[发明专利]一种基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器

说明书

本发明公开了一种基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器，包括动尺基体和定尺基体，动尺基体下表面设有反射电极Ⅰ、感应电极、反射电极Ⅱ，反射电极Ⅰ、Ⅱ分别与感应电极相连；定尺基体上表面设有接收电极Ⅰ、激励电极和接收电极Ⅱ，激励电极的四个激励相分别连接四路激励信号，接收电极Ⅰ输出第一路精测正弦行波信号，接收电极Ⅱ输出第二路精测正弦行波信号，利用第一路与第二路精测正弦行波信号的相位差计算粗测对极定位值，利用第一路或者第二路精测正弦行波信号计算精测直线位移值，将精测直线位移值与粗测对极定位值相结合得到绝对直线位移值。该传感器的粗测信号与精测信号差异性较小，能更容易实现绝对定位，同时应用范围广。

技术领域

本发明涉及精密直线位移传感器，具体涉及一种基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器。

背景技术

在精密直线测量领域中普遍采用的大量程精密位移测量仪器主要是激光干涉仪和以光栅为代表的栅式位移传感器。激光干涉仪采用激光波长作为测量基准，对长度进行直接复现，是目前精度最高的大量程纳米测量仪器，但其对环境要求极为严苛且价格十分昂贵，工业应用受限。工业应用较为广泛的精密位移测量仪器主要是光栅，它采用精密刻划的栅线作为测量基准，与激光干涉仪相比它具有较强的抗干扰能力优势，但栅距较小难以实现大量程。近年来研制出一种以时钟信号脉冲作为位移测量基准的时栅传感器，并在此基础上研制出了一种基于单排多层结构的电场式时栅直线位移传感器(公开号为CN103822571A)，虽然这种传感器能够实现纳米测量，但采用的是增量计数测量方式，只能识别一个周期内的位移量，而无法识别在哪个周期，断电后位置不能储存，开机需清零，不能实现绝对测量，在工程应用上很多地方受到限制。为了实现直线位移的绝对测量，又研制出了一种基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器(公开号为CN 106197240 A)，其不需要零位基准，断电后数据不丢失，能实现大量程范围内的高精度绝对位移测量，但是其仍然存在如下问题：(1)感应信号是从测头基体上的双正弦形精测电极、矩形粗测电极Ⅰ和矩形粗测电极Ⅱ上输出，测头基体上需要引信号输出线，有些场合不能使用，应用范围窄；(2)采用矩形粗测电极Ⅰ和矩形粗测电极Ⅱ上输出的信号进行粗测定位，采用双正弦形精测电极上输出的信号进行精测测量，粗测信号与精测信号的差异性较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器，以减小粗测信号与精测信号的差异性，同时扩大应用范围，增强工业适应性。

本发明所述的基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器，包括动尺基体和定尺基体，动尺基体下表面与定尺基体上表面正对平行，并留有间隙，动尺基体下表面设有感应电极，定尺基体上表面设有与感应电极正对的激励电极，所述激励电极由一排大小相同、极距为W的矩形极片沿测量方向等间距排列组成，其中，第4n₁+1号矩形极片连成一组，组成A激励相，第4n₁+2号矩形极片连成一组，组成B激励相，第4n₁+3号矩形极片连成一组，组成C激励相，第4n₁+4号矩形极片连成一组，组成D激励相，n₁依次取0至M₁-1的所有整数，M₁表示激励电极的总对极数。