一种单圈绝对式角位移传感器

本发明涉及角位移传感器结构改进，具体涉及一种单圈绝对式角位移传感器，属于精密角位移传感器领域。

背景技术：

1、角位移传感器分为增量式和绝对式两种。绝对式角位移传感器因其断电重启后无需重新定位，具有更快的响应速度，可立即获得绝对角度信息及其无累计误差等优势，提高了可靠性和工作效率，逐渐成为现代角位移传感器发展的主流趋势。而近年来国内研制出了一种以时钟脉冲信号作为位移测量基准的时栅角位移传感器，并在此基础上研制出了一种基于交变电场的差极型绝对式时栅角位移传感器（参见公开号为cn208206026u的中国实用新型专利），该传感器包括转子基体和定子基体，转子基体下表面设有感应电极ⅰ、感应电极ⅱ，定子基体上表面设有激励电极ⅰ和激励电极ⅱ，激励电极ⅰ、ⅱ的四个激励相分别连接四路激励信号，感应电极ⅰ输出第一路差动正弦行波信号uo1，感应电极ⅱ输出第二路差动正弦行波信号uo2，利用第一路差动正弦行波信号uo1与第二路差动正弦行波信号uo2的相位差计算粗测对极定位值，利用第一路差动正弦行波信号uo1或者第二路差动正弦行波信号uo2计算精测角位移值，将精测角位移值与粗测对极定位值相结合得到绝对角位移值。该传感器实现了圆整周范围内角位移的绝对测量。但是，该传感器采用双圈电极分别互耦实现绝对测量，导致传感器环宽难以降低，无法适应一些需要大中空结构传感器的特殊工作环境。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种单圈绝对式角位移传感器，本发明在实现绝对式角位移测量的同时，能够提供一个大中空的传感器结构，使绝对式角位移时栅传感器的工作环境更灵活，应用领域得以拓宽。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种单圈绝对式角位移传感器，包括上下平行正对并留有间隙的动尺基体和定尺基体，所述定尺基体上表面设置有m组激励电极，所述动尺基体下表面设有z组感应电极，动尺基体上的感应电极与定尺基体上的激励电极正对；所述m为大于等于2的偶数；z=m+1；所有激励电极分布在定尺基体上表面同一环带上，该环带被均匀分割为m个区块，m组激励电极一一对应地分布在m个区块上；每组激励电极由若干激励极片组成，激励极片的数量为4的整数倍，其中每相邻的四片激励极片组成一个对极；相邻激励电极的对极数相差一个；所有相间隔开的激励电极对极数相同；每组激励电极中所有激励极片在所在区块上均匀分布；所有感应电极结构相同并均匀分布在动尺基体下表面同一环带上。

4、进一步地，每组激励电极中，每个位置的激励极片与与之间隔三个的激励极片通过中间层金属引线连接在一起，从而得到四组激励相；给四组激励相分别施加四路幅值、周期相等，相位相差90°的正弦激励信号，从而形成沿定尺基体圆环分布的交变电场；

5、动尺基体上每组感应电极分别与定尺基体上的所有激励电极构成传感组；z组感应电极共构成z个传感组。

6、进一步地，每组感应电极至少由一片感应极片构成；每组感应电极中的所有感应极片沿动尺基体圆周方向均匀排布。

7、进一步地，所述感应极片为双正弦形极片，形状为[0，π]区间的两条幅值相等，相位相差180°的正弦曲线围成的全封闭图形。

8、进一步地，所述激励极片为扇环极片，由同心、角度相同但直径不同的两段圆弧和过圆心的两段线段依次连接围成的全封闭图形。

9、进一步地，所述激励电极为两组，感应电极为三组；或者激励电极为四组，感应电极为五组。

10、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

11、1.本发明通过差极定位的原理，实现了整周的绝对定位。

12、2.本发明将所有激励电极由现有的内外环排列布置结构（类似于并联）改进为位于同一圆周上排列布置结构（类似于串联），实现了传感器结构的集成化，由此降低了传感器环带宽度，能够提供一个大中空的传感器安装结构，使绝对式角位移时栅传感器的工作环境更灵活，应用领域得以拓宽。

13、3.本发明将动尺上的感应电极设计为始终比激励电极多一个且在整周均匀排列的对极组，确保动尺在任意姿态下，始终保证当有一组感应电极处于两组激励电极中间时，至少有两组感应电极完全处于激励电极侧能够正常工作，实现了整周的绝对定位。

技术特征：

1.一种单圈绝对式角位移传感器，包括上下平行正对并留有间隙的动尺基体和定尺基体，所述定尺基体上表面设置有m组激励电极，所述动尺基体下表面设有z组感应电极，动尺基体上的感应电极与定尺基体上的激励电极正对；其特征在于：所述m为大于等于2的偶数；z=m+1；所有激励电极分布在定尺基体上表面同一环带上，该环带被均匀分割为m个区块，m组激励电极一一对应地分布在m个区块上；每组激励电极由若干激励极片组成，激励极片的数量为4的整数倍，其中每相邻的四片激励极片组成一个对极；相邻激励电极的对极数相差一个；所有相间隔开的激励电极对极数相同；每组激励电极中所有激励极片在所在区块上均匀分布；所有感应电极结构相同并均匀分布在动尺基体下表面同一环带上。

2.根据权利要求1所述的一种单圈绝对式角位移传感器，其特征在于：每组激励电极中，每个位置的激励极片与与之间隔三个的激励极片通过中间层金属引线连接在一起，从而得到四组激励相；给四组激励相分别施加四路幅值、周期相等，相位相差90°的正弦激励信号，从而形成沿定尺基体圆环分布的交变电场；

3.根据权利要求1所述的一种单圈绝对式角位移传感器，其特征在于：每组感应电极至少由一片感应极片构成；每组感应电极中的所有感应极片沿动尺基体圆周方向均匀排布。

4.根据权利要求3所述的一种单圈绝对式角位移传感器，其特征在于：所述感应极片为双正弦形极片，形状为[0，π]区间的两条幅值相等，相位相差180°的正弦曲线围成的全封闭图形。

5.根据权利要求4所述的一种单圈绝对式角位移传感器，其特征在于：所述激励极片为扇环极片，由同心、角度相同但直径不同的两段圆弧和过圆心的两段线段依次连接围成的全封闭图形。

6.根据权利要求1所述的一种单圈绝对式角位移传感器，其特征在于：所述激励电极为两组，感应电极为三组；或者激励电极为四组，感应电极为五组。

技术总结本发明公开了一种单圈绝对式角位移传感器，包括上下平行正对的动尺基体和定尺基体，定尺基体上表面设置有M组激励电极，动尺基体下表面设有Z组感应电极。M为大于等于2的偶数；Z=M+1；所有激励电极均匀分布在定尺基体上表面同一环带上。每组激励电极由若干激励极片组成，其中每相邻的四片激励极片组成一个对极；相邻激励电极的对极数相差一个；所有相间隔开的激励电极对极数相同；所有感应电极结构相同并均匀分布在动尺基体下表面同一环带上。感应极片通过对感应到的电信号进行解码，可识别整个量程内的绝对位置。本发明在实现绝对式角位移测量的同时，能够提供一个大中空的传感器结构，使绝对式角位移时栅传感器的工作环境更灵活。技术研发人员：樊星辰,彭凯,王合文,于治成,胡晓洋受保护的技术使用者：重庆理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29