基于组合式码道涡流栅位移传感器的位移检测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115855128A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211411350.8(22)申请日2022.11.11(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人陈铭易陈宇轩丁立曾敏(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317专利代理师张宁展(51)Int.Cl.G01D5/249(2006.01)G01B7/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图7页(54)发明名称基于组合式码道涡流栅位移传感器的位移检测方法(57)摘要本发明属于绝对位移定位领域，基于组合式码道涡流栅位移传感器结构的新型位移检测算法。采用编码码道与测量码道相结合的测量方式，将编码码道位预编码分组，对不确定编码位采用进退位编码，保证了编码过程的确定性。测量码道位移校正，补偿编码码道位移，保证了输出总位移连续变化，不产生大范围跳变。输出位移经过4点滑动平均，减少安装和制造工艺带来的偏差，基本消除测量位移百分位的跳动。本算法在组合式码道涡流栅位移传感器的建模测试中达到了良好的效果，验证了算法的实用性。CN115855128ACN115855128A权利要求书1/2页1.一种组合式码道涡流栅位移传感器的位移检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)选通各码道线圈：四组测量码道线圈在位移过程中与反射导体耦合面积不断改变，根据每个测量码道线圈耦合面积变化，线圈频率信号在4.55MHz‑5.00MHz间变化，其中完全耦合反射导体状态下，频率为5MHz，完全不耦合状态下，频率信号为4.55MHz；六组编码码道线圈在位移过程中与反射导体耦合面积不断改变，根据每个编码码道线圈耦合面积变化，线圈频率信号在7.00MHz‑8.00MHz间变化，其中完全耦合反射导体状态下，频率为8.00MHz，完全不耦合状态下，频率信号为7.00MHz；步骤2)测量各码道的位移：测量码道：①读取测量码道四组线圈的频率f1、f2、f3、f4；②将f1与f2作差，f3与f4作差，获得两组频率差信号f12、f34；③计算测量码道的相位公式如下：式中，λ1为测量码道反射导体放置周期位移长度，本发明中采用5.08mm，采用atan2()函数，输出相位④计算测量码道的实际输出位移x，公式如下：⑤对测量码道进行位移补偿，确保测量码道补偿位移在零位移处的位移为零，位移在‑λ1/2到λ1/2周期性变化；编码码道；①读取两条互补编码码道各线圈的频率，每条编码码道包括六个线圈；②将两条互补编码码道对应线圈的频率作差获得六组差频信号；③对所述的频率差信号进行归一化，获得归一化差频信号；④设定两个判定阈值，设为0.9和0.1，对归一化差频信号进行预编码：若某归一化频率差信号大于0.9，将对应编码位设置为0，若小于0.1，将对应位设置为1，在0.1和0.9之间的编码位设置为2，即不确定编码位；⑤遍历六位预编码，对不确定编码所在编码位赋予相应的分组号；分组规则为：六位编码从最高位往最低位扫描，连续并且相邻的不确定编码位分为一组，单独的不确定编码位为一组，确定的编码位(编码值不为2)的组号为0；⑥判断测量码道的位移是否大于2.54mm，若测量码道测量的位移小于等于2.54mm，采用退位的编码方式，否则采用进位的编码方式；⑦将6位线圈移动时出现的33种编码值制作成编码码道位移索引表，输出编码码道测量的粗位移；⑧总位移输出为编码码道位移与测量码道位移补偿的总和；⑨将输出的总位移值依次放入存有四位数据的数组，进行4点滑动。2CN115855128A权利要求书2/2页2.根据权利要求1所述的组合式码道涡流栅位移传感器的位移检测方法，其特征在于，所述退位编码步骤如下：扫描六位组号编码，若存在组号1，则对组号为1的编码位进行编码，找到组号1最高位(最左侧位)max和最低位(最右侧位)min；根据传感器反射导体分布，在移动过程中，max位和min位的差可从0到3，意味着最少有一个编码位的组号为1，最多有四个编码位的组号为1；编码规则为：找到组号1的第max位，若第max+1位的编码为0，则第max位编码为0，第max‑1位编码为1，编码依次交替直到编码到第min位。若第max位是编码最左侧的位，则找到第min位，若第min‑1位为0，则第min位编码为1，第min+1位编为0，依次交替编码至第max位；若存在组号2，则对组号为2的编码位进行编码(编码规则同组号1)，根据定栅反射导体分布，在传感器移动过程中，max和min的差值可从0到2，最少有一个编码位组号为2，最多有3位组号为1；若存在组号3，则对组号为3的编码位进行编码，找到组号3的最高位max和最低位min。根据图1反射导体