[发明专利]时栅直线位移传感器

说明书

技术领域

本发明属于精密测量传感器技术领域，具体涉及一种时栅直线位移传感器。

背景技术

直线位移测量是最基本的几何量测量，精密直线位移测量主要采用直线位移传感器，如光栅、磁栅、容栅等等，它们通过对按空间均分的栅线进行计数得到位移量。其共同特点是利用栅线的空间超精密刻线来满足微小位移的分辨力要求，而为了再进一步提高分辨力，只能依靠复杂的电子细分，从而使系统结构复杂，成本居高不下，且抗干扰能力差，极易受到污染。

近年来出现了一种以时钟脉冲作为测量基准的时栅直线位移传感器，能不依赖空间精密刻线实现高分辨力位移测量。时栅直线位移传感器主要基于电磁感应原理或者交变电场原理，其分辨力除取决于插补时钟脉冲的空间当量外，还取决于传感器的极对数，极对数越多，分辨力越高。当其插补时钟脉冲的空间当量达到一定极限后，要想再进一步提高其分辨力，只能通过进一步增加该传感器的极对数或者复杂的电子细分来实现，其成本高。

CN103644834A公开了一种时栅直线位移传感器，其能在不增加刻线精密度或者传感器周期性节距(即极对数)的情况下，将传感器的分辨力提高一倍，但是分辨力仍可再一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种时栅直线位移传感器，以在不增加刻线精密度或者传感器周期性节距(即极对数)的情况下，将时栅直线位移传感器的分辨力再次提高一倍。

本发明所述的时栅直线位移传感器，包括定尺和动尺，所述动尺由非导磁的动尺基体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，导磁单元由一个长方体状的导磁体构成或者由多个相同的长方体状的导磁体沿测量方向(相当于动尺的运动方向)等间距排列构成，在由多个所述导磁体构成的导磁单元中，相邻两个导磁体的中心距等于W；每个导磁体的宽度b应满足：或者两个导磁单元内的导磁体的起始位置对齐。

所述定尺由非导磁基体和位于非导磁基体上、下部的两个相同且相互平行的传感单元组成，两个传感单元分别与所述动尺的两个导磁单元正对平行放置，且留有间隙，所述传感单元包括激励线圈、感应线圈和导磁基体，激励线圈与感应线圈按照特定空间关系布置。

所述激励线圈由各自绕成矩形波状且位于同一平面的n条导线构成，每条导线绕制的矩形波周期相等，均为W，占空比不等，激励线圈的n条导线按照占空比由大到小的顺序排列，其第m条导线的占空比D_m满足：当时，Dm=1-1πarccos(n-2m+2n+2);]]>当时，其中，n≥6且为偶数，在同一个周期内所有矩形波波峰所在线段的中垂线重合，矩形波周期延拓方向与测量方向一致；设置上述占空比的目的是为了在给激励线圈通激励电流时，激励线圈能产生按正弦规律变化的磁场。

所述感应线圈采用“8”字形绕法，由过零点开始，两边同时沿幅值相同、周期等于W、初相角分别为0和π的两条正弦曲线绕出，感应线圈的高度(即正弦曲线的两倍幅值)小于所述导磁体的高度，以保证产生准确可靠的感应信号，感应线圈周期延拓方向与测量方向一致，两个传感单元内的感应线圈串联。

所述非导磁基体的正面为平面，背面为沿测量方向变化的波浪形曲面，所述激励线圈和感应线圈布置在非导磁基体正面的布线层上或者嵌于非导磁基体内，沿测量方向非导磁基体的厚度应满足特定条件。