【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于平面二维位移精密测量传感器，具体涉及一种绝对式平面二维时栅位移传感器。
技术介绍
1、精密位移测量技术广泛应用于数控机床、芯片制造、计量检测、航空航天和国防军工等各个精密运动控制领域。现有平面二维位移传感器主要有平面二维光栅位移传感器、基于电容原理的二维位移传感器、基于电磁感应原理的二维位移传感器等；其中，应用最为广泛的是平面二维光栅位移传感器，其具有精度高、量程大、分辨率高、动态性能好等优点，但其主要依赖超精密的栅距刻划程度，目前工艺已趋于极限，精度很难再有进一步突破，且其成本较高、抗油污能力较弱。基于电容原理的二维位移传感器采用非接触式测量，具有无摩擦、无磨损、无惰性的特点，其信噪比大、灵敏度高、分辨率高、精度稳定性好，但其量程一般较小、抗干扰能力较弱，并且两个方向的位移测量需要复杂的解耦运算。
2、近些年国内研制出了一种基于电磁感应原理并以时钟脉冲作为位移测量基准的平面二维时栅位移传感器，其不依赖空间精密刻线便能实现高分辨力与高精度的位移测量。目前，已研制的平面二维时栅位移传感器以增量式为主，其存在累计误差、上电后需手动找零、断电后数据丢失等缺点，且x、y两个方向的位移解算相对复杂。前期研究的绝对式一维直线时栅位移传感器采用“单对极粗测+多对极精测”和差极定位两种方案来实现绝对位置的测量。这两种方案为对极数互质的特殊情况，其中“单对极+多对极”为1个对极和n个对极的传感器组合，差极为n－1个对极和n个对极的传感器组合；然而“单对极+多对极”的组合对单对极的测量精度要求高，不易实现绝对定位；差极组合
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种绝对式平面二维时栅位移传感器，以减小累计误差以及随机误差，提高测量精度。
2、本专利技术所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，包括定尺和与定尺平行正对且留有安装间隙的动尺，所述定尺包括定尺基体和设在定尺基体上的激励单元，所述动尺包括动尺基体和设在动尺基体上的感应单元。
3、所述激励单元包括位于不同层且彼此相互绝缘的第一激励线圈线阵、第二激励线圈线阵、第三激励线圈线阵和第四激励线圈线阵。所述第一激励线圈线阵具有x向粗测激励组ⅰ和x向粗测激励组ⅱ，第一激励线圈线阵的极距为w1、对极数为m。所述第二激励线圈线阵具有y向粗测激励组i和y向粗测激励组ii，第二激励线圈线阵的极距为w1、对极数为m。所述第三激励线圈线阵具有x向精测激励组i和x向精测激励组ii，第三激励线圈线阵的极距为w2、对极数为n。所述第四激励线圈线阵具有y向精测激励组i和y向精测激励组ii，第四激励线圈线阵的极距为w2、对极数为n。其中，m与n互为质数，1＜m＜n-1，m*w1＝n*w2。
4、所述感应单元包括第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈和第四感应线圈。第一感应线圈与第一激励线圈线阵在z方向上正对平行，构成x向粗测通道。第二感应线圈与第二激励线圈线阵在z方向上正对平行，构成y向粗测通道。第三感应线圈与第三激励线圈线阵在z方向上正对平行，构成x向精测通道。第四感应线圈与第四激励线圈线阵在z方向上正对平行，构成y向精测通道。
5、工作时，动尺相对定尺平行移动，先对x向粗测激励组i、x向粗测激励组ii分别通入频率为f1、幅值为a、相位相差90°的激励电信号usx与ucx，对y向粗测激励组i、y向粗测激励组ii分别通入频率为f2、幅值为a、相位相差90°的激励电信号usy与ucy，此时第三激励线圈线阵、第四激励线圈线阵接地(即第三激励线圈线阵、第四激励线圈线阵不工作)，第一感应线圈输出第一行波信号(携带位移信息的感应信号)，第二感应线圈输出第二行波信号(携带位移信息的感应信号)，将第一行波信号、第二行波信号都转换为方波信号并存储。然后，迅速将所述的激励电信号usx与ucx切换至x向精测激励组i、x向精测激励组ii，将所述的激励电信号usy与ucy切换至y向精测激励组i、y向精测激励组ii，此时第一激励线圈线阵、第二激励线圈线阵接地(即第一激励线圈线阵、第二激励线圈线阵不工作)，第三感应线圈输出第三行波信号(携带位移信息的感应信号)，第四感应线圈输出第四行波信号(携带位移信息的感应信号)。再对第三行波信号进行处理，得到x向精测位移值x2，对第四行波信号进行处理，得到y向精测位移值y2，对存储的由第一行波信号转换的方波信号进行处理，得到x向粗测位移值x1，对存储的由第二行波信号转换的方波信号进行处理，得到y向粗测位移值y1。最后，利用x1、x2、y1、y2进行二维绝对位移解算，得到x向绝对直线位移值xabs和y向绝对直线位移值yabs。
6、所述第一激励线圈线阵由大小相同、宽度为长度大于n*w2的m个第一正绕矩形线圈、m个第二正绕矩形线圈、m个第一反绕矩形线圈、m个第二反绕矩形线圈沿x向等间距(该间距为d)依次交替排列组成。该m个第一正绕矩形线圈与m个第一反绕矩形线圈串联，形成所述x向粗测激励组i。该m个第二正绕矩形线圈与m个第二反绕矩形线圈串联，形成所述x向粗测激励组ii。
7、所述第二激励线圈线阵由大小相同、宽度为长度大于n*w2的m个第一正绕矩形线圈、m个第二正绕矩形线圈、m个第一反绕矩形线圈、m个第二反绕矩形线圈沿y向等间距(该间距为d)依次交替排列组成。该m个第一正绕矩形线圈与m个第一反绕矩形线圈串联，形成所述y向粗测激励组i。该m个第二正绕矩形线圈与m个第二反绕矩形线圈串联，形成所述y向粗测激励组ii。
8、所述第三激励线圈线阵由大小相同、宽度为长度大于m*w1的n个第三正绕矩形线圈、n个第四正绕矩形线圈、n个第三反绕矩形线圈、n个第四反绕矩形线圈沿x向等间距(该间距为d)依次交替排列组成。该n个第三正绕矩形线圈与n个第三反绕矩形线圈串联，形成所述x向精测激励组i。该n个第四正绕矩形线圈与n个第四反绕矩形线圈串联，形成所述x向精测激励组ii。
9、所述第四激励线圈线阵由大小相同、宽度为长度大于m*w1的n个第三正绕矩形线圈、n个第四正绕矩形线圈、n个第三反绕矩形线圈、n个第四反绕矩形线圈沿y向等间距(该间距为d)依次交替排列组成。该n个第三正绕矩形线圈与n个第三反绕矩形线圈串联，形成所述y向精测激励组i。该n个第四正绕矩形线圈与n个第四反绕矩形线圈串联，形成所述y向精测激励组ii。
10、所述第一感应线圈由沿x向绕制的起始位置相同、幅值为b1、周期为w1、周期个数为n、相位互差180°的正弦导线段i与正弦导线段ii组成，该正弦导线段i与正弦导线段ii分别布于两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为第一行波信号输出端。即第一感应线圈由沿x向绕制的起始位置相同、幅值为b1、周期为w1、周期个数为n、相位互差180°的正弦导线段i与正弦导线段ii串联形成(相当于两个正弦形线圈反向串联绕制)。
11、所述第三感应线圈由沿x向绕制的起始位置相同、幅值为b2、周期为w2、周期个数为n、相位互差180°的正弦导线段iii与正本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种绝对式平面二维时栅位移传感器，包括定尺(1)和与定尺平行正对且留有安装间隙的动尺(2)，所述定尺(1)包括定尺基体(10)和设在定尺基体(10)上的激励单元，所述动尺(2)包括动尺基体(20)和设在动尺基体(20)上的感应单元；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：所述n＝2，所述所述
6.根据权利要求1至5任一项所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：所述f1≠f2。
7.根据权利要求1至5任一项所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：利用x1、x2、y1、y2进行二维绝对位移解算，得到X向绝对直线位移值xabs和Y向绝对直线位移值yabs的方法为：
8.根据权利要求7所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种绝对式平面二维时栅位移传感器，包括定尺(1)和与定尺平行正对且留有安装间隙的动尺(2)，所述定尺(1)包括定尺基体(10)和设在定尺基体(10)上的激励单元，所述动尺(2)包括动尺基体(20)和设在动尺基体(20)上的感应单元；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：
5.根据权利要求3所述的绝对式平面二维时栅位移传感器，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨继森，修府，张静，秦小东，张显豪，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
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