[发明专利]一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器

说明书

本发明公开了一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器，包括动尺和定尺，定尺为由定阵面沿X方向、Y方向切割而成的矩形结构，定阵面包括定阵面基体和嵌在该定阵面基体上的m×n个电涡流金属反射片，电涡流金属反射片的形状为矩形，m×n个电涡流金属反射片排列成在X'方向等间隔的m行和在Y'方向等间隔的n列；动尺包括动尺基体和布置在动尺基体上的四个平面矩形螺旋线圈，四个平面矩形螺旋线圈排列成在X'方向等间隔的两行和在Y'方向等间隔的两列。其能简化结构、提高适用性，并且减小加工工艺对测量结果的影响，提高测量精度。

技术领域

本发明属于直线位移精密测量领域，具体涉及一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器。

背景技术

现有的绝对式直线位移传感器主要有两种：第一种、基于光学原理的绝对式直线位移传感器，即绝对式光栅；第二种、电容式绝对直线位移传感器。虽然绝对式光栅技术已经较为成熟，但其测量精度依赖码道刻画精度和加工工艺，且制造成本较高，在工作时易受振动、粉尘等环境因素影响；电容式绝对直线位移传感器测量精度受介电常数影响极大，在使用时对环境要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器，以简化结构，提高测量精度。

本发明所述的一种基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器，包括动尺和定尺，动尺与定尺正对平行，且留有间隙；设定X方向为测量方向，平行于定尺且垂直于X方向为Y方向，X'方向为X方向顺时针旋转45°后的方向，Y'方向为Y方向顺时针旋转45°后的方向。

所述定尺为由定阵面沿X方向、Y方向切割而成的矩形结构，定尺在X方向的长度为在Y方向的宽度为定阵面包括定阵面基体和嵌在该定阵面基体上的m×n个电涡流金属反射片，电涡流金属反射片的形状为矩形，m×n个电涡流金属反射片排列成在X'方向等间隔的m行和在Y'方向等间隔的n列(即m×n个电涡流金属反射片在X'OY'坐标系下的定阵面基体上按照m×n的矩阵排列)，电涡流金属反射片在X'方向的长度为在Y′方向的宽度为在X'方向上相邻两个电涡流金属反射片的中心距为W₁，在Y'方向上相邻两个电涡流金属反射片的中心距为W₂；其中，m×W₁＝n×W₂，m与n互为质数，则定阵面上X′方向的对极数为m、Y′方向的对极数为n，W₁表示传感器在X′方向上的极距(节距)，W₂表示传感器在Y′方向上的极距(节距)。

所述动尺包括动尺基体和布置在动尺基体上的四个平面矩形螺旋线圈，四个平面矩形螺旋线圈排列成在X'方向等间隔的两行和在Y'方向等间隔的两列(即四个平面矩形螺旋线圈在X'OY'坐标系下的动尺基体上按照2×2的矩阵排列)，平面矩形螺旋线圈在X′方向的长度为在Y′方向的宽度为在X'方向上两个平面矩形螺旋线圈的中心距为在Y'方向上两个平面矩形螺旋线圈的中心距为的中心距和的中心距既避免了相邻两个平面矩形螺旋线圈因同时位于一块电涡流金属反射片上方而产生互相影响，又能使动尺的整体结构尺寸最小，从而能减小传感器整体体积。

四个平面矩形螺旋线圈中分别通入相同的交流激励电信号，在动尺表面产生既随时间变化又随动尺移动而移动的磁场(即包含时间量和空间量的磁场)。当四个平面矩形螺旋线圈处于电涡流金属反射片上方时，电涡流金属反射片会产生涡流磁场，同时涡流磁场反作用于四个平面矩形螺旋线圈，致使四个平面矩形螺旋线圈的阻抗发生变化。当动尺相对定尺沿X方向平行移动时，四个平面矩形螺旋线圈与电涡流金属反射片的正对面积随位移变化而变化，相应的四个平面矩形螺旋线圈的阻抗随位移变化而呈周期性变化，通过交流电桥将四个平面矩形螺旋线圈的阻抗转换成四路电信号U₁、U₂、U₃、U₄，经信号处理系统处理后得到动尺相对定尺在X方向的绝对直线位移值。