利用电磁感应原理进行长度测量的绝对式传感器的制造方法_2

文档序号:8561684阅读:来源:国知局
25]图10(1)为激磁信号图,10(2)为某个位置的感应信号形状示意图。
[0026]图11为空间位置是自变量,ti时刻的精感应电压转换出的数值为函数值的函数图像,Ds和Dc分指这两个函数。
[0027]图12(1)至图12(3)为滑尺与定尺不同相对位置情况下的粗线圈磁通变化示意图。
[0028]图13⑴和图13⑵为空间位置是自变量,ti时刻的粗感应线圈输出的电压值的函数图像。
【具体实施方式】
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[0029]本发明通过一个测量长度范围是500毫米的实际例子进行说明【具体实施方式】。参看图1(1)中A所指,在滑尺上制作了 4个精线圈组,每组内包含精激磁线圈和精感应线圈,精激磁线圈和精感应线圈相间排列,每组内的相邻线圈中心距离为2毫米,线圈磁芯横断面形状是细长形,线圈磁芯的一端面处于滑尺的工作平面上,另一端固定在软磁材料的矩形平板上(参看图5(1)的W所指),软磁材料的矩形平板固定在抗磁材料的垫片上,垫片固定在滑尺壳体上。
[0030]参看图7(1),每组内J1、J3、J5、J7精激磁线圈与J2、J4、J6精激磁线圈的缠绕方向相反,每组内G1、G3、G5精感应线圈与G2、G4、G6精感应线圈的缠绕方向相反。参看图6,所有精激磁线圈输入同一个精激磁信号。第Al和A4组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出,作为第一路精感应信号,第A2和A3组内的精感应线圈产生的感应电压合成后输出,作为第二路精感应信号。
[0031]参看图1(1)中B所指,在滑尺上制作了两个粗线圈组,每组有6个粗线圈,6个粗线圈对称于滑尺的中面,沿滑尺的中面的法向向外排列顺序是:粗感应线圈,粗激磁线圈,粗感应线圈。每组内的粗激磁线圈与粗感应线圈的中心距离为4毫米,线圈磁芯横断面形状是细长条形,线圈磁芯的一端面处于滑尺的工作平面上,另一端固定在软磁材料的矩形平板上(参看图5(2)的Q所指),软磁材料的矩形平板固定在抗磁材料的垫片上,垫片固定在滑尺壳体上。
[0032]参看图7(2),每组内的两个粗激磁线圈的缠绕方向一致,靠近滑尺中面的2个粗感应线圈的缠绕方向一致,外侧的2个粗感应线圈的缠绕方向与内侧的2个相反。2个粗激磁线圈串连,4个粗感应线圈串连,第一组产生的感应电压作为第一路粗感应信号,第二组产生的感应电压作为第二路粗感应信号。
[0033]参看图1(2)中E所指,在定尺基体上装有用抗磁材料制作的一个平面层,在这个平面层上嵌有用软磁材料制作的两列长方体细长导磁块(参看图1(2)中D所指)。每组内相邻两个导磁块中心距离是4毫米,于是精编码周期长度是4毫米,将500毫米的测量范围分为125个子区间,周期数N等于125。参看图4,两列导磁块的两个中线相对于定尺工作面的中线都有一个小夹角Q1, Θ 1是2/500的反正切的函数值。
[0034]参看图2、图3,滑尺与定尺安装好后,线圈磁芯端头所在的工作平面与导磁块所在的工作平面向对,间隙很小,一般取值在0.1至0.5毫米之间。
[0035]下面叙述工作原理,精激磁电流通过精激磁线圈时,滑尺与定尺的相对位置不同就是导磁块与精线圈的相对位置不同,造成激磁线圈产生的变化磁场的强度变化率的分布不同,导致感应线圈内的磁通量变化率也不同,最终使得输出的两路感应电压信号的最大幅值的不同。
[0036]参看图10(1),在精激磁电流由负最大值向正最大值线性变化过程中,精激磁线圈内的磁通量发生变化。参看图8、图9,从一组精线圈与导磁块的4个不同的相对位置情形下说明磁场的分布和感应电压的情况。由于精激磁线圈Jl、J3、J5、J7与J2、J4、J6缠绕圈数相同、方向相反,所以,产生的磁场强度相同、方向相反。图8(1)所示是导磁块处于精激磁圈和精感应线圈中间位置的正下方,此时精感应线圈内磁通量变化率达到最大值,从而精感应线圈上的电动势为最大,参看图9(1),从此组精感应线圈的引出端可以得到不为零的精感应电压;图8(2)所示是导磁块处于精感应线圈的正下方,感应线圈内磁通量没有变化,从而精感应线圈上的电动势为零,输出的电压也为零;图8 (3)所示是导磁块处于精感应线圈和精激磁线圈中间位置的正下方,此时精感应线圈内磁通量变化率达到最大值,从而精感应线圈上的电动势为最大,参看图9(2),从此组感应线圈的引出端可以得到与图8(1)所示情况下方向相反的感应电压;图8(4)所示是导磁块处于精激磁线圈的正下方,精感应线圈内磁通总量没有变化,从而感应线圈上的电动势为O,输出的电压也为零。参看图10 (2),在激磁电流强度值线性变化区间内的ti时刻对输出电压采样和A/D转换,得到一个数值,当滑尺与定尺的相对位置连续变化时,就得到一个自变量是空间位置的周期函数。
[0037]通过对产生两路精感应信号的线圈的空间位置的设定,对两路输出的精感应电压采样和A/D转换,即可得到两个周期函数,周期是4毫米,相位差是四分之一个周期(I毫米),图11所示一个周期的函数曲线。编码过程就是通过得到的函数值计算出相对于当前位置的一个数值,在每一个子区间内,这个数值与空间位置是一一对应的,这个数值就是精编码数值。在目前的技术水平下,容易得到4毫米内的分辨力高于0.001毫米的精编码。由于周期性,所以得到的这个数值对应着分别处于N个子区间中的N个位置。还需要完成粗编码,才能确定N个空间位置中的哪一个是当前的实际空间位置。
[0038]参看图4,由于两列导磁块的两个中线相对于定尺工作面的中线都有一个小夹角Θ P当滑尺与定尺的相对位置沿着X方向变化时,产生两列导磁块相对于粗线圈分别沿着+Y和-Y两个相反的方向运动的效果,相对于X方向的运动范围500毫米,Y方向的范围是2毫米。导磁块与粗线圈的相对位置将影响粗感应线圈内的磁通量的变化。
[0039]参看图12,通过一组粗线圈与导磁块的3个不同的相对位置情形来说明磁场的变化。在粗激磁电流由负最大值向正最大值线性变化过程中,粗激磁线圈12-1和12-2产生磁场。在图12(1)所示情况下,U2-2和U2-3粗感应线圈内磁通量的变化率大,输出的感应电压高,U2-1和U2-4粗感应线圈内磁通量的变化率小,输出的感应电压低;由于U2-2、U2-3粗感应线圈与U2-1、U2-4粗感应线圈的缠绕方向相反,4个粗感应线圈的输出合成后输出电压不为零;在图12(2)所示情况下,U2-1、U2-2、U2_3、U2-4粗感应线圈内磁通量的变化率相同,4个粗感应线圈的输出合成后输出电压为零;在图12(3)所示情况下,U2-2和U2-3粗感应线圈内磁通量的变化率小,输出的感应电压低,U2-1和U2-4粗感应线圈内磁通量的变化率大,输出的感应电压高,4个粗感应线圈的输出合成后输出电压不为零,方向与图12(1)所示情况时相反。图13(2)所示是ti时刻的4个粗感应线圈输出合成后的输出电压值为函数值的函数图像。将第一组粗感应线圈的输出组合作为第一路粗感应信号输出,第二组粗感应线圈的输出组合作为第二路粗感应信号输出。当相对位置连续变化时,在激磁电流强度值线性变化区间内的ti时刻对输出信号的电压采样和A/D转换,得到两个函数,自变量是滑尺相对定尺的空间位置,函数值是数据,由于两组粗线圈安装位置不同,所以它们有一个相位差,参看图13 (2),对于每一个空间位置都可以得到一对A/D转换数值
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