【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密测量传感器，具体涉及一种磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器。
技术介绍
1、随着全球掀起工业制造业升级转型的巨浪，单一功能的传感器已不能满足需求，多功能测量传感器需求随之攀升，如数控定位台、显微镜载物台和机械臂等在进行调节位置时都需要精确的角位移和直线位移。现有关于实现角位移和直线位移同时测量的方法为安装两个传感器，一个用于角位移测量，另一个用于直线位移测量，这种安装方式使测量系统的结构更复杂，成本增加，且抗干扰能力差，易受到工作环境干扰的影响，给测量带来阿贝误差与安装定位误差，并且某些情况下不具备安装两个传感器的条件。因此研究一种多功能、高精度、结构简单的位移传感器迫在眉睫。
2、近年来国内研制出一种采用时钟脉冲作为位移测量基准的提高位移测量精度和分辨力的时栅直线位移传感器。目前基于时栅原理研制的角位移传感器和直线位移传感器已趋于成熟，其产品已进入市场，并且对二维平面直线位移传感器的研究也取得了一些成果，但对于能同时实现角位移测量和直线位移测量的传感器研究还处于空白。因此研制一种结构简单且高精度的能同时实现角位移测量和直线位移测量的传感器是有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述技术问题提供一种磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，定子基体上采用特殊空间排布的激励绕组产生沿圆周方向和轴向均匀分布的重复性正交磁场，动子基体上采用特殊形状及排布阵列的感应绕组来抑制位移感应信号谐波成分，提高测量精度，减少传感器线圈分层数与绕线复杂
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器包括：定子基体和动子基体，所述定子基体套在所述动子基体内，且与所述动子基体同轴安装并留有间隙，所述定子基体的外圆柱柱面上设有激励绕组，所述动子基体的内圆柱柱面上设有感应绕组，设定圆周方向记为x方向，沿圆周方向排布的线圈称为行，轴向记为y方向，沿轴向排布的线圈称为列，其特征在于：
3、所述激励绕组由沿着x方向和y方向均匀等间距布置的边长为le1的正方形激励线圈组成，其中沿x方向的奇数行激励线圈串连构成正弦绕组或余弦绕组，奇数列不布置线圈；沿x方向的偶数行激励线圈串连构成余弦绕组或正弦绕组，偶数列不布置线圈，所述激励线圈共设置m1行、m2列；
4、所述感应绕组包括角位移与直线位移判断阵列、位移方向判断阵列、角位移与直线位移感应信号拾取阵列；
5、所述角位移与直线位移判断阵列由多个正方形线圈和多个长方形线圈组成的fx感应绕组和fy感应绕组构成，fx感应绕组由一个正方形线圈和两个沿y方向长度不变，沿x轴长度减半的长方形线圈构成，fx感应绕组包括dx1、dx2、dx3；fy感应绕组由一个正方形线圈和两个沿x轴长度不变，沿y轴长度减半的长方形线圈构成，fy感应绕组包括dy1、dy2、dy3；在fx感应绕组中：线圈dx1与dx2起始位置相差li1+li5，线圈dx2与dx3起始位置相差li1+li5；在fy感应绕组中：线圈dy2与dy3起始位置相差li1+li5，线圈dy1与dy2起始位置相差li1+li5；而在fx感应绕组与fy感应绕组中：线圈dx1与dy1起始位置相差li1+nli5其中，n取1、2、3、4……，用以判断角位移与直线位移运动；
6、所述位移方向判断阵列包含x21、x22、x23、x24组成的zx感应绕组和y21、y22、y23、y24组成的zy感应绕组，x21与x22、x23与x24感应线圈按x方向的起始位置相差为jw+li1+li6，其中j＝0、1、2、3……，x21与x23、x22与x24感应线圈沿y方向起始位置相差为li1+li4，y21与y22、y23与y24感应线圈按y方向的起始位置相差为jw+li1+li6，其中j＝0、1、2、3……，y21与y23、y22与y24感应线圈沿x方向起始位置相差为li1+li4，用以判断位移方向的正负；
7、所述角位移与直线位移感应信号拾取阵列包括分别沿x方向、y方向布置的mx、my感应阵列，其中，用于测量角位移的为mx感应阵列，mx感应阵列分为由x11、x13、x15、x17线圈构成mx1感应绕组和x12、x14、x16、x18线圈构成mx2感应绕组；用于测量直线位移的为my感应阵列，my感应阵列分为由y11、y13、y15、y17线圈构成my1感应绕组和y12、y14、y16、y18线圈构成my2感应绕组；x11线圈和x13线圈、x15线圈和x17线圈按x方向以及y11线圈和y13线圈、y15线圈和y17线圈按y方向的起始位置相差均为jw+li1+li3；x11线圈和x15线圈、x13线圈和x17线圈按y轴方向以及y11线圈和y15线圈、y13线圈和y17线圈按x轴方向的起始位置相差均为jw+li1+li4；x11线圈和x12线圈、x15线圈和x16线圈按x方向以及y11线圈和y12线圈、y15线圈和y16线圈按y轴方向的起始位置相差均为jw+li1+li5；
8、测量时，对定子基体上的正弦、余弦绕组分别施加两路同频等幅的正弦、余弦电流激励信号，当动子基体相对定子基体移动时，mx1、mx2感应绕组、my1、my2感应绕组分别产生ux1、ux2、uy1、uy2四路电信号，根据fx感应绕组和fy感应绕组的输出信号φx和φy的差异来判断运动方向，再根据zx感应绕组的输出信号uf1、uf2，zy感应绕组的输出信号uf3、uf4通过辨向电路判断单维度方向的正负，最后将mx感应阵列输出的两路差动感应信号ux1和ux2经逻辑电路输出带有角位移信息的行波信号ux，将my感应阵列输出的两路差动感应信号uy1和uy2经逻辑电路输出带有直线位移信息的行波信号uy，又将ux、uy行波信号分别与同频率参考信号进行比相，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到动子基体相对定子基体运动的角位移或直线位移。
9、优选地，所述定子基体外圆柱柱面上共设置有m1行、m2列激励线圈，共同构成余弦绕组和正弦绕组；所述余弦绕组包括相互串连的a激励绕组和d激励绕组，所述a激励绕组与所述d激励绕组绕向相反，所述a激励绕组包括相连的a1激励绕组和a2激励绕组，所述a1激励绕组为编号为c4n1+2,4n2+1的正方形激励线圈相连而成，所述a2激励绕组为编号为c4n1+4,4n2+3的正方形激励线圈相连而成，所述d激励绕组包括相连的d1激励绕组和d2激励绕组，所述d1激励绕组为编号为c4n1+4,4n2+1的正方形激励线圈相连而成，所述d2激励绕组为编号为c4n1+2,4n2+3的正方形激励线圈相连而成；所述正弦绕组包括相互串连的b激励绕组和e激励绕组，所述激励绕组b与所述e激励绕组绕向相反，所述b激励绕组包括相连的b1激励绕组和b2激励绕组，所述b1激励绕组为编号为c4n1+1,4n2+2的正方形激励线圈相连而成，所述b2激励绕组为编号为c4n1+3,4n2+4的正方形激励线圈相连而成，所述e激励绕组包括相连的e1激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，包括定子基体(1)和动子基体(2)，所述定子基体(1)套在所述动子基体(2)内，且与所述动子基体(2)同轴安装并留有间隙，所述定子基体(1)的外圆柱柱面上设有激励绕组(11)，所述动子基体(2)的内圆柱柱面上设有感应绕组(22)，设定圆周方向记为X方向，沿圆周方向排布的线圈称为行，轴向记为Y方向，沿轴向排布的线圈称为列，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述定子基体(1)外圆柱柱面上共设置有m1行、m2列激励线圈，共同构成余弦绕组和正弦绕组；所述余弦绕组包括相互串连的A激励绕组和D激励绕组，所述A激励绕组与所述D激励绕组绕向相反，所述A激励绕组包括相连的A1激励绕组和A2激励绕组，所述A1激励绕组为编号为C4n1+2,4n2+1的正方形激励线圈相连而成，所述A2激励绕组为编号为C4n1+4,4n2+3的正方形激励线圈相连而成，所述D激励绕组包括相连的D1激励绕组和D2激励绕组，所述D1激励绕组为编号为C4n1+4,4n2+1的正方形激励线圈相连而成，所述D2
3.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述角位移与直线位移感应信号拾取阵列的线圈为多个长度和宽度均为Li1的正方形感应线圈组成。
4.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述角位移与直线位移感应信号拾取阵列的线圈为多个正弦线圈组成，正弦线圈是由两个半正弦沿底部镜像拼接而成，正弦线圈的半周期空间宽度为Li1，半周期空间高度为Li1。
5.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述角位移与直线位移感应信号拾取阵列的线圈为多个半径为Li1/2的圆形线圈组成。
6.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述角位移与直线位移判断阵列中的FX感应绕组和FY感应绕组均由一个边长为Li1正方形线圈和两个沿Y轴或X轴长度为Li1，沿X轴或Y轴长度为Li1/2的长方形线圈构成。
7.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述位移方向判断阵列中ZX感应绕组和ZY感应绕组的线圈为多个长度和宽度均为Li1的正方形感应线圈组成。
8.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述位移方向判断阵列中ZX感应绕组和ZY感应绕组的线圈为多个正弦线圈组成，正弦线圈是由两个半正弦沿底部镜像拼接而成，正弦线圈的半周期空间宽度为Li1，半周期空间高度为Li1。
9.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述位移方向判断阵列中ZX感应绕组和ZY感应绕组的线圈为多个半径为Li1/2的圆形线圈组成。
10.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，所述UX、UY行波信号分别与同频率参考信号经整形电路整形成方波后，再进行比相。
...【技术特征摘要】
1.一种磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，包括定子基体(1)和动子基体(2)，所述定子基体(1)套在所述动子基体(2)内，且与所述动子基体(2)同轴安装并留有间隙，所述定子基体(1)的外圆柱柱面上设有激励绕组(11)，所述动子基体(2)的内圆柱柱面上设有感应绕组(22)，设定圆周方向记为x方向，沿圆周方向排布的线圈称为行，轴向记为y方向，沿轴向排布的线圈称为列，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的磁场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，其特征在于，所述定子基体(1)外圆柱柱面上共设置有m1行、m2列激励线圈，共同构成余弦绕组和正弦绕组；所述余弦绕组包括相互串连的a激励绕组和d激励绕组，所述a激励绕组与所述d激励绕组绕向相反，所述a激励绕组包括相连的a1激励绕组和a2激励绕组，所述a1激励绕组为编号为c4n1+2,4n2+1的正方形激励线圈相连而成，所述a2激励绕组为编号为c4n1+4,4n2+3的正方形激励线圈相连而成，所述d激励绕组包括相连的d1激励绕组和d2激励绕组，所述d1激励绕组为编号为c4n1+4,4n2+1的正方形激励线圈相连而成，所述d2激励绕组为编号为c4n1+2,4n2+3的正方形激励线圈相连而成；所述正弦绕组包括相互串连的b激励绕组和e激励绕组，所述激励绕组b与所述e激励绕组绕向相反，所述b激励绕组包括相连的b1激励绕组和b2激励绕组，所述b1激励绕组为编号为c4n1+1,4n2+2的正方形激励线圈相连而成，所述b2激励绕组为编号为c4n1+3,4n2+4的正方形激励线圈相连而成，所述e激励绕组包括相连的e1激励绕组和e2激励绕组，所述e1激励绕组为编号为c4n1+3,4n2+2的正方形激励线圈相连而成，所述e2激励绕组为编号为c4n1+1,4n2+4的正方形激励线圈相连而成，其中，ca，b表示激励线圈，ba，b表示相邻两个激励线圈之间的间隙，距离为le2，a和b分别代表x方向坐标和y方向坐标，a＝4n1+i，b＝4n2+i，i取1或2或3或4，n1依次取0至m1-1的所有整数，m1表示x方向激励绕组线圈的总对极数，n2依次取0至m2-1的所有整数，m2表示y方向激励绕组线圈的总对极数，m1等于4m1，m2等于4m2，x方...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈自然，彭凯，蒲红吉，于治成，刘小康，王合文，欧阳辉，苟李，何智颖，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。