[发明专利]一种时栅角位移传感器

说明书

技术领域

本发明属于位移精密测量传感器。

背景技术

直线位移和角位移测量是最基本、最普通的测量。为了兼顾测量分辨率和量 程，许多位移传感器采用了在基体上精密刻线的栅式结构，如光栅、磁栅等，对 其在运动过程中发出的脉冲信号进行累加计数，即实现位移测量。高精度高密度 的刻线引起很多问题，一方面刻线越密，就越容易受到污染。无论怎么密封保护， 在生产现场恶劣工况下，其微小的粉尘水气都可能污染栅线，使之计数失效。另 一方面，刻线不可能无限地密，而现有的密度远不能满足分辨力的要求，因此被 迫普遍采用电子细分箱，系统结构复杂。加上高精度的刻线工艺，使成本居高不 下。综上所述，现有栅式位移传感器存在的缺点是：结构复杂、价格高、抗干扰 力差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于角位移测量的时 栅角位移传感器，不用精密刻线，不用电子细分箱，而以时钟脉冲作为位移计量 基准，因而结构简单、成本低、分辨力高、抗干扰力强。

本发明的技术方案是：

一种时栅角位移传感器，传感器具有外圆基体和内圆基体构成绕制线圈的 骨架，在外圆基体的内周壁和内圆基体的外周壁上等分开槽；，在外圆基体和内 圆基体上的开槽为分别各一组，一基体上绕有一组激励线圈，另一基体上绕有一 组感应线圈；感应线圈与激励线圈相对运动；激励线圈连接激励电源，激励信号 和感应线圈输出的电信号分别连接到放大电路，再经整形电路整形后，由数字比 相器进行相位比较；两路信号的相位差由插补的时钟脉冲个数表示，再换算成角 位移值，直接或经微处理器及存储器处理后作角位移数据显示。

所述传感器，还有另两种形式：一种是在一基体上共同绕有激励线圈和第一 感应线圈，另一基体上绕有第二感应线圈。第一感应线圈与激励线圈保持空间位 置不变，第二感应线圈与激励线圈相对运动。激励线圈连接激励电源，在两组感 应线圈上分别获得频率相同而相位固定的和变化的两路电信号，两路输出的电信 号分别连接放大电路，再经整形电路整形后，由数字比相器进行相位比较；两路 信号的相位差由插补的时钟脉冲个数表示，再换算成角位移值，直接或经微处理 器及存储器处理后作角位移数据显示。

还有一种是再设置一与外圆基体或内圆基体保持空间位置不变、并具有等分 开槽的第三基体，将激励线圈和第一感应线圈分别绕在这两个相对位置不动的基 体上，另一基体上绕有第二感应线圈；第一感应线圈与激励线圈保持空间位置不 变，第二感应线圈与激励线圈相对运动，信号处理方式与第二种结构一样。

上述三种结构，第二、三种结构因为与激励线圈的空间位置保持一致的感应 线圈产生感应信号的频率相位与激励电源的频率相位是一致的，所以此感应线圈 可以省略，而成为第一种结构，由激励电源直接提供或通过某电器件(如变压器) 提供一路信号参与比相，这样一来，结构更简化，但精度可能会受到一些干扰影 响，适用于一些精度要求不高的场合。

作为传感器的信号发生装置的基体和线圈等可以按传统方式独立成为一个 单元部件，而将后续信号处理电路组成一个电器箱。也可以把处理电路连同微处 理器一起集成为一个传感器整体。计数器结果可以直接输出为数据或图形，也可 以交由微处理器处理，从而构成智能化的传感器。本传感器可与高精度的其它同 类传感器例如高精度光栅传感器进行比对实验，在进行比对实验时，可将其全程 系统误差记录下来，固化在本传感器系统的存储器中，进行误差修正。在实际使 用时，给出的位移数据将会是已将传感器系统误差扣除后的更精确值，使传感器 精度进一步提高。

本传感器具有结构简单、成本低、分辨力高、抗干扰力强、易于产品化的优 点。

附图说明

图1是时栅角位移传感器绕线骨架基体的三种结构组合形式示意图；

图2是时栅角位移传感器的信号发生与数据处理系统的原理图；

图3是时栅角位移传感器的基体及绕组部分示意图。

具体实施方式

参见图1(a)，此为本传感器的第一种结构原理，它具有相对运动的外圆基 体1和内圆基体2构成绕制线圈的骨架，外圆基体1上绕有激励线圈3，内圆基 体2上绕有第二感应线圈4，感应线圈与激励线圈也随基体相对运动，由激励源 直接生成一路比相信号，与第二感应线圈4信号比相。