[发明专利]一种绝对式直线位移传感器实现方法、结构及其工作方法

说明书

本发明公开了一种绝对式直线位移传感器实现方法、结构及其工作方法，该实现方法通过将两个增量式直线位移传感器进行组合，且两个增量式直线位移传感器的周期数互为质数，以利用两个增量式直线位移传感器分别输出的行波相位关系和空间位移唯一对应关系实现绝对位移测量；两个增量式直线位移传感器共用一个感应信号接口，通过按需控制两个增量式直线位移传感器的工作状态，在满足使用功能条件下既降低功耗又精简化硬件系统。以上设计不仅结构简单，制造要求和制造成本低，同时又能实现绝对位移测量，无累计测量误差，还可以紧凑/小型化产品，适配更多狭小空间的安装，降低功耗。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种绝对式直线位移传感器实现方法、结构及其工作方法。

背景技术

位移传感器又称线性传感器，是一种感应器件，作用是把被测物理量转换为电量，位移传感器根据运动方式可以分为直线位移传感器和角度位移传感器，分别将直线位移的距离与圆周位移的角度转换为电信号。目前市面上的位移传感器按照测量的方式不同主要分为绝对式位移传感器和增量式位移传感器。增量式位移传感器相对于绝对式位移传感器的原理简单，制造要求和制造成本相对较低，绝对式位移传感器相对于增量式位移传感器则具有能够实现绝对位移测量、无累计测量误差等优势，因此得到了更为广泛的应用。当前有多种类型的传感器可以实现绝对位移测量，应用较广的有电容绝对式位移传感器、光栅尺绝对式位移传感器。

其中电容绝对式位移传感器通常具有抗干扰能力强、结构简单、制造成本低等优点，但是，由于电容绝对式位移传感器以电场作为传感媒介，因此会受到边沿效应及寄生电容的影响，从而限制了这类传感器测量精度的进一步提高。光栅尺绝对式位移传感器具有寿命高、抗干扰能力强、高分辨率等优点，被广泛地用作定位传感器应用于高性能数控机床等高精密测量领域，但是光栅的测量精度取决于光栅间距，测量范围取决于光栅尺的制造尺寸，光栅尺的精度越高，刻画的栅线要求越精密。随着尺寸的增加，制造难度随之增加，另外，绝对式光栅尺还需要结合较为复杂的编码技术和图形处理技术解码来实现绝对定位。因此，急需提出一种制造难度和制造成本低，同时又具有较高测量精度，并能够实现绝对位移测量的绝对式直线位移传感器的实现方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，制造要求和制造成本低、功耗低、同时又能实现绝对位移测量、无累计测量误差的绝对式直线位移传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种绝对式直线位移传感器实现方法，将两个增量式直线位移传感器进行组合，且两个增量式直线位移传感器的周期数互为质数，以利用两个增量式直线位移传感器分别输出的行波相位关系和空间位移唯一对应关系实现绝对位移测量。

本发明的工作原理是：本方案利用两个周期数互为质数的增量式直线位移传感器分别输出行波信号U_O1和U_O2，然后通过相位处理，分别得到对应相位值和通过两个增量式直线位移传感器的相位关系来确定绝对周期数，这里的绝对周期数是指基于一个设定零点而言的周期数；然后根据单个增量式直线位移传感器来确定绝对周期数内的位移量；最后综合绝对周期数和绝对周期数内的位移量来实现绝对式直线位移传感器的绝对位移测量。

综上，本方案采用两个增量式直线位移传感器来实现绝对位移测量，具有结构简单，制造要求和制造成本低的优点。其次，将测量周期数互为质数的两个增量式直线位移传感器分别作为绝对式直线位移传感器的组成部分，利用两个增量式直线位移传感器输出行波信号相位关系，通过绝对式定位方法计算得到绝对位移值，这种定位方法编码和解码方式简单，定位误差极限大，更容易实现绝对定位，测量精度高。同时，两个增量式直线位移传感器采用分时段工作方法，可以保障高精度位移测量的同时，有效降低整个传感器电路的功耗。此外，两个增量式直线位移传感器组合并共用一组感应信号处理接口，可以减少了一组感应信号处理器件，缩减成本和电路空间。