CN109163746A - 单码道绝对式时栅角位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单码道绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子和信号处理电路，定子由定环形导磁体和环形印制电路板构成，环形印制电路板上布有激励线圈和感应线圈，激励线圈由第一线圈和第二线圈组成，感应线圈由增量感应线圈和第一、第二绝对感应线圈组成；转子为开设有多个扇环形通槽的动环形导磁体；第一、第二线圈中分别通入两相对称激励电流，增量感应线圈和第一、第二绝对感应线圈中产生的感应信号将发生周期性变化，上述感应信号与激励信号输入至信号处理电路，经处理后得到转子的绝对位移值。该传感器能减少感应线圈数量，提高传感器的响应速度。
Description
技术领域
本发明属于精密位移测量领域，具体涉及一种单码道绝对式时栅角位移传感器。
背景技术
位置信息是最基础的一类信息，以获取精确位置信息为目标的位移传感器技术已成为各领域一项通用的基础性技术。位移传感器也成为了实现精确运动和定位控制不可或缺的重要功能部件。绝对式位移传感器由于具备了比增量式位移传感器更快的响应速度、更高的工作效率、更好的抗干扰能力和更优的数据可靠性，已成为当今位移传感器的发展趋势。
时栅角位移传感器由于具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性好、成本低廉等优点，在精密位移测量领域获得了越来越广泛的应用。现有时栅角位移传感器主要采用粗机加精机(即两个传感器)的组合方式实现绝对位移测量。其中，粗机输出与测量位置一一对应的单周期信号，用于实现绝对测量，但精度不高；精机则输出与测量位置非一一对应的多周期信号，用于实现增量式测量，且精度较高。在这种组合方式下，粗机和精机的激励磁场会互相耦合到对方的感应线圈上，使粗机和精机的测量精度均达不到独立工作时的水平。
CN106767386A公开了一种绝对式时栅角位移传感器，可避免出现激励磁场互相耦合问题，实现高精度的绝对位移测量；但其存在8个感应线圈，因而会产生8路感应信号，这对后期信号处理的要求较高，且会影响传感器的响应速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种单码道绝对式时栅角位移传感器，以减少感应线圈数量，提高传感器的响应速度。
本发明所述的单码道绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子和信号处理电路，定子与转子同轴正对平行安装，且留有间隙，定子由定环形导磁体和粘贴在定环形导磁体一端面上的环形印制电路板构成，所述环形印制电路板为多层结构，且其上布有相互绝缘的激励线圈和感应线圈，转子为沿圆周开设有多个扇环形通槽的动环形导磁体，转子开设扇环形通槽的一面与环形印制电路板正对，信号处理电路包括信号调理电路、鉴相电路和微处理器。
所述激励线圈由相互绝缘的第一线圈和第二线圈组成；第一线圈由起始位置沿圆周错开幅值为A、周期为且波形呈扇环形的两条非闭合导线沿半径为R的圆周绕一圈构成，两条非闭合导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过导线相连接、终止端作为正弦激励信号输入端；第二线圈的结构与第一线圈的结构相同且独立工作，第二线圈中通入余弦激励信号，即第二线圈也由起始位置沿圆周错开幅值为A、周期为且波形呈扇环形的两条非闭合导线沿半径为R的圆周绕一圈构成，两条非闭合导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过导线相连接、终止端作为余弦激励信号输入端；第二线圈的起始位置与第一线圈的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开或其中，N表示传感器的极对数，N为偶数且N≥6，为奇数，m为整数且0≤m＜N。
所述感应线圈由相互绝缘的增量感应线圈和第一、第二绝对感应线圈组成；增量感应线圈由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形非闭合导线构成，其中一条半正弦形非闭合导线由[0,π]区间的幅值为B、周期为2W的正弦曲线段沿半径为R的圆周周期延拓一圈而成，另一条半正弦形非闭合导线由[π,2π]区间的幅值为B、周期为2W的正弦曲线段沿半径为R的圆周周期延拓一圈而成，两条半正弦形非闭合导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为增量感应信号输出端；第一绝对感应线圈由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形导线构成，其中一条半正弦形导线为[0,π]区间的幅值为B、周期为2W且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，另一条半正弦形导线为[π,2π]区间的幅值为B、周期为2W且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，两条半正弦形导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为第一绝对感应信号输出端；第二绝对感应线圈的结构与第一绝对感应线圈的结构相同且独立工作，第二绝对感应线圈输出第二绝对感应信号，即第二绝对感应线圈也由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形导线构成，其中一条半正弦形导线为[0,π]区间的幅值为B、周期为2W且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，另一条半正弦形导线为[π,2π]区间的幅值为B、周期为2W且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，两条半正弦形导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为第二绝对感应信号输出端；第二绝对感应线圈的中心与第一绝对感应线圈的中心所夹的圆心角为iW；其中，B＜A，i为奇数且
所述动环形导磁体的内圆半径小于R-A、外圆半径大于R+A，将动环形导磁体沿圆周均分为等份，形成个圆心角为2W的扇环形等分区域，以其中某一等份作为第1个扇环形等分区域，其余等份沿圆周逆时针方向依次称为第2个扇环形等分区域至第个扇环形等分区域(即第2个扇环形等分区域、第3个扇环形等分区域、第4个扇环形等分区域、…、第个扇环形等分区域)；每个扇环形等分区域内都开设有两个扇环形通槽，每个扇环形通槽所对的圆心角为将每个扇环形等分区域等分为8份，沿圆周逆时针方向，第1个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽分别开设在第2、3份位置和第6、7份位置，第k个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽分别开设在第2、3份和第6、7份同时沿圆周逆时针方向旋转θ×(k-1)后的位置，则第k个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽的中心分别与第1个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为(2W+θ)×(k-1)，第t个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽分别开设在第2、3份和第6、7份同时沿圆周顺时针方向旋转后的位置，则第t个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽的中心分别与第1个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为 其中，k依次取2至中的所有整数，t依次取至中的所有整数，θ表示角度，
第一线圈和第二线圈中分别通入两相对称激励电流(即幅值相同、相位相差90°的两相电流)，作为正弦激励信号输入和余弦激励信号输入，当转子相对于定子转动时，增量感应线圈中产生的增量感应信号和第一、第二绝对感应线圈中产生的第一、第二绝对感应信号将发生周期性变化，将增量感应信号和第一、第二绝对感应信号与激励信号输入至信号调理电路进行信号调理后，送入鉴相电路进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经微处理器运算、处理后，得到转子的绝对位移值。
作为优选，所述第二绝对感应线圈的中心与第一绝对感应线圈的中心所夹的圆心角为3W。所述第一绝对感应线圈的起始位置与增量感应线圈的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开jW；其中，j为整数且0≤j≤N-1。所述增量感应线圈的起始位置与第一线圈的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开其中，s为整数且0≤s≤2N-1。
将所述动环形导磁体的每个扇环形等分区域都等分为2份，形成N个圆心角为W的极对，由第1个扇环形等分区域的起始位置开始，沿圆周逆时针方向依次称为第1个极对至第N个极对(即第1个极对、第2个极对、第3个极对、…、第N个极对)，将第一绝对感应线圈完全正对第1个极对时的位置作为测量的绝对零位(即将第1个极对完全覆盖第一绝对感应线圈时的位置作为测量的绝对零位)。
所述微处理器先对鉴相电路输出的信号进行处理，得到转子转到某个位置时增量感应线圈的位移测量值第一绝对感应线圈的位移测量值和第二绝对感应线圈的位移测量值其中，的取值范围已由微处理器预先设定为[0,W)，即 在绝对零位处，微处理器已预先设定(即增量感应线圈的位移测量值与第一绝对感应线圈的位移测量值同时为零)、然后再计算转子的绝对位移值
所述转子的绝对位移值的计算公式为：
式中，K表示第一绝对感应线圈所对的极对。
微处理器将第一绝对感应线圈的位移测量值与增量感应线圈的位移测量值进行比较，将第二绝对感应线圈的位移测量值与增量感应线圈的位移测量值进行比较。
如果n为整数且则K=2n+1；
如果则当n=1时，K=N，当n为整数且时，K=2n-2；
如果n为整数且则
如果n为整数且则
作为优选，所述动环形导磁体的厚度大于2mm，动环形导磁体上开设的扇环形通槽的深度大于或者等于1mm。
本发明由于采用了上述结构形式的转子和定子，增量感应线圈和第一、第二绝对感应线圈共用一个激励磁场，并且通过在动环形导磁体上按照一定规则进行开槽，形成特殊的编码实现位移的绝对测量，传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强，与现有的绝对式时栅角位移传感器相比，不存在磁场互相耦合的问题，也减少了感应线圈的数量，提高了传感器的响应速度；同时，由于计算转子绝对位移值时采用的是增量感应线圈的位移测量值，而根据传感器结构，增量感应线圈的位移测量值采用的是N个极对的平均值，因此进一步提高了传感器角位移测量的精度。
附图说明
图1为本发明中定子的环形印制电路板与转子正对的结构示意图。
图2为本发明中定子的结构示意图。
图3为本发明中第一线圈的其中一条非闭合铜线的绕制示意图。
图4为本发明中第一线圈的另一条非闭合铜线的绕制示意图。
图5为本发明中第一线圈的布线示意图。
图6为本发明中激励线圈的布线示意图。
图7为本发明中增量感应线圈的其中一条半正弦形非闭合铜线的绕制示意图。
图8为本发明中增量感应线圈的另一条半正弦形非闭合铜线的绕制示意图。
图9为本发明中增量感应线圈的布线示意图。
图10为本发明中第一、第二绝对感应线圈的布线示意图。
图11为本发明中转子的结构示意图。
图12为本发明的信号处理原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1至图12所示的单码道绝对式时栅角位移传感器，包括定子1、转子2和信号处理电路，信号处理电路包括信号调理电路3、鉴相电路4和微处理器5。定子1由定环形导磁体和粘贴在定环形导磁体一端面上的环形印制电路板16构成，环形印制电路板16为八层结构，且其上布有相互绝缘的激励线圈和感应线圈；定环形导磁体的厚度大于1mm，环形印制电路板16的外圆半径与定环形导磁体的外圆半径相同，环形印制电路板16的内圆半径与定环形导磁体的内圆半径相同，即环形印制电路板的投影与定环形导磁体完全重合，从而保证定环形导磁体和环形印制电路板上的所有圆以及圆弧同心。转子2为表面沿圆周开设有18个扇环形通槽21的动环形导磁体，动环形导磁体的厚度大于2mm，动环形导磁体上开设的扇环形通槽21的深度等于1mm，动环形导磁体的内圆半径与定环形导磁体的内圆半径相同，动环形导磁体的外圆半径与定环形导磁体的外圆半径相同。定子1与转子2同轴正对(即环形印制电路板16同轴正对转子2开槽的表面)平行安装，并留有0.3mm间隙。
如图1至图6所示，激励线圈由相互绝缘的第一线圈11和第二线圈12组成。第一线圈11由起始位置沿圆周错开10°、幅值为A、周期为且波形呈扇环形的两条非闭合铜线沿半径为R的圆周绕一圈构成，每条非闭合铜线的起始端与终止端接近但不重合，两条非闭合铜线分别布于环形印制电路板16的第一层、第二层，且该两条非闭合铜线的起始端通过铜线相连接、终止端作为正弦激励信号输入端。第二线圈12的结构与第一线圈11的结构相同且独立工作，第二线圈12也由起始位置沿圆周错开10°、幅值为A、周期为20°且波形呈扇环形的两条非闭合铜线沿半径为R的圆周绕一圈构成，每条非闭合铜线的起始端与终止端接近但不重合，两条非闭合铜线分别布于环形印制电路板16的第三层、第四层，且该两条非闭合铜线的起始端通过铜线相连接、终止端作为余弦激励信号输入端。第二线圈12的起始位置与第一线圈11的起始位置在环形印制电路板16上沿圆周顺时针方向相差15°(即)；其中，N表示传感器的极对数，取值为N＝18，另外N也可以取22、26、30等偶数，N的取值需要满足：N为偶数且N≥6，为奇数。
如图7至图10所示，感应线圈由相互绝缘的增量感应线圈13、第一绝对感应线圈14和第二绝对感应线圈15组成。增量感应线圈13由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形非闭合铜线构成，其中一条半正弦形非闭合铜线由[0,π]区间的幅值为B、周期为40°的正弦曲线段沿半径为R的圆周周期延拓一圈而成，另一条半正弦形非闭合铜线由[π,2π]区间的幅值为B、周期为40°的正弦曲线段沿半径为R的圆周周期延拓一圈而成，每条半正弦形非闭合铜线的起始端与终止端接近但不重合，两条半正弦形非闭合铜线分别布于环形印制电路板16的第五层、第六层，且该两条半正弦形非闭合铜线的起始端通过过孔连接、终止端作为增量感应信号输出端；增量感应线圈13的起始位置与第一线圈11的起始位置在环形印制电路板上沿圆周逆时针方向相差60°(即3W)。第一绝对感应线圈14由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形铜线构成，其中一条半正弦形铜线为[0,π]区间的幅值为B、周期为40°且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，另一条半正弦形铜线为[π,2π]区间的幅值为B、周期为40°且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，两条半正弦形铜线分别布于环形印制电路板16的第七层、第八层，且该两条半正弦形铜线的起始端通过过孔连接、终止端作为第一绝对感应信号输出端；第一绝对感应线圈14的起始位置与增量感应线圈13的起始位置在环形印制电路板上沿圆周逆时针方向相差20°(即W)。第二绝对感应线圈15的结构与第一绝对感应线圈14的结构相同且独立工作，第二绝对感应线圈15也由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形铜线构成，其中一条半正弦形铜线为[0,π]区间的幅值为B、周期为40°且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，另一条半正弦形铜线为[π,2π]区间的幅值为B、周期为40°且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，两条半正弦形铜线分别布于环形印制电路板16的第七层、第八层，且该两条半正弦形铜线的起始端通过过孔连接、终止端作为第二绝对感应信号输出端。第二绝对感应线圈15的中心与第一绝对感应线圈14的中心所夹的圆心角为60°(即3W)，相当于第二绝对感应线圈15的起始位置与第一绝对感应线圈14的起始位置在环形印制电路板16上沿圆周逆时针方向相差60°。
如图1、图11所示，动环形导磁体的内圆半径小于R-A、外圆半径大于R+A，将动环形导磁体沿圆周均分为9等份，形成9个圆心角为40°的扇环形等分区域，以其中某一等份作为第1个扇环形等分区域，其余等份沿圆周逆时针方向依次称为第2个扇环形等分区域、第3个扇环形等分区域、第4个扇环形等分区域、第5个扇环形等分区域、第6个扇环形等分区域、第7个扇环形等分区域、第8个扇环形等分区域、第9个扇环形等分区域，每个扇环形等分区域内都开设有两个扇环形通槽21，每个扇环形通槽21所对的圆心角为10°；将每个扇环形等分区域又等分为8份，沿圆周逆时针方向，第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份位置；第2个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周逆时针方向旋转1°(即θ＝1°)后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周逆时针方向旋转1°后的位置，则第2个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为41°，第2个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为41°；第3个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周逆时针方向旋转2°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周逆时针方向旋转2°后的位置，则第3个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为82°，第3个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为82°；第4个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周逆时针方向旋转3°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周逆时针方向旋转3°后的位置，则第4个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为123°，第4个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为123°；第5个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周逆时针方向旋转4°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周逆时针方向旋转4°后的位置，则第5个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为164°，第5个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为164°；第6个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周顺时针方向旋转4°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周顺时针方向旋转4°后的位置，则第6个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为164°，第6个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为164°；第7个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周顺时针方向旋转3°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周顺时针方向旋转3°后的位置，则第7个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为123°，第7个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为123°；第8个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周顺时针方向旋转2°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周顺时针方向旋转2°后的位置，则第8个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为82°，第8个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为82°；第9个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽21开设在第2、3份沿圆周顺时针方向旋转1°后的位置，第二个扇环形通槽21开设在第6、7份沿圆周顺时针方向旋转1°后的位置，则第9个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第一个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为41°，第9个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心与第1个扇环形等分区域内的第二个扇环形通槽的中心所夹的圆心角为41°。
如图12所示，第一线圈11和第二线圈12中分别通入两相对称激励电流(即幅值相同、相位相差90°的两相电流)，作为正弦激励信号输入和余弦激励信号输入，增量感应线圈13中将产生增量感应信号并从其增量感应信号输出端输出，第一绝对感应线圈14中将产生第一绝对感应信号并从其第一绝对感应信号输出端输出，第二绝对感应线圈15中将产生第二绝对感应信号并从其第二绝对感应信号输出端输出，当转子2相对于定子1转动时，增量感应信号和第一、第二绝对感应信号将发生周期性变化，将增量感应信号、第一绝对感应信号、第二绝对感应信号与激励信号(可以是正弦激励信号，也可以是余弦激励信号)输入至信号调理电路3进行信号调理后，送入鉴相电路4进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经微处理器5运算、处理后，得到转子的绝对位移值。
将动环形导磁体的每个扇环形等分区域都等分为2份，形成18个圆心角为20°的极对，由第1个扇环形等分区域的起始位置开始，沿圆周逆时针方向依次称为第1个极对、第2个极对、第3个极对、第4个极对、…、第18个极对，将第一绝对感应线圈14完全正对第1个极对时的位置作为测量的绝对零位(即将第1个极对完全覆盖第一绝对感应线圈14时的位置作为测量的绝对零位)。
微处理器5的运算、处理过程为：微处理器5接收到鉴相电路4输出的信号后，先对鉴相电路4输出的信号进行处理，得到转子2转到某个位置时增量感应线圈的位移测量值第一绝对感应线圈的位移测量值和第二绝对感应线圈的位移测量值其中， 的取值范围已由微处理器5预先设定为[0,20°)，即 在绝对零位处，微处理器5已预先设定(即增量感应线圈的位移测量值与第一绝对感应线圈的位移测量值同时为零)、并将第一绝对感应线圈的位移测量值与增量感应线圈的位移测量值进行比较，将第二绝对感应线圈的位移测量值与增量感应线圈的位移测量值进行比较；然后再利用公式
计算转子的绝对位移值
式(1)中，K表示第一绝对感应线圈所对的极对，其中，K的取值方式如下：
如果n为整数且0≤n≤4，则K=2n+1；
如果则当n=1时，K=18，当n为整数且1＜n≤4时，K=2n-2；
如果n为整数且1≤n≤4，则K=2×(9-n)+1；
如果n为整数且0≤n≤4，则K=2×(9-n)-2。
Claims (6)
1.一种单码道绝对式时栅角位移传感器，包括定子(1)、转子(2)和信号处理电路，定子与转子同轴正对平行安装，且留有间隙，定子由定环形导磁体和粘贴在定环形导磁体一端面上的环形印制电路板(16)构成，所述环形印制电路板为多层结构，且其上布有相互绝缘的激励线圈和感应线圈，转子为沿圆周开设有多个扇环形通槽(21)的动环形导磁体，转子开设扇环形通槽(21)的一面与环形印制电路板(16)正对，信号处理电路包括信号调理电路(3)、鉴相电路(4)和微处理器(5)；其特征在于：
所述激励线圈由相互绝缘的第一线圈(11)和第二线圈(12)组成；第一线圈(11)由起始位置沿圆周错开幅值为A、周期为且波形呈扇环形的两条非闭合导线沿半径为R的圆周绕一圈构成，两条非闭合导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过导线相连接、终止端作为正弦激励信号输入端；第二线圈(12)的结构与第一线圈(11)的结构相同且独立工作，第二线圈(12)的起始位置与第一线圈(11)的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开或第二线圈(12)中通入余弦激励信号；其中，N表示传感器的极对数，N为偶数且N≥6，为奇数，m为整数且0≤m＜N；
所述感应线圈由相互绝缘的增量感应线圈(13)和第一、第二绝对感应线圈(14、15)组成；增量感应线圈(13)由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形非闭合导线构成，其中一条半正弦形非闭合导线由[0，π]区间的幅值为B、周期为2W的正弦曲线段沿半径为R的圆周周期延拓一圈而成，另一条半正弦形非闭合导线由[π，2π]区间的幅值为B、周期为2W的正弦曲线段沿半径为R的圆周周期延拓一圈而成，两条半正弦形非闭合导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为增量感应信号输出端；第一绝对感应线圈(14)由起始位置相同、绕向相同的两条半正弦形导线构成，其中一条半正弦形导线为[0，π]区间的幅值为B、周期为2W且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，另一条半正弦形导线为[π，2π]区间的幅值为B、周期为2W且沿半径为R的圆周绕制的正弦曲线段，两条半正弦形导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、终止端作为第一绝对感应信号输出端；第二绝对感应线圈(15)的结构与第一绝对感应线圈(14)的结构相同且独立工作，第二绝对感应线圈(15)的中心与第一绝对感应线圈(14)的中心所夹的圆心角为iW，第二绝对感应线圈(15)输出第二绝对感应信号；其中，B＜A，i为奇数且
所述动环形导磁体的内圆半径小于R-A、外圆半径大于R+A，将动环形导磁体沿圆周均分为等份，形成个圆心角为2W的扇环形等分区域，以其中某一等份作为第1个扇环形等分区域，其余等份沿圆周逆时针方向依次称为第2个扇环形等分区域至第个扇环形等分区域；每个扇环形等分区域内都开设有两个扇环形通槽(21)，每个扇环形通槽所对的圆心角为将每个扇环形等分区域等分为8份，沿圆周逆时针方向，第1个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽分别开设在第2、3份位置和第6、7份位置，第k个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽分别开设在第2、3份和第6、7份同时沿圆周逆时针方向旋转θ×(k-1)后的位置，第t个扇环形等分区域内的两个扇环形通槽分别开设在第2、3份和第6、7份同时沿圆周顺时针方向旋转后的位置；其中，k依次取2至中的所有整数，t依次取至中的所有整数，θ表示角度，
第一线圈(11)和第二线圈(12)中分别通入两相对称激励电流，当转子(2)相对于定子(1)转动时，增量感应线圈(13)中产生的增量感应信号和第一、第二绝对感应线圈(14、15)中产生的第一、第二绝对感应信号将发生周期性变化，将增量感应信号和第一、第二绝对感应信号与激励信号输入至信号调理电路(3)进行信号调理后，送入鉴相电路(4)进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经微处理器(5)运算、处理后，得到转子的绝对位移值。
2.根据权利要求1所述的单码道绝对式时栅角位移传感器，其特征在于：所述第二绝对感应线圈(15)的中心与第一绝对感应线圈(14)的中心所夹的圆心角为3W。
3.根据权利要求1或2所述的单码道绝对式时栅角位移传感器，其特征在于：所述增量感应线圈(13)的起始位置与第一线圈(11)的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开其中，s为整数且0≤s≤2N-1。
4.根据权利要求2所述的单码道绝对式时栅角位移传感器，其特征在于：所述第一绝对感应线圈(14)的起始位置与增量感应线圈(13)的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开jW；其中，j为整数且0≤j≤N-1。
5.根据权利要求4所述的单码道绝对式时栅角位移传感器，其特征在于：
将所述动环形导磁体的每个扇环形等分区域都等分为2份，形成N个圆心角为W的极对，由第1个扇环形等分区域的起始位置开始，沿圆周逆时针方向依次称为第1个极对至第N个极对，将第一绝对感应线圈(14)完全正对第1个极对时的位置作为测量的绝对零位；
所述微处理器(5)先对鉴相电路(4)输出的信号进行处理，得到转子(2)转到某个位置时增量感应线圈的位移测量值第一绝对感应线圈的位移测量值和第二绝对感应线圈的位移测量值其中，的取值范围都为[0，W)，在绝对零位处， 然后再计算转子的绝对位移值
所述转子的绝对位移值的计算公式为：
式中，K表示第一绝对感应线圈所对的极对；
如果n为整数且则K＝2n+1；
如果则当n＝1时，K＝N，当n为整数且时，K＝2n-2；
如果n为整数且则
如果n为整数且则
6.根据权利要求1至5任一所述的单码道绝对式时栅角位移传感器，其特征在于：所述动环形导磁体的厚度大于2mm，动环形导磁体上开设的扇环形通槽(21)的深度大于或者等于1mm。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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