[发明专利]一种平面磁阻式二维位移传感器

说明书

本发明公开了一种平面磁阻式二维位移传感器，包括定尺和动尺，定尺为沿XOY平面布置的一整块凹凸不平的导磁金属板，且导磁金属板每行每列凸起部分和凹陷部分错开排列，整块金属板的长度和宽度均为subgt;nW/subgt;；动尺包括四个第一传感单元和四个第二传感单元，四个第一传感单元在X方向等间隔排列，四个第二传感单元在Y方向等间隔排列。其采用平面正弦磁导的方式建立定尺，感应信号的幅值包络更接近标准的正余弦信号，齿谐波抑制效果更好，从而能提高测量精度。

技术领域

本发明属于精密直线位移测量领域，具体涉及一种平面磁阻式二维位移传感器。

背景技术

高精密位移测量技术是高端装备制造、芯片制造、航空航天等领域的关键技术，是高端制造、国防武器、航空航天等工业领域的重要保证。目前，我国对于高精度平面二维位移测量需求日益增加。

现有的平面二维位移测量系统主要有复合式二维位移测量系统、光学式二维位移传感器和电容式二维位移传感器。复合式二维位移测量系统和光学式二维位移传感器成本高昂，且对安装要求非常高，易受环境影响，运动轴安装不平行、不垂直时易引起阿贝误差。电容式二维位移传感器的极板间的介电常数受湿度、温度等环境因素影响较大，恶劣条件下无法使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面磁阻式二维位移传感器，以更好的抑制齿谐波，提高测量精度，同时简化加工工艺。

本发明所述的平面磁阻式二维位移传感器，包括定尺和与定尺在Z方向正对平行的动尺，动尺的下表面与定尺的上表面正对，且留有间隙。

所述定尺为一块导磁金属板，该导磁金属板在X方向的长度为nW、在Y方向的宽度为nW，该导磁金属板的下表面为平面、上表面为曲面，所述曲面满足：其中，n为整数，W表示传感器的节距，x₁表示曲面上某个点在X方向上的值、y₁表示曲面上该点在Y方向上的值，z表示曲面上该点在Z方向上的值，表示动尺的下表面与曲面最低点(即z＝0的点)之间的距离，表示动尺与定尺之间的气隙，0≤x₁≤nW，0≤y₁≤nW，k₁、k₂和k₃都为设置的常量，

所述动尺包括动尺基体以及布置在动尺基体上的四个第一传感单元和四个第二传感单元；四个第一传感单元在X方向等间隔排列，相邻两个第一传感单元在X方向的中心距为第一传感单元在X方向的长度为在Y方向的宽度为W；四个第二传感单元在Y方向等间隔排列，相邻两个第二传感单元在Y方向的中心距为第二传感单元在X方向的长度为W、在Y方向的宽度为其中，i＝0,1,2,3...。

四个第一传感单元的激励端和四个第二传感单元的激励端都分别通入正向的正弦交变激励电信号、正向的余弦交变激励电信号、反向的正弦交变激励电信号和反向的余弦交变激励电信号。当动尺相对定尺在XY平面平行移动时，四个第一传感单元的输出端输出四路X向感应信号e_x1、e_x2、e_x3、e_x4，四个第二传感单元的输出端输出四路Y向感应信号e_y1、e_y2、e_y3、e_y4；四路X向感应信号e_x1、e_x2、e_x3、e_x4经信号处理系统处理后得到动尺相对定尺在X方向的直线位移，四路Y向感应信号e_y1、e_y2、e_y3、e_y4经信号处理系统处理后得到动尺相对定尺在Y方向的直线位移。