一种基于单交变电场的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单交变电场的时栅角位移传感器，包括定子和与定子同轴安装的转子，转子的基体表面设有感应电极，定子的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙。激励电极为单激励相，采用单相交流激励信号激励，将多场激励的多极片对极形式变为单极片对极形式，在有限的传感器尺寸范围内成倍数增加了传感器的对极数，增加了整周期测量的对极数，采用在周向错开的圆心角、在径向错开δ距离的4M1个感应极片Ⅰ与4M1个感应极片Ⅱ，在整体上将转子极片的间隔减少至个激励对极空间，能有效提高传感器测量的空间分辨率，提高信噪比。提高信噪比。提高信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单交变电场的时栅角位移传感器


[0001]本专利技术属于精密角位移测量领域，具体涉及一种基于单交变电场的时栅角位移传感器。

技术介绍

[0002]近年来国内研制出了一种以时钟脉冲作为位移测量基准的时栅角位移传感器，比如CN103968750A公开的一种电场式时栅角位移传感器(也可称为电容式角位移传感器)。并在此基础上，CN113008128A又公开了一种电容式角位移传感器及其转子，其采用多测头结构的多场激励测量方法，这些专利采用多路交流信号进行激励，在转子电极上感应一路行波信号，经相关处理实现角位移测量。但其仍然存在如下问题：(1)多相激励会增加激励信号产生的复杂度，且多相激励极片之间的引线会增加引线复杂度，同时因制造误差的影响，不可避免的会造成信号之间的引线串扰，影响信号质量；(2)多相激励使得角位移测量的对极为多个极片空间之和，导致在有限的传感器尺寸范围内，角位移测量极对数难以提高，且测头电容耦合面积利用率低，限制了传感器信噪比和精度的进一步提高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于单交变电场的时栅角位移传感器，以提高信噪比和测量精度。
[0004]本专利技术所述的一种基于单交变电场的时栅角位移传感器，包括定子和与定子同轴安装的转子，转子的基体表面设有感应电极，定子的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙。
[0005]所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片的间隔所对的圆心角为激励电极的对极数为M2，一个对极对应的圆心角为
[0006]所述感应电极包括转子电极Ⅰ和转子电极Ⅱ。转子电极Ⅰ由4M1个感应极片Ⅰ沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片Ⅰ连成一组，组成A1感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅰ连成一组，组成B1感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅰ连成一组，组成C1感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅰ连成一组，组成D1感应组，n依次取0至M1‑
1的所有整数，8M1:M2＝8:5；感应极片Ⅰ的形状为两条倾斜的线段Ⅰ在起止点与同圆心的内圆弧Ⅰ、外圆弧Ⅰ相交而围成的封闭图形Ⅰ，两条倾斜的线段Ⅰ的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段Ⅰ的起止点所夹的圆心角为感应极片Ⅰ所对的圆心角为相邻两个感应极片Ⅰ在内圆Ⅰ上的间隔所对的圆心角为转子电极Ⅱ由4M1个感应极片Ⅱ沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片Ⅱ连成一组，组成A2感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅱ连成一组，组
成B2感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅱ连成一组，组成C2感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅱ连成一组，组成D2感应组；感应极片Ⅱ的形状为两条倾斜的线段Ⅱ在起止点与同圆心的内圆弧Ⅱ、外圆弧Ⅱ相交而围成的封闭图形Ⅱ，两条倾斜的线段Ⅱ的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段Ⅱ的起止点所夹的圆心角为感应极片Ⅱ所对的圆心角为相邻两个感应极片Ⅱ在内圆Ⅱ上的间隔所对的圆心角为编号相同的感应极片Ⅰ与感应极片Ⅱ在周向错开的圆心角为在径向错开的距离为δ；编号相同的感应极片Ⅰ与感应极片Ⅱ形成一组转子极片，则在整体上相邻两组转子极片之间间隔的圆心角为即个激励电极的对极对应的圆心角(即个激励对极空间)。
[0007]测量时，在单激励相中通入单相交流激励信号，产生单交变电场，转子相对定子转动，A1、B1、C1、D1感应组输出的感应信号和A2、B2、C2、D2感应组输出的感应信号经角位移解算系统解算得到角位移值。
[0008]优选的，所述的两条倾斜的线段Ⅰ、两条倾斜的线段Ⅱ有三种形式：
[0009]第一种，两条倾斜的线段Ⅰ、两条倾斜的线段Ⅱ都为极坐标下的区间的两条相同的半周期余弦曲线段。
[0010]第二种，两条倾斜的线段Ⅰ、两条倾斜的线段Ⅱ都为极坐标下的区间的两条相同的半周期余弦曲线段。
[0011]第三种，两条倾斜的线段Ⅰ、两条倾斜的线段Ⅱ都为两条斜线段。
[0012]优选的，所述角位移解算系统包括第一差分模块、第二差分模块、第一RC移相电路、第三差分模块、第四差分模块、第五差分模块、第二RC移相电路、第六差分模块、信号转换电路和信号处理系统；A1感应组的信号输出端、C1感应组的信号输出端分别与第一差分模块的两个输入端连接，B1感应组的信号输出端、D1感应组的信号输出端分别与第二差分模块的两个输入端连接，第二差分模块的输出端与第一RC移相电路的输入端连接，第一RC移相电路的输出端、第一差分模块的输出端分别与第三差分模块的两个输入端连接，第三差分模块的输出端与信号转换电路的一个输入端连接；A2感应组的信号输出端、C2感应组的信号输出端分别与第四差分模块的两个输入端连接，B2感应组的信号输出端、D2感应组的信号输出端分别与第五差分模块的两个输入端连接，第五差分模块的输出端与第二RC移相电路的输入端连接，第二RC移相电路的输出端、第四差分模块的输出端分别与第六差分模块的两个输入端连接，第六差分模块的输出端与信号转换电路的另一个输入端连接；信号转换电路的输出端与信号处理系统的输入端连接，信号处理系统输出所述角位移值。
[0013]本专利技术所述的另一种基于单交变电场的时栅角位移传感器，包括定子和与定子同轴安装的转子，转子的基体表面设有感应电极，定子的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙。
[0014]所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片的间隔所对的圆
心角为激励电极的对极数为M2，一个对极对应的圆心角为
[0015]所述感应电极包括转子电极Ⅰ和转子电极Ⅱ。转子电极Ⅰ由4M1个感应极片Ⅰ沿周向等间隔排成一圈组成，感应极片Ⅰ的形状为两条倾斜的线段Ⅰ在起止点与同圆心的内圆弧Ⅰ、外圆弧Ⅰ相交而围成的封闭图形Ⅰ，两条倾斜的线段Ⅰ的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段Ⅰ的起止点所夹的圆心角为感应极片Ⅰ所对的圆心角为相邻两个感应极片Ⅰ在内圆Ⅰ上的间隔所对的圆心角为转子电极Ⅱ由4M1个感应极片Ⅱ沿周向等间隔排成一圈组成，感应极片Ⅱ的形状为两条倾斜的线段Ⅱ在起止点与同圆心的内圆弧Ⅱ、外圆弧Ⅱ相交而围成的封闭图形Ⅱ，两条倾斜的线段Ⅱ的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段Ⅱ的起止点所夹的圆心角为感应极片Ⅱ所对的圆心角为相邻两个感应极片Ⅱ在内圆Ⅱ上的间隔所对的圆心角为编号为4n+1号的感应极片Ⅰ与编号为4n+3号的感应极片Ⅱ连成一组，组成A3感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅰ与编号为4n+1号的感应极片Ⅱ连成一组，组成B3感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅰ与编号为4n+4号的感应极片Ⅰ连成一组，组成C3感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅱ与编号为4n+4号的感应极片Ⅱ连成一组，组成D3感应组，n依次取0至M1‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单交变电场的时栅角位移传感器，包括定子(1)和与定子同轴安装的转子(2)，转子(2)的基体表面设有感应电极，定子(1)的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙；其特征在于：所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片(11)沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片(11)连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片(11)的间隔所对的圆心角为所述感应电极包括转子电极Ⅰ和转子电极Ⅱ；转子电极Ⅰ由4M1个感应极片Ⅰ(21)沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片Ⅰ连成一组，组成A1感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅰ连成一组，组成B1感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅰ连成一组，组成C1感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅰ连成一组，组成D1感应组，n依次取0至M1‑
1的所有整数，8M1：M2＝8：5；感应极片Ⅰ(21)的形状为两条倾斜的线段Ⅰ在起止点与同圆心的内圆弧Ⅰ、外圆弧Ⅰ相交而围成的封闭图形Ⅰ，两条倾斜的线段Ⅰ的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段Ⅰ的起止点所夹的圆心角为感应极片Ⅰ(21)所对的圆心角为相邻两个感应极片Ⅰ(21)在内圆Ⅰ上的间隔所对的圆心角为转子电极Ⅱ由4M1个感应极片Ⅱ(22)沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片Ⅱ连成一组，组成A2感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅱ连成一组，组成B2感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅱ连成一组，组成C2感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅱ连成一组，组成D2感应组；感应极片Ⅱ(22)的形状为两条倾斜的线段Ⅱ在起止点与同圆心的内圆弧Ⅱ、外圆弧Ⅱ相交而围成的封闭图形Ⅱ，两条倾斜的线段Ⅱ的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段Ⅱ的起止点所夹的圆心角为感应极片Ⅱ(22)所对的圆心角为相邻两个感应极片Ⅱ(22)在内圆Ⅱ上的间隔所对的圆心角为编号相同的感应极片Ⅰ与感应极片Ⅱ在周向错开的圆心角为在径向错开的距离为δ；测量时，在单激励相中通入单相交流激励信号，转子(2)相对定子(1)转动，A1、B1、C1、D1感应组输出的感应信号和A2、B2、C2、D2感应组输出的感应信号经角位移解算系统解算得到角位移值。2.根据权利要求1所述的基于单交变电场的时栅角位移传感器，其特征在于：所述角位移解算系统包括第一差分模块(31)、第二差分模块(32)、第一RC移相电路(33)、第三差分模块(34)、第四差分模块(35)、第五差分模块(36)、第二RC移相电路(37)、第六差分模块(38)、信号转换电路(39)和信号处理系统(310)；A1感应组的信号输出端、C1感应组的信号输出端分别与第一差分模块(31)的两个输入端连接，B1感应组的信号输出端、D1感应组的信号输出端分别与第二差分模块(32)的两个输入端连接，第二差分模块(32)的输出端与第一RC移相电路(33)的输入端连接，第一RC移相电路(33)的输出端、第一差分模块(31)的输出端分
别与第三差分模块(34)的两个输入端连接，第三差分模块(34)的输出端与信号转换电路(39)的一个输入端连接；A2感应组的信号输出端、C2感应组的信号输出端分别与第四差分模块(35)的两个输入端连接，B2感应组的信号输出端、D2感应组的信号输出端分别与第五差分模块(36)的两个输入端连接，第五差分模块(36)的输出端与第二RC移相电路(37)的输入端连接，第二RC移相电路(37)的输出端、第四差分模块(35)的输出端分别与第六差分模块(38)的两个输入端连接，第六差分模块(38)的输出端与信号转换电路(39)的另一个输入端连接；信号转换电路(39...

【专利技术属性】
技术研发人员：高忠华，刘小康，付敏，杨继森，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：