[发明专利]一种多周期双极型电磁感应式角度传感器

说明书

本发明公开了一种多周期双极型电磁感应式角度传感器，包括转子、定子、信号处理单元三个部分；转子采用双极结构，包含外沿的多周期铜箔扇形结构和中心的单周期铜箔扇形结构；对应的，定子包含单周期和多周期的分别用于产生高频交流信号的激励线圈和用于接收电磁感应信号的接收线圈；当给激励线圈通入交变电流时，由偶数个极性相反的回路组成的接收线圈产生的感应电动势之和为零，当转子在接收线圈上方转动时，转子中产生的涡流使相邻两个接收线圈的感应电压呈正余弦形式变化，进而实现角度测量。本发明所述角度传感器通过两组线圈结合单周期转子和多周期转子的组合结构，形成双极模式，在保证测量精度的基础上解决了绝对角度位置测量问题。

技术领域

本发明涉及精密仪器仪表测量技术领域，特别涉及一种多周期双极型电磁感应式角度传感器。

背景技术

随着自动化控制及精密加工技术的不断发展，角度传感器作为最前端位置精准检测的核心部件越来越受到重视。角度传感器按照其结构布局可以分为接触式和非接触式。接触式角度传感器有电位计式角度传感器，非接触式角度传感器有电容式、霍尔式、光电式和磁阻式等。接触式角度传感器由于其原理的特殊性，敏感元件之间需要接触，因此其易磨损，导致接触式角度传感器精度不高，使用寿命短，相比之下，非接触式角度传感器避免了上述缺陷。但由于各类非接触式角度传感器的实现原理不同，它们也受到各种不同条件的使用限制和影响。例如电容式传感器虽然结构简单，成本低，但是其体积较大，难以集成且稳定性较差。霍尔式角度传感器的优点是不受电磁干扰，因此适用于磁场强度较高的环境中，但缺点是受温度影响较大，温度漂移严重，除此之外，霍尔传感器使用寿命较短。光电式传感器可以实现高精度，但对工作环境要求苛刻，无法适用于污垢、灰尘、油污等工况，且制作工艺要求较高，结构复杂，价格昂贵，使用寿命短，从而其工作稳定性和可靠性相对而言不高。

近年来，随着传感器技术的不断发展，出现了基于各向异性磁阻（AMR）和巨磁电阻（GMR）的角度传感器，这类传感器结构简单，体积小巧，抗污防尘，抗冲击性强，可靠性高，但其仍有分辨率和精度不够高的缺点。

发明内容

为了解决角度传感器非接触、抗震动冲击、耐高低温、高分辨率且可以实现绝对位置测量的问题，本发明提供一种多周期双极型电磁感应式角度传感器，基于电磁感应原理，实现单周期、多周期信号结合的绝对位置角度检测。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：

一种多周期双极型电磁感应式角度传感器，包括转子、定子、信号处理单元三个部分；

所述转子采用双极结构，包含外沿的多周期铜箔扇形结构和中心的单周期铜箔扇形结构；对应的，所述定子包含单周期和多周期的分别用于产生高频交流信号的激励线圈和用于接收电磁感应信号的接收线圈；

当给所述激励线圈通入交变电流时，由偶数个极性相反的回路组成的所述接收线圈产生的感应电动势之和为零，当所述转子在所述接收线圈上方转动时，所述转子中产生的涡流使相邻两个所述接收线圈的感应电压呈正余弦形式变化，进而实现角度测量；为了进一步实现绝对位置角度测量，在测量过程中，单周期接收线圈的感应信号对多周期接收线圈所处周期数进行识别，多周期接收线圈的感应信号对所处角度位置进行识别。

优选地，所述激励线圈的形状设计为由多个圆形线圈组合而成的平面螺旋线圈，当通入交变电流时产生径向对称的交变磁场；所述接收线圈根据所述转子的极数情况进行设定。

优选地，所述转子、所述定子和所述信号处理单元且均采用印刷电路板PCB工艺制成。

优选地，所述转子分为多对极转子和单对极转子，或者称多周期转子和单周期转子；

对于所述多周期转子，设计N周期接收线圈，N=4，6，8，12……，由2N个弧形线圈组成，相应的，所述多周期转子设计为N对极，能够在所述多周期转子转动360°时产生N个周期的正余弦信号；