一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109631735A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201910008990.6(22)申请日2019.01.04(71)申请人重庆理工大学地址400054重庆市巴南区李家沱红光大道69号(72)发明人彭凯刘小康蒲红吉黄沛但敏(74)专利代理机构重庆华科专利事务所50123代理人康海燕唐锡娇(51)Int.Cl.G01B7/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器(57)摘要本发明公开了一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器，包括定尺基体和动尺基体两部分，两者正对平行安装，并留有一定间隙。定尺基体上布置有分别沿X轴和Y轴进行错位编码的正方形激励极片，动尺基体上布置有沿X轴和Y轴相邻排布的感应极片，四个激励相分别施加相位相差90°的同频等幅正弦激励信号，四个感应组通过电场耦合分别输出四路行波信号，采用加法器对相邻输出信号进行求和可同时解耦出两路相位相反、只包含X轴位移量的行波信号和两路相位相反、只包含Y轴位移量的行波信号；对任一方向上两路行波信号通过减法器进行作差可消除共模干扰。本发明结构简单，解耦彻底，可实现大量程高精度的平面二维位移测量。CN109631735ACN109631735A权利要求书1/2页1.一种基于交变电场的平面二维时栅位移传感器，包括定尺基体(1)和动尺基体(2)，动尺基体下表面与定尺基体上表面正对平行安装，并留有间隙；其特征是：所述定尺基体(1)上表面并排设置有2m行激励电极，每行激励电极都由相同的n个正方形激励极片(11)沿X轴方向均匀排布组成，相邻两个正方形激励极片(11)间隔的距离Ie大于一个正方形激励极片(11)的宽度Le，相邻两行激励电极沿Y轴方向间隔的距离等于沿X轴方向的起始位置错开奇数行激励电极沿X轴方向的起始位置相同，偶数行激励电极沿X轴方向的起始位置相同；其中，n＝4k1、m＝4k2，k1、k2都为正整数；多个正方形激励极片(11)相连，在X轴方向形成有XA、XB、XC、XD激励组，在Y轴方向形成有YA、YB、YC、YD激励组，XA激励组与YA激励组相连，形成A激励相，XB激励组与YB激励组相连，形成B激励相，XC激励组与YC激励组相连，形成C激励相，XD激励组与YD激励组相连，形成D激励相；所述动尺基体(2)下表面设置有相同的r个感应单元，相邻两个感应单元间隔的距离为Ii，每个感应单元都由独立且相同的4个感应极片a、b、c、d按照2×2的方式排布组成，感应极片a、c位于同一行，感应极片a、b位于同一列，每个感应极片的长度、宽度都为Li，相邻两个感应极片间隔的距离为Ii，Li+Ii＝2(Le+Ie)，感应极片的形状为中心对称图形；r个感应单元中的感应极片a相连，形成a感应组，r个感应单元中的感应极片b相连，形成b感应组，r个感应单元中的感应极片c相连，形成c感应组，r个感应单元中的感应极片d相连，形成d感应组；测量时，在A、B、C、D激励相上分别施加四路相位依次相差90°的同频等幅正弦激励信号，当动尺基体相对定尺基体产生平面移动时，a、b、c、d感应组分别产生Ua、Ub、Uc、Ud四路电信号；Ua和Ub，Uc和Ud分别通过加法器求和，得到两路行波信号UX+和UX-；Ua和Uc，Ub和Ud分别通过加法器求和，得到两路行波信号UY+和UY-；UX+和UX-，UY+和UY-分别通过减法器作差，得到X轴正弦行波信号UX和Y轴正弦行波信号UY；X轴正弦行波信号UX和Y轴正弦行波信号UY分别经处理后得到动尺基体相对于定尺基体在X轴方向的直线位移和在Y轴方向的直线位移。2.根据权利要求1所述的基于交变电场的二维时栅位移传感器，其特征是：所述XA、XB、XC、XD激励组的形成方式为：X轴方向偶数列上的m个正方形激励极片(11)相连，形成n个X激励单元，第4j1+1个X激励单元连成一组，组成XA激励组，第4j1+2个X激励单元连成一组，组成XB激励组，第4j1+3个X激励单元连成一组，组成XC激励组，第4j1+4个X激励单元连成一组，组成XD激励组，j1依次取0至k1-1的所有整数；所述YA、YB、YC、YD激励组的形成方式为：Y轴方向偶数行上的n个正方形激励极片(11)相连，形成m个Y激励单元，第4j2+1个Y激励单元连成一组，组成YA激励组，第4j2+2个Y激励单元连成一组，组成YB激励组，第4j2+3个Y激励单元连成一组，组成YC激励组，第4j2+4个Y激励单元连成一组，组成YD激励组，j2依次取0至k2-1的所有整数。3.根据权利要求1或2所述的基于交变电场的平面二维时栅位移传感器，其特征是：所述感应极片a、b、c、d的形状为正方