DE112014006476B4

DE112014006476B4 - Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Zeit-auflösender Wegsensor (Time-grating-Wegsensor) mittels eines elektrischen Feldes

Info

Publication number: DE112014006476B4
Application number: DE112014006476.9T
Authority: DE
Inventors: Xiaokang Liu; Donglin Peng; Kai Peng; Fangyan Zheng
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Genertec Guoce Time Grating Technology Co Lt Cn
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: US10495488B2; JP2016538554A; WO2015139403A1; CN103822571A; DE112014006476T5; US20170003145A1; CN103822571B; JP6086518B2

Abstract

Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes, umfassend einen Messkopf-Grundkörper (1) und einen Grundkörper feststehenden Lineals (2), dadurch gekennzeichnet, dass- an dem Messkopf-Grundkörper eine Reihe von Messkopf-Elektroden (1-1) vorgesehen sind,- an dem Grundkörper feststehenden Lineals eine Reihe von Elektroden feststehenden Lineals (2-1) vorgesehen sind, wobei die 4n+1-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind (n=0, 1, 2, 3,...) und die Anregungsphase A bilden, die 4n+2-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase B bilden, die 4n+3-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase C bilden und die 4n+4-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase D bilden, wobei der Messkopf-Grundkörper und der Grundkörper feststehenden Lineals übereinander parallel zueinander angeordnet und die Messkopf-Elektroden des Messkopf-Grundkörpers den Elektroden feststehenden Lineals des feststehenden Lineals jeweils unmittelbar zugewandt angeordnet sind, wobei dazwischen ein bestimmter Zwischenraum δ zurückbleibt, um eine Koppelkapazität zu bilden,- sich der Messkopf-Grundkörper relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals bewegt, wobei die vier Anregungsphasen A, B, C, D des feststehenden Lineals jeweils mit einer Sinusanregungsspannung gleicher Amplitude und Frequenz Ua, Ub, Uc, Ud mit einer jeweils um 90° zueinander versetzten Phase verbunden sind und an den Messkopf-Elektroden ein Wanderwellensignal Uo erzeugt wird, welches zusammen mit einem Referenzsignal Ur mit einer festen Phase und derselben Frequenz nach einer Umformung durch eine Umformungsschaltung von einer Phasenvergleichsschaltung hinsichtlich ihrer Phasen verglichen wird, wobei die Phasendifferenz beider Signale mittels der Anzahl interpolierter Hochfrequenz-Taktimpulse angegeben wird, aus welcher sich nach einer Maßstabumwandlung ein linearer Verschiebungswert des Messkopf-Grundkörpers relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals ergibt, dass die Messkopf-Elektroden (1-1) eine doppelsinusförmige Form aus zwei übereinander und symmetrisch zueinander angeordneten Sinuskurven haben, wobei benachbarte Messkopf-Elektroden (1-1) jeweils über einen rechteckigen Draht miteinander verbunden sind, wobei die Messkopf-Elektroden eine geringfügig kleinere Länge als die Elektroden feststehenden Lineals und eine Breite hat, die der Summe der Breite einer Elektrode feststehenden Lineals und eines Isolationsabstandes entspricht, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Messkopf-Elektroden der Breite von drei Messkopf-Elektroden entspricht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gehört zu präzisen linearen Wegmesssensoren.
Technischer Hintergrund
Im Bereich präziser linearer Wegmessung wurde in China in den letzten Jahren ein Time-grating-Sensor entwickelt, bei dem ein Taktimpuls als Grundlage der Wegmessung eingesetzt wird. Auf dieser Grundlage wurde ferner ein auf einem elektrischen Wechselfeld basierter linearer Time-grating-Wegsensor entwickelt. Ein derartiger Sensor wurde am 21. Dezember 2011 mit der Patentbezeichnung „Auf einem elektrischen Wechselfeld basierter linearer Time-grating-Wegsensor“ unter der Patentnummer CN 1 02 288 100 A offenbart.
Bei einem derartigen auf einem elektrischen Wechselfeld basierten linearen Time-grating-Wegsensor wird eine Differentialkapazitätsstruktur verwendet und müssen durch zwei Reihen von Elektroden zwei Wandelwellensignale erzeugt werden, die von einer Addierschaltung in ein Wanderwellensignal integriert werden. Dabei führt die gegenseitige Störung zwischen Signalen beider Elektrodenreihen zu erhöhtem Messfehler und verhindert somit eine weitere Steigerung der Genauigkeit. Bei der Herstellung ist zudem die Sicherstellung der Übereinstimmung beider Elektrodenreihen schwer zu erwarten, während bei der Montage die Sicherstellung gleichstarker elektrischer Feldkopplung beider Elektrodenreihen auch schwer ausfällt, was zu uneinheitlichen Amplituden beider Wanderwellensignale führt, Messfehler mit sich bringt und die Anpassungsfähigkeit für industrielles Umfeld verringert.
Aus der DE 10 2004 052 587 A1 ist bekannt: Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes, umfassend einen Messkopf-Grundkörper und einen Grundkörper feststehenden Lineals, dadurch gekennzeichnet, dass - an dem Messkopf-Grundkörper eine Reihe von Messkopf-Elektroden vorgesehen sind, - an dem Grundkörper feststehenden Lineals eine Reihe von Elektroden feststehenden Lineals (2-1) vorgesehen sind, wobei die 4n+1-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase A bilden, die 4n+2-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase B bilden, die 4n+3-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase C bilden und die 4n+4-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase D bilden, wobei der Messkopf-Grundkörper und der Grundkörper feststehenden Lineals übereinander parallel zueinander angeordnet, wobei dazwischen ein bestimmter Zwischenraum zurückbleibt, um eine Koppelkapazität zu bilden, - sich der Messkopf-Grundkörper relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals bewegt, wobei die vier Anregungsphasen A, B, C, D des feststehenden Lineals jeweils mit einer Sinusanregungsspannung gleicher Amplitude und Frequenz Ua, Ub, Uc, Ud mit einer jeweils um 90° zueinander versetzten Phase verbunden sind und an den Messkopf-Elektroden ein Wanderwellensignal Uo erzeugt wird, welches zusammen mit einem Referenzsignal Ur mit einer festen Phase und derselben Frequenz nach einer Umformung durch eine Umformungsschaltung von einer Phasenvergleichsschaltung hinsichtlich ihrer Phasen verglichen wird, wobei die Phasendifferenz beider Signale mittels der Anzahl interpolierter Hochfrequenz-Taktimpulse angegeben wird, aus welcher sich nach einer Maßstabumwandlung ein linearer Verschiebungswert des Messkopf-Grundkörpers relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals ergibt. Eine weitere Gestaltung ist aus der DE 34 18 566 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Gestaltung nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Bewältigung der oben genannten Nachteile im Stand der Technik einen auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes vorzuschlagen, wobei ein derartiger Sensor auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierte Elektroden verwendet, das Problem gegenseitiger Signalstörung zwischen beiden Elektrodenreihen löst und das Problem durch Bearbeitung bzw. Einbau bedingter uneinheitlicher Elektroden beider Reihen vermeidet, wobei aufgrund unmittelbarer Erfassung von Wanderwellensignalen mittels des Prinzips elektrischer Feldkopplung eine Addierschaltung entfallen kann, was den Messfehler vermindern, die Anforderung an Einbaugenauigkeit verringern und die Systemstruktur vereinfachen kann.
Die vorliegende Erfindung verwendet die folgende technische Ausgestaltung:

Ein auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes, umfassend einen Messkopf-Grundkörper und einen Grundkörper feststehenden Lineals.

An dem Messkopf-Grundkörper sind eine Reihe von Messkopf-Elektroden vorgesehen. An dem Grundkörper feststehenden Lineals sind eine Reihe von Elektroden feststehenden Lineals vorgesehen, wobei die 4n+1-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind (n=0, 1, 2, 3,...) und die Anregungsphase A bilden, die 4n+2-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase B bilden, die 4n+3-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase C bilden und die 4n+4-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase D bilden, wobei der Messkopf-Grundkörper und der Grundkörper feststehenden Lineals übereinander parallel zueinander angeordnet und die Messkopf-Elektroden des Messkopf-Grundkörpers den Elektroden feststehenden Lineals des feststehenden Lineals jeweils unmittelbar zugewandt angeordnet sind, wobei dazwischen ein bestimmter Zwischenraum δ zurückbleibt, um eine Koppelkapazität zu bilden.
Der Messkopf-Grundkörper bewegt sich relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals, wobei die durch Messkopf-Elektroden und vier Anregungsphasen A, B, C, D gebildete relative Deckungsfläche eine zyklische Änderung von keiner bis kleine, von kleiner bis große, von großer bis kleine und von kleiner bis keine erlebt, während der Kapazitätswert ebenfalls eine derartige zyklische Änderung erlebt, wobei die vier Anregungsphasen A, B, C, D des feststehenden Lineals jeweils mit einer Sinusanregungsspannung gleicher Amplitude und Frequenz Ua, Ub, Uc, Ud mit einer jeweils um 90° zueinander versetzten Phase verbunden sind und an der Messkopf-Elektrode ein Wanderwellensignal Uo erzeugt wird, welches zusammen mit einem Referenzsignal Ur mit einer festen Phase und derselben Frequenz nach einer Umformung durch eine Umformungsschaltung von einer Phasenvergleichsschaltung hinsichtlich ihrer Phasen verglichen wird, wobei die Phasendifferenz beider Signale mittels der Anzahl interpolierter Hochfrequenz-Taktimpulse angegeben wird, aus welcher sich nach einer Maßstabumwandlung ein linearer Verschiebungswert des Messkopf-Grundkörpers relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals ergibt.
Der Grundkörper feststehenden Lineals ist mit vier übereinander angeordneten Mediumfilmen beschichtet, wobei die erste Schicht ein Metallfilm mit vier gesprühten Anregungssignaldrähten, welche die jeweiligen Elektroden der Anregungsphasen A, B, C, D zu einer Gruppe verschalten, die zweite Schicht ein Isolationsfilm, die dritte Schicht ein Metallfilm mit einer Reihe von gesprühten Elektroden feststehenden Lineals und die vierte Schicht ein isolierender Schutzfilm ist.
Ferner ist vorgesehen, dass die Elektroden feststehenden Lineals jeweils eine rechteckige Form haben und gleich groß ausgebildet sind, wobei zwischen zwei benachbarten Elektroden jeweils ein bestimmter Isolationsabstand beibehalten wird.
Die Messkopf-Elektroden haben eine doppelsinusförmige Form aus zwei übereinander und symmetrisch zueinander angeordneten Sinuskurven haben, wobei benachbarte Messkopf-Elektroden jeweils über einen rechteckigen Draht miteinander verbunden sind, wobei die Messkopf-Elektroden eine geringfügig kleinere Länge als die Elektroden feststehenden Lineals und eine Breite hat, die der Summe der Breite einer Elektrode feststehenden Lineals und eines Isolationsabstandes entspricht, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Messkopf-Elektroden der Breite von drei Messkopf-Elektroden entspricht.
Konkret ist vorgesehen, dass die Form der Messkopf-Elektroden (1-1) aus einem von einer Sinuskurve über dem Umfang [0,π] und einer x-Achse umschlossenen Bereich und einem von einer Sinuskurve über dem Umfang [π,2π] und der x-Achse umschlossenen Bereich besteht, wobei eine Koppelkapazität, deren unmittelbar zugewandte Fläche sich nach einer sinusförmigen Regel ändert, und ein Verschiebungsmodulationssignal ermittelt werden.
Dabei bildet eine Elektrode der Anregungsphase A des feststehenden Lineals mit einer Messkopf-Elektrode eine Koppelkapazität C₁, eine Elektrode der Anregungsphase B mit einer Messkopf-Elektrode eine Koppelkapazität C₂, eine Elektrode der Anregungsphase C mit einer Messkopf-Elektrode eine Koppelkapazität C₃ und eine Elektrode der Anregungsphase A mit einer Messkopf-Elektrode eine Koppelkapazität C₄. Dabei arbeiten die Koppelkapazitäten C₁, C₂, C₃, C₄ jeweils zu zweit abwechselnd und zwei Kapazitäten davon betragen null, wenn die anderen zwei Kapazitäten arbeiten, und wobei die Messkopf-Elektrode ein Wanderwellensignal Uo ausgibt, welches mit einem Referenzsignal Ur mit derselben Frequenz nach einer Umwandlung in Rechteckwellen durch eine Umwandlungsschaltung hinsichtlich ihrer Phasen verglichen wird.
Bei der technischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren eingesetzt, bei dem mittels einer auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierten elektrischen Feldkopplung unmittelbar Wanderwellen erzeugt werden, wobei die Vorteile mehrerer vorhandener Grating-Wegsensoren vereinigt werden.
Die vorliegende Erfindung weist die vorteilhafte Auswirkung auf, dass mittels eines durch einreihige und parallel angeordnete Kondensatorplatten gebildeten elektrischen Wechselfeldes eine Messung erfolgt, mittels eines Sensormesskopfs mit einer AC-gekoppelter Kapazitätsstruktur unmittelbar elektrische Wanderwellen erfasst und Hochfrequenz-Taktimpulse als Grundlage der Wegmessung eingesetzt werden, weshalb sich der erfindungsgemäße Sensor durch geringen Leistungsverbrauch, hohe Genauigkeit, einfachen Aufbau, geringe Anforderungen an die mechanische Einbaugenauigkeit, die Fähigkeit zur Verwirklichung einer Wegmessung mit einer Genauigkeit im Nanometer-Bereich und starke Anpassungsfähigkeit für industrielles Umfeld auszeichnet.
Figurenliste
Es zeigen

1(a) Elektroden an dem Grundkörper feststehenden Lineals und dem Messkopf-Grundkörper in einer schematischen Darstellung,
1(b) die Lagebeziehung zwischen den Elektroden an dem Grundkörper feststehenden Lineals und den Elektroden an dem Messkopf-Grundkörper in einer Darstellung,
2 die Verbindungsbeziehung der Signale für Elektroden feststehenden Lineals in einer Darstellung,
3 die durch Messkopf-Elektroden und Elektroden feststehenden Lineals gebildete Koppelkapazität in einer schematischen Darstellung,
4 das Stromkreismodell gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Prinzipdarstellung, und
5 die Signalverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem prinzipiellen Blockdiagramm.

Konkrete Ausführungsformen
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen auf die vorliegende Erfindung näher eingegangen.
Wie sich aus 1(a), 1(b), 2, 3 und 4 ergibt, umfasst der Sensor nach der vorliegenden Erfindung einen Messkopf-Grundkörper 1 und einen Grundkörper feststehenden Lineals 2. Dabei wird Keramik als Material für Grundkörper eingesetzt und durch Sprühen einer Schicht von Nickel-Eisenlegierung auf der Keramikoberfläche wird eine Elektrode gebildet.
An dem Messkopf-Grundkörper 1 sind 12 Messkopf-Elektroden, also Messkopf-Elektroden vorgesehen, wobei jede Elektrode davon eine Größe von 18mm*1,1mm und eine Form hat, die aus einem von einer Sinuskurve über dem Umfang [0,π] und einer x-Achse umschlossenen Bereich und einem von einer Sinuskurve über dem Umfang [π,2π] und der x-Achse umschlossenen Bereich besteht, wobei die jeweiligen Messkopf-Elektroden über einen rechteckigen Draht mit einer Breite von 1,8 mm miteinander verbunden sind.
Der Grundkörper feststehenden Lineals ist mit vier übereinander angeordneten Mediumfilmen beschichtet, wobei die erste Schicht ein Metallfilm, die zweite Schicht ein Isolationsfilm, die dritte Schicht ein Metallfilm und die vierte Schicht ein isolierender Schutzfilm ist, wobei es sich bei der ersten Metallfilm um vier flache, bandförmige Drähte, also Anregungssignaldrähte 2-2 handelt, welche die jeweiligen Elektroden der Anregungsphasen A, B, C, D zu einer Gruppe verschalten, während es sich bei der dritten Metallfilm um eine Reihe von rechtförmigen Elektroden derselben Größe, also Elektroden feststehenden Lineals 2-1 handelt, wobei jede Elektrode eine Größe von 20mm*1mm hat und der Isolationsabstand zwischen benachbarten Elektroden 0,1 mm beträgt.
Die 1-, 5-, 9-,..., 41-, ...-te Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals sind zu einer Gruppe geschaltet und bilden die Anregungsphase A, an der ein Anregungssignal von Ua = Um sin ωt angelegt wird, wobei die 2-, 6-, 10-,..., 42-, ...-te Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase B bilden, an der ein Anregungssignal Ub = Um cos ωt angelegt wird, wobei die 3-, 7-, 11-,..., 43-, ...-te Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase C bilden, an der ein Anregungssignal Uc = -Um sin ωt angelegt wird, während die 4-, 8-, 12-,..., 44-, ...-te Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase D bilden, an der ein Anregungssignal Ud = -Um cos ωt angelegt wird. Dabei beträgt der Spitzenwert des Anregungssignals Um = 5V, die Frequenz ƒ = 40KHz und die Winkelfrequenz ω = 2πƒ = 8 × 10⁴ π .
Dabei sind der Messkopf-Grundkörper 1 und der Grundkörper feststehenden Lineals 2 übereinander parallel zueinander angeordnet und die Messkopf-Elektroden 1-1 den Elektroden feststehenden Lineals 2-1 jeweils unmittelbar zugewandt angeordnet, wobei dazwischen ein Zwischenraum δ = 0.5mm zurückbleibt. Eine Messkopf-Elektrode 1-1 bildet mit einer Elektrode der Anregungsphase A des Grundkörpers feststehenden Lineals eine Koppelkapazität C₁. Eine Messkopf-Elektrode 1-1 bildet mit einer Elektrode der Anregungsphase B des Grundkörpers feststehenden Lineals eine Koppelkapazität C₂. Eine Messkopf-Elektrode 1-1 bildet mit einer Elektrode der Anregungsphase C des Grundkörpers feststehenden Lineals eine Koppelkapazität C₃. Eine Messkopf-Elektrode 1-1 bildet mit einer Elektrode der Anregungsphase D des Grundkörpers feststehenden Lineals eine Koppelkapazität C₄.
Wie aus 3 und 4 zu entnehmen ist, vergrößert sich bei Bewegung des Messkopf-Grundkörper 1 nach rechts die relative Deckungsfläche der Kapazität C₁, während sich die relative Deckungsfläche der Kapazität C₂. verringert, wobei nach einer Bewegung um die Breite einer Elektrode die relative Deckungsfläche der Kapazität C₁ null wird, sich die relative Deckungsfläche der Kapazität C₂ verringert und die relative Deckungsfläche der Kapazität C₃ vergrößert, wobei nach einer weiteren Bewegung um die Breite einer Elektrode die relative Deckungsfläche der Kapazität C₂ null wird, sich die relative Deckungsfläche der Kapazität C₃ verringert und die relative Deckungsfläche der Kapazität C₄ vergrößert, und wobei nach einer noch weiteren Bewegung um die Breite einer Elektrode die relative Deckungsfläche der Kapazität C₃ null wird, sich die relative Deckungsfläche der Kapazität C₄ verringert und die relative Deckungsfläche der Kapazität C₁ vergrößert, womit die Bewegung eines mechanischen Zyklus abgeschlossen ist und die Kapazitätswerte von C₁, C₂, C₃, C₄ auch entsprechende zyklische Änderung erleben. Die Messkopf-Elektrode gibt ein Wanderwellensignal Uo aus, wobei der Ausdruck für Grundwelle wie folgt lautet: $U o = K e U m sin (ω t + \frac{π x}{W})$
Dabei stehen Ke für Koeffizient für elektrische Feldkopplung, x für relative Verschiebung zwischen dem Messkopf und dem feststehenden Lineal und W für das Vierfache der Breite einer Messkopf-Elektrode.
Wie sich aus 5 ergibt, werden das erfasste Sinuswanderwellensignal Uo und ein Referenz-Sinussignal Ur mit einer festen Phase und derselben Frequenz einer Umformungsschaltung zur Verarbeitung und nach einer Umwandlung in zwei Rechteckwellensignale mit derselben Frequenz einer Phasenvergleichsschaltung zur Verarbeitung zugeführt, wobei mittels der Interpolationstechnik hochfrequenter Takt eine Phasendifferenz beider Signale ermittelt wird, aus welcher sich nach einer Berechnung bzw. Verarbeitung ein linearer Verschiebungswert zwischen dem Messkopf-Grundkörper eines Sensors und dem Grundkörper feststehenden Lineals ergeben kann.
Bisher wurden lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die keineswegs zur Beschränkung der Erfindung dienen, wobei jegliche Abänderungen, gleichwertige Substitutionen und Verbesserungen, usw. im Rahmen der Grundideen und Prinzipien der Erfindung von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sein sollen.

Claims

Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes, umfassend einen Messkopf-Grundkörper (1) und einen Grundkörper feststehenden Lineals (2), dadurch gekennzeichnet, dass - an dem Messkopf-Grundkörper eine Reihe von Messkopf-Elektroden (1-1) vorgesehen sind, - an dem Grundkörper feststehenden Lineals eine Reihe von Elektroden feststehenden Lineals (2-1) vorgesehen sind, wobei die 4n+1-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind (n=0, 1, 2, 3,...) und die Anregungsphase A bilden, die 4n+2-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase B bilden, die 4n+3-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase C bilden und die 4n+4-ten Elektroden der Elektroden feststehenden Lineals zu einer Gruppe geschaltet sind und die Anregungsphase D bilden, wobei der Messkopf-Grundkörper und der Grundkörper feststehenden Lineals übereinander parallel zueinander angeordnet und die Messkopf-Elektroden des Messkopf-Grundkörpers den Elektroden feststehenden Lineals des feststehenden Lineals jeweils unmittelbar zugewandt angeordnet sind, wobei dazwischen ein bestimmter Zwischenraum δ zurückbleibt, um eine Koppelkapazität zu bilden, - sich der Messkopf-Grundkörper relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals bewegt, wobei die vier Anregungsphasen A, B, C, D des feststehenden Lineals jeweils mit einer Sinusanregungsspannung gleicher Amplitude und Frequenz Ua, Ub, Uc, Ud mit einer jeweils um 90° zueinander versetzten Phase verbunden sind und an den Messkopf-Elektroden ein Wanderwellensignal Uo erzeugt wird, welches zusammen mit einem Referenzsignal Ur mit einer festen Phase und derselben Frequenz nach einer Umformung durch eine Umformungsschaltung von einer Phasenvergleichsschaltung hinsichtlich ihrer Phasen verglichen wird, wobei die Phasendifferenz beider Signale mittels der Anzahl interpolierter Hochfrequenz-Taktimpulse angegeben wird, aus welcher sich nach einer Maßstabumwandlung ein linearer Verschiebungswert des Messkopf-Grundkörpers relativ zu dem Grundkörper feststehenden Lineals ergibt, dass die Messkopf-Elektroden (1-1) eine doppelsinusförmige Form aus zwei übereinander und symmetrisch zueinander angeordneten Sinuskurven haben, wobei benachbarte Messkopf-Elektroden (1-1) jeweils über einen rechteckigen Draht miteinander verbunden sind, wobei die Messkopf-Elektroden eine geringfügig kleinere Länge als die Elektroden feststehenden Lineals und eine Breite hat, die der Summe der Breite einer Elektrode feststehenden Lineals und eines Isolationsabstandes entspricht, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Messkopf-Elektroden der Breite von drei Messkopf-Elektroden entspricht.
Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper feststehenden Lineals mit vier übereinander angeordneten Mediumfilmen beschichtet ist, wobei die erste Schicht ein Metallfilm mit vier gesprühten Anregungssignaldrähten, welche die jeweiligen Elektroden der Anregungsphasen A, B, C, D zu einer Gruppe verschalten, die zweite Schicht ein Isolationsfilm, die dritte Schicht ein Metallfilm mit einer Reihe von gesprühten Elektroden feststehenden Lineals (2-1) und die vierte Schicht ein isolierender Schutzfilm ist.
Auf einer einreihigem und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden feststehenden Lineals (2-1) jeweils eine rechteckige Form haben und gleich groß ausgebildet sind, wobei zwischen zwei benachbarten Elektroden jeweils ein bestimmter Isolationsabstand beibehalten wird.
Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Messkopf-Elektroden (1-1) aus einem von einer Sinuskurve über dem Umfang [0,π] und einer x-Achse umschlossenen Bereich und einem von einer Sinuskurve über dem Umfang [π,2π] und der x-Achse umschlossenen Bereich besteht, wobei benachbarte Messkopf-Elektroden (1-1) jeweils über einen rechteckigen Draht miteinander verbunden sind, wobei die Messkopf-Elektroden eine geringfügig kleinere Länge als die Elektroden feststehenden Lineals und eine Breite hat, die der Summe der Breite einer Elektrode feststehenden Lineals und eines Isolationsabstandes entspricht, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten Messkopf-Elektroden der Breite von drei Messkopf-Elektroden entspricht..
Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode der Anregungsphase A der Elektroden feststehenden Lineals (2-1) mit einer Messkopf-Elektrode (1-1) eine Koppelkapazität C₁, eine Elektrode der Anregungsphase B mit einer Messkopf-Elektrode (1-1) eine Koppelkapazität C₂, eine Elektrode der Anregungsphase C mit einer Messkopf-Elektrode (1-1) eine Koppelkapazität C₃ und eine Elektrode der Anregungsphase A mit einer Messkopf-Elektrode (1-1) eine Koppelkapazität C₄ bildet, wobei die zyklisch abwechselnden Kapazitäten C₁, C₂, C₃, C₄ jeweils zu zweit abwechselnd arbeiten und einen Koppelkanal für ein elektrisches Wechselfeld bilden, wobei die Messkopf-Elektrode ein Wanderwellensignal Uo ausgibt.
Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Time-grating-Wegsensor mittels eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wanderwellensignal Uo und das Referenzsignal Ur mit derselben Frequenz erst nach einer Umformung in Rechteckwellen durch eine Umformungsschaltung hinsichtlich ihrer Phasen verglichen werden.