[发明专利]一种基于交变电场的柱状二维时栅位移传感器

摘要

本发明公开了一种基于交变电场的柱状二维时栅位移传感器，包括转子基体和定子基体，两者同心安装，并留有间隙。转子基体上布置有沿轴向和周向进行错位编码的激励极片，形成四个激励相，定子基体上布置有沿轴向和周向相邻排布的感应极片，形成四个感应组。四个激励相分别施加相位相差90°的同频等幅正弦激励信号，四个感应组通过电场耦合分别输出四路行波信号；通过采用加法器对相邻两感应组输出信号进行求和可同时解耦出两路相位相反、只包含轴向直线位移量的行波信号和两路相位相反、只包含周向角位移量的行波信号；对任一方向上两路行波信号通过减法器进行作差消除共模干扰。本发明解耦彻底，可实现高精度的大量程直线位移和360°角位移测量。

主权项

1.一种基于交变电场的柱状二维时栅位移传感器，包括转子基体(1)和定子基体(2)，其特征是：所述转子基体(1)的外圆柱面上沿周向均匀设置有2n列激励电极，每列激励电极都由相同的m个激励极片(11)沿轴向均匀排布组成，每个激励极片(11)沿轴向的长度为L_e、沿周向的弧长为L_e，相邻两个激励极片(11)沿轴向间隔的距离I_e大于L_e，相邻两列激励电极沿周向间隔的弧长等丁沿轴向的起始位置错开奇数列激励电极沿轴向的起始位置相同，偶数列激励电极沿轴向的起始位置相同，其中，n＝4k₁、m＝4k₂，n(L_e+I_e)＝2πR_e，k₁、k₂都为正整数，R_e表示转子基体(1)的外圆柱面的半径；转子基体(1)的外圆柱面沿母线展开并铺平后，其上的激励极片(11)的形状为正方形；多个激励极片(11)相连，在周向形成有CA、CB、CC、CD激励组，在轴向形成有ZA、ZB、ZC、ZD激励组，CA激励组与ZA激励组相连，形成A激励相，CB激励组与ZB激励组相连，形成B激励相，CC激励组与ZC激励组相连，形成C激励相，CD激励组与ZD激励组相连，形成D激励相；所述定子基体(2)的内圆柱面上设置有相同的r个感应单元，沿周向相邻的两个感应单元沿周向间隔的弧长为I_i1，沿轴向相邻的两个感应单元沿轴向间隔的距离为I_i2；每个感应单元都由独立且相同的4个感应极片a、b、c、d按照2×2的方式排布组成，感应极片a、c位于沿周向的同一行，感应极片a、b位于沿轴向的同一列，每个感应极片沿轴向的长度为L_i、沿周向的弧长为L_i，沿周向相邻的两个感应极片沿周向间隔的弧长为I_i1，沿轴向相邻的两个感应极片沿轴向间隔的距离为I_i2，L_i+I_i2＝2(L_e+I_e)，R_i表示定子基体(2)的内圆柱面的半径；定子基体(2)的内圆柱面沿母线展开并铺平后，其上的感应极片a、b、c、d的形状为中心对称图形；r个感应单元中的感应极片a相连，形成a感应组，r个感应单元中的感应极片b相连，形成b感应组，r个感应单元中的感应极片c相连，形成c感应组，r个感应单元中的感应极片d相连，形成d感应组；转子基体(1)安装在主轴(3)上，定子基体(2)套在转子基体(1)外面，且与转子基体(1)同轴安装并留有间隙；测量时，在A、B、C、D激励相上分别施加四路相位依次相差90°的同频等幅正弦激励信号，当转子基体相对定子基体产生轴向移动或周向转动时，a、b、c、d感应组分别产生U_a、U_b、U_c、U_d四路电信号；U_a和U_b，U_c和U_d分别通过加法器求和，得到两路行波信号U_C+和U_C‑；U_a和U_c，U_b和U_d分别通过加法器求和，得到两路行波信号U_Z+和U_Z‑；U_C+和U_C‑，U_Z+和U_Z‑分别通过减法器作差，得到周向正弦行波信号U_C和轴向正弦行波信号U_Z；周向正弦行波信号U_C和轴向正弦行波信号U_Z分别经处理后得到转子基体相对于定子基体转动的角位移和轴向移动的直线位移。