[实用新型]绝对线性位移测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及位移测量技术领域，特别是一种绝对线性位移测量装置。

背景技术

线性编码器是把直线位移转换成电信号的传感器.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式一般不适合高速运动场合，耐用性差，所以不在讨论范围。非接触式线性编码器一般包括静尺和滑动读头。静尺上有刻度信息，滑动读头一般安装在被测物体上，随被测物体一起运动，通过与静尺的刻度信息比较，输出位移信号。

线性位移测量装置通常包括一个能够提供位置信息的标尺和一个可动的读头，根据读头检测位移的类型，可分为增量位移测量和绝对位移测量。增量位移测量方式被广泛使用于线性位移传感，因为该方法的仪器容易加工和低成本的优势。由于增量式测量只能测量相对位移，因此绝对参考点往往要在测量系统加电启动时刻获取，读头的绝对位置通过把绝对参考点和相对位移测量值运算得到，这个绝对参考点一般由位置接近开关或者光学标记提供。寻找参考点的过程需要移动读头，使其经过并记录参考点。这个过程不仅耗时，而且对于某些应用是不允许的，比如电梯轿箱位置测量。广泛使用的光学和磁感应增量编码器产品通过增加一个参考通道来解决这个问题，但是它增加了系统的成本和复杂度。

对于采用测量电容感知位移的编码器，标尺上制作了发射信号的电极，读头上的测量经由电容耦合的信号，或者读头上的电极发射信号，标尺上的电极测量经由电容耦合的信号，通过一定方式的解读，读头就能给出相对位移量。增量位移测量需在标尺上制作均匀的刻度，这些刻度总是用均匀排列的导电的条状电极来实现。因为刻度同一性的要求，这些条状电极必须是同样的尺寸，同样的形状和同样的导电性能，只有这样，读头获取的信息才不受电极非均一性的影响而计算出相对位移量。利用同一套增量刻度电极条提供绝对位置信息可以弥补增量式测量的不足，同时降低绝对式测量系统的成本。绝对位置测量翻译读头读取到一串二进制码，涉及到的问题有绝对码方式的选取、编制与读取。

读取这个二进制码一般需要从读头上发射信号，用信号线传递到标尺上，然后再用读头检测出电极条对应的编码。因为滑动读头随着被测物作往复运动，所以实际应用中往往这根信号线需要安装在类似坦克链的一种机构中，以防止在运动过程中与障碍物碰撞。这样的方案不仅增加成本，而且机构的尺寸增大了。特别是在大于百米的长行程情况下，长信号线造成的延时和信号衰减都变成一个严重的问题。

中国发明专利CN200910162340.3采用的绝对位移码是一种序列码，它被映射到一串条状的电极，因此，标尺上的电极可以看作是一串由“0”和“1”组成的二进制码，电极条的总根数对应着二进制码的总位数。当读头在标尺上方移动时，读到唯一的二进制序列码片段，再由这个序列码片段翻译成绝对位移，因为“0”和“1”在序列码片段中的排列是唯一的。“0”和“1”的编码利用了电极条电连接的不同，同时保证电极条的同一性。一串同样的条状电极分布在标尺基底的中央，电极的上下两侧均等地排列一组信号线，相同的信号经由上侧或者下侧的信号线加到每根电极。因此，每根电极连接到上侧信号线或者下侧信号线取决于该根电极所表示的二进制比特“0”或者“1”，举例来说，定义电极从上侧信号线获取信号为“0”，电极从下侧信号线获取信号为“1”，那么，预先设计的一串二进制码通过电极上侧或者下侧连接一一匹配到标尺上的这串同样的条状电极。考虑到增量测量的需求，电极的连接要同时兼容增量测量的要求。一般来说，流行的增量测量技术需将每相邻的四根电极排成一个空间周期，并把每根电极连到指定相位的激励信号源上。因为上侧信号线和下侧信号线均可以提供两组不同相位的信号源，所以绝对编码与增量测量能够在同一套结构实现。序列码的读取采用时间复用的方法。由于读头检验电极的连接状态是数字量，所以简单且可靠的“激励-探测”方法被采用。具体地，激励信号只对单侧信号线进行扫描，某个时刻只有一个相位的电极被激励，如果某些电极是跟激励的信号线有连接，读头就探测到响应，反之，如果没有，读头也接收不到信号。根据响应的有无，读头就能判断出那些电极代表的二进制比特值。下个时刻，激励信号对下一个相位的电极侦测，读取那些电极的比特信息。然后，根据信号扫描和读头探测信息的时间同步，排列产生一个唯一的二进制码，经过查表得到绝对位移。

上述专利CN200910162340.3采用的时间复用的编码读取方式虽然简单易行，但是其具有以下问题：