扇环形极片I的外圈外侧的第二B1相过孔径向对齐；所述M1个第一B1相过孔的中心与M1个第一D1相过孔的中心所处的圆到扇环形极片I的外边沿的径向距离为d3，所述M1个第二B1相过孔的中心与M1个第二D1相过孔的中心所处的圆到扇环形极片I的外边沿的径向距离为d4，所述d3＝d4；
所述设在第4n1+1号扇环形极片II的内圈端部的第一A2相过孔与设在第4n1+1号扇环形极片II的内圈内侧的第二C2相过孔径向对齐，所述设在第4n1+3号扇环形极片II的内圈端部的第一C2相过孔与设在第4n1+3号扇环形极片II的内圈内侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小康，于治成，彭凯，汤其富，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50