[发明专利]一种绝对式时栅角位移传感器

说明书

本发明公开了一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子、转换电路和信号处理电路，定子包括定子基体和绕于定子基体上的激励绕组、感应绕组，转子为类圆柱环，定子为圆柱环，转子和定子按照特定方式安装后，当转子相对于定子转动时，在转换电路和信号处理电路的作用下，被测运动当前的绝对角位移将反映为与之对应的一组确定的电信号，通过对这组电信号的处理进一步转化为当前的绝对角位移值。本发明只建立一个传感单元就实现了粗、精同时测量，有效避免了粗测、精测传感单元的相互影响，提高了绝对角位移的测量精度，减小了传感器体积。

技术领域

本发明属于精密位移测量领域，具体涉及一种绝对式时栅角位移传感器。

背景技术

在精密角位移测量领域中，粗测、精测组合是实现高分辨力绝对角位移测量的一种有效技术方案。现有公开的粗测、精测组合测量技术方案中存在两个局限：其一，粗测、精测组合测量需要建立两套传感和测量单元，从而导致传感器体积较大；其二，粗测传感单元的激励磁场与精测传感单元的激励磁场会互相耦合到对方的感应线圈上，从而使其测量精度均达不到独立工作时的水平，导致绝对角位移测量精度下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对式时栅角位移传感器，以采用粗测、精测组合的方式实现绝对角位移的高精度测量，同时减小传感器体积。

本发明所述的一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子、转换电路和信号处理电路，定子包括定子基体和绕于定子基体上的激励绕组、感应绕组。

所述转子为导磁的类圆柱环，所述类圆柱环具有转子内圆柱面、转子外圆柱面和与转子内、外圆柱面垂直的两个端面，转子内圆柱面轴线与转子外圆柱面轴线平行(不重合)，在转子内圆柱面侧(即转子内侧)沿圆周方向间隔均匀地开设有N个轴向贯通的转子扇环形槽，形成N个转子扇环形齿与N个转子扇环形槽交错分布的空间结构，N个所述转子扇环形槽的轴线与转子内圆柱面轴线重合，其中一个转子扇环形齿的径向中心线位于类圆柱环最薄壁处(即其中一个转子扇环形齿的径向中心线处于过类圆柱环最薄壁处的径向直线上)，一个转子扇环形槽所对的圆心角等于一个转子扇环形齿所对的圆心角(即相邻两个转子扇环形槽间隔的圆心角等于一个转子扇环形槽所对的圆心角)；其中，N＝5k，k为正奇数。

所述定子基体为导磁的圆柱环，所述圆柱环具有同轴的定子内圆柱面与定子外圆柱面以及与定子内、外圆柱面垂直的两个端面，定子外圆柱面的半径小于转子内圆柱面到转子外圆柱面轴线的最小距离，在定子外圆柱面侧(即定子外侧)沿圆周方向间隔均匀地开设有M个轴向贯通的定子扇环形槽，形成M个定子扇环形齿与M个定子扇环形槽交错分布的空间结构，一个定子扇环形齿所对的圆心角大于或等于一个转子扇环形齿所对的圆心角且小于一个转子扇环形齿所对的圆心角的2倍；其中，M＝4k。

所述激励绕组包括正弦激励绕组和余弦激励绕组，正弦激励绕组包括第一正弦单元和第二正弦单元，余弦激励绕组包括第一余弦单元和第二余弦单元，将其中某一个定子扇环形齿称为1号定子齿，其余定子扇环形齿沿圆周方向依次称为2号定子齿至M号定子齿(即2号定子齿、3号定子齿、4号定子齿、…、M号定子齿)；第一正弦单元由第一导线沿圆周方向在2m号定子齿上绕制而成，第二正弦单元由第二导线沿圆周方向在2m+2k号定子齿上绕制而成，第一余弦单元由第三导线沿圆周方向在2m+k号定子齿上绕制而成，第二余弦单元由第四导线沿圆周方向在号定子齿上绕制而成，每号定子齿上绕制的激励线圈匝数相同，相邻两偶数号定子齿上的激励线圈绕制方向相反，相邻两奇数号定子齿上的激励线圈绕制方向相反；其中，m依次取1至k的所有整数，符号Mod()表示取余运算，即取的余数部分，第一导线的起始端作为第一正弦单元的接线端子S1、终止端作为第一正弦单元的接线端子S2，第二导线的起始端作为第二正弦单元的接线端子S3、终止端作为第二正弦单元的接线端子S4，第三导线的起始端作为第一余弦单元的接线端子T1、终止端作为第一余弦单元的接线端子T2，第四导线的起始端作为第二余弦单元的接线端子T3、终止端作为第二余弦单元的接线端子T4。