專(zhuān)利名稱(chēng):用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及位移測(cè)量傳感器,包括角位移和直線(xiàn)位移測(cè)量傳感器,尤其涉及以感應(yīng) 同步器和時(shí)柵為代表的調(diào)制式位移測(cè)量傳感器中采用印刷電路工藝的布線(xiàn)方法。
背景技術(shù):
當(dāng)今所有位移(角度和長(zhǎng)度)傳感器包括刻線(xiàn)式、光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變 壓器、球柵、齒柵、多齒分度盤(pán),……等等,要想提高精度,無(wú)一不是緊抓兩點(diǎn) 一是 增加?xùn)啪€(xiàn)數(shù)(或稱(chēng)極對(duì)數(shù)、激勵(lì)線(xiàn)圈數(shù)),二是增加讀數(shù)頭數(shù)(或稱(chēng)測(cè)頭數(shù),感應(yīng)線(xiàn)圈數(shù))。 前者可增加靈敏度、細(xì)分度、精確度,后者則可通過(guò)均布感應(yīng)以部份消除某些諧波誤差, 大大提高測(cè)量精度。
但是,上述大部分的位移傳感器,都不能理想地、最大限度地滿(mǎn)足柵線(xiàn)數(shù)(極對(duì)數(shù)) 和測(cè)頭數(shù)均達(dá)到最大值。如光柵、磁柵、齒柵等等的測(cè)頭數(shù)都不可能太多,2 4個(gè) 為常見(jiàn),所以必須要求柵線(xiàn)數(shù)有特別高的等分精度。唯有多齒分度盤(pán)可以做到極對(duì)數(shù)與
測(cè)頭數(shù)相等,例如,轉(zhuǎn)子、定子齒數(shù)都是1440齒,其精度可達(dá)到O. l角秒,但不能產(chǎn)
生行波,不能連續(xù)測(cè)量為其最大缺點(diǎn)。感應(yīng)同步器可以用行波信號(hào),通用性高,但目前
市場(chǎng)常見(jiàn)的最高精度約在3" 5〃左右,再提高精度,再縮小體積也有很大的困難。 其最大的難點(diǎn)、缺點(diǎn)是-
1.目前所見(jiàn)的感應(yīng)同步器均是兩個(gè)基體的平面印制電路,線(xiàn)圈呈幾字形矩形波狀 即"UT匕, 一個(gè)平面上可以刻上"根線(xiàn)或稱(chēng)"極而構(gòu)成多對(duì)極線(xiàn)圈,但另一個(gè)平面上則 要分別刻上正弦和余弦線(xiàn)圈,它們的機(jī)械相位及電氣相位差為90° 。因此,感應(yīng)線(xiàn)圈 極對(duì)數(shù)可以很多,如720線(xiàn)/周或360對(duì)極;但激勵(lì)線(xiàn)圈極對(duì)數(shù)不可能太多(市場(chǎng)上可見(jiàn)有八個(gè)正弦線(xiàn)圈和八個(gè)余弦線(xiàn)圈組成的線(xiàn)圈,參見(jiàn)圖1)?;蛘叻催^(guò)來(lái),激勵(lì)線(xiàn)圈極對(duì) 數(shù)很多,但感應(yīng)線(xiàn)圈極對(duì)數(shù)很少(本專(zhuān)利內(nèi)容說(shuō)明,激勵(lì)線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn)圈均處于可以互
換的對(duì)等地位。)
2. 由于采用單根線(xiàn)矩形波"LTL印制電路,信號(hào)很弱,對(duì)兩平面機(jī)械位置要求很高, 對(duì)兩平面的平面度、平行度、間隙、跳動(dòng)等要求很?chē)?yán)格,增加了制造成本。
3. 同樣由于采用矩形波"LTL印制電路,電路中的垂直部份是有用部份而水平部 份僅僅是連線(xiàn),但它給信號(hào)帶來(lái)較大的雜波噪聲信號(hào)干擾,從而影響穩(wěn)定度、精確度。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所述的位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法所存在的問(wèn)題,本 發(fā)明提出一種用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,以最大限度地增加傳感器的極 對(duì)數(shù)和測(cè)頭數(shù),加強(qiáng)信號(hào),降低機(jī)械加工和安裝的要求,提高精度。
本發(fā)明將位移測(cè)量傳感器的激勵(lì)線(xiàn)圈的各相線(xiàn)圈分置于不同的印制電路基體,或分 置于同一基體不同排的位置,或分置于同一基體的不同層上,以此方式獲得更多的極對(duì) 數(shù)。同時(shí)由于采用了多層印刷電路技術(shù),既可把原有的單層單股布線(xiàn)變成多層多股布線(xiàn),
又可把原有的幾字形布線(xiàn)方法變成8字形布線(xiàn)方法,從而達(dá)到增加信號(hào),削減雜波信號(hào),
提高精度的目的。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,其是將所述傳感器的感應(yīng)線(xiàn)圈和激
勵(lì)線(xiàn)圈分別印制布線(xiàn)于不同的基體上;采用多層印制電路工藝,將各相激勵(lì)線(xiàn)圈采用8
字形繞法分置于一個(gè)基體的不同層上布線(xiàn);將感應(yīng)線(xiàn)圈采用幾字形繞法布線(xiàn)于另一個(gè)基
體的一層上,或采用8字形繞法布線(xiàn)于兩層上,使極對(duì)數(shù)和測(cè)頭數(shù)均能達(dá)到最大限度的
^個(gè),其中,n表示極數(shù)。 2
在采用所述幾字形繞法時(shí),激勵(lì)線(xiàn)圏每一相占用基體的一個(gè)層面,即2相激勵(lì)線(xiàn)圈層都是相同的幾字形繞法。
在采用所述8字形繞法時(shí),是將每相激勵(lì)線(xiàn)圈印制在基體的兩個(gè)層面上,感應(yīng)線(xiàn)圈 也布線(xiàn)在對(duì)應(yīng)基體的兩層上,每層按照"幾"字形布線(xiàn),上一層面的線(xiàn)圈尾端和下一層 面線(xiàn)圈的首端相連,兩層之間對(duì)稱(chēng)布線(xiàn),兩層線(xiàn)圈一起構(gòu)成連續(xù)的"8"字形。若多利 用幾個(gè)層面,多布線(xiàn)幾個(gè)來(lái)回,就可以達(dá)到多股線(xiàn)8字形繞制的效果。
在以上分層布線(xiàn)的基礎(chǔ)上,還可將各相激勵(lì)線(xiàn)圈分別印制布線(xiàn)在同一基體的不同排
上,感應(yīng)線(xiàn)圈則仍采用單排布線(xiàn);當(dāng)激勵(lì)線(xiàn)圈為兩相時(shí),該兩相線(xiàn)圈分別繞制在兩排上, 兩相繞線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)W/4;當(dāng)激勵(lì)線(xiàn)圈為三相時(shí),該三相線(xiàn)圈分別繞制在三排上,三相繞線(xiàn)錯(cuò) 開(kāi)W/3;其中W表示線(xiàn)圈節(jié)距。
當(dāng)用于兩相激勵(lì)時(shí),把兩相激勵(lì)線(xiàn)圈分置于兩個(gè)不同的基體上,感應(yīng)線(xiàn)圈印制布線(xiàn) 在另一基體的正反兩個(gè)表面的兩層上,兩相激勵(lì)線(xiàn)圈所在的兩基體分置于感應(yīng)線(xiàn)圈所在 基體的正反兩面相對(duì)應(yīng)位置。
本方法最大限度地增加傳感器的極對(duì)數(shù)和測(cè)頭數(shù),以低等分精度的激勵(lì)線(xiàn)圈和感應(yīng) 線(xiàn)圈,實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。同時(shí)可產(chǎn)生行波信號(hào),適用于動(dòng)靜態(tài)和變速度的位移跟蹤測(cè) 量,從而實(shí)現(xiàn)高精度、小體積、低成本、高可靠、通用萬(wàn)能性測(cè)量的傳感器。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式示意圖la-l是兩相激勵(lì)直線(xiàn)式感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式的平面圖la-2是直線(xiàn)式感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式的剖面圖la-3是三相激勵(lì)直線(xiàn)式感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式的平面圖lb-I是兩相激勵(lì)圓式感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式的三維圖lb-2是圓式感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式的剖面圖lb-3是三相激勵(lì)圓式感應(yīng)同步器布線(xiàn)方式的三維圖2為本發(fā)明的單排雙層單股8字布線(xiàn)平面6圖3為本發(fā)明的分排雙層單股8字布線(xiàn)平面圖3a-l是兩相激勵(lì)線(xiàn)圈平面圖; 圖3a-2是兩相感應(yīng)線(xiàn)圈平面圖3b-l是三相激勵(lì)線(xiàn)圈平面圖; 圖3b-2是三相感應(yīng)線(xiàn)圈平面圖; 圖4為本發(fā)明的分排雙層單股8字布線(xiàn)剖面圖4a是分排雙層單股8字布線(xiàn)的兩相激勵(lì)直線(xiàn)式傳感器的剖面圖; 圖4b是分排雙層8字布線(xiàn)的三相激勵(lì)直線(xiàn)式傳感器的剖面圖4c是直線(xiàn)式傳感器的俯視圖。
圖5為本發(fā)明的平面多層布線(xiàn)剖面圖5a是平面多層布線(xiàn)的兩相激勵(lì)直線(xiàn)式傳感器的剖面圖和俯視圖5b是平面多層布線(xiàn)的三相激勵(lì)直線(xiàn)式傳感器的剖面圖和俯視圖; 圖5C是平面多層布線(xiàn)的二相激勵(lì)圓式傳感器的剖面圖; 圖5d是平面多層布線(xiàn)的三相激勵(lì)圓式傳感器的剖面圖; 圖6為本發(fā)明的分體布線(xiàn)剖面圖6a是分體單層幾字布線(xiàn)的兩相激勵(lì)圓式傳感器的剖面圖6b是分體雙層8字布線(xiàn)的兩相激勵(lì)直線(xiàn)式傳感器的剖面圖和俯視圖;
圖7是體的表示圖8是層的表示圖9是排的表示圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
7為便于后面描述清楚,先定義"體、層、排、段"四名詞含義與圖形表示。 "體"是指印制電路布線(xiàn)的基體,表示如圖7。
"層"(或稱(chēng)"面")是指印制電路布線(xiàn)是在基體的單面,或是雙面,或是內(nèi)部的某 一層面,如現(xiàn)有的感應(yīng)同步器都是表面單層印制,表示如圖8。
"排"是指印制布線(xiàn)是將幾相(常用2相或3相)集中在某一面的一排,還是按不 同的相分成不同的排,如感應(yīng)同步器有的分成2排,表示如圖9。
現(xiàn)有常見(jiàn)的感應(yīng)同步器線(xiàn)圈用三維圖形和上述示意圖形分別表示如圖la-2 (雙體、 單層)和圖lb-2所示??梢钥闯?,傳統(tǒng)布線(xiàn)法各種激勵(lì)線(xiàn)圈都是分"段"線(xiàn)圈,即2 相為2段交替,3相為3段交替。而感應(yīng)線(xiàn)圈都是只有一段連續(xù)的線(xiàn)圈。本發(fā)明的目的 有兩個(gè) 一是變單極幾字形繞法為多股或單股8字形繞法以提高信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量;二是 變分段線(xiàn)圈為連續(xù)線(xiàn)圈,而把不同的相(A、 B兩相或A、 B、 C三相)分置于不同的層, 或不同排,或不同的體,以求提高極對(duì)數(shù)。
1、多層多股8字布線(xiàn)法
發(fā)明人通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)證明,采用8字形繞法可避免高次雜波影響,可顯著提
高傳感器精度。電機(jī)若采用8字繞法,容易實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)感應(yīng)同步器布線(xiàn)一旦封閉就會(huì)
短路,故都是采用單層幾字形繞法,也就是單股線(xiàn)幾字形繞法。而本發(fā)明提出的多層布
線(xiàn)法,借助現(xiàn)代印刷電路中的"多層印制電路"工藝,在一塊基體的表面和內(nèi)部緊貼表
面的層面上,雙層幾字形對(duì)稱(chēng)布線(xiàn),實(shí)現(xiàn)8字形繞法如圖2所示,圖中實(shí)線(xiàn)幾字形為上
一層布線(xiàn),虛線(xiàn)幾字形為下一層布線(xiàn),上一層線(xiàn)圈的尾端和下一層線(xiàn)圈的首端相連,兩
層線(xiàn)圈一起構(gòu)成連續(xù)且封閉的8字形線(xiàn)圈。用同樣的方法若再多利用幾層,多布線(xiàn)幾個(gè)
來(lái)回,還可以達(dá)到"多股線(xiàn)8字布線(xiàn)"的效果。 2、分層布線(xiàn)法
本方法采用多層線(xiàn)圈,即將各相激勵(lì)線(xiàn)圈分置于所在印制電路基體的不同層面上,在制作時(shí)均盡量貼近基體表面。若不采用8字形繞法,仍采用幾字形,則如圖5所示, 2相激勵(lì)共2層,3相激勵(lì)共3層。這樣每一相占一層,就不用分段了,和感應(yīng)線(xiàn)圈同
樣的連續(xù)布線(xiàn)方式,使極對(duì)數(shù)和測(cè)頭數(shù)均達(dá)到最大限度的^個(gè)。若同時(shí)又采用8字形繞
2
法,則每相又要占兩層,即2相激勵(lì)共4層,3相激勵(lì)共6層,這里不再畫(huà)出。
3、 分排布線(xiàn)法
對(duì)于圖la用于直線(xiàn)測(cè)量的各種結(jié)構(gòu),都采用上述8字形繞法,每一個(gè)基體都是雙 層布線(xiàn)(形成封閉的8字)。在此前提下,激勵(lì)線(xiàn)圈再采用根據(jù)相數(shù)進(jìn)行上下多排布線(xiàn)的 方法,即2相為2排,互錯(cuò)W/4, 3相為3排,互錯(cuò)W/3。
表示如圖3a-l,圖3b-l, 即將各相激勵(lì)分置于不同排,也不用再分段了。感應(yīng)線(xiàn)圈則仍是單排,表示如圖3a-l, 圖3b-2。另外圖3也可表示為圖4所示。
同樣道理,只要把圖3的平直圖圍成圓筒狀,即構(gòu)成用于角度測(cè)量的結(jié)構(gòu),這里不 再畫(huà)出。
4、 分體布線(xiàn)法
現(xiàn)有的感應(yīng)同步器,都是雙體結(jié)構(gòu)。測(cè)圓時(shí)為轉(zhuǎn)子和定子,測(cè)直線(xiàn)時(shí)為動(dòng)尺和定尺。 激勵(lì)線(xiàn)圈分段分布于其中一個(gè)基體上,感應(yīng)線(xiàn)圈分布于另一個(gè)基體,如圖1所示。本方 法將2相激勵(lì)線(xiàn)圈分別布線(xiàn)于兩個(gè)不同的基體,再加上感應(yīng)線(xiàn)圈所在的基體, 一共由三 塊基體構(gòu)成,如圖6所示。這時(shí)中間感應(yīng)線(xiàn)圈的兩層分別在基體的正反兩個(gè)表面,而兩 邊基體可以采用傳統(tǒng)的單面(或?qū)?幾字布線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖6(a),也可以采用上述多層印 制電路工藝,采用兩層構(gòu)成8字封閉如圖6(b)。釆用將2相激勵(lì)分置于2個(gè)基體的目 的,仍然是使激勵(lì)線(xiàn)圈不分段而在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)極對(duì)數(shù)的最大化。
若使用3相激勵(lì),則基體太多,這里不提出要求。
5、 激勵(lì)線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn)圈的一致性。 本發(fā)明將激勵(lì)線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn)圈設(shè)計(jì)成盡可能一致,包括節(jié)距、極數(shù)(線(xiàn)數(shù))、極對(duì)
數(shù)……,對(duì)圓式傳感器而言,要求極數(shù)w—致,極對(duì)數(shù)一致(均為i),各排極距也一致。
唯有內(nèi)外圓因半徑不同,所以極距不可能一致。對(duì)直線(xiàn)式傳感器而言,要求極距一致, 但因?yàn)閯?dòng)、定尺基體不一樣長(zhǎng),所以極對(duì)數(shù)和極數(shù)不可能一致。通過(guò)這種一致性要求, 可最大限度提高精度,同時(shí)簡(jiǎn)化加工工藝。 可見(jiàn),上述各種方法的意圖,
1、就是要把各相激勵(lì)線(xiàn)圈不分段,而是按不同相分置于不同的體、層或排上,而最終目的是使激勵(lì)或感應(yīng)線(xiàn)圈數(shù)達(dá)到最大限度,以實(shí)現(xiàn)高精度。
2、 利用多層印制電路工藝,達(dá)到多股布線(xiàn)加強(qiáng)信號(hào)的目的。
3、 通過(guò)8字形繞法,消除幾字形繞法帶來(lái)的誤差。
除附圖中列出的情形外,根據(jù)實(shí)際情況還可以設(shè)計(jì)出多種派生結(jié)構(gòu)形式,如激勵(lì)、 感應(yīng)互換;動(dòng)尺、定尺互換;定子、轉(zhuǎn)子互換,……,以及幾種特征點(diǎn)的相互組合等。
本發(fā)明按照上述優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明,以便理解。但上述實(shí)施例不以任何形式 限定本發(fā)明,凡采用激勵(lì)線(xiàn)圈、感應(yīng)線(xiàn)圈互換,定子和轉(zhuǎn)子互換,定尺滑尺互換,以及 具體實(shí)施例所公開(kāi)的幾種技術(shù)特征的重新組合和簡(jiǎn)單變化所獲得的技術(shù)方案,均落在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1、一種用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,其特征在于將位移測(cè)量傳感器的激勵(lì)線(xiàn)圈的各相線(xiàn)圈分置于不同的印制電路基體上,或分置于同一印制電路基體不同排的位置,或分置于同一印制電路基體的不同層上,每一相線(xiàn)圈均采用幾字形繞法或8字形繞法布線(xiàn);將位移測(cè)量傳感器的感應(yīng)線(xiàn)圈置于另一印制電路基體上,采用幾字形繞法布線(xiàn)或采用8字形繞法布線(xiàn),使極對(duì)數(shù)和測(cè)頭數(shù)均能達(dá)到最大限度的個(gè),其中,n表示極數(shù);所述層是指印制電路布線(xiàn)是在基體的單面,或是雙面,或是內(nèi)部的某一層面;所述排是指印制電路布線(xiàn)是將幾相集中在某一層的一排,還是按不同的相分成不同的排。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,其特征在于 采用所述幾字形繞法時(shí),感應(yīng)線(xiàn)圈按幾字形布線(xiàn)于其基體的一層上,激勵(lì)線(xiàn)圈每一相占用其所在基體的一個(gè)層面,即2相激勵(lì)線(xiàn)圈共2層、3相激勵(lì)線(xiàn)圈共3層,每層都是相 同的幾字形繞法。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,其特征在于采用所述8字形繞法時(shí),是將感應(yīng)線(xiàn)圈或每相激勵(lì)線(xiàn)圈印制在各自基體的兩個(gè)層面上, 每層按照幾字形布線(xiàn),上一層面的線(xiàn)圈尾端和下一層面線(xiàn)圈的首端相連,兩層之間對(duì)稱(chēng) 布線(xiàn),兩層線(xiàn)圈一起構(gòu)成連續(xù)的"8"字形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,其特征在于 所述的8字形繞法在多個(gè)層面上多布線(xiàn)幾個(gè)來(lái)回,達(dá)到多股線(xiàn)8字形繞制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法, 其特征在于當(dāng)各相激勵(lì)線(xiàn)圈分別印制布線(xiàn)在同一印制電路基體的不同排上時(shí),對(duì)于兩相激勵(lì),所述兩相激勵(lì)線(xiàn)圈分別繞制在兩排上,兩相激勵(lì)線(xiàn)圈錯(cuò)開(kāi)W/4;對(duì)于三相激勵(lì),所述三相激勵(lì)線(xiàn)圈分別繞制在三排上,三相繞線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)W/3;其中W表示線(xiàn)圈節(jié)距。
6、根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3或4所述的一種用于位移測(cè)量傳感器印制電路布線(xiàn)方法,其特征在于,當(dāng)用于兩相激勵(lì)時(shí),把兩相激勵(lì)線(xiàn)圈分置于兩個(gè)不同的基體上,感應(yīng)線(xiàn)圈 印制布線(xiàn)在另一基體的正反兩個(gè)表面的兩層上,兩相激勵(lì)線(xiàn)圈所在的兩基體分置于感應(yīng) 線(xiàn)圈所在基體的正反兩面相對(duì)應(yīng)位置。
7、根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的用于位移測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,其特征在于用于直線(xiàn)測(cè)量時(shí),各線(xiàn)圈極距相同;用于圓分度測(cè)量時(shí),各線(xiàn)圈極對(duì)數(shù)相同。
全文摘要
一種用于位移(角位移和直線(xiàn)位移)測(cè)量傳感器的印制電路布線(xiàn)方法,該方法將位移測(cè)量傳感器的激勵(lì)線(xiàn)圈的各相線(xiàn)圈分置于不同的印制電路基體上,或分置于同一印制電路基體不同排的位置,或分置于同一印制電路基體的不同層上,每一相線(xiàn)圈均采用幾字形繞法或8字形繞法布線(xiàn);將位移測(cè)量傳感器的感應(yīng)線(xiàn)圈置于另一印制電路基體上,采用幾字形繞法布線(xiàn)或采用8字形繞法布線(xiàn),使極對(duì)數(shù)和測(cè)頭數(shù)均能達(dá)到最大限度的n/2個(gè),以低等分精度的激勵(lì)線(xiàn)圈和感應(yīng)線(xiàn)圈,實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。該方法可產(chǎn)生行波信號(hào),適用于動(dòng)靜態(tài)和變速度的位移跟蹤測(cè)量,從而實(shí)現(xiàn)高精度、小體積、低成本、高可靠、通用萬(wàn)能性測(cè)量的傳感器。
文檔編號(hào)G01B7/02GK101487689SQ200910103278
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者萬(wàn)文略, 張興紅, 彭東林, 楊繼森, 王先全, 淳 董 申請(qǐng)人:重慶工學(xué)院