一種平面二維時柵位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種平面二維時柵位移傳感器，由上下平行相對布置的定陣面和動陣面兩部分構(gòu)成。定陣面由定陣面基體和布置于定陣面基體表面的激勵線圈組成；動陣面由動陣面基體和布置于動陣面基體表面的感應(yīng)線圈組成。采用單個動陣面通過電磁感應(yīng)原理獲取定陣面不同位置處的磁信號，利用時空坐標轉(zhuǎn)換理論，將磁信號(空間信息)轉(zhuǎn)化為電信號(時間信息)進行處理，從而得到平面二維空間位移量。本發(fā)明不需要垂直安裝兩個直線位移傳感器，不需要復雜工藝制備的二元光學器件，不需要復雜的光路設(shè)計，采用普通的半導體加工工藝制備動陣面和定陣面，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、抗油污粉塵和沖擊振動能力強的特點。
【專利說明】一種平面二維時柵位移傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密測量傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種平面二維時柵位移傳感器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有關(guān)于平面二維位移量測量的傳感器分為兩種，一種是在平面上相對互差90°垂直安裝兩個直線位移傳感器分別獲取平面二維直線位移量，另一種是采用單一傳感器同時獲取平面兩個維度的位移量。垂直安裝兩個直線位移傳感器會給測量系統(tǒng)帶來阿貝誤差，而且裝夾定位精度對測量結(jié)果影響較大，同時占據(jù)較大空間，不利于小空間測量。現(xiàn)有的平面二維位移傳感器包括二維光柵和二維容柵，其中二維光柵的測量精度依賴于二元光學器件的制造精度，復雜的光路設(shè)計和制造工藝使成本較高。同時二維光柵抗油污粉塵和沖擊振動能力較差。二維容柵測量量程較小，且由于電容介電常數(shù)易受外界環(huán)境中的溫度、濕度、油污粉塵等影響，因此傳感器防護能力較差。
[0003]近年來出現(xiàn)了一種以時鐘脈沖作為測量基準的時柵位移傳感器，能在低刻化精度的條件下實現(xiàn)高精度測量。但目前的時柵位移傳感器只能進行一維空間量(直線位移或角位移)的測量，無法實現(xiàn)平面二維直線位移測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于平面二維位移測量的時柵位移傳感器。
[0005]所述一種平面二維時柵位移傳感器，由上下平行相對布置的定陣面和動陣面兩部分構(gòu)成。定陣面由定陣面基體和布置于定陣面基體表面的激勵線圈組成；動陣面由動陣面基體和布置于動陣面基體表面的感應(yīng)線圈組成。
[0006]所述激勵線圈由4組激勵線圈組成，它們分別布置在相互絕緣的四層中。每組激勵線圈都由單層或多層相同激勵線圈線陣構(gòu)成，激勵線圈線陣由多個相同激勵線圈單元沿一個方向依次排列串聯(lián)構(gòu)成，其中相鄰兩個激勵線圈單元的中心距為一個極距，用W表示。任意兩組激勵線圈的激勵線圈線陣沿同一方向排列(如X方向)，另外兩組激勵線圈的激勵線圈線陣沿與之垂直的方向排列(如Y方向)。沿同一方向排列的激勵線圈單元的極距相同；沿不同方向排列的激勵線圈單元的極距可以相同也可以不同。即激勵線圈中沿X方向排列的兩組激勵線圈單元的極距相同，沿Y方向排列的兩組激勵線圈單元的極距相同；但是沿X方向排列的兩組激勵線圈的極距和沿Y方向排列的兩組激勵線圈的極距可以相同也可以不同。
[0007]所述激勵線圈中由激勵線圈單元沿X方向并排排列依次串聯(lián)構(gòu)成的兩組激勵線圈的激勵線圈線陣起始位置沿X方向錯開W/4;另外兩組激勵線圈的激勵線圈線陣起始位置沿Y方向錯開W/4。
[0008]所述激勵線圈單元由尺寸、匝數(shù)均相同的I個正繞(如順時針繞制)平面矩形螺旋激勵線圈和I個反繞(如逆時針繞制)平面矩形螺旋激勵線圈并排排列、首尾相接構(gòu)成。正繞平面矩形螺旋激勵線圈和反繞平面矩形螺旋激勵線圈的中心距為半個極距(W/2)。沿排列方向，正繞或反繞平面矩形螺旋激勵線圈由外到內(nèi)的第m匝線圈與線圈中心的距
離為:
【權(quán)利要求】
1.一種平面二維時柵位移傳感器，包括上下平行相對布置的定陣面(I)和動陣面(2)，其特征在于: 所述定陣面(I)由定陣面基體和布置于定陣面基體表面的激勵線圈組成；所述激勵線圈具有四組，分別為第一組激勵線圈(11)、第二組激勵線圈(12)、第三組激勵線圈(13)和第四組激勵線圈(14)，它們分別布置在相互絕緣的四層中；每組激勵線圈都由單層或多層完全相同的激勵線圈線陣構(gòu)成，其中激勵線圈線陣由多個相同激勵線圈單元沿一個方向依次排列串聯(lián)構(gòu)成，且相鄰兩個激勵線圈單元的中心距為一個極距W ;其中任意兩組激勵線圈的激勵線圈線陣沿X方向排列，且激勵線圈線陣的起始位置沿X方向錯開W/4 ;另外兩組激勵線圈的激勵線圈線陣沿與之垂直的Y方向排列，且激勵線圈線陣的起始位置沿Y方向錯開W/4 ； 所述動陣面(2)為單個，由動陣面基體和布置于動陣面基體表面的感應(yīng)線圈組成；感應(yīng)線圈由第一感應(yīng)線圈單元(21)和第二感應(yīng)線圈單元(22)沿X方向并排排列構(gòu)成，兩個感應(yīng)線圈單元中心距為W/2;第一感應(yīng)線圈單元(21)由尺寸、匝數(shù)均相同的兩個正繞平面矩形感應(yīng)線圈沿Y方向依次排列串聯(lián)構(gòu)成；第二感應(yīng)線圈單元(22)由尺寸、匝數(shù)均相同的I個正繞平面矩形感應(yīng)線圈 和I個反繞平面矩形感應(yīng)線圈沿Y方向依次排列串聯(lián)構(gòu)成；定陣面(I)的四組激勵線圈分別接交流激勵電流，在定陣面表面產(chǎn)生的磁場強度為四組激勵線圈產(chǎn)生的磁場強度之和；當動陣面(2)與定陣面(I)發(fā)生相對運動時，第一感應(yīng)線圈單元(21)和第二感應(yīng)線圈單元(22)分別感應(yīng)出幅值恒定相位移動的感應(yīng)信號，將兩路感應(yīng)信號與激勵信號分別進行鑒相處理，相位差由插補的高頻時鐘脈沖個數(shù)表示，經(jīng)換算后得到動陣面相對于定陣面在X方向和Y方向的直線位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維時柵位移傳感器，其特征是:所述激勵線圈單元由尺寸、匝數(shù)均相同的I個正繞平面矩形螺旋激勵線圈和I個反繞平面矩形螺旋激勵線圈并排排列、首尾相接構(gòu)成；正繞平面矩形螺旋激勵線圈和反繞平面矩形螺旋激勵線圈的中心距為半個極距，即W/2 ;沿排列方向，正繞或反繞平面矩形螺旋激勵線圈由內(nèi)到外的第m匝
W Wm線圈與線圈中心的距離為:7一7arcsm(^7)，其中m = I, 2，η, η為正繞或反繞平
4 2π Ii + I面矩形螺旋激勵線圈的總匝數(shù)；正繞平面矩形螺旋激勵線圈和反繞平面矩形螺旋激勵線圈
WI的最外阻間距為:一 arcsin(-:)?,
πη +1
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維時柵位移傳感器，其特征是:所述激勵線圈中排列方向相同的兩組激勵線圈分別連接頻率相同、相角相差90°的交流激勵電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維時柵位移傳感器，其特征是:所述激勵線圈中沿同一方向排列的激勵線圈單元的極距相同；沿不同方向排列的激勵線圈極距可以相同也可以不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維時柵位移傳感器，其特征是:所述第一感應(yīng)線圈單元(21)和第二感應(yīng)線圈單元(22)中分別包含的兩個平面矩形感應(yīng)線圈最外匝間距為ψI—arcsin(-),中心距為 W/2。πη + I
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維時柵位移傳感器，其特征是:第一感應(yīng)線圈單元和第二感應(yīng)線圈單元之間的中心距為(2p+l)W/2時，其中P為0、1、2...，每個感應(yīng)線圈單元中的兩個平面矩形感應(yīng)線圈之間的中心距為qW/2，其中q為0、1、2...。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5或6所述的平面二維時柵位移傳感器，其特征是:所述第一感應(yīng)線圈單元(21)和第二感應(yīng)線圈單元(22)中的正繞或反繞平面矩形感應(yīng)線圈可以為單匝或多匝，可以為單層或多層串聯(lián)；當為多層串聯(lián)排布時，各層感應(yīng)線圈沿垂直于動陣面的方向依次上下布置且各層感應(yīng)線圈的中心連線垂直于動陣面，中間由絕緣材料間隔。
【文檔編號】G01B7/02GK104019734SQ201410275459
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】武亮, 彭東林, 陳錫候, 魯進, 湯其富, 鄭方燕 申請人:重慶理工大學