[发明专利]一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器

摘要

本发明公开了一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器，包括定尺基体和动尺基体两部分，两者正对平行安装，并留有一定间隙。定尺基体上布置有分别沿X轴和Y轴进行错位编码的正方形激励极片，动尺基体上布置有沿X轴和Y轴相邻排布的感应极片，四个激励相分别施加相位相差90°的同频等幅正弦激励信号，四个感应组通过电场耦合分别输出四路行波信号，采用加法器对相邻输出信号进行求和可同时解耦出两路相位相反、只包含X轴位移量的行波信号和两路相位相反、只包含Y轴位移量的行波信号；对任一方向上两路行波信号通过减法器进行作差可消除共模干扰。本发明结构简单，解耦彻底，可实现大量程高精度的平面二维位移测量。

主权项

1.一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器，包括定尺基体(1)和动尺基体(2)，动尺基体下表面与定尺基体上表面正对平行安装，并留有间隙；其特征是：所述定尺基体(1)上表面并排设置有2m行激励电极，每行激励电极都由相同的n个正方形激励极片(11)沿X轴方向均匀排布组成，相邻两个正方形激励极片(11)间隔的距离I_e大于一个正方形激励极片(11)的宽度L_e，相邻两行激励电极沿Y轴方向间隔的距离等于沿X轴方向的起始位置错开奇数行激励电极沿X轴方向的起始位置相同，偶数行激励电极沿X轴方向的起始位置相同；其中，n＝4k₁、m＝4k₂，k₁、k₂都为正整数；多个正方形激励极片(11)相连，在X轴方向形成有XA、XB、XC、XD激励组，在Y轴方向形成有YA、YB、YC、YD激励组，XA激励组与YA激励组相连，形成A激励相，XB激励组与YB激励组相连，形成B激励相，XC激励组与YC激励组相连，形成C激励相，XD激励组与YD激励组相连，形成D激励相；所述动尺基体(2)下表面设置有相同的r个感应单元，相邻两个感应单元间隔的距离为I_i，每个感应单元都由独立且相同的4个感应极片a、b、c、d按照2×2的方式排布组成，感应极片a、c位于同一行，感应极片a、b位于同一列，每个感应极片的长度、宽度都为L_i，相邻两个感应极片间隔的距离为I_i，L_i+I_i＝2(L_e+I_e)，感应极片的形状为中心对称图形；r个感应单元中的感应极片a相连，形成a感应组，r个感应单元中的感应极片b相连，形成b感应组，r个感应单元中的感应极片c相连，形成c感应组，r个感应单元中的感应极片d相连，形成d感应组；测量时，在A、B、C、D激励相上分别施加四路相位依次相差90°的同频等幅正弦激励信号，当动尺基体相对定尺基体产生平面移动时，a、b、c、d感应组分别产生U_a、U_b、U_c、U_d四路电信号；U_a和U_b，U_c和U_d分别通过加法器求和，得到两路行波信号U_X+和U_X‑；U_a和U_c，U_b和U_d分别通过加法器求和，得到两路行波信号U_Y+和U_Y‑；U_X+和U_X‑，U_Y+和U_Y‑分别通过减法器作差，得到X轴正弦行波信号U_X和Y轴正弦行波信号U_Y；X轴正弦行波信号U_X和Y轴正弦行波信号U_Y分别经处理后得到动尺基体相对于定尺基体在X轴方向的直线位移和在Y轴方向的直线位移。