[发明专利]一种电磁感应式直线位移传感器

说明书

本发明公开了一种电磁感应式直线位移传感器，包括定尺和动尺，动尺为具有矩形齿的金属体，定尺由定尺基体和传感单元组成，传感单元为布有第一线圈线阵、第二线圈线阵和平面矩形螺旋线圈组的印制电路板，第一线圈线阵与第二线圈线阵都由第一、第二正弦线圈构成，平面矩形螺旋线圈组由四个相同的平面矩形螺旋线圈串联构成。第一、第二线圈线阵通入两相正交的交变激励信号或者平面矩形螺旋线圈通入一相交变激励信号，在定尺表面将产生交变磁场，当动尺相对定尺运动时，平面矩形螺旋线圈或者第一、第二线圈线阵将产生与动尺位移呈特定函数关系的感应信号，经解算后得到相应的位移量。本发明适于与应用对象集成为一体，能规避安装误差，提高测量精度。

技术领域

本发明属于精密测量传感器技术领域，具体涉及一种电磁感应式直线位移传感器。

背景技术

机床上的直线运动单元，为了达到较好的直线定位精度，常常需要直线位移传感器提供位置反馈。常见的直线位移传感器包括光栅、容栅、感应同步器等。不过，在油污、粉尘、振动等较多的恶劣工作环境中，光电型、电容型等一些对环境要求稍高的直线位移传感器的应用有一定的限制，而基于电磁感应原理的直线位移传感器因其较强的环境适应性得到了较好的应用。

同时，一些直线位移传感器的应用对象往往对传感器的体积有一定的限制，希望传感器占用尽量少的空间，而且随着应用对象集成度的提高，便倾向于将传感器与其融为一体。即使对传感器的体积没有十分限制的应用对象，同等的成本和性能条件下，通常也希望采用体积较小的传感器。因此，宽度和厚度较小的直线位移传感器将更适应市场的需求。

另外，为了减少直线位移传感器线缆对其应用的影响，应用对象往往希望传感器是定子或动子单方引线，所以类似于直线型感应同步器的传感器采用的定子和动子均引线的方式不利于其广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有体积小和单方引线优势的电磁感应式直线位移传感器，以适于与应用对象集成为一体，规避安装误差，提高测量精度。

本发明所述的一种电磁感应式直线位移传感器，包括定尺和与定尺正对平行且留有间隙的动尺。所述动尺为具有一个或者多个相同的矩形齿的金属体，在具有多个所述矩形齿的金属体中，各个矩形齿沿测量方向等间距分布，相邻两个矩形齿的中心距等于W；矩形齿的数量增加，可以使传感器的输出信号增强，并增强平均效应作用，但是在传感器的定尺尺寸给定的情况下，随着矩形齿数量的增加，传感器的有效测量范围将缩小；因此，动尺的矩形齿的数量需要结合实际应用情况来决定)。所述定尺由导磁的定尺基体和设置在定尺基体表面的传感单元组成，所述传感单元为布有第一线圈线阵、第二线圈线阵和平面矩形螺旋线圈组的印制电路板。

所述第一线圈线阵与第二线圈线阵都由起始位置相同、幅值为A、周期为W、相位互差180°的第一正弦线圈与第二正弦线圈构成，第一线圈线阵的第一正弦线圈与第二正弦线圈分别布置于印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为第一线圈线阵的信号输入/输出端；第二线圈线阵的第一正弦线圈与第二正弦线圈分别布置于印制电路板的另外两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为第二线圈线阵的信号输入/输出端；第一线圈线阵的起始位置与第二线圈线阵的起始位置沿测量方向错开W/4。

所述平面矩形螺旋线圈组由四个相同的平面矩形螺旋线圈通过过孔串联构成，四个平面矩形螺旋线圈分别布置于印制电路板的四个布置有所述第一正弦线圈或第二正弦线圈的布线层上，且四个平面矩形螺旋线圈在垂直于印制电路板方向上正对，平面矩形螺旋线圈包围在所述第一正弦线圈或第二正弦线圈之外(即第一个平面矩形螺旋线圈包围在第一线圈线阵的第一正弦线圈之外，第二个平面矩形螺旋线圈包围在第一线圈线阵的第二正弦线圈之外，第三个平面矩形螺旋线圈包围在第二线圈线阵的第一正弦线圈之外，第四个平面矩形螺旋线圈包围在第二线圈线阵的第二正弦线圈之外)，且平面矩形螺旋线圈的最内匝矩形在垂直于测量方向的宽度大于2A，则平面矩形螺旋线圈组在定尺基体上的投影将第一线圈线阵在定尺基体上的投影与第二线圈线阵在定尺基体上的投影包围在中间。