本發(fā)明涉及角位移傳感器結(jié)構(gòu)改進(jìn)，具體涉及一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，屬于精密角位移傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、角位移傳感器分為增量式和絕對(duì)式兩種。絕對(duì)式角位移傳感器因其斷電重啟后無(wú)需重新定位，具有更快的響應(yīng)速度，可立即獲得絕對(duì)角度信息及其無(wú)累計(jì)誤差等優(yōu)勢(shì)，提高了可靠性和工作效率，逐漸成為現(xiàn)代角位移傳感器發(fā)展的主流趨勢(shì)。而近年來(lái)國(guó)內(nèi)研制出了一種以時(shí)鐘脈沖信號(hào)作為位移測(cè)量基準(zhǔn)的時(shí)柵角位移傳感器，并在此基礎(chǔ)上研制出了一種基于交變電場(chǎng)的差極型絕對(duì)式時(shí)柵角位移傳感器（參見(jiàn)公開號(hào)為cn208206026u的中國(guó)實(shí)用新型專利），該傳感器包括轉(zhuǎn)子基體和定子基體，轉(zhuǎn)子基體下表面設(shè)有感應(yīng)電極ⅰ、感應(yīng)電極ⅱ，定子基體上表面設(shè)有激勵(lì)電極ⅰ和激勵(lì)電極ⅱ，激勵(lì)電極ⅰ、ⅱ的四個(gè)激勵(lì)相分別連接四路激勵(lì)信號(hào)，感應(yīng)電極ⅰ輸出第一路差動(dòng)正弦行波信號(hào)uo1，感應(yīng)電極ⅱ輸出第二路差動(dòng)正弦行波信號(hào)uo2，利用第一路差動(dòng)正弦行波信號(hào)uo1與第二路差動(dòng)正弦行波信號(hào)uo2的相位差計(jì)算粗測(cè)對(duì)極定位值，利用第一路差動(dòng)正弦行波信號(hào)uo1或者第二路差動(dòng)正弦行波信號(hào)uo2計(jì)算精測(cè)角位移值，將精測(cè)角位移值與粗測(cè)對(duì)極定位值相結(jié)合得到絕對(duì)角位移值。該傳感器實(shí)現(xiàn)了圓整周范圍內(nèi)角位移的絕對(duì)測(cè)量。但是，該傳感器采用雙圈電極分別互耦實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)量，導(dǎo)致傳感器環(huán)寬難以降低，無(wú)法適應(yīng)一些需要大中空結(jié)構(gòu)傳感器的特殊工作環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)絕對(duì)式角位移測(cè)量的同時(shí)，能夠提供一個(gè)大中空的傳感器結(jié)構(gòu)，使絕對(duì)式角位移時(shí)柵傳感器的工作環(huán)境更靈活，應(yīng)用領(lǐng)域得以拓寬。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，包括上下平行正對(duì)并留有間隙的動(dòng)尺基體和定尺基體，所述定尺基體上表面設(shè)置有m組激勵(lì)電極，所述動(dòng)尺基體下表面設(shè)有z組感應(yīng)電極，動(dòng)尺基體上的感應(yīng)電極與定尺基體上的激勵(lì)電極正對(duì)；所述m為大于等于2的偶數(shù)；z=m+1；所有激勵(lì)電極分布在定尺基體上表面同一環(huán)帶上，該環(huán)帶被均勻分割為m個(gè)區(qū)塊，m組激勵(lì)電極一一對(duì)應(yīng)地分布在m個(gè)區(qū)塊上；每組激勵(lì)電極由若干激勵(lì)極片組成，激勵(lì)極片的數(shù)量為4的整數(shù)倍，其中每相鄰的四片激勵(lì)極片組成一個(gè)對(duì)極；相鄰激勵(lì)電極的對(duì)極數(shù)相差一個(gè)；所有相間隔開的激勵(lì)電極對(duì)極數(shù)相同；每組激勵(lì)電極中所有激勵(lì)極片在所在區(qū)塊上均勻分布；所有感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)相同并均勻分布在動(dòng)尺基體下表面同一環(huán)帶上。

4、進(jìn)一步地，每組激勵(lì)電極中，每個(gè)位置的激勵(lì)極片與與之間隔三個(gè)的激勵(lì)極片通過(guò)中間層金屬引線連接在一起，從而得到四組激勵(lì)相；給四組激勵(lì)相分別施加四路幅值、周期相等，相位相差90°的正弦激勵(lì)信號(hào)，從而形成沿定尺基體圓環(huán)分布的交變電場(chǎng)；

5、動(dòng)尺基體上每組感應(yīng)電極分別與定尺基體上的所有激勵(lì)電極構(gòu)成傳感組；z組感應(yīng)電極共構(gòu)成z個(gè)傳感組。

6、進(jìn)一步地，每組感應(yīng)電極至少由一片感應(yīng)極片構(gòu)成；每組感應(yīng)電極中的所有感應(yīng)極片沿動(dòng)尺基體圓周方向均勻排布。

7、進(jìn)一步地，所述感應(yīng)極片為雙正弦形極片，形狀為[0，π]區(qū)間的兩條幅值相等，相位相差180°的正弦曲線圍成的全封閉圖形。

8、進(jìn)一步地，所述激勵(lì)極片為扇環(huán)極片，由同心、角度相同但直徑不同的兩段圓弧和過(guò)圓心的兩段線段依次連接圍成的全封閉圖形。

9、進(jìn)一步地，所述激勵(lì)電極為兩組，感應(yīng)電極為三組；或者激勵(lì)電極為四組，感應(yīng)電極為五組。

10、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

11、1.本發(fā)明通過(guò)差極定位的原理，實(shí)現(xiàn)了整周的絕對(duì)定位。

12、2.本發(fā)明將所有激勵(lì)電極由現(xiàn)有的內(nèi)外環(huán)排列布置結(jié)構(gòu)（類似于并聯(lián)）改進(jìn)為位于同一圓周上排列布置結(jié)構(gòu)（類似于串聯(lián)），實(shí)現(xiàn)了傳感器結(jié)構(gòu)的集成化，由此降低了傳感器環(huán)帶寬度，能夠提供一個(gè)大中空的傳感器安裝結(jié)構(gòu)，使絕對(duì)式角位移時(shí)柵傳感器的工作環(huán)境更靈活，應(yīng)用領(lǐng)域得以拓寬。

13、3.本發(fā)明將動(dòng)尺上的感應(yīng)電極設(shè)計(jì)為始終比激勵(lì)電極多一個(gè)且在整周均勻排列的對(duì)極組，確保動(dòng)尺在任意姿態(tài)下，始終保證當(dāng)有一組感應(yīng)電極處于兩組激勵(lì)電極中間時(shí)，至少有兩組感應(yīng)電極完全處于激勵(lì)電極側(cè)能夠正常工作，實(shí)現(xiàn)了整周的絕對(duì)定位。

技術(shù)特征：

1.一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，包括上下平行正對(duì)并留有間隙的動(dòng)尺基體和定尺基體，所述定尺基體上表面設(shè)置有m組激勵(lì)電極，所述動(dòng)尺基體下表面設(shè)有z組感應(yīng)電極，動(dòng)尺基體上的感應(yīng)電極與定尺基體上的激勵(lì)電極正對(duì)；其特征在于：所述m為大于等于2的偶數(shù)；z=m+1；所有激勵(lì)電極分布在定尺基體上表面同一環(huán)帶上，該環(huán)帶被均勻分割為m個(gè)區(qū)塊，m組激勵(lì)電極一一對(duì)應(yīng)地分布在m個(gè)區(qū)塊上；每組激勵(lì)電極由若干激勵(lì)極片組成，激勵(lì)極片的數(shù)量為4的整數(shù)倍，其中每相鄰的四片激勵(lì)極片組成一個(gè)對(duì)極；相鄰激勵(lì)電極的對(duì)極數(shù)相差一個(gè)；所有相間隔開的激勵(lì)電極對(duì)極數(shù)相同；每組激勵(lì)電極中所有激勵(lì)極片在所在區(qū)塊上均勻分布；所有感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)相同并均勻分布在動(dòng)尺基體下表面同一環(huán)帶上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，其特征在于：每組激勵(lì)電極中，每個(gè)位置的激勵(lì)極片與與之間隔三個(gè)的激勵(lì)極片通過(guò)中間層金屬引線連接在一起，從而得到四組激勵(lì)相；給四組激勵(lì)相分別施加四路幅值、周期相等，相位相差90°的正弦激勵(lì)信號(hào)，從而形成沿定尺基體圓環(huán)分布的交變電場(chǎng)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，其特征在于：每組感應(yīng)電極至少由一片感應(yīng)極片構(gòu)成；每組感應(yīng)電極中的所有感應(yīng)極片沿動(dòng)尺基體圓周方向均勻排布。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，其特征在于：所述感應(yīng)極片為雙正弦形極片，形狀為[0，π]區(qū)間的兩條幅值相等，相位相差180°的正弦曲線圍成的全封閉圖形。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，其特征在于：所述激勵(lì)極片為扇環(huán)極片，由同心、角度相同但直徑不同的兩段圓弧和過(guò)圓心的兩段線段依次連接圍成的全封閉圖形。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，其特征在于：所述激勵(lì)電極為兩組，感應(yīng)電極為三組；或者激勵(lì)電極為四組，感應(yīng)電極為五組。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種單圈絕對(duì)式角位移傳感器，包括上下平行正對(duì)的動(dòng)尺基體和定尺基體，定尺基體上表面設(shè)置有M組激勵(lì)電極，動(dòng)尺基體下表面設(shè)有Z組感應(yīng)電極。M為大于等于2的偶數(shù)；Z=M+1；所有激勵(lì)電極均勻分布在定尺基體上表面同一環(huán)帶上。每組激勵(lì)電極由若干激勵(lì)極片組成，其中每相鄰的四片激勵(lì)極片組成一個(gè)對(duì)極；相鄰激勵(lì)電極的對(duì)極數(shù)相差一個(gè)；所有相間隔開的激勵(lì)電極對(duì)極數(shù)相同；所有感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)相同并均勻分布在動(dòng)尺基體下表面同一環(huán)帶上。感應(yīng)極片通過(guò)對(duì)感應(yīng)到的電信號(hào)進(jìn)行解碼，可識(shí)別整個(gè)量程內(nèi)的絕對(duì)位置。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)絕對(duì)式角位移測(cè)量的同時(shí)，能夠提供一個(gè)大中空的傳感器結(jié)構(gòu)，使絕對(duì)式角位移時(shí)柵傳感器的工作環(huán)境更靈活。

技術(shù)研發(fā)人員：樊星辰,彭凱,王合文,于治成,胡曉洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29