[发明专利]利用电磁感应原理进行长度测量的绝对式传感器

摘要

本发明请求保护一种新型利用电磁感应原理进行长度测量的绝对式传感器；属于利用电磁原理制造的空间位置测量传感器的技术领域；从功能上分，本发明的传感器具有两套位置传感部件，一套是小范围内精细测量部件，称为精编码部件；另一套是大范围内分辨力较低的测量部件，称为粗编码部件，利用粗精组合技术完成绝对式位置编码。从部件上分，包括定尺和滑尺，在滑尺上包括精编码线圈部件和粗编码线圈部件；所述精编码线圈部件包括由精激磁线圈和精感应线圈组成的精线圈组；粗编码线圈部件包括由粗激磁线圈和粗感应线圈组成的粗线圈组；在定尺上有一层抗磁材料的长方形板，在其上嵌有用软磁材料制作的两列长方体导磁块。本发明的绝对式编码传感器配置电子部分后可以形成绝对式长度测量系统。摘要附图是本传感器的滑尺和定尺示意图。

主权项

利用电磁感应原理进行长度测量的绝对式传感器，它包括滑尺和定尺；其特征为：在滑尺上包括精编码线圈部件和粗编码线圈部件；所述精编码线圈部件包括4个由精激磁线圈和精感应线圈组成的精线圈组，沿滑尺与定尺相对移动方向排成两列，每列两个；每组内精激磁线圈和精感应线圈沿相对移动方向相间排列，所述精编码线圈部件、粗编码线圈部件中线圈磁芯的一端面处于滑尺上与定尺相对的平面上，此平面称为滑尺工作面，另一端固定在软磁材料的基体上，软磁材料的基体固定在抗磁材料的垫片上，垫片固定在滑尺壳体上；粗编码线圈部件包括由粗激磁线圈和粗感应线圈组成的2个粗线圈组，在滑尺与定尺相对运动方向上，分别安装在精线圈组的两边外侧，每组内有6个粗线圈，对称于与相对移动方向平行和与滑尺工作面垂直的滑尺中面，沿滑尺中面的法向排列；滑尺中面两侧各有3个线圈，排列顺序是：粗感应线圈、粗激磁线圈、粗感应线圈；在定尺基体上固定有抗磁材料制作的长方形平板，长方形平板上镶嵌有两列用软磁材料制作的长方体细长小块，简称导磁块，两列中导磁块形状一致，每列中相邻导磁块中线距离是精线圈组内相邻线圈中线距离的两倍，每列中导磁块的个数等于定尺长度除以相邻导磁块中线距离；导磁块的一个面处于定尺上与滑尺相对的平面上，此平面称为定尺工作面；两列导磁块的两个中线相对于平行相对移动方向的定尺工作面上的中线都有一个小夹角，其作用是：当滑尺相对于定尺移动时，产生两列导磁块相对于粗线圈分别沿滑尺中面法向移动的效果；精激磁线圈、精感应线圈、软磁材料的基体和导磁块组成能够产生精感应信号的部件；粗激磁线圈、粗感应线圈、软磁材料的基体和导磁块组成能够产生粗感应信号的部件；滑尺与定尺相对空间位置变化时，输出的两路精感应电压信号的幅值也不同，对这两路精感应电压信号的电压进行采样并A/D转换，得到两个自变量是空间位置的周期性数值函数，周期长度是相邻导磁块中线距离，周期个数N等于测量范围除以周期长度，这两个周期函数相位差是四分之一个周期，将测量范围分成N子区间，每个周期对应测量范围内的一个子区间；四个精激磁线圈输入同一个精激磁信号，精感应线圈产生的感应电压合成后输出，第一列中第一个精线圈组内的精感应线圈和第二列中第二个精线圈组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第一路精感应信号，第一列第二个精线圈组内的精感应线圈和第二列中第一个精线圈组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第二路精感应信号，通过对产生两路精感应信号的线圈的空间位置的设定，对两路输出的精感应电压采样和A/D转换，即可得到两个周期函数；编码过程就是通过两个周期函数得到的函数值计算出相对于当前位置的一个数值，在每一个子区间内，这个数值与空间位置是一一对应的，这个数值就是精编码数值；粗感应线圈输出合成后的电压值为函数值的函数图像，第一个粗线圈组内的粗感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第一路粗感应信号，第二个粗线圈组内粗感应线圈产生的感应电压合成后输出，作为第二路粗感应信号，当第一路、第二路粗感应信号相对位置连续变化时，在激磁电流强度值线性变化区间内的相应时刻对输出信号的电压采样和A/D转换，得到两个函数，由于两个粗线圈组安装位置不同，所以二者有一个相位差，对于每一个空间位置都可以得到一对A/D转换数值，建立一个函数，自变量是一对A/D转换数值，函数值是一个数值，这个函数值与测量范围内的位置形成一对一的线性对应关系，函数值的个数应能满足区分多个子区间的需求，至此完成了粗编码；在整个测量范围内，粗编码数值与空间位置是一一对应的，通过粗精组合的计算，确定精编码数值实际对应的子区间，加上该子区间的基数，即可得到整个测量范围内的初始的绝对式位置编码值，进行系统误差补偿后，即可得到最终的绝对式编码值。