[发明专利]基于单排多层结构的电场式时栅直线位移传感器

摘要

本发明公开了一种基于单排多层结构的电场式时栅直线位移传感器，包括测头基体和定尺基体两部分；测头基体上有一排等间距的双正弦形电极；定尺基体上有一排矩形电极，电极底部有定尺引线，电极与引线之间有绝缘层，形成一种多层结构；测头基体与定尺基体上下相对平行放置，并留有一定间隙δ；测头基体与定尺基体相对移动；定尺一个周期内的4个电极分别连接相位为0°，90°，180°，270°的等幅等频正弦激励电压，测头电极上产生的行波信号Uo与一路相位固定的同频参考信号Ur进行比相；两路信号的相位差由插补的时钟脉冲表示，再通过变换得到直线位移值。它功耗低，精度高，结构简单，对机械安装精度要求低，可实现大量程范围内的纳米精度测量。

主权项

一种基于单排多层结构的电场式时栅直线位移传感器，包括测头基体（1）和定尺基体（2）两部分，其特征是：所述测头基体上设置有一排测头电极（1‑1）；所述定尺基体上设置有一排定尺电极（2‑1），定尺电极的第4n+1号电极连成一组，组成A激励相，定尺电极的第4n+2号电极连成一组，组成B激励相，定尺电极的第4n+3号电极连成一组，组成C激励相，定尺电极的第4n+4号电极连成一组，组成D激励相，其中，n=0，1，2，3，...；测头基体与定尺基体上下相对平行布置，测头基体的测头电极与定尺基体的定尺电极正对，并留有一定间隙δ，形成耦合电容；所述定尺基体上依次覆有4层介质膜，第一层为金属膜，喷涂成4条激励信号引线（2‑2），分别将A、B、C、D各个激励相的对应电极连成一组；第二层为绝缘膜；第三层为金属膜，喷涂成一排定尺电极（2‑1）；第四层为绝缘保护膜；所述定尺电极（2‑1）形状为矩形且大小相同，相邻两电极之间保持一定的绝缘间距；所述的4条激励信号引线（2‑2）并排位于定尺电极（2‑1）下方中部；所述测头电极（1‑1）的形状为两个正弦上下对称形成的双正弦形，相邻测头电极（1‑1）之间通过矩形引线连接，测头电极长度略小于定尺电极长度，宽度为一个定尺电极宽度与一个所述绝缘间距之和，相邻两测头电极之间间隔三个测头电极宽度；测头基体与定尺基体相对移动；定尺基体的A、B、C、D四个激励相分别连接相位依次相差90°的等幅等频正弦激励电压Ua、Ub、Uc、Ud，在测头电极上产生一路行波信号Uo，该行波信号与一路相位固定的同频率参考信号Ur经整形电路整形后，由比相电路进行比相；两路信号的相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经过标度变换得到测头基体相对于定尺基体的直线位移值。