CN114087970B - 一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其将N个定尺采用首尾拼接的方式进行量程扩展，单个定尺采用模块化结构，定尺的基体上表面设有激励电极Ⅰ、接收电极、激励电极Ⅱ，动尺的基体下表面设有传感单元Ⅰ和传感单元Ⅱ，传感单元Ⅰ由感应电极Ⅰ、反射电极Ⅰ和感应电极Ⅱ组成，传感单元Ⅱ由感应电极Ⅲ、反射电极Ⅱ和感应电极Ⅳ组成。先给其中的一个激励电极施加电信号，在接收电极输出第一组行波信号，然后将激励切换到另一个激励电极上，在接收电极输出第二组行波信号，两组行波信号经时栅信号处理系统处理，输出绝对直线位移值。本发明能实现测量范围达到几米甚至几十米的超大量程绝对直线位移测量。

Description

一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器

技术领域

本发明属于精密直线位移传感器领域，具体涉及一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器。

背景技术

量程在数米乃至数十米的位移传感器是大型龙门加工中心、大行程直线电机传送线等装备制造和自动化控制领域的核心功能部件。这种超大量程的位移测量目前主要采用的是钢带式光栅，其量程最大可达60m，多为增量式测量。绝对式光栅采用不同宽度和不同间距的栅线代表绝对位置数据，并以某种编码形式直接刻划到栅尺上，意味着需要在整个量程范围内排布无重复位置的编码，然而量程越长绝对式编码和解码的复杂程度也成倍的增加。研究门槛的限制，导致国内暂无法制造类似超大量程的绝对式光栅位移传感器。

近年来国内研制出了一种以时钟脉冲作为位移测量基准的时栅直线位移传感器，并在此基础上研制了基于交变电场的差极型绝对式时栅直线位移传感器(公开号为：CN208140019U)，其实现了单段直线式纳米时栅传感器的绝对式测量。但是，目前该类型传感器受限于传统的栅尺加工工艺，只能实现单段最大2m的传感器基体制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，以实现测量范围达到几米甚至几十米的超大量程绝对直线位移测量。

本发明所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，包括定尺和动尺，动尺的基体下表面与定尺的基体上表面正对平行安装，并留有间隙；定尺的基体上表面沿Y轴正方向间隔设有激励电极Ⅰ、接收电极和激励电极Ⅱ；激励电极Ⅰ由4M₁个大小相同、极距为W₁的矩形极片Ⅰ沿X轴正方向等间距排列组成，激励电极Ⅰ具有A₁、B₁、C₁、D₁激励组；激励电极Ⅱ由4M₂个大小相同、极距为W₂的矩形极片Ⅱ沿X轴正方向等间距排列组成，激励电极Ⅱ具有A₂、B₂、C₂、D₂激励组，M₁与M₂互为质数；接收电极由第一接收极片、第二接收极片、第三接收极片与第四接收极片并排组成；设定X轴正方向为测量方向，动尺的运动方向为X轴方向，平行于定尺的基体表面且垂直于X轴的方向为Y轴方向，垂直于定尺的基体表面的方向为Z轴方向。

所述定尺有N个，N个定尺沿X轴正方向首尾依次拼接，形成定尺组，定尺组的各个A₁激励组相连、各个B₁激励组相连、各个C₁激励组相连、各个D₁激励组相连、各个A₂激励组相连、各个B₂激励组相连、各个C₂激励组相连、各个D₂激励组相连。

所述动尺的基体下表面沿X轴正方向设有间距为D_os的传感单元Ⅰ和传感单元Ⅱ，间距D_os大于相邻两个定尺之间的拼接缝沿X轴方向的宽度D_is；传感单元Ⅰ由沿Y轴正方向间隔排列的感应电极Ⅰ、反射电极Ⅰ和感应电极Ⅱ组成，反射电极Ⅰ由第一反射极片与第二反射极片并排组成；传感单元Ⅱ由沿Y轴正方向间隔排列的感应电极Ⅲ、反射电极Ⅱ和感应电极Ⅳ组成，反射电极Ⅱ由第三反射极片与第四反射极片并排组成；在Z轴方向，感应电极Ⅰ、感应电极Ⅲ与激励电极Ⅰ正对，感应电极Ⅱ、感应电极Ⅳ与激励电极Ⅱ正对，第一反射极片与第一接收极片正对，第二反射极片与第二接收极片正对，第三反射极片与第三接收极片正对，第四反射极片与第四接收极片正对。感应电极Ⅰ、感应电极Ⅲ都由2M₃个大小相同、极距为2W₁的感应极片Ⅰ沿X轴正方向等间距排列组成；感应电极Ⅱ、感应电极Ⅳ都由2M₄个大小相同、极距为2W₂的感应极片Ⅱ沿X轴正方向等间距排列组成。感应电极Ⅰ中的第2n₃+1个感应极片Ⅰ连接组成A₁感应组、第2n₃+2个感应极片Ⅰ连接组成B₁感应组；感应电极Ⅲ中的第2n₃+1个感应极片Ⅰ连接组成A₃感应组、第2n₃+2个感应极片Ⅰ连接组成B₃感应组，n₃依次取0至M₃-1的所有整数。感应电极Ⅱ中的第2n₄+1个感应极片Ⅱ连接组成A₂感应组、第2n₄+2个感应极片Ⅱ连接组成B₂感应组；感应电极Ⅳ中的第2n₄+1个感应极片Ⅱ连接组成A₄感应组、第2n₄+2个感应极片Ⅱ连接组成B₄感应组，n₄依次取0至M₄-1的所有整数。A₁、A₂感应组与第二反射极片相连，B₁、B₂感应组与第一反射极片相连，A₃、A₄感应组与第四反射极片相连，B₃、B₄感应组与第三反射极片相连。

测量时，N个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片分别与时栅信号处理电路的4N个信号输入端连接，动尺沿X轴相对定尺组移动，先对A₁、B₁、C₁、D₁激励组施加相位依次相差90°的四路同频等幅正弦激励信号，此时激励电极Ⅱ不工作，然后再将四路同频等幅正弦激励信号切换到A₂、B₂、C₂、D₂激励组，此时激励电极Ⅰ不工作，两次激励过程中各个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片输出的行波信号经时栅信号处理电路综合处理后，得到动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa。

优选的，所述第一、第二、第三、第四接收极片都呈矩形，第一接收极片的尺寸、第二接收极片的尺寸、第三接收极片的尺寸和第四接收极片的尺寸都相同，第一、第二、第三、第四接收极片沿X轴方向的长度与激励电极Ⅱ沿X轴方向的长度、激励电极Ⅰ沿X轴方向的长度相等，且等于L。所述第一、第二、第三、第四反射极片都呈矩形，第一反射极片的尺寸、第二反射极片的尺寸、第三反射极片的尺寸和第四反射极片的尺寸都相同，第一、第二、第三、第四反射极片沿X轴方向的长度为S，S等于2W₁*2M₃与2W₂*2M₄中的较大值。

优选的，所感应极片Ⅰ的形状、感应极片Ⅱ的形状都为双正弦形或者斜余弦形或者方形或者菱形。

优选的，所述时栅信号处理电路的综合处理方式为：先根据各个信号输入端是否有行波信号输入来判断动尺所处的定尺号数，再判断传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ所处的位置，然后根据该位置选择能用于计算的行波信号，最后利用该行波信号计算动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa。

优选的，根据传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ所处的位置，选择能用于计算的行波信号的具体方式为：

如果传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i号定尺上方，则：利用激励电极Ⅰ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa；或者利用激励电极Ⅰ工作时i号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{i_13}、第四接收极片输出的行波信号U_{i_14}和激励电极Ⅱ工作时i号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{i_23}、第四接收极片输出的行波信号U_{i_24}计算S_pa。

如果传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i+1号定尺上方，则利用激励电极Ⅰ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa。

如果传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方，则：利用激励电极Ⅰ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa；或者利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa。

如果传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i+1号定尺上方，则利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa。

如果传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i+1号定尺上方，则：利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_11}、第二接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_12}和激励电极Ⅱ工作时i+1号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_21}、第二接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_22}计算S_pa；或者利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa。

其中，i为整数，1≤i≤N-1。

优选的，利用激励电极Ⅰ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ工作时i号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片输出的行波信号U_{i_22}，计算动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{i_11}与行波信号U_{i_12}作差得差动行波信号U_{i_1}，将行波信号U_{i_21}与行波信号U_{i_22}作差得差动行波信号U_{i_2}；将差动行波信号U_{i_1}或者差动行波信号U_{i_2}进行处理，得到传感单元Ⅰ在i号定尺上的精测直线位移值S_{i_1_2}；将差动行波信号U_{i_1}与差动行波信号U_{i_2}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅰ在i号定尺上的粗测对极定位值S_{i_12}；将精测直线位移值S_{i_1_2}与粗测对极定位值S_{i_12}相结合，得到传感单元Ⅰ在i号定尺上的绝对直线位移值S_{i_Ⅰ}；然后利用公式：S_pa＝(i-1)*(L+D_is)+S_{i_Ⅰ}，计算得到S_pa。

优选的，利用激励电极Ⅰ工作时i号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{i_13}、第四接收极片输出的行波信号U_{i_14}和激励电极Ⅱ工作时i号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{i_23}、第四接收极片输出的行波信号U_{i_24}，计算动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{i_13}与行波信号U_{i_14}作差得差动行波信号U_{i_3}，将行波信号U_{i_23}与行波信号U_{i_24}作差得差动行波信号U_{i_4}；将差动行波信号U_{i_3}或者差动行波信号U_{i_4}进行处理，得到传感单元Ⅱ在i号定尺上的精测直线位移值S_{i_3_4}；将差动行波信号U_{i_3}与差动行波信号U_{i_4}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅱ在i号定尺上的粗测对极定位值S_{i_34}；将精测直线位移值S_{i_3_4}与粗测对极定位值S_{i_34}相结合，得到传感单元Ⅱ在i号定尺上的绝对直线位移值S_{i_Ⅱ}；然后利用公式：S_pa＝(i-1)*(L+D_is)+S_{i_Ⅱ}-D_os-S，计算得到S_pa。

优选的，利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_11}、第二接收极片输出的行波信号U_{(i+10_12}和激励电极Ⅱ工作时i+1号定尺中的第一接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_21}、第二接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_22}，计算动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{(i+1)_11}与行波信号U_{(i+1)_12}作差得差动行波信号U_{(i+1)_1}，将行波信号U_{(i+1)_21}与行波信号U_{(i+1)_22}作差得差动行波信号U_{(i+1)_2}；将差动行波信号U_{(i+1)_1}或者差动行波信号U_{(i+1)_2}进行处理，得到传感单元Ⅰ在i+1号定尺上的精测直线位移值S_{(i+1)_1_2}；将差动行波信号U_{(i+1)_1}与差动行波信号U_{(i+1)_2}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅰ在i+1号定尺上的粗测对极定位值S_{(i+1)_12}；将精测直线位移值S_{(i+1)_1_2}与粗测对极定位值S_{(i+1)_12}相结合，得到传感单元Ⅰ在i+1号定尺上的绝对直线位移值S_{(i+1)_Ⅰ}；然后利用公式：S_pa＝i*(L+D_is)+S_{(i+1)_Ⅰ}，计算得到S_pa。

优选的，利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ工作时i+1号定尺中的第三接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片输出的行波信号U_{(i+1)_24}，计算动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{(i+1)_13}与行波信号U_{(i+1)_14}作差得差动行波信号U_{(i+1)_3}，将行波信号U_{(i+1)_23}与行波信号U_{(i+1)_24}作差得差动行波信号U_{(i+1)_4}；将差动行波信号U_{(i+1)_3}或者差动行波信号U_{(i+1)_4}进行处理，得到传感单元Ⅱ在i+1号定尺上的精测直线位移值S_{(i+1)_3_4}；将差动行波信号U_{(i+1)_3}与差动行波信号U_{(i+1)_4}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅱ在i+1号定尺上的粗测对极定位值S_{(i+1)_34}；将精测直线位移值S_{(i+1)_3_4}与粗测对极定位值S_{(i(1)_34}相结合，得到传感单元Ⅱ在i+1号定尺上的绝对直线位移值S_{(i+1)_Ⅱ}；然后利用公式：S_pa＝i*(L+D_is)+S_{(i+1)_Ⅱ}-D_os-S，计算得到S_pa。

优选的，所述时栅信号处理电路根据各个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片输出的行波信号，来判定传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ所处的位置，具体为：

若i号定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i号定尺上方。

若i号定尺中的第一、第二接收极片输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i号定尺中的第三、第四接收极片输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第三、第四接收极片输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i+1号定尺上方。

若i号定尺中的第一、第二接收极片输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第三、第四接收极片输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方。

若i+1号定尺中的第三、第四接收极片输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i号定尺中的第一、第二接收极片输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第一、第二接收极片输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i+1号定尺上方。

若i+1号定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i+1号定尺上方。

本发明具有如下效果：

(1)通过定尺的基体上的激励电极Ⅰ、激励电极Ⅱ的对极互为质数的方式，实现了单段定尺内传感器的绝对直线位移测量。

(2)通过使用第一、第二、第三、第四反射极片和第一、第二、第三、第四接收极片，实现了激励信号和感应信号均在定尺侧进行处理，同时实现了动尺的无源设计，其应用范围更广。

(3)感应电极Ⅰ、感应电极Ⅱ、反射电极Ⅰ、反射电极Ⅱ和接收电极Ⅰ、接收电极Ⅱ均采用差动结构，抑制了共模干扰，能提高信噪比，从而提高了信号质量，由此带来传感器的信号稳定性和抗干扰能力得到极大地提升，环境适应能力更强，工业适应性更强。

(4)采用分时工作的方式进行绝对测量，消除了实时工作时激励电极Ⅰ、激励电极Ⅱ之间的相互干扰，测量精度更高，信号精度损失小，更容易实现绝对定位。

(5)将N个定尺拼接成定尺组，在动尺的基体上设计两个独立且间隔D_os的传感单元Ⅰ和传感单元Ⅱ，并配合时栅信号处理电路，测量动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa，从而实现了测量范围达到几米甚至几十米的超大量程绝对直线位移测量，能打破传统的栅尺制造工艺对提升量程的限制，并且应用场景灵活。

附图说明

图1为实施例中动尺与定尺组的对应关系示意图。

图2为实施例中定尺的俯视图。

图3为实施例中动尺的仰视图。

图4为实施例中传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ在定尺上的投影关系示意图。

图5为实施例中的信号处理原理框图。

具体实施方式

如图1至图5所示的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，包括N个定尺1和一个动尺2，动尺2的基体下表面与定尺1的基体上表面正对平行安装，并留有0.5mm间隙。设定X轴正方向为测量方向，动尺2的运动方向为X轴方向，平行于定尺1的基体表面且垂直于X轴的方向为Y轴方向，垂直于定尺1的基体表面的方向为Z轴方向。

如图1、图2、图4所示，定尺1的基体上表面沿Y轴正方向依次间隔设有激励电极Ⅰ11、接收电极和激励电极Ⅱ12。

激励电极Ⅰ11由236个(即M₁＝59)大小相同、极距为W₁＝2.034mm的矩形极片Ⅰ沿X轴正方向等间距(间距为1.017mm)排列组成，矩形极片Ⅰ沿Y轴方向的长度为10mm，矩形极片Ⅰ沿X轴方向的宽度为1.017mm，每相邻的四个矩形极片Ⅰ组成一个对极，总共有59个对极，对极宽度为8.136mm。其中，第4n₁+1(即第1、5、...、233)个矩形极片Ⅰ通过中间层第一根金属引线连成一组，组成A₁激励组，第4n₁+2(即第2、6、...、234)个矩形极片Ⅰ通过中间层第二根金属引线连成一组，组成B₁激励组，第4n₁+3(即第3、7、...、235)个矩形极片Ⅰ通过中间层第三根金属引线连成一组，组成C₁激励组，第4n₁+4个(即第4、8、...、236)个矩形极片Ⅰ通过中间层第四根金属引线连成一组，组成D₁激励组，n₁依次取0至58的所有整数。

激励电极Ⅱ12由240个(即M₂＝60)大小相同、极距为W₂＝2mm的矩形极片Ⅱ沿X轴正方向等间距(间距为1mm)排列组成，矩形极片Ⅱ沿Y轴方向的长度为10mm，矩形极片Ⅱ沿X轴方向的宽度为1mm，每相邻的四个矩形极片Ⅱ组成一个对极，总共有60个对极，对极宽度为8mm。其中，第4n₂+1(即第1、5、...、237)个矩形极片Ⅱ通过中间层第五根金属引线连成一组，组成A₂激励组，第4n₂+2(即第2、6、...、238)个矩形极片Ⅱ通过中间层第六根金属引线连成一组，组成B₂激励组，第4n₂+3(即第3、7、...、239)个矩形极片Ⅱ通过中间层第七根金属引线连成一组，组成C₂激励组，第4n₂+4(即第4、8、...、240)个矩形极片Ⅱ通过中间层第八根金属引线连成一组，组成D₂激励组，n₂依次取0至59的所有整数。

接收电极由第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16沿Y轴方向依次间隔并排组成，第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16都呈矩形，第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16沿Y轴方向的宽度为4.5mm，第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16沿X轴方向的长度都为L＝480mm。第一接收极片13沿X轴正方向的起始位置、第二接收极片14沿X轴正方向的起始位置、第三接收极片15沿X轴正方向的起始位置、第四接收极片16沿X轴正方向的起始位置、激励电极Ⅰ11沿X轴正方向的起始位置、激励电极Ⅱ12沿X轴正方向的起始位置在Y轴方向上对齐。

N个定尺1沿X轴正方向首尾依次拼接，形成定尺组，各个定尺的基体头部、尾部的底层为供激励输入的焊盘，该焊盘也作为相邻两个定尺中一个定尺的尾部与另一个定尺的头部的连接部位，从而实现定尺组的各个A₁激励组相连、各个B₁激励组相连、各个C₁激励组相连、各个D₁激励组相连、各个A₂激励组相连、各个B₂激励组相连、各个C₂激励组相连、各个D₂激励组相连，构造沿X轴方向的交变电场。

如图1、图3、图4所示，动尺2的基体下表面沿X轴正方向设有间距为D_os的传感单元Ⅰ和传感单元Ⅱ，间距D_os比相邻两个定尺之间的拼接缝沿X轴方向的宽度D_is大6mm(即D_os＝D_is+6)。

传感单元Ⅰ由沿Y轴正方向依次间隔排列的感应电极Ⅰ21、反射电极Ⅰ和感应电极Ⅱ22组成，反射电极Ⅰ由第一反射极片23与第二反射极片24并排组成。感应电极Ⅰ21由4个(即M₃＝2)大小相同、极距为2W₁＝4.068mm的感应极片Ⅰ沿X轴正方向等间距(间距为2.034mm)排列组成。感应极片Ⅰ为双正弦形极片Ⅰ，双正弦形极片Ⅰ的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形Ⅰ。感应极片Ⅰ沿Y轴方向的长度为10mm，感应极片Ⅰ沿X轴方向的宽度为2.034mm。感应电极Ⅰ21中的第2n₃+1(即第1、3)个感应极片Ⅰ连接组成A₁感应组，感应电极Ⅰ21中的第2n₃+2(即第2、4)个感应极片Ⅰ连接组成B₁感应组，n₃依次取0、1。感应电极Ⅱ22由4个(即M₄＝2)大小相同、极距为2W₂＝4mm的感应极片Ⅱ沿X轴正方向等间距(间距为2mm)排列组成。感应极片Ⅱ为双正弦形极片Ⅱ，双正弦形极片Ⅱ的形状为两条幅值相等、相位相差180°的正弦曲线在[0,π]区间围成的封闭轴对称图形Ⅱ。感应极片Ⅱ沿Y轴方向的长度为10mm，感应极片Ⅱ沿X轴方向的宽度为2mm。感应电极Ⅱ22中的第2n₄+1(即第1、3)个感应极片Ⅱ连接组成A₂感应组，感应电极Ⅱ22中的第2n₄+2(即第2、4)个感应极片Ⅱ连接组成B₂感应组，n₄依次取0、1。A₁感应组、A₂感应组通过引线与第二反射极片24相连，B₁感应组、B₂感应组通过引线与第一反射极片23相连。第一反射极片23、第二反射极片24都呈矩形，第一反射极片23、第二反射极片24沿Y轴方向的宽度为4.5mm，第一反射极片23、第二反射极片24沿X轴方向的长度S＝16.272mm。

传感单元Ⅱ由沿Y轴正方向依次间隔排列的感应电极Ⅲ25、反射电极Ⅱ和感应电极Ⅳ26组成，反射电极Ⅱ由第三反射极片27与第四反射极片28并排组成。感应电极Ⅲ25由4个大小相同、极距为2W₁=4.068mm的感应极片Ⅰ沿X轴正方向等间距(间距为2.034mm)排列组成。感应电极Ⅲ25中的第2n₃+1(即第1、3)个感应极片Ⅰ连接组成A₃感应组，感应电极Ⅲ25中的第2n₂+2(即第2、4)个感应极片Ⅰ连接组成B₃感应组。感应电极Ⅳ26由4个大小相同、极距为2W₂＝4mm的感应极片Ⅱ沿X轴正方向等间距(间距为2mm)排列组成。感应电极Ⅳ26中的第2n₄+1(即第1、3)个感应极片Ⅱ连接组成A₄感应组，感应电极Ⅳ26中的第2n₄+2(即第2、4)个感应极片Ⅱ连接组成B₄感应组。A₃感应组、A₄感应组通过引线与第四反射极片28相连，B₃感应组、B₄感应组通过引线与第三反射极片27相连。第三反射极片27、第四反射极片28都呈矩形，第三反射极片27、第四反射极片28沿Y轴方向的宽度为4.5mm，第三反射极片27、第四反射极片28沿X轴方向的长度S＝16.272mm。

在Z轴方向，感应电极Ⅰ21、感应电极Ⅲ25与激励电极Ⅰ11正对，感应电极Ⅱ22、感应电极Ⅳ26与激励电极Ⅱ12正对，第一反射极片23与第一接收极片13正对，第二反射极片24与第二接收极片14正对，第三反射极片27与第三接收极片15正对，第四反射极片28与第四接收极片16正对。

N个定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16分别与时栅信号处理电路的4N个信号输入端连接(即一个接收极片对应一个信号输入端，总共的4N个接收极片与4N个信号输入端一一对应连接)。动尺2沿X轴相对定尺组移动，测量时，先对A₁激励组、B₁激励组、C₁激励组、D₁激励组施加相位依次相差90°的四路同频等幅正弦激励信号，此时激励电极Ⅱ12不工作，时栅信号处理电路将各个信号输入端输入的行波信号保存下来，然后在1ms内将四路同频等幅正弦激励信号切换到A₂激励组、B₂激励组、C₂激励组、D₂激励组，此时激励电极Ⅰ11不工作，将两次激励过程中各个定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号经时栅信号处理电路综合处理后，得到动尺相对定尺组的绝对直线位移值S_pa。

设定沿X轴正方向，i号定尺的尾部与i+1号定尺的头部相连(即i号定尺的尾部与i+1号定尺的头部拼接在一起)。其中，i为整数，1≤i≤N-1。

如图5所示，时栅信号处理电路的综合处理方式为：先根据各个信号输入端是否有行波信号输入来判断动尺所处的定尺号数，再判断传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ所处的位置，然后根据该位置选择能用于计算的行波信号，最后利用该行波信号计算动尺2相对定尺组的绝对直线位移值S_pa。

如果动尺位于某号定尺或者某相邻两号定尺上方，则该号定尺或者该相邻两号定尺上的各接收极片会产生行波信号，并通过对应的信号输入端输入时栅信号处理电路，时栅信号处理电路就根据各个信号输入端是否有行波信号输入来判断动尺所处的定尺号数。

时栅信号处理电路根据各个定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号(包括激励电极Ⅰ工作、激励电极Ⅱ12不工作和激励电极Ⅰ不工作、激励电极Ⅱ12工作两种情况)，来判定传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ所处的位置，具体为：

若i号定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i号定尺上方，此时编码A，可判定动尺所处定尺组空间位置为“前全后零”。

若i号定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i号定尺中的第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i号定尺上方(包含传感单元Ⅱ部分位于i号定尺上方和传感单元Ⅱ一点儿都不位于i号定尺上方两种情况)，且传感单元Ⅱ非完全位于i+1号定尺上方(包含传感单元Ⅱ部分位于i+1号定尺上方和传感单元Ⅱ一点儿都不位于i+1号定尺上方两种情况)，此时编码B，可判定动尺所处定尺组空间位置为“前全后半”。

若i号定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方。此时编码C，可判定动尺所处定尺组空间位置为“前半后半”。

若i+1号定尺中的第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i号定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i号定尺上方(包含传感单元Ⅰ部分位于i号定尺上方和传感单元Ⅰ一点儿都不位于i号定尺上方两种情况)，且传感单元Ⅰ非完全位于i+1号定尺上方(包含传感单元Ⅰ部分位于i+1号定尺上方和传感单元Ⅰ一点儿都不位于i+1号定尺上方两种情况)，此时编码D，可判定动尺所处定尺组空间位置为“前半后全”。

若i+1号定尺中的第一接收极片13、第二接收极片14、第三接收极片15、第四接收极片16输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i+1号定尺上方，此时编码E，可判定动尺所处定尺组空间位置为“前零后全”。

时栅信号处理电路根据传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ所处的位置，选择能用于计算的行波信号的具体方式为：

如果传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i号定尺上方(即编码为A时)，则利用激励电极Ⅰ11工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ12工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa。此种情况下，也可以利用激励电极Ⅰ11工作时i号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{i_13}、第四接收极片16输出的行波信号U_{i_14}和激励电极Ⅱ12工作时i号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{i_23}、第四接收极片16输出的行波信号U_{i_24}计算S_pa。

如果传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ非完全位于i+1号定尺上方(即编码为B时)，则利用激励电极Ⅰ11工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ12工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa。

如果传感单元Ⅰ完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方(即编码为C时)，则利用激励电极Ⅰ11工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ12工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa。此种情况下，也可以利用激励电极Ⅰ11工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+i)_13}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ12工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa。

如果传感单元Ⅱ完全位于i+1号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i号定尺上方，且传感单元Ⅰ非完全位于i+1号定尺上方(即编码为D时)，则利用激励电极Ⅰ11工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ12工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa。

如果传感单元Ⅰ、传感单元Ⅱ都完全位于i+1号定尺上方(即编码为E时)，则利用激励电极Ⅰ11工作时i+1号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{(i+1)_11}、第二接收极片14输出的行波信号U_{(i+1)_12}和激励电极Ⅱ12工作时i+1号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{(i+1)_21}、第二接收极片14输出的行波信号U_{(i+1)_22}计算S_pa。此种情况下，也可以利用激励电极Ⅰ工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ12工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa。

利用激励电极Ⅰ11工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_12}和激励电极Ⅱ12工作时i号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片14输出的行波信号U_{i_22}，计算动尺2相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{i_11}与行波信号U_{i_12}作差得差动行波信号U_{i_1}，将行波信号U_{i_21}与行波信号U_{i_22}作差得差动行波信号U_{i_2}；将差动行波信号U_{i_2}进行处理，得到传感单元Ⅰ在i号定尺上的精测直线位移值S_{i_1_2}；将差动行波信号U_{i_1}与差动行波信号U_{i_2}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅰ在i号定尺上的粗测对极定位值S_{i_12}；将精测直线位移值S_{i_1_2}与粗测对极定位值S_{i_12}相结合，得到传感单元Ⅰ在i号定尺上的绝对直线位移值S_{i_Ⅰ}；然后利用公式：S_pa＝(i-1)*(L+D_is)+S_{i_Ⅰ}，计算得到S_pa。

利用激励电极Ⅰ11工作时i号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{i_13}、第四接收极片16输出的行波信号U_{i_14}和激励电极Ⅱ12工作时i号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{i_23}、第四接收极片16输出的行波信号U_{i_24}，计算动尺2相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{i_13}与行波信号U_{i_14}作差得差动行波信号U_{i_3}，将行波信号U_{i_23}与行波信号U_{i_24}作差得差动行波信号U_{i_4}；将差动行波信号U_{i_4}进行处理，得到传感单元Ⅱ在i号定尺上的精测直线位移值S_{i_3_4}；将差动行波信号U_{i_3}与差动行波信号U_{i_4}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅱ在i号定尺上的粗测对极定位值S_{i_34}；将精测直线位移值S_{i_3_4}与粗测对极定位值S_{i_34}相结合，得到传感单元Ⅱ在i号定尺上的绝对直线位移值S_{i_Ⅱ}；然后利用公式：S_pa＝(i-1)*(L+D_is)+S_{i_Ⅱ}-D_os-S，计算得到S_pa。

利用激励电极Ⅰ11工作时i+1号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{(i+1)_11}、第二接收极片14输出的行波信号U_{(i+1)_12}和激励电极Ⅱ12工作时i+1号定尺中的第一接收极片13输出的行波信号U_{(i+1)_21}、第二接收极片14输出的行波信号U_{(i+1)_22}，计算动尺2相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{(i+1)_11}与行波信号U_{(i+1)_12}作差得差动行波信号U_{(i+1)_1}，将行波信号U_{(i+1)_21}与行波信号U_{(i+1)_22}作差得差动行波信号U_{(i+1)_2}；将差动行波信号U_{(i+1)_2}进行处理，得到传感单元Ⅰ在i+1号定尺上的精测直线位移值S_{(i+1)_1_2}；将差动行波信号U_{(i+1)_1}与差动行波信号U_{(i+1)_2}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅰ在i+1号定尺上的粗测对极定位值S_{(i+1)_12}；将精测直线位移值S_{(i+1)_1_2}与粗测对极定位值S_{(i+1)_12}相结合，得到传感单元Ⅰ在i+1号定尺上的绝对直线位移值S_{(i+1)_Ⅰ}；然后利用公式：S_pa＝i*(L+D_is)+S_{(i+1)_Ⅰ}，计算得到S_pa。

利用激励电极Ⅰ11工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片16输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极Ⅱ12工作时i+1号定尺中的第三接收极片15输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片16输出的行波信号U_{9i+1)_24}，计算动尺2相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{(i+1)_13}与行波信号U_{(i+1)_14}作差得差动行波信号U_{(i+1)_3}，将行波信号U_{(i+1)_23}与行波信号U_{(i+1)_24}作差得差动行波信号U_{(i+1)_4}；将差动行波信号U_{(i+1)_4}进行处理，得到传感单元Ⅱ在i+1号定尺上的精测直线位移值S_{(i+1)_3_4}；将差动行波信号U_{(i+1)_3}与差动行波信号U_{(i+1)_4}比相后的相位差进行处理，得到传感单元Ⅱ在i+1号定尺上的粗测对极定位值S_{(i+1)_34}；将精测直线位移值S_{(i+1)_3_4}与粗测对极定位值S_{(i+1)_34}相结合，得到传感单元Ⅱ在i+1号定尺上的绝对直线位移值S_{(i+1)_Ⅱ}；然后利用公式：S_pa＝i*(L+D_is)+S_{(i+1)_Ⅱ}-D_os-S，计算得到S_pa。

本实施例通过将N个定尺首尾依次拼接形成定尺组，从而将原本单个定尺长度为480mm的量程，扩大为N*480mm，从而实现了超大量程的绝对直线位移测量。

Claims (8)

1.一种分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，包括定尺(1)和动尺(2)，动尺的基体下表面与定尺的基体上表面正对平行安装，并留有间隙；定尺(1)的基体上表面沿Y轴正方向间隔设有激励电极I(11)、接收电极和激励电极II(12)；激励电极I(11)由4M₁个大小相同、极距为W₁的矩形极片I沿X轴正方向等间距排列组成，激励电极I(11)具有A₁、B₁、C₁、D₁激励组；激励电极II(12)由4M₂个大小相同、极距为W₂的矩形极片II沿X轴正方向等间距排列组成，激励电极II(12)具有A₂、B₂、C₂、D₂激励组，M₁与M₂互为质数；接收电极由第一接收极片(13)、第二接收极片(14)、第三接收极片(15)与第四接收极片(16)并排组成；设定X轴正方向为测量方向，其特征是：

所述定尺(1)有N个，N个定尺(1)沿X轴正方向首尾依次拼接，形成定尺组，定尺组的各个A₁激励组相连、各个B₁激励组相连、各个C₁激励组相连、各个D₁激励组相连、各个A₂激励组相连、各个B₂激励组相连、各个C₂激励组相连、各个D₂激励组相连；

所述动尺(2)的基体下表面沿X轴正方向设有间距为D_os的传感单元I和传感单元II，间距D_os大于相邻两个定尺之间的拼接缝沿X轴方向的宽度D_is；传感单元I由沿Y轴正方向间隔排列的感应电极I(21)、反射电极I和感应电极II(22)组成，反射电极I由第一反射极片(23)与第二反射极片(24)并排组成；传感单元II由沿Y轴正方向间隔排列的感应电极III(25)、反射电极II和感应电极Ⅳ(26)组成，反射电极II由第三反射极片(27)与第四反射极片(28)并排组成；在Z轴方向，感应电极I(21)、感应电极III(25)与激励电极I(11)正对，感应电极II(22)、感应电极Ⅳ(26)与激励电极II(12)正对，第一反射极片(23)与第一接收极片(13)正对，第二反射极片(24)与第二接收极片(14)正对，第三反射极片(27)与第三接收极片(15)正对，第四反射极片(28)与第四接收极片(16)正对；感应电极I(21)、感应电极III(25)都由2M₃个大小相同、极距为2W₁的感应极片I沿X轴正方向等间距排列组成；感应电极II(22)、感应电极Ⅳ(26)都由2M₄个大小相同、极距为2W₂的感应极片II沿X轴正方向等间距排列组成；感应电极I(21)中的第2n₃+1个感应极片I连接组成A₁感应组、第2n₃+2个感应极片I连接组成B₁感应组，感应电极III(25)中的第2n₃+1个感应极片I连接组成A₃感应组、第2n₃+2个感应极片I连接组成B₃感应组，n₃依次取0至M₃-1的所有整数；感应电极II(22)中的第2n₄+1个感应极片II连接组成A₂感应组、第2n₄+2个感应极片II连接组成B₂感应组，感应电极Ⅳ(26)中的第2n₄+1个感应极片II连接组成A₄感应组、第2n₄+2个感应极片II连接组成B₄感应组，n₄依次取0至M₄-1的所有整数；A₁、A₂感应组与第二反射极片(24)相连，B₁、B₂感应组与第一反射极片(23)相连，A₃、A₄感应组与第四反射极片(28)相连，B₃、B₄感应组与第三反射极片(27)相连；

测量时，N个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)分别与时栅信号处理电路的4N个信号输入端连接，动尺(2)沿X轴相对定尺组移动，先对A₁、B₁、C₁、D₁激励组施加相位依次相差90°的四路同频等幅正弦激励信号，此时激励电极II(12)不工作，然后再将四路同频等幅正弦激励信号切换到A₂、B₂、C₂、D₂激励组，此时激励电极I(11)不工作，两次激励过程中各个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)输出的行波信号经时栅信号处理电路综合处理后，得到动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值S_pa。

2.根据权利要求1所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：

所述第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)都呈矩形，第一接收极片(13)的尺寸、第二接收极片(14)的尺寸、第三接收极片(15)的尺寸和第四接收极片(16)的尺寸都相同，第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)沿X轴方向的长度与激励电极II(12)沿X轴方向的长度、激励电极I(11)沿X轴方向的长度相等，且等于L；

所述第一、第二、第三、第四反射极片(23、24、27、28)都呈矩形，第一反射极片(23)的尺寸、第二反射极片(24)的尺寸、第三反射极片(27)的尺寸和第四反射极片(28)的尺寸都相同，第一、第二、第三、第四反射极片(23、24、27、28)沿X轴方向的长度为S，S等于2W₁*2M₃与2W₂*2M₄中的较大值。

3.根据权利要求2所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：所述感应极片I的形状、感应极片II的形状都为双正弦形或者斜余弦形或者方形或者菱形。

4.根据权利要求3所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：所述时栅信号处理电路的综合处理方式为：

先根据各个信号输入端是否有行波信号输入来判断动尺所处的定尺号数，再判断传感单元I、传感单元II所处的位置，然后根据该位置选择能用于计算的行波信号，最后利用该行波信号计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值S_pa。

5.根据权利要求4所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：根据传感单元I、传感单元II所处的位置，选择能用于计算的行波信号的具体方式为：

如果传感单元I、传感单元II都完全位于i号定尺上方，则：利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_12}和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa；或者利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{i_13}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{i_14}和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{i_23}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{i_24}计算S_pa；

如果传感单元I完全位于i号定尺上方，且传感单元II非完全位于i号定尺上方，且传感单元II非完全位于i+1号定尺上方，则利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_12}和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa；

如果传感单元I完全位于i号定尺上方，且传感单元II完全位于i+1号定尺上方，则：利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_12}和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_22}计算S_pa；或者利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa；

如果传感单元II完全位于i+1号定尺上方，且传感单元I非完全位于i号定尺上方，且传感单元I非完全位于i+1号定尺上方，则利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa；

如果传感单元I、传感单元II都完全位于i+1号定尺上方，则：利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{(i+1)_11}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{(i+1)_12}和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{(i+1)_21}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{(i+1)_22}计算S_pa；或者利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_24}计算S_pa；

其中，i为整数，1≤i≤N-1。

6.根据权利要求5所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：

利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_11}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_12}和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{i_21}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{i_22}，计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{i_11}与行波信号U_{i_12}作差得差动行波信号U_{i_1}，将行波信号U_{i_21}与行波信号U_{i_22}作差得差动行波信号U_{i_2}；将差动行波信号U_{i_l}或者差动行波信号U_{i_2}进行处理，得到传感单元I在i号定尺上的精测直线位移值S_{i_1_2}；将差动行波信号U_{i_1}与差动行波信号U_{i_2}比相后的相位差进行处理，得到传感单元I在i号定尺上的粗测对极定位值S_{i_12}；将精测直线位移值S_{i_1_2}与粗测对极定位值S_{i_12}相结合，得到传感单元I在i号定尺上的绝对直线位移值S_{i_I}；然后利用公式：S_pa＝(i-1)*(L+D_is)+S_{i_I}，计算得到S_pa；

利用激励电极I(11)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{i_13}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{i_14}和激励电极II(12)工作时i号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{i_23}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{i_24}，计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{i_13}与行波信号U_{i_14}作差得差动行波信号U_{i_3}，将行波信号U_{i_23}与行波信号U_{i_24}作差得差动行波信号U_{i_4}；将差动行波信号U_{i_3}或者差动行波信号U_{i_4}进行处理，得到传感单元II在i号定尺上的精测直线位移值S_{i_3_4}；将差动行波信号U_{i_3}与差动行波信号U_{i_4}比相后的相位差进行处理，得到传感单元II在i号定尺上的粗测对极定位值S_{i_34}；将精测直线位移值S_{i_3_4}与粗测对极定位值S_{i_34}相结合，得到传感单元II在i号定尺上的绝对直线位移值S_{i_II}；然后利用公式：S_pa＝(i-1)*(L+D_is)+S_{i_II}-D_os-S，计算得到S_pa。

7.根据权利要求6所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：

利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{(i+1)_11}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{(i+1)_12}和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第一接收极片(13)输出的行波信号U_{(i+1)_21}、第二接收极片(14)输出的行波信号U_{(i+1)_22}，计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{(i+1)_11}与行波信号U_{(i+1)_12}作差得差动行波信号U_{(i+1)_1}，将行波信号U_{(i+1)_21}与行波信号U_{(i+1)_22}作差得差动行波信号U_{(i+1)_2}；将差动行波信号U_{(i+1)_1}或者差动行波信号U_(i+1)-2进行处理，得到传感单元I在i+1号定尺上的精测直线位移值S_{(i+1)_1_2}；将差动行波信号U_{(i+1)_1}与差动行波信号U_{(i+1)_2}比相后的相位差进行处理，得到传感单元I在i+1号定尺上的粗测对极定位值S_{(i+1)_12}；将精测直线位移值S_{(i+1)_1_2}与粗测对极定位值S_{(i+1)_12}相结合，得到传感单元I在i+1号定尺上的绝对直线位移值S_{(i+1)_I}；然后利用公式：S_pa＝i*(L+D_is)+S_{(i+1)_I}，计算得到S_pa；

利用激励电极I(11)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_13}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_14}和激励电极II(12)工作时i+1号定尺中的第三接收极片(15)输出的行波信号U_{(i+1)_23}、第四接收极片(16)输出的行波信号U_{(i+1)_24}，计算动尺(2)相对定尺组的绝对直线位移值S_pa的具体方式为：将行波信号U_{(i+1)_13}与行波信号U_{(i+1)_14}作差得差动行波信号U_{(i+1)_3}，将行波信号U_{(i+1)_23}与行波信号U_{(i+1)_24}作差得差动行波信号U_{(i+1)_4}；将差动行波信号U_{(i+1)_3}或者差动行波信号U_{(i+1)_4}进行处理，得到传感单元II在i+1号定尺上的精测直线位移值S_{(i+1)_3_4}；将差动行波信号U_{(i+1)_3}与差动行波信号U_{(i+1)_4}比相后的相位差进行处理，得到传感单元II在i+1号定尺上的粗测对极定位值S_{(i+1)_34}；将精测直线位移值S_{(i+1)_3_4}与粗测对极定位值S_{(i+1)_34}相结合，得到传感单元II在i+1号定尺上的绝对直线位移值S_{(i+1)_II}；然后利用公式：S_pa＝i*(L+D_is)+S_{(i+1)_II}-D_os-S，计算得到S_pa。

8.根据权利要求4至7任一项所述的分时复用型拼接式绝对直线位移传感器，其特征是：

所述时栅信号处理电路根据各个定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)输出的行波信号，来判定传感单元I、传感单元II所处的位置，具体为：

若i号定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元I、传感单元II都完全位于i号定尺上方；

若i号定尺中的第一、第二接收极片(13、14)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i号定尺中的第三、第四接收极片(15、16)输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第三、第四接收极片(15、16)输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元I完全位于i号定尺上方，且传感单元II非完全位于i号定尺上方，且传感单元II非完全位于i+1号定尺上方；

若i号定尺中的第一、第二接收极片(13、14)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第三、第四接收极片(15、16)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元I完全位于i号定尺上方，且传感单元II完全位于i+1号定尺上方；

若i+1号定尺中的第三、第四接收极片(15、16)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，且i号定尺中的第一、第二接收极片(13、14)输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，且i+1号定尺中的第一、第二接收极片(13、14)输出的行波信号的幅值都未在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元II完全位于i+1号定尺上方，且传感单元I非完全位于i号定尺上方，且传感单元I非完全位于i+1号定尺上方；

若i+1号定尺中的第一、第二、第三、第四接收极片(13、14、15、16)输出的行波信号的幅值都在预设的电压阈值范围内，则判定传感单元I、传感单元II都完全位于i+1号定尺上方。