[发明专利]测量位移的方法及位移传感器

说明书

本发明属于位移精密测量的方法及装置

位移的精密测量为了满足量程、精度和自动电气测量的要求，往往采用增量式的栅式测量方法，即把总的测量长度按照栅距分割成许多小长度、再用增量的方式累积求和。如大量使用的光栅、磁栅、容栅、感应同步器(即电栅)、激光等，每过一个栅距(即电信号周期)，发出一个位移脉冲信号P_x，再用计数器对P_x求和即可。其数学模型为： x = ∫ vdt = ∫ dx dt dt = ∫ dx = ∑ Δx = ∑ W = W ∑ P X - - - ( 1 ) ]]>

式中：x-位移，v-任意运动速度，W-栅距，P_x-位移脉冲

可以看出这种方法的特点是：测量与运动速度v无关，测量的精度与分辨率取决于栅距W。因此必须刻线更精确、更密(即单位长度刻线数更多)，导致生产困难，成本高，且刻线越密越容易受污染干扰。

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，而提出了一种测量位移的方法及位移传感器，实现位移精密测量，简化结构，易于加工，降低成本，抗干扰和易于智能化。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一、对测量位移的方法，采用相对静止的和以匀速V运动的两套坐标系，其中静止的一套带有确定的时间考查点。当质点P的位移用运动的一套坐标系的坐标值表示，其大小等于P点和该坐标系上参考点(如坐标原点)分别到达静止坐标系上时间考查点的实际时间T_i和参考时间T_o之差与运动速度V的乘积，即x=V(T_i-T_o)。其中运动坐标系可以由以T_o为固定周期的时间坐标系等效代替，时空两种坐标系的关系为V=W/T_o。其详细推导如下：

1、建立相对静止和以匀速V运动的两套坐标系S和S’。

根据经典力学中关于狭义相对论一节中的伽里略变换式，只讨论一维情况，可知位移在两坐标系中的互换关系为：

       x=x′+Vt                                               (2)

       x′=x-Vt                                               (3)

其中：x-用静止坐标系S表征的位移量，

x’-用匀速运动的坐标系S’表征的位移量，

V-S’的运动速度，t-时间

2、现在静止坐标系S中距参考点(如原点o)W处增设一“时间考查点”如图1，若已知t=0时，两坐标系原点重合，并且质点P点在S’上无位移(即x’=0)，则P点将与o’点在t=T_o时刻同时到达考查点，根据(2)式有：W=0+VT_o即W=VT_o或 V = W T o - - - ( 4 ) ]]>

T_o称为参考时间，表示P点原始位置所在的参考点(此处为O’点)到达考查点的时间。