[发明专利]具有误差平均效应的涡流栅绝对位置传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量仪器技术领域的传感器，具体是一种具有误差平均效应的涡流栅绝对位置传感器。

背景技术

在现有制造业现场使用的各种量具普遍向数字化、大量程、绝对码等方向发展，而且对防水、防尘、抗震、防磁的要求越来越高。目前，世界范围内推出的具备防水功能的大量程位移传感器归纳起来可分为以下四种：

第一种是基于差动变压器原理的位移传感器，这类传感器利用电涡流效应组成差动变压器式位移传感器，它由一对发射线圈和接收线圈组成，通过互感变化实现大量程位移测量，并具有防水功能，可以输出绝对位置信号。缺点是传感器线圈部分体积较大，不利于进一步小型化。

第二种是基于变磁阻原理的位移传感器，这类传感器利用磁阻效应组成磁阻式位移传感器，体积小，可以实现大量程位移测量，并具有防水功能，但不能排除磁性颗粒物质的影响，而且这种原理的位移传感器输出信号是增量式的。

第三种是基于感应同步器原理的位移传感器，这类传感器同差动变压器传感器相似，具有防水功能。缺点是传感器线圈部分体积较大，不利于进一步小型化，而且这种原理的位移传感器输出信号也是增量式的。

第四种是基于横向电涡流效应的位移传感器，如中国专利“防水型电子数显卡尺”(专利申请号03115904.4)和“具有防水功能的大量程位移传感器”(专利申请号200310122731.5)。这种传感器利用横向电涡流效应组成栅式位移传感器，具有出色的防水能力，并通过多码道技术实现绝对位置信号输出。同时，有效解决了传统电涡流传感器体积大、功耗大的弊病，成功用于防水型电子数显卡尺。但是这种传感器缺少误差平均效应，因此对生产的工艺要求较高，需要较高的制作和安装精度才能满足对测量精度的要求和降低出错概率。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提出一种具有误差平均效应的涡流栅绝对位置传感器，针对第四种位移传感器“涡流栅”存在的不足和缺陷进行改进，可适合用于各种防水型电子测量器具，可以降低现有涡流栅传感器对工艺的要求并进一步提高测量的精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明由定栅和动栅两个部分构成。在定栅上沿着测量轴方向布置至少两个码道，每个码道上布置一系列具有规则形状、按测量轴均匀排列的金属敏感导体，敏感导体中每个规定的周期图案的一个周期分别限定波长，两个码道的波长是不相等的。在动栅上布置与定栅数量相同的码道，每个码道上布置数个具有特定间距和形状的传感器线圈，线圈的排列方式与敏感导体有确定的对应关系，每个码道上两组线圈和线圈沿测量轴方向的距离为该码道1/4波长的奇数倍，例如3/4波长、5/4波长或更远，从而可以输出的相位信号实现传感器位移测量。

与以往的“涡流栅”传感器所不同的是：在本发明的传感器的动栅上，至少有一个码道上的每一组传感器线圈是以串联的方式连接在一起，相邻线圈之间沿测量轴方向的距离是均匀的，每个线圈相对于定栅上敏感导体的位置是一致的，因此这些线圈感应信号的相位是一致的。这一组线圈同时参与工作，等效于一个线圈。采用这种排列方式，可以大大增进误差平均效应，明显提高测量精度和稳定性，并可以大幅度降低对生产制作工艺的要求，从有有效地降低生产成本。

为了进一步提高测量精度，本发明提出一种窄线圈方案：将动栅上传感器线圈宽度(垂直于测量轴的方向)减小为定栅上对应码道的敏感导体宽度的一半，然后将原来相距3/4波长、5/4波长或更远的两组线圈拉近，靠近布置，在测量轴方向上只相距1/4波长。这样，差动效果更好，从而可以获得更高的测量精度和稳定性。这种布局很好地解决了原有方案中线圈距离过远的弊病。

另一种拉近线圈的措施是采用交错线圈方案：保持动栅上传感器线圈原有宽度不变，采用多层印制电路板(PCB)工艺将两组动栅上传感器线圈分别制作在相邻的层上。例如一组线圈制作在第一、三、五、七层，另一组线圈制作在第二、四、六、八层，这样同样可以保证两组线圈相距只有1/4波长，而且两组线圈的宽度可以和定栅上的反射导体宽度相同，有利于灵敏度的提高。