CN111397498A - 一种绝对式时栅直线位移传感器 - Google Patents
一种绝对式时栅直线位移传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111397498A CN111397498A CN202010282960.7A CN202010282960A CN111397498A CN 111397498 A CN111397498 A CN 111397498A CN 202010282960 A CN202010282960 A CN 202010282960A CN 111397498 A CN111397498 A CN 111397498A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pole
- pole piece
- excitation
- coarse
- fine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
本发明涉及传感器技术领域，且公开了一种绝对式时栅直线位移传感器，包括动尺和定尺，所述动尺包括动尺基体、精极感应调制极和粗极感应调制极；所述定尺包括定尺基体、精极激励极和粗极激励极。1、本申请的位移的精测和粗测都采用同一感应原理，使测量系统更精简，传感器电路与结构更简单，减小了传感器规模和布线难度。2、本申请采用时栅原理的测量方法，通过测量相位信号的变化来间接测量位移，测量结果更精确。3、本申请采用方波激励形式的时栅传感器能够大幅度减小电路规模和体积，从而有效的降低制造成本，满足更多场合的需求，且方波激励信号相比于正弦波信号产生更简单。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体为一种绝对式时栅直线位移传感器。
背景技术
同领域的绝对式直线位移传感器，有的在精测模块采用交变电场感应原理，在粗测模块采用编码或激光测距的原理，然后通过粗精组合来实现绝对位置判断，该方式电路规模较大，传感器结构复杂。同领域的基于交变电场感应原理的位移传感器，有的是通过测量幅值信号的变化来间接测量位移。传统时栅原理的测量方法需要使用正弦波作为激励信号，采用正弦激励形式的时栅传感器激励电路复杂，成本高，小型化难度大，使得其应用范围受到较大的限制。
发明内容
本发明主要是提供一种绝对式时栅直线位移传感器，解决现有技术的电路复杂，成本高，小型化难度大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种绝对式时栅直线位移传感器，包括动尺和定尺，所述动尺与所述定尺平行设置，且留有间隙，所述动尺包括动尺基体，所述动尺基体上平行设置有精极感应调制极和粗极感应调制极，所述精极感应调制极内设置有多组精极感应调制极片组，所述粗极感应调制极排列设置有多组粗极感应调制极片组，所述精极感应调制极片组包括依次设置的q+差分感应调制极片和q-差分感应调制极片，所述粗极感应调制极片组包括依次设置的Q+差分感应调制极片和Q-差分感应调制极片；所述定尺包括定尺基体，所述定尺基体上平行设置有精极激励极和粗极激励极，所述精极激励极内排列设置有多组精极激励极片组，所述粗极激励极排列设置有多组粗极激励极片组，所述精极激励极片组包括依次设置的精极激励极片a、精极激励极片b、精极激励极片c和精极激励极片d，所述粗机激励极片组包括依次设置的粗机激励极片A、粗机激励极片B、粗机激励极片C和粗机激励极片D；每组所述精极激励极片组对应一组所述精极感应调制极片组，每组所述粗极激励极片组对应一组所述粗极感应调制极片组；每组所述精极激励极片组和粗极激励极片组均接入4路相位相差90°的方波激励信号，且所述精极激励极片组和粗极激励极片组分时激励。
进一步，4路所述方波激励信号为占空比为50％的方波，且每路方波依次超前或滞后1/4。
进一步，所述方波激励信号的频率为20KHz。
进一步，所述动尺基体还包括依次平行设置于所述粗极感应调制极下方位置的动尺隔离极片、第一反射极片和第二反射极片；所述定尺基体还包括依次平行设置于所述粗极激励极下方位置的定尺隔离极片、第一信号接收极片和第二信号接收极片；所述q+差分感应调制极片和Q+差分感应调制极片均与所述第一反射极片电连接，所述q-差分感应调制极片和Q-差分感应调制极片均与所述第二反射极片电连接；所述第一信号接收极片用于接收所述第一反射极片反射回来的信号，所述第二信号接收极片接收所述第二反射极片反射回来的信号。
进一步，所述精极感应调制极片组和粗极感应调制极片组内的调制极片形状为正弦型或余弦型或弧形或菱形。
进一步，所有处理电路和接线都设置在所述定尺基体上，所述动尺与定尺之间无任何电气连接。
进一步，所述动尺基体和定尺基体均采用PCB板。
有益效果：1、本申请的位移的精测和粗测都采用同一感应原理，使测量系统更精简，传感器电路与结构更简单，减小了传感器规模和布线难度。2、本申请采用时栅原理的测量方法，通过测量相位信号的变化来间接测量位移，测量结果更精确。3、本申请采用方波激励形式的时栅传感器能够大幅度减小电路规模和体积，从而有效的降低制造成本，满足更多场合的需求，且方波激励信号相比于正弦波信号产生更简单。
附图说明
图1为本实施例的定尺与动尺示意图；
图2为本实施例的定尺结构示意图；
图3为本实施例的弧形调制极片的动尺结构示意图；
图4为本实施例的菱形调制极片的动尺结构示意图；
图5为本实施例的系统框图，
附图标记：动尺基体1、精极感应调制极1-1、粗极感应调制极1-2、动尺隔离极片1-3、第一反射极片1-4、第二反射极片1-5、定尺基体2、精极激励极2-1、粗极激励极2-2、定尺隔离极片2-3、第一信号接收极片2-4、第二信号接收极片2-5。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明涉及的一种绝对式时栅直线位移传感器技术方案进一步详细说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实施例的一种绝对式时栅直线位移传感器，包括动尺和定尺，所述动尺与所述定尺平行设置，且留有间隙，所述动尺包括动尺基体1，所述动尺基体1上平行设置有精极感应调制极1-1和粗极感应调制极1-2，所述精极感应调制极1-1内设置有多组精极感应调制极片组，所述粗极感应调制极1-2排列设置有多组粗极感应调制极片组，所述精极感应调制极片组包括依次设置的q+差分感应调制极片和q-差分感应调制极片，所述粗极感应调制极片组包括依次设置的Q+差分感应调制极片和Q-差分感应调制极片；所述定尺包括定尺基体2，所述定尺基体2上平行设置有精极激励极2-1和粗极激励极2-2，所述精极激励极2-1内排列设置有多组精极激励极片组，所述粗极激励极2-2排列设置有多组粗极激励极片组，所述精极激励极片组包括依次设置的精极激励极片a、精极激励极片b、精极激励极片c和精极激励极片d，所述粗机激励极片组包括依次设置的粗机激励极片A、粗机激励极片B、粗机激励极片C和粗机激励极片D；每组所述精极激励极片组对应一组所述精极感应调制极片组，每组所述粗极激励极片组对应一组所述粗极感应调制极片组；每组所述精极激励极片组和粗极激励极片组均接入4路相位相差90°的方波激励信号，且所述精极激励极片组和粗极激励极片组分时激励。4路所述方波激励信号为占空比为50％的方波，且每路方波依次超前或滞后1/4。所述方波激励信号的频率为20KHz。所述动尺基体1还包括依次平行设置于所述粗极感应调制极1-2下方位置的动尺隔离极片1-3、第一反射极片1-4和第二反射极片1-5；所述定尺基体2还包括依次平行设置于所述粗极激励极2-2下方位置的定尺隔离极片2-3、第一信号接收极片2-4和第二信号接收极片2-5；所述q+差分感应调制极片和Q+差分感应调制极片均与所述第一反射极片1-4电连接，所述q-差分感应调制极片和Q-差分感应调制极片均与所述第二反射极片1-5电连接；所述第一信号接收极片2-4用于接收所述第一反射极片1-4反射回来的信号，所述第二信号接收极片2-5接收所述第二反射极片1-5反射回来的信号。所述精极感应调制极片组和粗极感应调制极片组内的调制极片形状为正弦型或余弦型或弧形或菱形。所有处理电路和接线都设置在所述定尺基体2上，所述动尺与定尺之间无任何电气连接。所述动尺基体1和定尺基体2均采用PCB板。
精极感应调制极和精极激励极为精极，粗极感应调制极和粗极激励极为粗极，精极与粗极的对极数(定尺的粗极(精极)每四个极片为一个对极，对应动尺的粗极(精极)每两个极片为一个对极)按照互质数设计(如：1&n，2&3，3&4，5&32，7&64，13&32等)，按此设计时便能够实现绝对位置识别功能，特别当粗极、精极的极数采用多对多模式互质数(如：5&32，7&64，13&32等)设计时，通过互质数计算绝对位置算法，编码器将会具备更加优良可靠的绝对位置识别能力。
分时激励：意思是精极与粗极不会同时激励，当精极激励打开时，粗极激励就是关闭的。
使用时，以精极为例，对应的四路激励极片(精极激励极片a、精极激励极片b、精极激励极片c和精极激励极片d；粗机激励极片A、粗机激励极片B、粗机激励极片C和粗机激励极片D)分别加载四路相位相差90度的频率为20KHz的方波激励信号，经过动尺调制和反射后，在第一信号接收极片2-4和第二信号接收极片2-5上便会感应出差分的位置信号，主要谐波成分为V＝Asin(wt+x)；A为信号幅值，x为带有位置信息的相位。模拟电路部分对感应的原始信号进行放大滤波(带通滤波器)，去除由方波激励引起的高次谐波成分，最大程度的还原出方波的基波，再进行相位比较，得到精极位置信号。粗极信号采集与精极原理相同，并且使用同一电路，分时采集。
传感器开机后马上进入绝对位置识别模式，通过切换开关，将四路方波激励信号接入粗极的极片，此时得到粗极位置信息，然后切换到精极的极片上，此时得到精极信息，两次切换快速完成，至此，传感器便得到粗极和精极的位置信息。
此时通过互质数绝对位置算法计算绝对位置，传感器便完成绝对位置识别，当完成绝对位置识别后，后续的角度数据将会以当前绝对位置为起点进行增量计算，以此实现绝对式位置测量功能。
互质数绝对位置算法：
动尺粗/精极每移动一个对极距离，各自对应位置数据完成一次满量程计数，以此类推，移动多个对极将会重复完成多极满量程计数。
任意位置的粗极位置值(Xc)-精极位置值(Xj)＝N*(l/(j*c))+b，l为定尺总长度，j为精极对极数，c为粗极对极数，b为固定常数，其中N与精极对极所在极数(Nj)呈一一对应关系。精极所在对极数结合当前精极位置值便能够识别出当前位置所在粗极位置X＝Nj*(l/j)+Xj。
有益效果：1、本申请的位移的精测和粗测都采用同一感应原理，使测量系统更精简，传感器电路与结构更简单，减小了传感器规模和布线难度。2、本申请采用采用时栅原理的测量方法，通过测量相位信号的变化来间接测量位移，测量结果更精确。3、本申请采用方波激励形式的时栅传感器能够大幅度减小电路规模和体积，从而有效的降低制造成本，满足更多场合的需求，且方波激励信号相比于正弦波信号产生更简单。4、所有处理电路和接线都在定尺基板上，动尺与定尺之间无任何电气连接，在高速高频动作及布线时不会受线束影响，使结构更可靠。5、采用PCB板的基体，相比传统光栅尺大大降低了加工难度和加工成本，并且具备更高的环境适用性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种绝对式时栅直线位移传感器，包括动尺和定尺，所述动尺与所述定尺平行设置，且留有间隙，其特征在于：所述动尺包括动尺基体，所述动尺基体上平行设置有精极感应调制极和粗极感应调制极，所述精极感应调制极内设置有多组精极感应调制极片组，所述粗极感应调制极排列设置有多组粗极感应调制极片组，所述精极感应调制极片组包括依次设置的q+差分感应调制极片和q-差分感应调制极片，所述粗极感应调制极片组包括依次设置的Q+差分感应调制极片和Q-差分感应调制极片；所述定尺包括定尺基体，所述定尺基体上平行设置有精极激励极和粗极激励极，所述精极激励极内排列设置有多组精极激励极片组，所述粗极激励极排列设置有多组粗极激励极片组，所述精极激励极片组包括依次设置的精极激励极片a、精极激励极片b、精极激励极片c和精极激励极片d，所述粗机激励极片组包括依次设置的粗机激励极片A、粗机激励极片B、粗机激励极片C和粗机激励极片D；每组所述精极激励极片组对应一组所述精极感应调制极片组，每组所述粗极激励极片组对应一组所述粗极感应调制极片组；每组所述精极激励极片组和粗极激励极片组均接入4路相位相差90°的方波激励信号，且所述精极激励极片组和粗极激励极片组分时激励。
2.根据权利要求1所述的一种绝对式时栅直线位移传感器，其特征在于：所述动尺基体还包括依次平行设置于所述粗极感应调制极下方位置的动尺隔离极片、第一反射极片和第二反射极片；所述定尺基体还包括依次平行设置于所述粗极激励极下方位置的定尺隔离极片、第一信号接收极片和第二信号接收极片；所述q+差分感应调制极片和Q+差分感应调制极片均与所述第一反射极片电连接，所述q-差分感应调制极片和Q-差分感应调制极片均与所述第二反射极片电连接；所述第一信号接收极片用于接收所述第一反射极片反射回来的信号，所述第二信号接收极片接收所述第二反射极片反射回来的信号。
3.根据权利要求1所述的一种绝对式时栅直线位移传感器，其特征在于：4路所述方波激励信号为占空比为50％的方波，且每路方波依次超前或滞后1/4。
4.根据权利要求1所述的一种绝对式时栅直线位移传感器，其特征在于：所述方波激励信号的频率为20KHz。
5.根据权利要求1所述的一种绝对式时栅直线位移传感器，其特征在于：所述精极感应调制极片组和粗极感应调制极片组内的调制极片形状为正弦型或余弦型或弧形或菱形。
6.根据权利要求1所述的一种绝对式时栅直线位移传感器，其特征在于：所有处理电路和接线都设置在所述定尺基体上，所述动尺与定尺之间无任何电气连接。
7.根据权利要求1所述的一种绝对式时栅直线位移传感器，其特征在于：所述动尺基体和定尺基体均采用PCB板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010282960.7A CN111397498B (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 一种绝对式时栅直线位移传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010282960.7A CN111397498B (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 一种绝对式时栅直线位移传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111397498A true CN111397498A (zh) | 2020-07-10 |
| CN111397498B CN111397498B (zh) | 2022-05-17 |
Family
ID=71435111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010282960.7A Active CN111397498B (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 一种绝对式时栅直线位移传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111397498B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114087969A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-25 | 重庆理工大学 | 一种拼接式绝对直线位移传感器 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050169599A1 (en) * | 2002-03-12 | 2005-08-04 | Stepanov Dmitrii Y. | Multi-layered structure characterisation |
| CN106197240A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-07 | 重庆理工大学 | 基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器 |
| CN108627183A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-09 | 重庆中电天时精密装备技术有限公司 | 差分反射式时栅角度位移编码器 |
| CN208075882U (zh) * | 2018-05-15 | 2018-11-09 | 重庆中电天时精密装备技术有限公司 | 反射式绝对位置时栅角度位移编码器 |
| CN208140019U (zh) * | 2018-05-19 | 2018-11-23 | 重庆理工大学 | 基于交变电场的差极型绝对式时栅直线位移传感器 |
| CN109238119A (zh) * | 2017-12-15 | 2019-01-18 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器 |
| CN208805152U (zh) * | 2018-11-10 | 2019-04-30 | 重庆理工大学 | 基于交变电场的直接全反射型绝对式时栅直线位移传感器 |
-
2020
- 2020-04-10 CN CN202010282960.7A patent/CN111397498B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050169599A1 (en) * | 2002-03-12 | 2005-08-04 | Stepanov Dmitrii Y. | Multi-layered structure characterisation |
| CN106197240A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-07 | 重庆理工大学 | 基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器 |
| CN109238119A (zh) * | 2017-12-15 | 2019-01-18 | 重庆理工大学 | 一种基于交变电场的绝对式时栅直线位移传感器 |
| CN108627183A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-09 | 重庆中电天时精密装备技术有限公司 | 差分反射式时栅角度位移编码器 |
| CN208075882U (zh) * | 2018-05-15 | 2018-11-09 | 重庆中电天时精密装备技术有限公司 | 反射式绝对位置时栅角度位移编码器 |
| CN208140019U (zh) * | 2018-05-19 | 2018-11-23 | 重庆理工大学 | 基于交变电场的差极型绝对式时栅直线位移传感器 |
| CN208805152U (zh) * | 2018-11-10 | 2019-04-30 | 重庆理工大学 | 基于交变电场的直接全反射型绝对式时栅直线位移传感器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114087969A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-25 | 重庆理工大学 | 一种拼接式绝对直线位移传感器 |
| CN114087969B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-10-20 | 重庆理工大学 | 一种拼接式绝对直线位移传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111397498B (zh) | 2022-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103644834B (zh) | 一种时栅直线位移传感器 | |
| JP3828972B2 (ja) | 誘導性変位センサ | |
| US4504832A (en) | Absolute precision transducer for linear or angular position measurements | |
| DE19803249B4 (de) | Mit induziertem Strom arbeitender Absolutpositionswandler, der mit einer Codespur-Skala und einem Lesekopf ausgestattet ist | |
| US6366078B1 (en) | Inductive angle sensor with a plurality of receiving coils and an evaluation circuit | |
| EP2378252B1 (en) | Electromagnetic encoder | |
| KR102650230B1 (ko) | 하이브리드 위치결정 전자기 유도식 변위 센서 | |
| CN106197240A (zh) | 基于交变电场的绝对式直线时栅位移传感器 | |
| CN111397498B (zh) | 一种绝对式时栅直线位移传感器 | |
| CN107063075B (zh) | 一种角度检测设备 | |
| CN112461108A (zh) | 感应位置传感装置及其方法 | |
| CN106940197B (zh) | 一种绝对式时栅直线位移传感器 | |
| EP3907464B1 (en) | Alternating electric field-based planar two-dimensional time grating displacement sensor | |
| CN112857194B (zh) | 一种基于电涡流效应的平面二维位移传感器 | |
| CN109115094A (zh) | 激励线圈组及冗余感应同步器及电子油门踏板位置传感器 | |
| CN111220186A (zh) | 一种双通道差分绝对式时栅角度位移编码器 | |
| CN114087968B (zh) | 一种基于组合调制原理的拼接式绝对直线位移传感器 | |
| CN110081914B (zh) | 一种旋转角度检测设备 | |
| CN114087970B (zh) | 一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器 | |
| Rahal et al. | An ASIC front end for planar high-frequency contactless inductive position sensors | |
| CN202329529U (zh) | 一种它激式涡流位移传感器激励电路 | |
| CN112504104B (zh) | 基于电感原理的位置传感电路及传感器和位置测量方法 | |
| WO2014101031A1 (en) | Linear capacitive encoder and position determing method | |
| CN101847501A (zh) | 旋转变压器 | |
| CN112229315A (zh) | 位移传感器、获取位移信号的方法及计算机可读存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |