一種時(shí)柵角位移傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精密測量傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種時(shí)柵角位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 精密角位移測量通常采用各類角位移傳感器，如光柵、齒柵、容柵等等。它們主要 通過兩個(gè)途徑來提高測量分辨力；一是提高空間刻劃密度，減小空間柵距；二是提高電子 細(xì)分倍數(shù)。近年來出現(xiàn)了一種基于電磁感應(yīng)原理的時(shí)柵角位移傳感器，與上述角位移傳感 器不同，時(shí)柵角位移傳感器采用時(shí)鐘脈沖作為測量基準(zhǔn)，因此其分辨力一方面取決于傳感 器的空間極距，另一方面也取決于插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖的空間當(dāng)量；由于插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖的空間當(dāng) 量可W取極小，故時(shí)柵角位移傳感器在較大的空間極距下也實(shí)現(xiàn)了高分辨力位移測量。但 若需進(jìn)一步提高其分辨力，只能通過減小空間極距或者增加傳感器的極對數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)， 比如CN2909178Y公開的一種多極平面繞組時(shí)柵角位移傳感器，其采用無鐵巧多極平面繞 組，通過增加傳感器的極對數(shù)的方式來提高旋轉(zhuǎn)磁場的線性，能減干擾和高頻失真，提高時(shí) 柵角位移傳感器的精度及分辨力，但是其成本較高。
[0003] CN102425987A公開了一種基于交變電場的時(shí)柵角位移傳感器，其采用差動平板電 容式結(jié)構(gòu)，利用電場禪合原理獲取信號來測量角位移，功耗低、重量輕、成本低，但是其分辨 力仍不夠高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的時(shí)柵角位移傳感器，W在不增加刻線精密度 或者傳感器極對數(shù)的情況下，將測量分辨力提高一倍。
[0005] 本發(fā)明所述的時(shí)柵角位移傳感器，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子由定子基體和兩個(gè) 相同的傳感單元構(gòu)成，定子基體為中屯、開軸孔的導(dǎo)磁圓柱體，定子基體采用導(dǎo)磁材料制作， 兩個(gè)傳感單元平行且互不干擾的設(shè)在定子基體的上、下端面，傳感單元包括激勵(lì)線圈和感 應(yīng)線圈；定子基體具有足夠的高度，能保證設(shè)在其上、下端面的兩個(gè)傳感單元互不影響（即 其中一個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場不會在另一個(gè)傳感單元的感應(yīng)線圈中感應(yīng)出電 信號，或者感應(yīng)出的電信號極小，可W被忽略），定子基體的高度一般不低于5mm。
[0006] 所述激勵(lì)線圈采用字形繞線方式繞線，即激勵(lì)線圈由一起始點(diǎn)開始沿圓周順 時(shí)針方向或逆時(shí)針方向繞出，兩端沿兩條交錯(cuò)為N個(gè)"字形的周期為〇的曲線分別繞 線，繞完整個(gè)圓周后分別引出，形成激勵(lì)線圈繞線軌跡（即沿圓周方向的N個(gè)"字形連 續(xù)的繞線軌跡），所述起始點(diǎn)是兩條周期為〇的曲線的第一個(gè)交點(diǎn)，兩條周期為〇的曲線 都是分段函數(shù)，其中一條周期為〇的曲線用極坐標(biāo)方程表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種時(shí)柵角位移傳感器，包括定子（1)和轉(zhuǎn)子（2)，其特征在于： 所述定子（1)由定子基體（11)和兩個(gè)相同的傳感單元（12)構(gòu)成，定子基體（11)為中 心開軸孔的導(dǎo)磁圓柱體，兩個(gè)傳感單元平行且互不干擾的設(shè)在定子基體的上、下端面，傳感 單元包括激勵(lì)線圈（121)和感應(yīng)線圈（122); 所述激勵(lì)線圈（121)由一起始點(diǎn)開始沿圓周順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向繞出，兩端沿兩 條交錯(cuò)為N個(gè)字形的周期為Φ的曲線分別繞線，繞完整個(gè)圓周后分別引出，形成激勵(lì) 線圈繞線軌跡，所述起始點(diǎn)是兩條周期為Φ的曲線的第一個(gè)交點(diǎn)，其中一條周期為Φ的曲 線用極坐標(biāo)方程表示為：
式中，
N表示傳感器的極對數(shù)，Φ表示一個(gè)周期對應(yīng)的圓心角，其等于傳感器 的極距，i依次取值O至N-I中的所有整數(shù)，A表示激勵(lì)線圈繞線軌跡正弦部分的幅值，R表 示激勵(lì)線圈繞線軌跡所沿圓周的半徑，R > A ; 所述感應(yīng)線圈（122)的繞線方式與激勵(lì)線圈的繞線方式相同，感應(yīng)線圈繞線軌跡為激 勵(lì)線圈繞線軌跡沿圓周順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)$圓心角后的曲線；設(shè)在定子基體 上端面的傳感單元的感應(yīng)線圈與設(shè)在定子基體下端面的傳感單元的感應(yīng)線圈串聯(lián)； 所述轉(zhuǎn)子（2)由上轉(zhuǎn)子基體（21)、下轉(zhuǎn)子基體（23)、支撐柱（24)和兩個(gè)相同的導(dǎo)磁單 元構(gòu)成，上轉(zhuǎn)子基體與下轉(zhuǎn)子基體結(jié)構(gòu)相同，都為中心開軸孔的非導(dǎo)磁的圓盤體，支撐柱為 扇環(huán)柱體，其內(nèi)圓弧直徑大于定子基體的外徑，支撐柱的上端面與上轉(zhuǎn)子基體垂直連接，支 撐柱的下端面與下轉(zhuǎn)子基體垂直連接，形成側(cè)面開口的框形結(jié)構(gòu)，且支撐柱與上、下轉(zhuǎn)子基 體的軸心線重合，兩個(gè)導(dǎo)磁單元分別嵌在上、下轉(zhuǎn)子基體上且相互平行，導(dǎo)磁單元由一個(gè)導(dǎo) 磁體（22)或者由m個(gè)相同的導(dǎo)磁體繞上轉(zhuǎn)子基體或者下轉(zhuǎn)子基體的軸心線等間距排列構(gòu) 成，其中I <m<2N，導(dǎo)磁體為扇環(huán)柱體；在由m個(gè)導(dǎo)磁體構(gòu)成的導(dǎo)磁單元中，各個(gè)導(dǎo)磁體的 上端面或者下端面位于同一平面內(nèi)，相鄰兩個(gè)導(dǎo)磁體的中心所夾圓心角等于f，每個(gè)導(dǎo)磁 體的圓心角β滿足：
，每個(gè)導(dǎo)磁體的外圓弧半徑大于R+A，內(nèi)圓弧半徑小于R-A ; 所述定子基體（11)位于所述框形結(jié)構(gòu)內(nèi)，其軸心線與上、下轉(zhuǎn)子基體的軸心線重合， 兩個(gè)傳感單元與兩個(gè)導(dǎo)磁單元分別正對平行，并留有相同的間隙；兩個(gè)導(dǎo)磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁 體與兩個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈的位置應(yīng)滿足：如果設(shè)在定子基體上端面的傳感單元的激勵(lì) 線圈的起始位置與設(shè)在定子基體下端面的傳感單元的激勵(lì)線圈的起始位置所夾圓心角為 α，則嵌在上轉(zhuǎn)子基體上的導(dǎo)磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁體的起始份詈.與嵌在下轉(zhuǎn)子基體上的導(dǎo)磁單 元內(nèi)的導(dǎo)磁體的起始位置所夾圓心角為
定子⑴的兩個(gè)傳感單元（12)的激勵(lì)線圈（121)分別連接兩相對稱激勵(lì)電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子 (2)繞軸心線相對定子（1)發(fā)生轉(zhuǎn)動時(shí)，導(dǎo)磁體（22)相對感應(yīng)線圈（122)運(yùn)動，兩個(gè)傳感單 元的感應(yīng)線圈串聯(lián)輸出幅值恒定的感應(yīng)信號，將該感應(yīng)信號與激勵(lì)信號進(jìn)行鑒相處理，相 位差由插補(bǔ)的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)表示，經(jīng)換算后得到轉(zhuǎn)子相對定子轉(zhuǎn)動的角位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)柵角位移傳感器，其特征在于：嵌在上轉(zhuǎn)子基體（21)上的 導(dǎo)磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁體的下端面與上轉(zhuǎn)子基體的下端面平齊；嵌在下轉(zhuǎn)子基體（23)上的導(dǎo) 磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁體的上端面與下轉(zhuǎn)子基體的上端面平齊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時(shí)柵直線位移傳感器，其特征在于：所述每個(gè)導(dǎo)磁體 (22)的圓心角β都等于j。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的時(shí)柵角位移傳感器，其特征在于：所述定子基體（11)的上端 面固定有與定子基體形狀相匹配的上印制電路板（13)，所述的一個(gè)傳感單元（12)的激勵(lì) 線圈（121)與感應(yīng)線圈（122)獨(dú)立的布置在上印制電路板的不同布線層上；所述定子基體 (11)的下端面固定有與定子基體形狀相匹配的下印制電路板（14)，所述的另一個(gè)傳感單 元的激勵(lì)線圈（121)與感應(yīng)線圈（122)獨(dú)立的布置在下印制電路板的不同布線層上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的時(shí)柵角位移傳感器，其特征在于：所述定子基體（11)的上端 面開設(shè)有上嵌線槽，所述的一個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈（121)與感應(yīng)線圈（122)按照各自的 繞線方式相互絕緣的嵌在上嵌線槽內(nèi)；所述定子基體（11)的下端面開設(shè)有下嵌線槽，所述 的另一個(gè)傳感單元的激勵(lì)線圈（121)與感應(yīng)線圈（122)按照各自的繞線方式相互絕緣的嵌 在下嵌線槽內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時(shí)柵角位移傳感器，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子由定子基體和兩個(gè)相同的傳感單元構(gòu)成，兩個(gè)傳感單元平行且互不干擾的設(shè)在定子基體的上、下端面，傳感單元包括激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈；激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈采用“∞”字形繞線方式繞線，兩個(gè)傳感單元的感應(yīng)線圈串聯(lián)；轉(zhuǎn)子由上轉(zhuǎn)子基體、下轉(zhuǎn)子基體、支撐柱和兩個(gè)相同的導(dǎo)磁單元構(gòu)成，兩個(gè)導(dǎo)磁單元分別嵌在上、下轉(zhuǎn)子基體上且相互平行，導(dǎo)磁單元由一個(gè)導(dǎo)磁體或者由個(gè)相同的導(dǎo)磁體繞上轉(zhuǎn)子基體或者下轉(zhuǎn)子基體的軸心線等間距排列構(gòu)成，兩個(gè)導(dǎo)磁單元內(nèi)的導(dǎo)磁體的起始位置滿足特定的條件。其能在不增加刻線精密度或者傳感器極對數(shù)的情況下，將測量分辨力提高一倍。
【IPC分類】G01B7-30
【公開號】CN104864804
【申請?zhí)枴緾N201510319665
【發(fā)明人】魯進(jìn), 陳錫侯, 武亮, 湯其富
【申請人】重慶理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月12日