CN2535769Y - 一种数字式直线位移传感器 - Google Patents

Abstract

一种数字式直线位移传感器，由定尺、定尺绕组、滑尺、滑尺绕组组成，定尺尺体为柱体形，滑尺尺体为与定尺柱体对应的套筒形，定尺绕组和滑尺绕组分别采取弓形连续绕组和弓形双相分段绕组结构或采用双螺旋连续绕组结构和单螺旋双相分段绕组结构，定尺采用简支梁方式安装，本实用新型输出信号强，磁屏蔽作用好，系统抗干扰、抗环境污染能力强，结构紧凑，易于制造，测量精度不受安装误差的影响。

Description

一种数字式直线位移传感器

本实用新型属于传感器技术领域，为数字化传感器，特别是直线式感应同步器。

现有的直线式感应同步器由定尺、定尺绕组、滑尺、滑尺绕组构成。定、滑尺均为平面(板)形，面对面布置，中间留有一定的间隙，定、滑尺相对的尺体表面上布置有平面型定尺绕组和滑尺绕组。定尺绕组是连续式的，而滑尺绕组是分段式的(分为正弦绕组与余弦绕组二部分)。当定尺的连续绕组用正弦电压激励时，将产生同频率的交变磁通，它与滑尺上的分段绕组耦合，在滑尺绕组上感应出同频率的感应电动势。感应电动势的幅值除与激励频率、耦合长度、激励电流和两绕组间的间隙等有关外，还与定、滑尺在传感器长度方向相对位置有关。两相输出在空间相位上正交，配以合适的转换电路，对一周期内任一位移都有明确的反映，可以检测出位移。亦可以滑尺激励，拾取定尺感应输出，检测效果相同。传感器绕组在长度方向上按周期性(多节距)布局，以实现增量式位移测量。

现有的直线式感应同步器具有多组敏感元件同时工作，个体的检测误差得以平均或相互抵消，即具有误差平均效应，在同等检测精度要求条件下可放宽对传感器制造精度的要求，加工方便，成本较低；可通过定尺接长的方法扩大测量范围，简便易行，实现大位移量高精度测量等优点。但是也存在以下缺陷：(1)感应同步器总体结构为平面型，难于实现机械密封，易造成敏感元件的磨损或划伤而失效；(2)感应同步器激励绕组与感应绕组是在定、滑尺相对的尺体表面中进行电磁耦合的，有效导体长度小；(3)感应同步器定、滑尺需事先加工安装面，且安装面加工精度(特别是与位移方向的平行度)要求很高，绕组有效导体间的气隙难于保证平行、均匀，存在较大的安装误差。

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，生产一种新型的数字式直线位移传感器--柱栅。

本实用新型是通过以下途径实现的：

本实用新型所述的柱栅仍由定尺、定尺绕组、滑尺、滑尺绕组组成，但定尺尺体为柱体形，定尺绕组布置在定尺柱体外表面上；滑尺尺体为与定尺柱体对应的套筒形，滑尺绕组布置在滑尺套筒内表面上；激磁绕组与感应绕组在柱体四周的表面上进行电磁耦合；滑尺尺体两端设左右端盖，与定尺柱体外表面构成“导柱—导套”方式的滑动配合副，为传感器提供导向和密封；定尺采用简支梁结构进行安装。

本实用新型所述的柱栅的定尺尺体为柱体形可以是圆形柱体、椭圆形柱体，也可以是三棱形柱体、四方形柱体、六方形柱体、八方形柱体等多边形柱体。因圆形柱体柱栅具有圆柱形外圆与内孔便于加工、密封结构容易实现，制造简单、性能容易保证、成本低等特点，所以，就以上特点而言，本实用新型以圆柱形柱栅为最佳。但是，椭圆形柱体和三棱形柱体、四方形柱体、六方形柱体、八方形柱体等多边形柱体形具有防止传感器滑尺绕定尺轴线相对转动的特点，所以，在特定的情况下，椭圆形柱体和三棱形柱体、四方形柱体、六方形柱体、八方形柱体等多边形柱体也具有其最佳的实施场合。

本实用新型的定尺绕组和滑尺绕组可以分别采取弓形连续绕组和弓形双相分段绕组结构方式，也可以分别采用双螺旋连续绕组结构和单螺旋双相分段绕组结构方式。

当定尺尺体为三棱形柱体、四方形柱体、六方形柱体、八方形柱体等多边形柱体时，定尺绕组和滑尺绕组以分别采取弓形连续绕组和弓形双相分段绕组结构方式为最佳。

当定尺尺体为圆形柱体和椭圆形柱体时，定尺绕组和滑尺绕组以分别采用双螺旋连续绕组结构和单螺旋双相分段绕组结构方式为最佳。

本实用新型提出的双螺旋连续绕组结构和单螺旋双相分段绕组结构方式，还具有以下特点：它一方面可以简化加工，同时也达到了彻底消除感应同步器绕组“端部效应”的作用，该效应是影响感应同步器测量精度的一个重要因素。而且这种定尺、滑尺绕组结构方式，可在两个绕组之间共同形成空间斜导体耦合关系，能达到减小空间谐波电动势的作用。

本实用新型的定尺尺体为三棱形柱体、四方形柱体、六方形柱体、八方形柱体等多边形柱体时，定尺绕组和滑尺绕组可采取与圆形柱体、椭圆形柱体相同的走线形式，即整体环绕柱体走线的形式。

本实用新型的定尺尺体为三棱形柱体、四方形柱体、六方形柱体、八方形柱体等多边形柱体时，还可以将定尺绕组(滑尺绕组与定尺绕组相对应)分成相应的几组，如三棱形柱体分为三组、四方形柱体分为四组、六方形柱体分为六组等等，分别布线于多边形柱体的各个面，此时，定尺绕组和滑尺绕组采取现有的弓形绕组走线结构方式。当然，也可以只选择多边形柱体的其中几个面分组布线，如三棱形柱体、四方形柱体时，只选择其中两个面分两组布线；六方形柱体时，只选择其中的四个面分四组布线。

本实用新型的定尺连续绕组和滑尺分段绕组可采用柱面印刷电路方式，也可采用切槽布线方式进行制造。

本实用新型可采取定尺柱体与滑尺筒体之间的机械密封。

柱栅传感器后续仪表(器)如数显表等，可与现有感应同步器通用，也可根据柱栅传感器的特点进行有针对性的开发，构成柱栅测量系统。

本实用新型除保持了感应同步器有误差平均效应等优点外，还具有以下突出特性：(1)定、滑尺结构及绕组布局方案独特，传感器断面面积相当时有效导体长度比感应同步器成倍增加，输出信号强；(2)可采用截面积较大的导体制作定、滑尺绕组，允许的激励电流较大，从而进一步提高了输出信号的幅值；(3)滑尺体的磁屏蔽作用好，敏感元件不易受外界电磁干扰影响，噪声小，输出信号稳定，系统抗干扰能力强。(4)滑尺有较好的结构封闭性，容易实现工作面的密封，抗环境污染能力强，寿命长：(5)定、滑尺构成自导向副，绕组间气隙由结构保证，气隙均匀稳定，传感器测量精度不受安装误差的影响。(6)定尺以简支梁方式安装，无需特别加工的安装面，结构紧凑、易于制造，便于安装等。

图1为柱栅传感器结构示意图。[1]为定尺，[2]为定尺连续绕组，[3]为滑尺，滑尺分段绕组紧贴于滑尺的内表面。

图2为圆柱形柱栅传感器外观图。[1]为定尺，[3]为滑尺。

图3为圆柱形柱栅传感器定尺双螺旋连续绕组结构示意图。

图4为圆柱形柱栅传感器滑尺单螺旋双相分段绕组结构示意图，其中，深色的部分为正弦绕组，与其相间的浅色部分为余弦绕组。

图5为正方形柱栅传感器外观结构示意图。[1]为定尺外观，[2]为滑尺外观。

图6为三种多边形柱栅传感器截面结构示意图。[1]定尺，[2]滑尺，[3]定尺绕组，[4]滑尺绕组

本实用新型将通过以下实施例作进一步地说明。

实施例1：圆柱形柱栅，定尺绕组采用圆柱体外表面切槽布线方式、双螺旋连续绕组结构制造，滑尺绕组则采用滑尺套筒圆柱体内表面切槽布线方式、单螺旋双相分段绕组结构制造。定尺采取简支梁方式安装。

实施例2：圆柱形柱栅，定尺绕组采用圆柱体外表面印刷布线方式、双螺旋双相分段绕组结构制造，滑尺绕组则采用滑尺套筒圆柱体内表面印刷布线方式、单螺旋连续绕组结构制造。定尺采取简支梁方式安装。

实施例3：椭圆柱形柱栅，定尺绕组采用椭圆柱体外表面切槽布线方式、双螺旋连续绕组结构制造，滑尺绕组则采用滑尺套筒椭圆柱体内表面切槽布线方式、单螺旋双相分段绕组结构制造。定尺采取简支梁方式安装。

椭圆形柱栅加工虽较圆柱形柱栅困难，但具有防止传感器滑尺绕定尺轴线相对转动的能力。当定尺绕组和滑尺绕组分别采用双螺旋连续绕组结构和单螺旋双相分段绕组结构绕组结构时，这种相对转动会造成虚假的轴向位移信号输出。一般情况下，因被测位移的运动机构(如机械滑台)的约束，定、滑尺的相对转动现象是不会发生的。在对于一些特殊情况下的位移测量，如液压缸的活塞运动，因活塞(杆)的自转不受约束，以柱栅进行同轴测量时便有可能出现定、滑尺的相对转动。

实施例4：正方形柱体柱栅，定尺绕组采用正方形柱体外表面切槽布线方式、双螺旋连续绕组结构制造，滑尺绕组则采用滑尺套筒正方形柱体内表面切槽布线方式、单螺旋双相分段绕组结构制造。定尺采取简支梁方式安装。与实施例2不同的是，此时的定尺双螺旋连续绕组和滑尺单螺旋双相分段绕组为紧贴正方形柱体的四个面走线(定尺双螺旋连续绕组紧贴定尺柱体外表面，滑尺单螺旋双相分段绕组紧贴滑尺柱体内表面)。

实施例5：正三角形柱体柱栅，定尺绕组分为三组，采取弓形连续绕组走线结构方式，将定尺绕组的三组绕组以柱体外表面印刷布线方式分别布于正三角形柱体柱栅定尺的三个面；滑尺绕组也相应地分为三组，采取弓形双相分段绕组走线结构方式，将滑尺绕组的三组绕组以滑尺套筒柱体内表面印刷布线方式分别布于正三角形柱体柱栅滑尺的三个内面。定尺采取简支梁方式安装。

实施例6：倒棱的正方形柱体柱栅，定尺绕组分为四组，采取弓形分段绕组走线结构方式，将定尺绕组的四组绕组以柱体外表面印刷布线方式分别布于倒棱的正方形柱体柱栅定尺的四个面；滑尺绕组也相应地分为四组，采取弓形双相连续绕组走线结构方式，将滑尺绕组的四组绕组以柱体内表面印刷布线方式分别布于倒棱的正方形柱体柱栅滑尺的四个内面。定尺采取简支梁方式安装。

实施例7：长方形柱体柱栅，定尺绕组分为两组，采取弓形连续绕组走线结构方式，将定尺绕组的两组绕组以柱体外表面印刷布线方式分别布于长方形柱体柱栅定尺的两个长方形长边的表面；滑尺绕组也相应地分为两组，采取弓形双相分段绕组走线结构方式，将滑尺绕组的两组绕组以柱体内表面印刷布线方式分别布于长方形柱体柱栅滑尺的两个长方形长边的内表面。定尺采取简支梁方式安装。

Claims (10)

1、一种数字式直线位移传感器，由定尺、定尺绕组、滑尺、滑尺绕组构成，其特征是定尺尺体为柱体，滑尺尺体为与定尺柱体对应的套筒形。

2、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺尺体为圆形柱体。

3、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺尺体为椭圆形柱体。

4、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺尺体为多边形柱体。

5、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺绕组和滑尺绕组采用柱面印刷电路方式制造。

6、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺绕组和滑尺绕组采用切槽布线方式制造。

7、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺绕组和滑尺绕组分别采取弓形连续绕组和弓形双相分段绕组结构。

8、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺绕组和滑尺绕组分别采用双螺旋连续绕组结构和单螺旋双相分段绕组结构。

9、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺采用简支梁方式安装。

10、根据权利要求1所述的传感器，其特征是定尺柱体与滑尺筒体之间进行机械密封。

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