[发明专利]一种绝对式时栅角位移传感器

说明书

本发明公开了一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子、信号调理电路、鉴相电路和微处理器，转子为布有激励线圈和感应线圈的环形印制电路板，定子为环形导磁体；激励线圈包括正弦激励线圈和余弦激励线圈，感应线圈由相同且独立工作的8个扇环形感应线圈组成；环形导磁体按照一定规则开设有扇环形通槽；正、余弦激励线圈中分别通入两相对称激励电流，8个扇环形感应线圈中产生的感应信号将发生周期性变化，8个感应信号与激励信号经调理后送入鉴相电路进行鉴相处理，相位差由高频时钟脉冲插补，再经微处理器运算、处理后，得到转子的绝对位移值。该传感器能避免出现激励磁场互相耦合问题，实现高精度的绝对位移测量，同时降低成本。

技术领域

本发明属于精密位移测量领域，具体涉及一种绝对式时栅角位移传感器。

背景技术

近年来，随着工业自动化和智能化程度的提高，各闭环控制系统和测量系统对位移测量器件的要求也越来越高，其不仅要求位移测量器件具有高的测量精度和可靠性，而且要求其上电后能快速进入工作状态，以提高系统的响应速度和工作效率。因此，当今的闭环控制系统和测量系统越来越倾向于采用绝对式位移传感器。

时栅角位移传感器作为众多位移传感器中的一种，因其具有测量精度高、抗干扰能力强、稳定性好、成本低廉等优点，在精密位移测量领域获得了越来越广泛的应用。现有的时栅角位移传感器主要采用粗机加精机的组合方式实现高精度的绝对位移测量；其中，粗机输出与测量范围内的位移量一一对应的单周期信号，用于确定绝对位置，但精度不高；精机则输出在测量范围内多周期变化的信号，在每个变化周期内具有确定的位移，且精度较高。然而，这种采用粗机加精机组合方式进行绝对位移测量的时栅角位移传感器，粗机和精机的激励磁场会耦合到对方的输出绕组(即感应线圈)上，使粗机和精机的测量精度均达不到独立工作时的水平；为减小这种耦合的影响，其对传感器的结构和后期信号处理等均提出了更高的要求，从而使传感器的成本大大增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对式时栅角位移传感器，以避免出现激励磁场互相耦合问题，实现高精度的绝对位移测量，同时降低成本。

本发明所述的绝对式时栅角位移传感器，包括转子、定子、信号调理电路、鉴相电路和微处理器，所述转子与定子同轴正对平行安装，且留有间隙；所述转子为布有激励线圈和感应线圈的环形印制电路板，所述定子为与转子相对的一面沿圆周开设有多个扇环形通槽的环形导磁体。

所述激励线圈由相同且关于圆心O对称布置的第一组线圈和第二组线圈组成，第一组、第二组线圈均包括正弦激励线圈和余弦激励线圈，所述正弦激励线圈由起始位置相同、幅值为A、周期为W＝360°/N、相位互差180°且沿半径为R的圆周正弦分布的两条导线构成，两条导线分别布于环形印制电路板的两层，且这两条导线的起始端通过过孔连接、另一端作为正弦激励信号输入端；所述余弦激励线圈由起始位置相同、幅值为A、周期为W＝360°/N、相位互差180°且沿半径为R的圆周正弦分布的两条导线构成，两条导线分别布于环形印制电路板的另外两层，且这两条导线的起始端通过过孔连接、另一端作为余弦激励信号输入端；其中，N为传感器的极对数，N≥8且取值为4的整数倍；所述正弦激励线圈的起始位置与余弦激励线圈的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开W/4，且正弦激励线圈与余弦激励线圈同时覆盖区域的圆心角大于或者等于4W。