[发明专利]一种平面二维时栅位移传感器

说明书

技术领域

本发明属于精密测量传感器技术领域，具体涉及一种平面二维时栅位移传感器。

背景技术

现有关于平面二维位移量测量的传感器分为两种，一种是在平面上相对互差90°垂直安装两个直线位移传感器分别获取平面二维直线位移量，另一种是采用单一传感器同时获取平面两个维度的位移量。垂直安装两个直线位移传感器会给测量系统带来阿贝误差，而且装夹定位精度对测量结果影响较大，同时占据较大空间，不利于小空间测量。现有的平面二维位移传感器包括二维光栅和二维容栅，其中二维光栅的测量精度依赖于二元光学器件的制造精度，复杂的光路设计和制造工艺使成本较高。同时二维光栅抗油污粉尘和冲击振动能力较差。二维容栅测量量程较小，且由于电容介电常数易受外界环境中的温度、湿度、油污粉尘等影响，因此传感器防护能力较差。

近年来出现了一种以时钟脉冲作为测量基准的时栅位移传感器，能在低刻化精度的条件下实现高精度测量。但目前的时栅位移传感器只能进行一维空间量(直线位移或角位移)的测量，无法实现平面二维直线位移测量。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种用于平面二维位移测量的时栅位移传感器。

所述一种平面二维时栅位移传感器，由上下平行相对布置的定阵面和动阵面两部分构成。定阵面由定阵面基体和布置于定阵面基体表面的激励线圈组成；动阵面由动阵面基体和布置于动阵面基体表面的感应线圈组成。

所述激励线圈由4组激励线圈组成，它们分别布置在相互绝缘的四层中。每组激励线圈都由单层或多层相同激励线圈线阵构成，激励线圈线阵由多个相同激励线圈单元沿一个方向依次排列串联构成，其中相邻两个激励线圈单元的中心距为一个极距，用W表示。任意两组激励线圈的激励线圈线阵沿同一方向排列(如X方向)，另外两组激励线圈的激励线圈线阵沿与之垂直的方向排列(如Y方向)。沿同一方向排列的激励线圈单元的极距相同；沿不同方向排列的激励线圈单元的极距可以相同也可以不同。即激励线圈中沿X方向排列的两组激励线圈单元的极距相同，沿Y方向排列的两组激励线圈单元的极距相同；但是沿X方向排列的两组激励线圈的极距和沿Y方向排列的两组激励线圈的极距可以相同也可以不同。

所述激励线圈中由激励线圈单元沿X方向并排排列依次串联构成的两组激励线圈的激励线圈线阵起始位置沿X方向错开W/4；另外两组激励线圈的激励线圈线阵起始位置沿Y方向错开W/4。

所述激励线圈单元由尺寸、匝数均相同的1个正绕(如顺时针绕制)平面矩形螺旋激励线圈和1个反绕(如逆时针绕制)平面矩形螺旋激励线圈并排排列、首尾相接构成。正绕平面矩形螺旋激励线圈和反绕平面矩形螺旋激励线圈的中心距为半个极距(W/2)。沿排列方向，正绕或反绕平面矩形螺旋激励线圈由外到内的第m匝线圈与线圈中心的距离为：其中，m＝1,2，…，n；n为正绕或反绕平面矩形螺旋激励线圈的总匝数。正绕平面矩形螺旋激励线圈和反绕平面矩形螺旋激励线圈的最外匝间距为

所述激励线圈中排列方向相同的两组激励线圈分别连接频率相同、相角相差90°的交流电信号。

所述定阵面的各层激励线圈线阵之间、激励线圈线阵与定阵面基体之间沿垂直于定阵面方向采用同等厚度的绝缘材料间隔，在保证绝缘性能的前提下绝缘材料越薄越好。

所述感应线圈由第一感应线圈单元和第二感应线圈单元沿X方向并排排列构成，且两个感应线圈单元中心距为W/2。

所述第一感应线圈单元由尺寸、匝数均相同的两个正绕平面矩形感应线圈沿Y方向并排排列串联构成。两个正绕平面矩形感应线圈沿Y方向的中心距为W/2，且两个正绕平面矩形感应线圈最外匝间距为

所述第二感应线圈单元由尺寸、匝数均相同的1个正绕平面矩形感应线圈和1个反绕平面矩形感应线圈沿Y方向依次排列串联构成。正绕和反绕平面矩形感应线圈的中心距为W/2，且2个感应线圈最外匝间距为

所述第一感应线圈单元和第二感应线圈单元中的正绕或反绕平面矩形激励线圈为单匝或多匝。当其为多匝是，匝与匝之间依次串联。

所述感应线圈为单层或多层。多层感应线圈之间、感应线圈与动阵面基体之间采用同等厚度绝缘材料间隔，在保证绝缘性能的前提下绝缘材料越薄越好。