[发明专利]一种一维位移精密测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测量方法类，具体是一种一维位移精密测量方法。

背景技术

在生产、生活以及科学研究领域，经常需要对各种装置的直线位移、角度位移、以及空间位移等进行精确测量。无论是空间位移、角度位移、直线位移的测量均可通过单个或多个一维位移测量装置的合理组合予以实现。传统的一维位移测量方法包括线性可变差分变压器检测、线性电阻检测、光栅检测、磁栅检测、电容栅检测等，对应到一维直线位移检测应用中即为长度计或基准尺，对应到一维旋转位移应用中即为旋转编码器或角度基准尺。

目前的精密位移测量领域，微小位移测量应用中，通过极板间距变化导致静电电容量变化的电容效应位移传感器和通过磁芯位置变化导致电感变化的电感效应位移传感器占据了主导地位，其具有结构简单、成本低、分辨率高的显著优势，但也存在易受电磁环境干扰影响而产生测量误差和漂移的局限。在大尺度位移测量应用中，基于光栅测量方法的光栅尺和旋转编码器占据了主导地位，其具有抗电磁干扰能力强，测量精度高以及稳定性好等优点，但也存在成本高、对环境污染敏感的局限，例如油污染、水污染、粉尘污染等。上述因素使得目前的位移精密测量装置主要应用在科学研究领域以及少数高端制造装备中，在总量庞大的一般性生产装备和各种日用装置中，位移精密测量装置还鲜有应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种方案灵活、测量精度高、应用简便的一维位移精密测量方法。

本发明的技术方案如下：

一种一维位移精密测量方法，其特征在于：在一绝缘基板上制备发射电极，发射电极为一组宽度一致的矩形电极，相邻电极间距与矩形电极宽度一致，奇数电极与偶数电极分别通过两条独立的互联母线连接；在另一绝缘基板上制备接收电极，单个接收电极与单个发射电极宽度一致，接收电极由多对并联而成，每一对接收电极由两个紧密相邻的接收电极构成，它们之间保持电气绝缘，接收电极对与对之间的间距为两倍电极宽度，对与对之间通过两条独立的互联母线连接为一组；进行位移精密测量时，将发射电极绝缘基板安装在固定参照物上，将接收电极绝缘基板安装在移动物体上，保持接收电极绝缘基板与发射电极绝缘基板平行、发射电极与接收电极平行，发射电极与接收电极之间有一空气间隙，用一频率、幅值稳定的高频正弦电压源激励发射电极的奇数电极互联母线，用同样频率和幅值、相位相反的高频正弦电压源激励发射电极的偶数电极互联母线，将接收电极的两个互联母线分别连接至电压信号检测电路，通过判断接收电极两路输出信号中与激励信号同频率信号的幅值与相位计算得出被测量物体相对固定参照物的位移、运动速度以及运动方向。

本发明的任意相邻发射电极连接的高频正弦交流电压源均为频率一致、幅值一致而相位相反的信号；任意接收电极在发射电极上方横向移动时，接收电极耦合的高频正弦交流电压信号，其幅值连续变化，相位在0度与180度之间交替变换。

本发明的任意接收电极连续横向移动四倍发射电极宽度时，其输出高频正弦交流电压信号的幅值与相位完成一个变化周期。每个接收电极对中相邻两个接收电极输出的两路高频电压信号，其幅值和相位变化相差四分之一个变化周期。

本发明的接收电极整体由多个电极对并联而成，以增加输出信号强度；发射电极与接收电极之间为空气间隙，位移测量过程是非接触工作方式，测量过程不发生机械摩擦和损耗。

本发明的接收绝缘基板与发射绝缘基板之间气隙大小、介电常数变化导致的接收电极与发射电极耦合电容发生变化时，两组接收电极输出高频电压信号的幅值同步变化，通过判断两组电压信号幅值的相对关系即可精确计算接收电极相对发射电极的位移、运动速度和运动方向。

本发明的位移测量过程不依赖接收电极单路输出信号的瞬时幅值；本发明方案灵活，测量精度高，传感原件安装精度要求低，易于在低成本自动化装置中推广应用。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为用于制备发射电极的绝缘基板的下表面示意图。

图3为用于制备发射电极的绝缘基板的上表面示意图。

图4为用于制备接收电极的绝缘基板的上表面示意图。

图5为用于制备接收电极的绝缘基板的下表面示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种一维位移精密测量方法，其特征在于：

A、在发射电极绝缘基板1的上表面制备发射电极2，发射电极2的宽度与间距相同，发射电极2与间距的总累计宽度大于待测量一维位移行程，发射电极绝缘基板1下表面覆盖有屏蔽电极3（如图2、3所示）；