[发明专利]时栅直线位移传感器

摘要

本发明公开了一种时栅直线位移传感器，包括由定尺基体和两个传感单元组成的定尺以及由动尺基体和两个导磁单元组成的动尺；传感单元包括激励线圈和感应线圈，激励线圈由零点开始，两端沿两条交错的周期为W的分段函数绕线形成N个“∞”字形连续的绕线轨迹，感应线圈的绕线方式与激励线圈相同，其绕线轨迹为激励线圈绕线轨迹沿测量方向右移后的曲线，两个传感单元的感应线圈串联；导磁单元由多个导磁体沿测量方向等间距排列构成，相邻两个导磁体的中心距等于，每个导磁体的宽度b、长度L满足特定的条件，两个导磁单元内的导磁体的起始位置满足特定的条件。其能避免激励线圈匝数和各匝线圈分布情况对测量精度造成影响。

主权项

一种时栅直线位移传感器，包括定尺(1)和动尺(2)，所述定尺(1)由导磁的定尺基体(11)和设在定尺基体上、下部的两个互不干扰的相同且相互平行的传感单元(12)组成，传感单元包括激励线圈(121)和感应线圈(122)；所述动尺(2)由非导磁的动尺基体(21)和嵌于该动尺基体上、下部的两个相同且相互平行的导磁单元组成，所述导磁单元由一个长方体状的导磁体(22)构成或者由多个相同的长方体状的导磁体(22)沿测量方向等间距排列构成；其特征在于：所述激励线圈(121)由零点开始，两端沿两条交错为N个“∞”字形的周期为W的曲线分别绕线，形成激励线圈绕线轨迹，其中一条周期为W的曲线表示为：y1=Asin(2πxW/2)x∈[0+iW,W8+iW)Ax∈[W8+iW,3W8+iW)-Asin(2πxW/2)x∈[3W8+iW,5W8+iW)-Ax∈[5W8+iW,7W8+iW)Asin(2πxW/2)x∈[7W8+iW,W+iW)]]>另一条周期为W的曲线表示为：y2=-Asin(2πxW/2)x∈[0+iW,W8+iW)-Ax∈[W8+iW,3W8+iW)Asin(2πxW/2)x∈[3W8+iW,5W8+iW)Ax∈[5W8+iW,7W8+iW)-Asin(2πxW/2)x∈[7W8+iW,W+iW)]]>式中，x方向为测量方向，i依次取值0至N‑1中的所有整数，N表示传感器的极对数，A表示激励线圈绕线轨迹正弦部分的幅值，W等于传感器的极距；所述感应线圈(122)的绕线方式与激励线圈(121)的绕线方式相同，感应线圈绕线轨迹为激励线圈绕线轨迹沿测量方向右移后的曲线，且感应线圈绕线轨迹的“∞”字形个数小于激励线圈绕线轨迹的“∞”字形个数；设在定尺基体上部的传感单元的感应线圈与设在定尺基体下部的传感单元的感应线圈串联；在由多个所述导磁体(22)构成的导磁单元中，相邻两个导磁体的中心距等于在测量方向上，每个导磁体的宽度b应满足：每个导磁体的长度L应大于2A；嵌于动尺基体上、下部的两个导磁单元与设在定尺基体上、下部的两个传感单元在垂直于定尺基体的方向上分别正对平行放置，且留有间隙；两个导磁单元内的导磁体与两个传感单元的激励线圈的位置应满足：如果设在定尺基体上部的传感单元的激励线圈的起始位置沿测量方向与设在定尺基体下部的传感单元的激励线圈的起始位置相距S，则嵌于动尺基体上部的导磁单元内的导磁体的起始位置沿测量方向与嵌于动尺基体下部的导磁单元内的导磁体的起始位置相距或者定尺(1)的两个传感单元(12)的激励线圈(121)分别连接两相对称激励电流，当动尺(2)与定尺(1)沿测量方向发生相对运动时，导磁体(22)相对感应线圈(122)运动，两个传感单元的感应线圈串联输出幅值恒定的感应信号，将该感应信号与激励信号进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到动尺相对定尺的直线位移。