[发明专利]小型感应式绝对角位移传感器

说明书

本发明公开了一种小型感应式绝对角位移传感器，包括相互对应的感应电路板和码盘，感应电路板上设有外激励线圈、内激励线圈、多感应线圈和单感应线圈，多组多感应线圈和多个椭圆形的所感应线圈相互重叠且均位于外激励线圈和内激励线圈之间，码盘上设有多编码片和单编码片，多编码片呈半圆形设于码盘的圆环表面，半圆形的单编码片设于码盘的圆环表面且与多编码片合围形成同一个圆环。本发明大幅减小了感应电路板的直径和码盘的直径，与传统感应式绝对角位移传感器的感应电路板和码盘直径相比最大可减少一半直径且但仍能实现绝对角度定位，显著减小了传感器直径和体积，同时完全不影响角位移检测精度。

技术领域

本发明涉及一种角位移传感器，尤其涉及一种小型感应式绝对角位移传感器。

背景技术

高可靠性角位移传感器(或电位器)主要有磁敏式、RVDT式、线绕或导电塑料式等，其中磁敏式角位移传感器以成本低、精度高、寿命长、环境适应性强等特点在市场中应用广泛。但磁敏式角位移传感器的精度受特殊环型编码磁钢限制，无法在低成本、小体积、高精度的场合中应用，而且磁敏式角位移传感器一般为增量式角位移检测，若要实现绝对式角位移检测，成本将会大幅增加，而上述其它原理的角位移传感器又难以达到磁敏式角位移传感器的高寿命、高精度、强环境适应性的特点。

近年来，随着PCB制造工艺的愈发成熟，基于电磁感应原理的感应式角位移传感器凭借其高精度、高分辨率、高可靠性、相对低成本等特点在市场中逐渐得到关注。比如，现有技术中，申请号为“200410043380.3”、名称为“感应式旋转角度传感器和以此配备的自动同步发送机”的发明申请公开了这种传感器的基本原理与组成构件；专利号为“ZL200980113191.X”、名称为“感应式旋转角传感器以及用于感应式旋转角传感器的运行的方法”的发明专利提出了新的激励线圈与分度元件排布；专利号为“201811436354.5”、名称为“位置编码器”的发明专利在上述“感应式旋转角度传感器和以此配备的自动同步发送机”的基础上对感应式传感器的抗干扰设计进行了创新，又对其定子、转子模块提出了新的排布方案。

以上技术虽对感应式角位移传感器(或电位器)的激励线圈、感应线圈电路板与码盘(刻度元件、定子、分度元件)进行了新的设计，但均未解决感应式角位移传感器直径大的问题；此外也未提出动态校准激励线圈、感应线圈电路板和码盘间距的方案，而该间距会影响感应精度，且每个感应式角位移传感器的最佳间距均有所不同。

如图1-图3所示，最新结构的传统感应式角位移传感器的感应电路板1和码盘8的结构如下：感应电路板1为多层PCB板并分别设有多组多感应线圈3和多组单感应线圈5，每一组多感应线圈3由多个正弦形导线首尾连接为一个圆形成，图1和图3中示出的是四组多感应线圈3，每组多感应线圈3的相位间隔Π/4，单感应线圈5由一段椭圆形的封闭导线形成，图2和图3中示出的是两个相互垂直交叉的单感应线圈5，图1和图3中还示出了由外而内依次分布的第一激励线圈2、第二激励线圈4和第三激励线圈7，以及感应电路板1的中心通孔6；码盘8为PCB板，码盘8上设有一组多编码片9和一个单编码片11，多编码片9由多个沿圆周方向排列的编码片(一般为铜片)构成，图2中的多编码片9为一个圆形，单编码片11由一个半圆形的编码片(铜片)构成，图2中还示出了码盘8的中心通孔10。

上述传统感应式角位移传感器不但具有很高的检测精度，而且能够检测角位移绝对值，其原理是：如图3所示，感应电路板1与码盘8相互平行且对应，多编码片9对应于四组多感应线圈3，单编码片11对应于两个单感应线圈5，码盘8旋转360°，两个单感应线圈5的电动势变化一个周期，每个单感应线圈5对应的电动势变化曲线呈“V”形，如图4所示，由于两个单感应线圈5相互垂直交叉，所以两个单感应线圈5对应的电动势变化曲线为两个方向相反的“V”形，结合两个单感应线圈5对应的电动势变化和多感应线圈3的电动势变化即可确定码盘8的绝对角度位置，即能够检测转轴的绝对角位移值。