[发明专利]一种基于交变电场的反射型绝对式时栅角位移传感器

说明书

本发明公开了一种基于交变电场的反射型绝对式时栅角位移传感器，包括转子基体和定子基体，转子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；定子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输出第一路差动正弦行波信号，接收电极Ⅱ输出第二路差动正弦行波信号，利用第一路差动正弦行波信号计算精测角位移值，利用第一路与第二路差动正弦行波信号的相位差计算粗测对极定位值，将精测角位移值与粗测对极定位值相结合得到绝对角位移值。该传感器能实现绝对角位移测量，同时扩大应用范围，增强工业适应性。

技术领域

本发明涉及精密角位移传感器，具体涉及一种基于交变电场的反射型绝对式时栅角位移传感器。

背景技术

角位移传感器分为增量式和绝对式两种。相比增量式，绝对式角位移传感器具有开机无需复位，立刻获得绝对角度信息和无累计误差等优势，提高了工作效率和可靠性，因而逐渐成为角位移传感器的发展趋势。目前使用广泛的是绝对式光电编码器，它主要通过编码实现绝对定位，但是编码解码过程复杂。另外，需要利用精密刻线作为空间基准来实现精密测量，但是刻线的宽度受到光学衍射极限的限制。近年来研制出一种以时钟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电场式时栅角位移传感器(公开号为CN103968750A)，这种传感器以高频时钟脉冲作为测量基准，采用平行电容板构建交变电场进行精密位移测量，虽然能够实现精密测量，但是其仍然存在如下问题：(1)采用增量计数方式，存在累计误差；(2)激励信号从传感器的定子基体上的激励电极接入，感应信号从转子基体上的转子电极输出，转子基体上需要引信号输出线，有些场合不能使用，应用范围窄。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于交变电场的反射型绝对式时栅角位移传感器，以实现绝对角位移测量，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反射型绝对式时栅角位移传感器，包括定子基体和与定子基体同轴安装的转子基体，转子基体下表面与定子基体上表面正对平行，并留有间隙，转子基体下表面设有感应电极，定子基体上表面设有与感应电极正对的激励电极，所述激励电极由一圈径向高度相同、圆心角相等的扇环形极片沿圆周方向等间隔排布组成，其中，第4n₁+1号扇环形极片连成一组，组成A激励相，第4n₁+2号扇环形极片连成一组，组成B激励相，第4n₁+3号扇环形极片连成一组，组成C激励相，第4n₁+4号扇环形极片连成一组，组成D激励相，n₁依次取0至M₁-1的所有整数，M₁表示激励电极的对极数。

所述定子基体上表面设有差动式的接收电极Ⅰ和差动式的接收电极Ⅱ，接收电极Ⅰ位于激励电极的外侧，接收电极Ⅱ位于激励电极的内侧，所述转子基体下表面设有与接收电极Ⅰ正对的反射电极Ⅰ和与接收电极Ⅱ正对的反射电极Ⅱ(即反射电极Ⅰ位于感应电极的外侧，反射电极Ⅱ位于感应电极的内侧)。

所述感应电极由一圈相同的双正弦形极片沿圆周方向等间隔排布组成，该双正弦形极片所对的圆心角等于所述扇环形极片所对的圆心角，其中，第4n₂+1号双正弦形极片连成一组，组成A感应组，第4n₂+2号双正弦形极片连成一组，组成B感应组，第4n₂+3号双正弦形极片连成一组，组成C感应组，第4n₂+4号双正弦形极片连成一组，组成D感应组，n₂依次取0至M₂-1的所有整数，M₂表示感应电极的对极数，M₂＝M₁。

所述反射电极Ⅰ由同心的第一圆环形反射极片与第二圆环形反射极片间隔组成，第一、第二圆环形反射极片分别与A、C感应组或者B、D感应组相连；所述反射电极Ⅱ由径向高度相同、圆心角相等的四个扇环形反射极片沿圆周方向等间隔排布组成，四个扇环形反射极片分别与A、B、C、D感应组相连。