[发明专利]一种用于位移测量的新型感栅及其工作方法

说明书

本发明的目的是提供一种用于位移测量的新型感栅及其工作方法。本发明的技术方案为：由测量头结构和感栅尺结构组成，并且测量头结构可以在感栅尺结构上进行水平移动，该测量头结构设有主级线圈、四个次级线圈和参考线圈，四个次级线圈之间间隔相同的距离水平均匀分布在主级线圈的内侧，感栅尺结构设有多个感应空隙和一个参考空隙；整个传感器基于变压器的电感原理，通过主级线圈和次级线圈在结构上的重新设计，利用线圈产生的磁力线带来的周期性变化，可以得到精密位移的信息和数据，配合电路方面高频的励磁电流，提高了信号的抗干扰能力和信号质量，克服了传统光栅抗污染能力差以及玻璃载体无法实现的抗冲击和震动的缺陷，实现了精准位移测量。

技术领域

本发明涉及工业用精密测量传感器领域，尤其涉及一种用于位移测量的新型感栅及其工作方法。

背景技术

随着数控技术的发展，在机械加工、电子行业和精密测量行业，对精密位移测量提出了很高的需求；位移测量传感器在控制领域类似人类的眼睛，只有对位移有精准的测量，才能完成精准的控制，从而实现精密的加工，提高产品质量以及整个工业生产制造业的水平。

目前采用的位移测量技术主要有激光干涉仪和光栅测量技术；激光干涉仪的测量结果非常精准，其测量结果可以直接溯源到国际米定义的长度标准，但是由于激光波长受到温度、空气湿度、空气压力、空气扰动等许多因素的影响，所以其在工业领域中的使用受到非常多的限制，影响了其在工业领域中的广泛应用。

现在工业领域中使用的比较多的是光栅测量原理，即光栅尺，也称为光栅尺位移传感器或者光栅尺传感器。光栅尺的设计结构是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成；标尺光栅是在玻璃载体上通过光刻的方法刻蚀出一系列周期性的透光与不透光的刻线组成，标尺光栅一般固定在机床固定部件上；而光栅读数头则是装在机床活动部件上，光栅检测装置的关键部分是光栅读数，该光栅读数头内部主要包括光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成；光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合分为直接接收式读数头或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头；其测量原理主要是使用莫尔条纹原理，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”。当指示光栅和标尺光栅直接有一个相对运动时，莫尔条纹会随着其相对运动，产生一个与标尺光栅上的刻线周期相同的周期性明暗的变化，通过光电传感器对该敏感变化的光学条纹进行光电转换，就可以得到相应的运动位置信息。

光栅尺在工业测量中由于设计结构复杂，所以造价成本都比较高；指示光栅和标尺光栅上都要通过精密的栅格刻蚀技术生产，生产成本很大，所以目前高精度的精密光栅基本被国外垄断；同时，因为指示光栅和标尺光栅的基座材料都是玻璃，所以抗冲击和震动的能力较差，也限制了其在某些场合的使用，因为光栅采用的仍旧是光学原理，所以当指示光栅和标尺光栅上有外界污染，影响了光感应时，其测量结果也会受到很大的影响；如何解决上述问题，让位移测量尽量避免干扰和影响，使得测量的精准度更高，需要对现有的光栅读头以及标尺光栅的结构以及操作方式进行重新改进。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于变压器的电感原理，通过主级线圈和次级线圈在结构上的重新设计，利用线圈产生的磁力线带来的周期性变化，有效的克服了传统光栅抗污染能力的不足，以及玻璃载体无法实现的抗冲击和震动特性，同时大大降低了由于光刻带来的高成本，配合电路方面高频的励磁电流，提高了信号的抗干扰能力，实现了精准位移测量的新型感栅。