時(shí)柵直線位移傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種時(shí)柵直線位移傳感器，包括定尺和動(dòng)尺，所述動(dòng)尺由非導(dǎo)磁的動(dòng)尺基體和導(dǎo)磁單元組成，定尺由非導(dǎo)磁基體和兩個(gè)相同的傳感單元組成，傳感單元包括激勵(lì)線圈、感應(yīng)線圈和導(dǎo)磁基體，激勵(lì)線圈由各自繞成矩形波狀且位于同一平面的n條導(dǎo)線構(gòu)成，感應(yīng)線圈由過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始的兩條正弦曲線繞出，激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈按照特定空間關(guān)系布置，非導(dǎo)磁基體的厚度在沿測(cè)量方向滿(mǎn)足特定條件。其能在不增加刻線精密度或者傳感器周期性節(jié)距的情況下，將時(shí)柵直線位移傳感器的分辨力再次提高一倍。
【專(zhuān)利說(shuō)明】時(shí)柵直線位移傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精密測(cè)量傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種時(shí)柵直線位移傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 直線位移測(cè)量是最基本的幾何量測(cè)量，精密直線位移測(cè)量主要采用直線位移傳感 器，如光柵、磁柵、容柵等等，它們通過(guò)對(duì)按空間均分的柵線進(jìn)行計(jì)數(shù)得到位移量。其共同特 點(diǎn)是利用柵線的空間超精密刻線來(lái)滿(mǎn)足微小位移的分辨力要求，而為了再進(jìn)一步提高分辨 力，只能依靠復(fù)雜的電子細(xì)分，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本居高不下，且抗干擾能力差，極易 受到污染。
[0003] 近年來(lái)出現(xiàn)了一種以時(shí)鐘脈沖作為測(cè)量基準(zhǔn)的時(shí)柵直線位移傳感器，能不依賴(lài)空 間精密刻線實(shí)現(xiàn)高分辨力位移測(cè)量。時(shí)柵直線位移傳感器主要基于電磁感應(yīng)原理或者交變 電場(chǎng)原理，其分辨力除取決于插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖的空間當(dāng)量外，還取決于傳感器的極對(duì)數(shù)，極對(duì) 數(shù)越多，分辨力越高。當(dāng)其插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖的空間當(dāng)量達(dá)到一定極限后，要想再進(jìn)一步提高其 分辨力，只能通過(guò)進(jìn)一步增加該傳感器的極對(duì)數(shù)或者復(fù)雜的電子細(xì)分來(lái)實(shí)現(xiàn)，其成本高。
[0004] CN103644834A公開(kāi)了一種時(shí)柵直線位移傳感器，其能在不增加刻線精密度或者傳 感器周期性節(jié)距（即極對(duì)數(shù)）的情況下，將傳感器的分辨力提高一倍，但是分辨力仍可再一 步提商。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種時(shí)柵直線位移傳感器，以在不增加刻線精密度或者傳感 器周期性節(jié)距（即極對(duì)數(shù)）的情況下，將時(shí)柵直線位移傳感器的分辨力再次提高一倍。
[0006] 本發(fā)明所述的時(shí)柵直線位移傳感器，包括定尺和動(dòng)尺，所述動(dòng)尺由非導(dǎo)磁的動(dòng)尺 基體和嵌于該動(dòng)尺基體上、下部的兩個(gè)相同且相互平行的導(dǎo)磁單元組成，導(dǎo)磁單元由一個(gè) 長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體構(gòu)成或者由多個(gè)相同的長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體沿測(cè)量方向（相當(dāng)于動(dòng)尺的 運(yùn)動(dòng)方向）等間距排列構(gòu)成，在由多個(gè)所述導(dǎo)磁體構(gòu)成的導(dǎo)磁單元中，相鄰兩個(gè)導(dǎo)磁體的 中心距等于W;每個(gè)導(dǎo)磁體的寬度b應(yīng)滿(mǎn)足：

【權(quán)利要求】
1. 一種時(shí)柵直線位移傳感器，包括定尺（1)和動(dòng)尺（2)，所述動(dòng)尺（2)由非導(dǎo)磁的動(dòng)尺 基體和嵌于該動(dòng)尺基體上、下部的兩個(gè)相同且相互平行的導(dǎo)磁單元組成，導(dǎo)磁單元由一個(gè) 長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體（21)構(gòu)成或者由多個(gè)相同的長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體（21)沿測(cè)量方向等間距 排列構(gòu)成，在由多個(gè)所述導(dǎo)磁體（21)構(gòu)成的導(dǎo)磁單元中，相鄰兩個(gè)導(dǎo)磁體的中心距等于W; 每個(gè)導(dǎo)磁體的寬度b應(yīng)滿(mǎn)足：O< 6f或者f?W，兩個(gè)導(dǎo)磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁體的起始 位置對(duì)齊；其特征在于： 所述定尺（1)由非導(dǎo)磁基體（13)和位于非導(dǎo)磁基體上、下部的兩個(gè)相同且相互平行的 傳感單元組成，該兩個(gè)傳感單元分別與所述動(dòng)尺（2)的兩個(gè)導(dǎo)磁單元正對(duì)平行放置，且留 有間隙，所述傳感單元包括激勵(lì)線圈（11)、感應(yīng)線圈（12)和導(dǎo)磁基體（14); 所述激勵(lì)線圈（11)由各自繞成矩形波狀且位于同一平面的η條導(dǎo)線構(gòu)成，每條導(dǎo)線 繞制的矩形波周期相等，均為W，占空比不等，激勵(lì)線圈的η條導(dǎo)線按照占空比由大到小的 順序排列，其第m條導(dǎo)線的占空比Dm滿(mǎn)足：當(dāng)
當(dāng)
;其中，n>6且為偶數(shù)，在同一個(gè)周期內(nèi)所有矩形波波 峰所在線段的中垂線重合，矩形波周期延拓方向與測(cè)量方向一致； 所述感應(yīng)線圈（12)采用"8"字形繞法，由過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始，兩邊同時(shí)沿幅值相同、周期等于W、初相角分別為O和π的兩條正弦曲線繞出，感應(yīng)線圈的高度小于所述導(dǎo)磁體（21)的高 度，感應(yīng)線圈周期延拓方向與測(cè)量方向一致，兩個(gè)傳感單元內(nèi)的感應(yīng)線圈串聯(lián)； 所述非導(dǎo)磁基體（13)的正面為平面，背面為沿測(cè)量方向變化的波浪形曲面，所述激勵(lì) 線圈（11)和感應(yīng)線圈（12)布置在非導(dǎo)磁基體正面的布線層上或者嵌于非導(dǎo)磁基體內(nèi)； 所述導(dǎo)磁基體（14)的正面為沿測(cè)量方向變化的波浪形曲面，背面為平面，導(dǎo)磁基體的 正面與非導(dǎo)磁基體的背面相匹配且緊密貼合，導(dǎo)磁基體的厚度大于或者等于2mm;兩個(gè)傳 感單元內(nèi)的導(dǎo)磁基體之間有大于或者等于20mm的間隔，每個(gè)傳感單元內(nèi)的導(dǎo)磁基體的投 影能將該傳感單元內(nèi)的激勵(lì)線圈完全遮蓋； 所述兩個(gè)傳感單元內(nèi)的激勵(lì)線圈（11)、感應(yīng)線圈（12)以及非導(dǎo)磁基體（13)應(yīng)滿(mǎn)足： 每個(gè)傳感單元內(nèi)的激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈正對(duì)平行，感應(yīng)線圈在激勵(lì)線圈所處平面內(nèi)的投影 位于所有矩形波的波峰與波谷之間，且距最近的波峰或波谷的距離大于或者等于5mm;以 與測(cè)量方向垂直的某個(gè)面為基準(zhǔn)面，以測(cè)量方向?yàn)閄方向，設(shè)基準(zhǔn)面處X= 〇,其中一個(gè)傳感 單元的激勵(lì)線圈的一波峰所在線段的中垂線位于基準(zhǔn)面右側(cè)，相距基準(zhǔn)面該傳感單元 的感應(yīng)線圈的一過(guò)零點(diǎn)位于基準(zhǔn)面左側(cè)，相距基準(zhǔn)面該傳感單元對(duì)應(yīng)的非導(dǎo)磁基體的 O 厚度為
另一個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈的一波峰所在線段的中垂線位 于基準(zhǔn)面右側(cè)，相距基準(zhǔn)面I，該傳感單元的感應(yīng)線圈的一過(guò)零點(diǎn)位于基準(zhǔn)面左側(cè)，相距 16
基準(zhǔn)面翌：該傳感單元對(duì)應(yīng)的非導(dǎo)磁基體的厚度為 ?中，A和Lm 16 , 為常數(shù)，且滿(mǎn)足O<I. 5Lm <A彡2 ; 所述定尺⑴的一個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈按矩形波占空比由大到 小的順序，其第m條導(dǎo)線中通入的激勵(lì)電流Ilm滿(mǎn)足：當(dāng)時(shí)，
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;另一個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈按矩 形波占空比由大到小的順序，其第m條導(dǎo)線中通入的激勵(lì)電流I2m滿(mǎn)足：當(dāng)
!當(dāng)-<m<η時(shí)， 2
;其中，I為電流幅值系數(shù)，取常數(shù)，T為激勵(lì)電流 詢(xún)期，取常數(shù)；當(dāng)動(dòng)尺（2)與定尺（1)沿測(cè)量方向發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)磁體（21)相對(duì)感應(yīng)線 圈（12)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)串聯(lián)的感應(yīng)線圈共同輸出幅值恒定的感應(yīng)信號(hào)，將該感應(yīng)信號(hào)與激勵(lì)信 號(hào)進(jìn)行鑒相處理，相位差由插補(bǔ)的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)表示，經(jīng)換算后得到動(dòng)尺相對(duì)定尺的 直線位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)柵直線位移傳感器，其特征在于：所述導(dǎo)磁體（21)的寬度 W 3^ν b等于+或者γ。 4 4
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時(shí)柵直線位移傳感器，其特征在于：所述導(dǎo)磁單元由兩 個(gè)相同的長(zhǎng)方體狀的導(dǎo)磁體（21)沿測(cè)量方向等間距排列構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK104457544SQ201410849220
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】魯進(jìn), 陳錫侯, 武亮, 湯其富 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)