[发明专利]基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器

摘要

本发明公开一种基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器，包括测头基体和定尺基体。测头基体下表面从左至右依次设有粗测电极Ⅰ、精测电极和粗测电极Ⅱ，定尺基体上表面设有A,B,C,D四组激励电极，A,B,C,D激励电极的高度顶点连线形成的包络线为相位依次相差90°周期不大于2π的正弦曲线。本发明采用定尺基体的矩形电极左右两侧部分与测头基体方形粗测电极之间形成的耦合电场感应电行波信号，进行对极定位，实现粗测功能；采用定尺基体的矩形电极中间部分与测头基体双正弦形精测电极之间形成的耦合电场感应电行波信号，进行精密测量，实现精测功能；采用对称的差动结构提高测量的稳定性，抑制共模干扰，增强信号幅值。本发明功耗低，精度高，结构简单，对机械安装精度要求低，可实现大量程范围内的高精度绝对位移测量。

主权项

1.一种基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器，包括测头基体(1)和定尺基体(2)两部分，其特征是：所述定尺基体上表面设有一排等宽等间距的矩形激励电极(2‑1)，其中第4n+1号电极连成一组，组成A激励电极组，第4n+2号电极连成一组，组成B激励电极组，第4n+3号电极连成一组，组成C激励电极组，第4n+4号电极连成一组，组成D激励电极组，每组电极的所有矩形激励电极的高度即顶点连线形成的包络线为周期不大于2π的正弦曲线，A,B,C,D激励电极组的正弦曲线相位依次相差90°；所述测头基体下表面中间设有一排大小相同等间距的双正弦形精测电极(1‑1)，双正弦形精测电极的左右两侧分别是大小相同的矩形粗测电极Ⅰ(1‑2)和矩形粗测电极Ⅱ(1‑3)，测头基体的下表面与定尺基体的上表面相对平行放置，测头基体的下表面的双正弦形精测电极(1‑1)与定尺的上表面的矩形激励电极(2‑1)正对，并留有一定间隙δ，形成耦合电容；测量时，测头基体与定尺基体相对平行移动，对定尺基体的A,B,C,D激励电极组分别施加相位相差90°的同频等幅正弦激励信号U_a，U_b，U_c，U_d，在测头基体的双正弦形精测电极(1‑1)上产生一路行波信号U_o1与同频参考信号U_r比相，比相后两路信号的相位差由插补时钟脉冲表示，再通过标度变换得到测头基体相对于定尺基体的精测直线位移值，即对极内位移值；在矩形粗测电极Ⅰ和矩形粗测电极Ⅱ上产生符号相反的同频等幅正弦行波信号和两路正弦行波信号经差动电路形成正弦行波信号U_o2与同频参考信号U_r比相，比相后两路信号的相位差由插补时钟脉冲表示，再通过标度变换得到测头基体相对于定尺基体的粗测直线位移值，即对极定位；将粗测直线位移值和精测直线位移值相结合得到绝对位移值，实现大量程范围内的绝对位移测量。