[发明专利]差动结构的组合编码式涡流栅绝对位置传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电磁传感测量技术领域的装置，具体是一种差动结构的组合编码式涡流栅绝对位置传感器。

背景技术

在现有制造业现场使用的各种量具普遍向数字化、大量程、绝对码等方向发展，而且对防水、防尘、抗震、防磁的要求越来越高。目前，世界范围内推出的具备防水功能的大量程位移传感器归纳起来可分为以下四种：

第一种是基于差动变压器原理的位移传感器，这类传感器利用电涡流效应组成差动变压器式位移传感器，它由一对发射线圈和接收线圈组成，通过互感变化实现大量程位移测量，并具有防水功能，可以输出绝对位置信号。缺点是平面线圈部分体积较大，不利于进一步小型化。

第二种是基于变磁阻原理的位移传感器，这类传感器利用磁阻效应组成磁阻式位移传感器，体积小，可以实现大量程位移测量，并具有防水功能，但不能排除磁性颗粒物质的影响，而且这种原理的位移传感器输出信号是增量式的。

第三种是基于感应同步器原理的位移传感器，这类传感器同差动变压器传感器相似，具有防水功能。缺点是平面线圈部分体积较大，不利于进一步小型化，而且这种原理的位移传感器输出信号也是增量式的。

第四种是基于横向电涡流效应的位移传感器，如中国专利“防水型电子数显卡尺”(专利申请号03115904.4)、“具有防水功能的大量程位移传感器”(专利申请号200310122731.5)、“具有误差平均效应的涡流栅绝对位置传感器”(专利申请号200810040920.0)。这种传感器利用平面线圈和反射导体的横向电涡流效应组成栅式位移传感器，具有出色的防水能力，并通过多码道相位差技术实现绝对位置信号输出，并成功用于防水型电子数显卡尺。但是，由于制造误差和安装精度等方面的原因，这种传感器仍然存在容易出现大数误差的现象，即绝对定位精度不高，可靠性不好的弊端。

经过检索现有文献发现，“组合编码式涡流栅绝对位置传感器”(专利申请号201010154489.X)针对第四种传感器的绝对定位不可靠的问题进行了改进。该方法取消了通过双码道相位差技术绝对位置的方式，采用一维循环编码的方法实现了传感器的绝对定位。这种传感器在很大程度上改善了涡流栅传感器绝对定位可靠性不好的问题，降低了对工艺的要求。但是，由于在单个线圈下横向电涡流效应存在严重的非线性特性，并受线圈与反射线圈道题之间间隙变化的影响明显，使得绝对定位码道的信号输出依然存在很大的不确定性，仍然不能完全杜绝编码出现错误的可能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有差动结构的组合编码式涡流栅绝对位置传感器，可适合用于各种防水型电子测量器具，可以进一步降低绝对编码式涡流栅传感器对工艺的要求，提高传感器的绝对定位的可靠性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：定栅、动栅和电路系统，其中：动栅与电路系统相连接，且动栅活动设置于定栅上。

所述的定栅由相互平行的三个码道组成，分别是一个测量码道和两个编码码道。

所述的定栅上的测量码道上设有若干个等高且等间距分布的金属导体，相邻金属导体的间距为测量码道波长。

所述的定栅上的编码码道上设有若干个等高的金属导体，并按照编码周期进行排列，编码周期为编码码道波长。编码码道波长等于测量码道半波长的整数倍。

所述的动栅同样由相互平行的三个码道组成，分别是一个测量码道和两个编码码道，且动栅上的测量码道和编码码道分别正对定栅的上测量码道和编码码道。动栅上的测量码道和两个编码码道分别设有若干个平面线圈，其中：位于测量码道上的平面线圈数量为偶数，且相邻平面线圈的间距等于测量码道半波长的整数倍；位于编码码道上的平面线圈的数量与所述编码规则的位数相同且等间距分布，且间隔为编码码道半波长的整数倍。

所述的码道的相互位置关系可有多种形式，其中包括：两条编码码道分别并列设置于测量码道和从测量码道的一侧、或平行分列设置于测量码道的两侧、或叠加设置于测量码道和从测量码道的一侧。

(1)并列双码道形式(两个编码码道平行并列布置在测量码道的同一侧)

在定栅上，两条编码码道上的金属导体按照互为反码的规律设置，且同一编码码道中相邻金属导体的间距为测量码道半波长的整数倍；与测量码道相邻的编码码道上金属导体与测量码道上金属导体的空间相位差为测量码道波长的四分之一的整数倍。

在动栅上，两条编码码道上的平面线圈按照相同规律同步布置，排列间隔与初始位置完全相同。