专利名称：位移测量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于位移精密测量的装置，具体涉及一种用于测量直线位移和角位移的位移测量传感器。
技术背景位移(直线位移或角位移)测量是最基本、最普通的测量。为了兼顾测量分辨率和量程，许多位移传感器采用了在基体上精密刻线的栅式结构，如光栅、磁栅等，对其在运动过程中发出的脉冲信号进行累加计数，即实现位移测量。高精度高密度的刻线引起很多问题，一方面刻线越密，就越容易受到污染。无论怎么密封保护，在生产现场恶劣工况下，其微小的粉尘油污水气都可能污染栅线，使之计数失效。另一方面，刻线不可能无限地密，而现有的密度远不能满足分辨率的要求。因此被迫普遍采用电子细分箱，系统结构复杂。加上高精度的刻线工艺，使成本居高不下。综上所述，现有栅式位移传感器存在的缺点是价格高、结构复杂、抗干扰力差。
发明内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种新型测量位移的传感器，不用精密刻线，因而价格低、结构简单、抗干扰力强。
本实用新型的技术方案是采用行波磁场来建立匀速运动坐标系。行波磁场是根据交流电机的工作原理，在线圈绕组中通以交流电产生的。本测量传感器的结构是将绕有线圈绕组的外壳作为定尺，在任一相邻线圈绕组之间的间隙处装一根导线作为定测头导体，定测头导体的两端作为周期性的原始电信号的输出端；另在行波磁场内设置相对于定尺运动的动尺，在动尺上装一根导体作为动测头导体，动测头导体的两端作为周期性原始电信号的输出端，上述结构即构成测量传感器部分。
上述结构可以是两种形式，一种是角位移测量传感器，它的定尺上的线圈绕组是按圆周均匀分布在圆形壳体内，动尺为一转子或转轴。另一种是直线位移测量传感器，它的定尺是将上述壳体和按圆周均匀分布的线圈绕组一齐按直线展开构成，动尺是在行波磁场内相对于定尺作直线运动滑尺。
传感器定测头导体上的输出端和动测头导体上的输出端与信号放大整形电路的输入端连接，该电路的输出端与比相电路的输入端连接。当不断持续运动的行波磁场经过时，因磁力线切割效应使两个测头上分别感应出电信号，通过放大整形电路将上述两路信号整形成为便于进行相位比较的波形，在通过比相电路测得两路信号的相位差，从而反映了定尺与动尺的位置之差。
本实用新型的优点是抗干扰能力强、测量精度高、体积小，结构简单，易于产品化开发。
图1为角位移测量传感器的俯视图；图2为角位移测量传感器的定尺线圈绕组展开后的平面图；图3为角位移测量传感器的动尺与动测头导体装配后的主视图；图4为角位移测量传感器的动尺与动测头导体装配后的俯视图；图5为直线位移测量传感器的俯视图图6为直线位移测量传感器的定尺线圈绕组展开后的平面图；图7为直线位移测量传感器的动尺与动测头导体装配后的主视图；图8为直线位移测量传感器的动尺与动测头导体装配后的俯视图；图9为比相信号波形图。
在图1至图9中1-1—角位移定尺U—输入线圈绕组的交流电压1-2—角位移线圈绕组M—行波磁场1-3—角位移线圈铁芯Ω—匀速旋转速度1-4—角位移动尺ω—任意旋转速度1-5—角位移动测头导体 Δθ—角位移1-6—角位移定测头导体 V—匀速直线运动速度P5—动测头方波信号ΔL—直线位移P6—定测头方波信号ΔT—用时间量表示的信号相位差t—时间T—信号周期2-1—直线位移定尺 2-2—直线位移线圈绕组2-3—直线位移线圈铁芯 2-4—直线位移动尺2-5—直线位移动测头导体2-6—直线位移定测头导体
具体实施方式
实施例1参见图1、2、3、4和图9，为角位移测量传感器的结构，该传感器是把和交流电机一样的角位移线圈铁心1-3上角位移线圈绕组1-2按圆周均布在圆形外壳内作为角位移定尺1-1，将交流电机的转子或另加转轴作为角位移动尺1-4。在角位移定尺1-1的任一相邻线圈之间的间隙处固定一根角位移定测头导体1-6，该导体的两端作为定测头的输出端，通过绝缘导线与信号整形电路的输入端连接。在角位移动尺1-4上固定一根角位移动测头导体1-5，该导体的两端作为动测头的输出端，通过绝缘导线与信号放大整形电路的输入端连接。当角位移线圈绕组1-2通以交流电时，将在角位移定尺1-1内间隙中产生旋转行波磁场M，其匀速旋转速度为Ω，该速度取决于交流电频率。每当旋转行波磁场经过角位移定测头导体1-6和角位移动测头导体1-5时，因磁力线被切割，按照右手定则，两导线将分别产生电势信号，以此作为动测头周期性原始信号A5和定测头周期性原始信号A6。再将这两路原始信号放大和波形整理为动测头方波信号P5和定测头方波信号P6。由于角位移定测头导体1-6在角位移定尺1-1中保持不动，所以定测头方波信号相位保持不动；而角位移动测头导体1-5随角位移动尺1-4以任意旋转速度ω和任意方向转动，动测头方波信号周期T与空间一个圆周360°相对应。现用时间差ΔT表示两路信号的相位差，则角位移为 实施例2图5、6、7、8和图9，为直线位移测量传感器结构，直线位移测量传感器的工作原理与实施例1完全相同。所不同的是，把交流电机的外壳和按圆周均匀分布的直线位移线圈铁芯2-3上的直线位移线圈绕组2-2一齐按直线展开构成直线位移定尺2-1，在直线位移定尺2-1的任一相邻直线位移线圈绕组2-2之间的间隙处固定一根直线位移定测头导体2-6；直线位移动尺2-4为在直线位移线圈绕组2-2通以交流电而产生的行波磁场内作直线运动的滑尺，动尺体上固定一根随直线位移动尺2-4一起作直线运动的直线位移动测头导体2-5，行波磁场M的运动速度用V表示，直线位移动尺2-4的任意直线运行速度用v表示。当行波磁场M每运动一组线图距离L，则重复切割直线位移定测头导体2-6和直线位移动测头导体2-5一次，由此得到的方波信号周期T与空间距离L对应，用时间量ΔT表示两路信号的相位差，则直线位移为ΔL=VΔT=LTΔT.]]>
权利要求1.位移测量传感器，包括定尺和动尺，其特征在于定尺为含有线圈绕组的壳体，线圈绕组通以交流电产生行波磁场，在任一相邻的线圈绕组之间的间隙处装一根导体作为定测头导体，该导体两端为定测头周期性原始电信号的输出端；在行波磁场内设置有相对于定尺运动的动尺，动尺上装有一根导体作为动测头导体，该导体两端为动测头周期性原始电信号的输出端。
2.根据权利要求1所述的位移测量传感器，其特征在于定尺的线圈绕组是按圆周均匀分布在圆形壳体内，动尺为一转子或转轴。
3.根据权利要求1所述的位移测量传感器，其特征在于定尺是将壳体和按圆周均匀分布的线圈绕组一齐按直线展开构成，动尺是在行波磁场内相对于定尺作直线运动的滑尺。
专利摘要一种位移测量传感器，属于位移精密测量装置。采用行波磁场来建立运动坐标系，在线圈绕组中通以交流电而形成行波磁场，将线圈绕组作为定尺，将行波磁场内的运动件作为动尺，分别固定在定尺和动尺上的导体构成定测头导体和动测头导体，两测头导体的输出端与信号放大整形电路的输入端连接。本传感器解决现有技术价格高、结构复杂和抗干扰力差的问题，具有抗干扰能力强、体积小、简化了结构、成本低、易于产品化的优点。
文档编号G01B7/02GK2551972SQ0227577
公开日2003年5月21日 申请日期2002年7月17日 优先权日2002年7月17日
发明者彭东林, 张兴红, 刘小康 申请人:重庆工学院