一种基于微线圈的全数字式涡流栅传感器制造技术

本实用新型专利技术提出一种全数字式涡流栅传感器，由定尺和动尺两部分组成，二者面对面叠合在一起，并保持有一定间隙

【技术实现步骤摘要】
一种基于微线圈的全数字式涡流栅传感器


[0001]本技术涉及的是一种位移测量
的传感器，具体是一种基于微线圈的全数字式涡流栅传感器
。

技术介绍

[0002]目前，制造业作对各种在线检测手段也提出了越来越高的要求，除了高精度
、
非接触
、
数字化等测量性能要求之外，对于防护性能的要求也是与日俱增，以期适应各种恶劣的制造业工作环境
。
在制造业现场最具代表的就是具有防水功能的电子数显卡尺，这是一种量大面广的常规量具，市场容量巨大
、
应用广泛
。
目前，能够真正在测量原理上达到
IP67
防护级别的防水性电子数显卡尺生产商主要有日本
Mitutoyo
（以其独特的电感传感器为核心构成）
、
瑞士
Sylvac
（以原创的感应同步器传感器为核心）
、
瑞士
Tesa
（以磁阻传感器为核心）等
。
[0003]ꢀ“
涡流栅”是一种全新的防水型大量程绝对位移传感器，它的工作原理是基于横向电涡流效应的栅式位移传感器，传感器有定尺和动尺两部分组成，二者面对面叠合在一起，并保持有一定间隙；定尺上布置有若干反射导体，动尺上布置有若干微线圈和电路；利用线圈与反射导体之间的横向位移产生的信号变化，实现位移的绝对测量，防水等级可达
IP67。
[0004]第一代涡流栅是一种模拟式位移传感器（具有误差平均效应的涡流栅绝对位置传感器，
CN101324420
），传感器设置两个测量码道，每个码道的反射导体为均匀分布，每个码道上布置4个线圈
、
成差动布局；所有8个线圈采用
LC
振荡器激励和调频电路输出8路频率信号，经过计算形成4路差动信号；每个码道的4路信号计算出该码道的相位，然后利用两路信号的相位差计算位移
。
这种模拟式涡流栅传感器的主要问题是：线圈与反射导体均采用
PCB
工艺制作，制造精度无法保证，因而定位精度不高，测量误差较大
。
另一方面，由于传感器内部存在模拟信号，抗干扰能力较弱，性能不稳定
。
[0005]第二代涡流栅是一种模数混合式传感器（组合编码式涡流栅绝对位置传感器，
CN101806575A
），传感器也是设置两个码道，一个是测量码道，另一个是编码码道；在定尺上，测量码道的反射导体为均匀分布，布置4个线圈
、
成差动布局，编码码道反射导体为按照一维循环编码规律分布；在动尺上，对应两个码道分别布置若干个线圈，所有线圈均采用
LC
振荡器激励和调频电路输出频率信号
。
编码码道利用一维循环编码实现传感器在一定区间内的粗定位（即位移值的大数），测量码道利用差动线圈的输出信号的相位计算出传感器在这个定位区间内的准确位移（即位移值的小数）
。
这种方法的定位精度有所提高，但是同样由于受
PCB
制造工艺和模拟信号的限制，测量码道的测量依然误差较大，可靠性不够高
。
[0006]显然，目前的涡流栅传感器仍然存在制造精度低
、
模拟信号抗干扰能力差的缺陷，急需进一步改进于提升
。

技术实现思路

[0007]本技术的目的在于针对现有涡流栅传感器存在的制造精度低
、
模拟信号抗干扰能力差的弊端，提出一种基于微线圈的全数字式涡流栅传感器
。
[0008]本技术的涡流栅传感器的线圈采用
MEMS
等微工艺制作，而且采用大量微线圈组成绝对编码形式，实现大量程位移的测量，从而彻底摒弃了传统涡流栅传感器存在模拟信号的弊端
。
本技术的涡流栅传感器制造精度高
、
全数字化，具有精度高
、
可靠性强
、
系统简单
、
成本低
、
性价比高
、
实用性强，可以成为第三代涡流栅传感器
。
[0009]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0010]本技术的全数字式涡流栅传感器的特征在于，所述的涡流栅传感器由定尺和动尺两部分组成，二者面对面叠合在一起，并保持有一定间隙，其中：
[0011]所述的定尺固定不动，相对于动尺而言其尺寸较长；所述的定尺上表面布置有若干金属材质的反射导体；所述的反射导体是布置在多个平行而且沿着定尺长度方向分布的码道之上，码道数大于2；所述的反射导体在各个码道上的分布是不一样的，而且是按照某一种绝对编码的方法和码制进行分布的；
[0012]所述的动尺相对于定尺而言尺寸较短，而且可以沿着定尺的长度方向移动；所述的动尺上布置有若干线圈；所述的线圈同样是分布在多个不同码道上，动尺上的码道数目与定尺上的码道数目相同；所述的线圈在每个码道上只有一个，沿定尺的宽度方向均匀排成一列，每一个线圈对应定尺上的某一个码道；所述的线圈是采用
MEMS
等微工艺制作的微型线圈，尺寸小，从而可以实现更多码道，提高测量精度；在所述的动尺之上布置有测量电路，位于线圈的一侧，为线圈提供激励信号，同时产生输出电信号，并通过计算得出位移测量结果
。
[0013]本技术的全数字式涡流栅传感器的工作过程如下：测量电路为所述的动尺上的所有线圈进行激励，动尺上的每个线圈在测量电路的激励下在周围空产生交变电磁场，并分别在所述的定尺上与线圈对应码道上的反射导体中产生电涡流效应
。
当所述的动尺相对于所述的定尺移动时，反射导体中的电涡流效应也相应地产生周期性的强弱变化，由此导致所述的线圈输出相应的周期性变化的电信号，通过测量电路处理整形之后转变为脉冲数字信号
。
不同码道产生的不同数字信号构成相应的绝对编码，形成与绝对位置一一对应的数字信号，从而实现绝对位移的数字化测量
。
[0014]本技术的全数字式涡流栅传感器的特征还在于，所述的定尺上各个码道上的反射导体是按照绝对编码的方法和码制进行布置的，从而可以实现位移的绝对编码，实现了数字式位移传感器；具体的码道数目取决于测量范围和测量分辨力；编码的码制可以采用二进制码
、
格雷码
、
循环码等多种码制
。
[0015]本技术的全数字式涡流栅传感器的特征还在于，所述的定尺上所有的反射导体均采用
PCB
工艺制作，成本低
、
适合大批量生产制作；所述的定尺具有足够的长度，以满足测量范围的需求；所述的定尺表面利用敷铜制作有多个反射导体，与定尺成为一体
。
[0016]本技术的全数字式涡流栅传感器的特征还在于，所述的动尺上表面嵌入多个微型线圈，通过在对应码道上的反射导体上产生的电涡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于微线圈的全数字式涡流栅传感器，由定尺和动尺两部分组成，二者面对面叠合在一起，并保持有一定间隙，其中：所述的定尺固定不动，相对于动尺而言尺寸较长；所述的定尺上表面布置有若干金属材质的反射导体；所述的反射导体是布置在多个平行而且沿着定尺长度方向分布的码道之上，码道数大于2；所述的反射导体在各个码道上的分布是不一样的，而且是按照某一种绝对编码的方法和码制进行分布的；所述的动尺短于定尺尺寸，而且可以沿着定尺的长度方向移动；所述的动尺上布置有若干线圈；所述的线圈同样是分布在多个不同码道上，动尺上的码道数目与定尺上的码道数目相同；所述的线圈在每个码道上只有一个，沿定尺的宽度方向均匀排成一列，每一个线圈对应定尺上的某一个码道；所述的线圈是采用
MEMS
微工艺制作的微型线圈，从而可以实现更多码道；在所述的动尺之上布置有测量电路，位于线圈的一侧，为线圈提供激励信号，同时产生输出电信号，并通过计算得出位移测量结果
。2.
根据权利要求1所述的基于微线圈的全数字式涡流栅传感器，其特征还在于，所述的定尺上各个码道上的反射导体是按照绝对编码的方法和码制进行布置的，从而可以实现位移的绝对编码；具体的码道数目取决于测量范围和测量分辨力；编码的码制采用二进制码
、
格雷码
、
循环码多种码制
。3.
根据权利要求1所述的基于微线圈的全数字式涡流栅传感器，其特征还在于，所述的定尺上所有的反射导体均采用
PCB
工艺制作；定尺表面利用敷铜制作有多个反射导体，与定尺成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，吕娜，
申请(专利权)人：上海钊晟传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：