利用電磁感應原理進行長度測量的絕對式傳感器的制造方法
【專利說明】
所屬技術領域
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[0001]本發明屬于傳感器技術領域，是基于電磁感應原理進行設計的空間相對位置測量傳感器。
【背景技術】
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[0002]目前，利用電磁原理制造的傳感器在各種儀器和設備上有著幾十年的廣泛的應用，電磁原理的長度測量傳感器的主要類型有:磁柵、球柵、感應同步器，它們的機械結構和制作工藝不同，激磁和感應方式不同，能夠達到的最高分辨力也不同。
[0003]以電磁感應原理設計的長度測量傳感器包括激磁部件和感應部件，通過激磁電路對激磁線圈輸入變化電流，產生變化的磁場，使得處于此磁場內的感應線圈產生感應電壓，感應電壓大小取決于激磁電流的變化、部件形狀和材料性質、線圈形狀和激磁線圈與感應線圈的相對位置。對感應電壓進行采樣和計算，即可得到空間相對位置的測量數據。
[0004]早期由于電子器件技術水平的限制，測量傳感器的準確度主要是通過機械加工精度保證。隨著電子器件突飛猛進的發展，采用實時在線的系統誤差補償技術來提高測量準確度的方法得到了廣泛的應用。于是，放寬機械加工的精度要求，也可以達到較高的測量準確度，使得傳感器的結構和加工工藝可以采取更多的方式方法。
[0005]若想得到較大的系統誤差補償的效果，采用絕對式編碼的測量方式是非常必要的。所謂絕對式編碼的含義是:測量數值與測量系統開機時的初始狀態無關，只與滑尺相對于定尺的位置有關，并且在整個測量范圍內不同的相對位置得到的測量數值也不同。由于測量數據與空間位置的固定關系，所以，根據初始測量值即可準確地從補償數據庫中取得此點的系統誤差補償值，經過補償，可以得到準確度更高的最終測量值。完成傳感器制造后，利用高精度的測量設備進行標定，得出傳感器的系統誤差，將補償數據存于電子器件中，即可實現實時在線的系統誤差補償，保證測量的準確度。
[0006]基于上述思想，本發明是一種新型長度測量傳感器，包括兩個部件，一個部件是較長的長方體，一般稱為定尺。另一個部件較短，一般稱為滑尺。使用時，將它們分別安裝在兩個沿直線相對平動的機械部件上，用以得到兩個機械部件相對位置的信息，通過電子部分處理得到長度編碼數值。所謂編碼是通過一種系統對移動部件所處的每個空間位置給出一個相應的數值，兩個位置的編碼值之差就是兩個位置間距離的測量值。
[0007]為了實現較大范圍內的高分辨力的絕對式長度編碼數值，一般采用粗精組合的編碼技術。即具有兩套長度測量部件，一套得到小區間內的高分辨力的編碼，稱為精編碼，稱激磁電流為精激磁電流，感應線圈為精感應線圈，其它類推。另一套得到整個長度測量范圍內的較低分辨力的編碼，稱為粗編碼，稱激磁電流為粗激磁電流，感應線圈為粗感應線圈，其它類推。由于精編碼的周期性，一個精編碼數值可能出現在N個子區間內，得到空間相對位置的精編碼和粗編碼后，利用粗編碼進行判斷，可以確定精編碼是從N個子區間內的哪一個子區間內出現的，加上不同區間的不同基數，即得到整個長度測量范圍內的高分辨力的絕對編碼形式的初始編碼數據，再經過系統誤差補償，最終獲得高分辨力、高準確度的絕對編碼數值(測量數值)。
【發明內容】
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[0008]為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種利用電磁感應原理進行長度測量的傳感器，該傳感器包括定尺和滑尺，其特征為:在滑尺上包括精編碼線圈部件和粗編碼線圈部件；所述精編碼線圈部件包括4個由精激磁線圈和精感應線圈組成的精線圈組，沿滑尺與定尺相對移動方向排成兩列，每列兩個；每組內精激磁線圈和精感應線圈沿相對移動方向相間排列，上述兩種線圈磁芯的一端面處于滑尺上與定尺相對的平面上，此平面稱為滑尺工作面，另一端固定在軟磁材料的基體上，軟磁材料的基體固定在抗磁材料的墊片上，墊片固定在滑尺殼體上；粗編碼線圈部件包括由粗激磁線圈和粗感應線圈組成的2個粗線圈組，在滑尺與定尺相對運動方向上，分別安裝在精線圈組的兩邊外側，每組內有6個粗線圈，對稱于與相對移動方向平行和與滑尺工作面垂直的滑尺中面，沿中面的法向排列；滑尺中面兩側各有3個線圈，排列順序是:粗感應線圈、粗激磁線圈、粗感應線圈；上述兩種線圈磁芯的一端面處于滑尺工作面上，另一端固定在軟磁材料的基體上，軟磁材料的基體固定在抗磁材料的墊片上，墊片固定在滑尺殼體上；在定尺基體上固定有抗磁材料制作的長方形平板，長方形平板上鑲嵌有兩列用軟磁材料制作的長方體細長小塊，簡稱導磁塊，兩列中導磁塊形狀一致，每列中相鄰導磁塊中線距離是精線圈組內相鄰線圈中線距離的兩倍，每列中導磁塊的個數等于定尺長度除以相鄰導磁塊中線距離；導磁塊的一個面處于定尺上與滑尺相對的平面上，此平面稱為定尺工作面；兩列導磁塊的兩個中線相對于平行相對移動方向的定尺工作面上的中線都有一個小夾角。
[0009]優選為:每組內奇數序號的精激磁線圈的纏繞方向與偶數序號的精激磁線圈的相反，每組內奇數序號的精感應線圈的纏繞方向與偶數序號的精感應線圈的相反。
[0010]優選為:兩個粗激磁線圈的纏繞方向一致，靠近滑尺中面的4個粗感應線圈的纏繞方向一致，另外4個粗感應線圈的纏繞方向與前述4個相反。
[0011]優選為:所有精激磁線圈串連后輸入同一個精激磁信號。
[0012]優選為:第一列中第一個精線圈組和第二列中第二個精線圈組內的感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第一路精感應信號，第一列第二個精線圈組和第二列中第一個精線圈組內的感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第二路精感應信號。
[0013]優選為:兩個粗激磁線圈串連后輸入同一個粗激磁信號。
[0014]優選為:第一組內4個粗感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第一路粗感應信號，第二組內4個粗感應線圈產生的感應電壓合成后輸出，作為第二路粗感應信號。
[0015]有益效果:研制出的長度測量傳感器是絕對式編碼，這是一個重要的優點。相對于光柵測量傳感器，具有相同水平的分辨力和準確度，但對應用環境的要求較低，制造工藝較普通。由于本發明定尺結構簡單，可以方便地接長，如果再加入一套分辨力更粗的長度測量部件，可以組成測量范圍達十米以上的有較高分辨力的長度測量系統。在某些應用場合中相對其它類型的傳感器具有一定的優勢。
【附圖說明】
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[0016]圖1(1)為滑尺示意圖，圖1(2)為定尺示意圖，Al、A2、A3、A4為4組精線圈，B為粗線圈，C為滑尺殼體，D為鑲嵌定尺上的兩列軟磁材料的長方體塊(簡稱導磁塊)，E為抗磁材料層，F為定尺基體。
[0017]圖2為滑尺和定尺安裝好后相對位置示意圖。
[0018]圖3為滑尺和定尺安裝好后線圈與導磁塊相對位置示意圖。
[0019]圖4為導磁塊排列示意圖。
[0020]圖5(1)為精線圈不意圖，圖5 (2)為粗線圈不意圖。
[0021]圖6為精線圈連接不意圖。
[0022]圖7(1)為精線圈纏繞方法示意圖，圖7(2)為粗線圈纏繞方法示意圖。
[0023]圖8(1)至圖8(4)為滑尺與定尺不同相對位置情況下的精線圈磁通變化示意圖。
[0024]圖9(1)和圖9(2)為兩種不同相對位置情況下的精線圈電動勢不意圖。
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