一种绝对式时栅角位移传感器论文和设计-陈锡侯

全文摘要

本发明公开了一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子、转换电路和信号处理电路，定子包括定子基体和绕于定子基体上的激励绕组、感应绕组，转子为类圆柱环，定子为圆柱环，转子和定子按照特定方式安装后，当转子相对于定子转动时，在转换电路和信号处理电路的作用下，被测运动当前的绝对角位移将反映为与之对应的一组确定的电信号，通过对这组电信号的处理进一步转化为当前的绝对角位移值。本发明只建立一个传感单元就实现了粗、精同时测量，有效避免了粗测、精测传感单元的相互影响，提高了绝对角位移的测量精度，减小了传感器体积。

主设计要求

1.一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子(1)、转子(2)、转换电路和信号处理电路，定子包括定子基体(11)和绕于定子基体上的激励绕组、感应绕组(13)；其特征在于：所述转子(2)为导磁的类圆柱环，所述类圆柱环具有转子内圆柱面、转子外圆柱面和与转子内、外圆柱面垂直的两个端面，转子内圆柱面轴线与转子外圆柱面轴线平行，在转子内圆柱面侧沿圆周方向间隔均匀地开设有N个轴向贯通的转子扇环形槽(21)，形成N个转子扇环形齿(22)与N个转子扇环形槽交错分布的空间结构，N个所述转子扇环形槽(21)的轴线与转子内圆柱面轴线重合，其中一个转子扇环形齿的径向中心线位于类圆柱环最薄壁处，一个转子扇环形槽所对的圆心角等于一个转子扇环形齿所对的圆心角；其中，N＝5k，k为正奇数；所述定子基体(11)为导磁的圆柱环，所述圆柱环具有同轴的定子内圆柱面与定子外圆柱面以及与定子内、外圆柱面垂直的两个端面，定子外圆柱面的半径小于转子内圆柱面到转子外圆柱面轴线的最小距离，在定子外圆柱面侧沿圆周方向间隔均匀地开设有M个轴向贯通的定子扇环形槽(111)，形成M个定子扇环形齿(112)与M个定子扇环形槽交错分布的空间结构，一个定子扇环形齿所对的圆心角大于或等于一个转子扇环形齿所对的圆心角且小于一个转子扇环形齿所对的圆心角的2倍；其中，M＝4k；所述激励绕组包括正弦激励绕组和余弦激励绕组，正弦激励绕组包括第一正弦单元(121)和第二正弦单元(122)，余弦激励绕组包括第一余弦单元(123)和第二余弦单元(124)，将其中某一个定子扇环形齿(112)称为1号定子齿，其余定子扇环形齿(112)沿圆周方向依次称为2号定子齿至M号定子齿；第一正弦单元(121)由第一导线沿圆周方向在2m号定子齿上绕制而成，第二正弦单元(122)由第二导线沿圆周方向在2m+2k号定子齿上绕制而成，第一余弦单元(123)由第三导线沿圆周方向在2m+k号定子齿上绕制而成，第二余弦单元(124)由第四导线沿圆周方向在号定子齿上绕制而成，每号定子齿上绕制的激励线圈匝数相同，相邻两偶数号定子齿上的激励线圈绕制方向相反，相邻两奇数号定子齿上的激励线圈绕制方向相反；其中，m依次取1至k的所有整数，符号Mod()表示取余运算，第一导线的起始端作为接线端子S1、终止端作为接线端子S2，第二导线的起始端作为接线端子S3、终止端作为接线端子S4，第三导线的起始端作为接线端子T1、终止端作为接线端子T2，第四导线的起始端作为接线端子T3、终止端作为接线端子T4；所述感应绕组(13)由第五导线沿圆周方向依次在M个定子扇环形齿(112)上绕制而成，每个定子扇环形齿上绕制的感应线圈匝数相同，相邻两个定子扇环形齿上的感应线圈绕制方向相反，第五导线的起始端与终止端作为多级感应信号输出端；所述定子(1)安装在转子(2)内，定子基体(11)的中心面与转子(2)的中心面位于同一平面，定子内圆柱面轴线与转子外圆柱面轴线以及被测角度的回转中心轴重合；所述定子基体的中心面是指与定子基体的两个端面平行且到该两个端面的距离相等的平面，所述转子的中心面是指与转子的两个端面平行且到该两个端面的距离相等的平面；所述转换电路包括第一电桥和第二电桥，第一电桥由第一正弦单元、第二正弦单元、电阻R2、电阻R1依次首尾相连构成，电阻R1与电阻R2的阻值相等，电阻R1与第一正弦单元的连接点以及第二正弦单元与电阻R2的连接点引出接线端子，作为正弦激励信号输入端；第一正弦单元与第二正弦单元的连接点以及电阻R2与电阻R1的连接点引出接线端子作为第一单级信号输出端；第二电桥由第一余弦单元、第二余弦单元、电阻R4、电阻R3依次首尾相连构成，电阻R3与电阻R4的阻值相等，电阻R3与第一余弦单元的连接点以及第二余弦单元与电阻R4的连接点引出接线端子，作为余弦激励信号输入端；第一余弦单元与第二余弦单元的连接点以及电阻R4与电阻R3的连接点引出接线端子作为第二单级信号输出端；所述信号处理电路包括加法电路、信号调理电路、鉴相电路和微处理器；正、余弦激励信号输入端中分别通入两相对称激励电流，当转子相对于定子转动时，多级感应信号输出端输出多级感应信号，同时，第一、第二单级信号输出端输出的第一、第二单级信号经加法电路处理后，得到单级感应信号；将单级感应信号、多级感应信号和激励信号输入至信号调理电路进行信号调理后，送入鉴相电路进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经微处理器运算后，得到转子的绝对角位移值。

设计方案

1.一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子(1)、转子(2)、转换电路和信号处理电路，定子包括定子基体(11)和绕于定子基体上的激励绕组、感应绕组(13)；其特征在于：

所述转子(2)为导磁的类圆柱环，所述类圆柱环具有转子内圆柱面、转子外圆柱面和与转子内、外圆柱面垂直的两个端面，转子内圆柱面轴线与转子外圆柱面轴线平行，在转子内圆柱面侧沿圆周方向间隔均匀地开设有N个轴向贯通的转子扇环形槽(21)，形成N个转子扇环形齿(22)与N个转子扇环形槽交错分布的空间结构，N个所述转子扇环形槽(21)的轴线与转子内圆柱面轴线重合，其中一个转子扇环形齿的径向中心线位于类圆柱环最薄壁处，一个转子扇环形槽所对的圆心角等于一个转子扇环形齿所对的圆心角；其中，N＝5k，k为正奇数；

所述定子基体(11)为导磁的圆柱环，所述圆柱环具有同轴的定子内圆柱面与定子外圆柱面以及与定子内、外圆柱面垂直的两个端面，定子外圆柱面的半径小于转子内圆柱面到转子外圆柱面轴线的最小距离，在定子外圆柱面侧沿圆周方向间隔均匀地开设有M个轴向贯通的定子扇环形槽(111)，形成M个定子扇环形齿(112)与M个定子扇环形槽交错分布的空间结构，一个定子扇环形齿所对的圆心角大于或等于一个转子扇环形齿所对的圆心角且小于一个转子扇环形齿所对的圆心角的2倍；其中，M＝4k；

所述激励绕组包括正弦激励绕组和余弦激励绕组，正弦激励绕组包括第一正弦单元(121)和第二正弦单元(122)，余弦激励绕组包括第一余弦单元(123)和第二余弦单元(124)，将其中某一个定子扇环形齿(112)称为1号定子齿，其余定子扇环形齿(112)沿圆周方向依次称为2号定子齿至M号定子齿；第一正弦单元(121)由第一导线沿圆周方向在2m号定子齿上绕制而成，第二正弦单元(122)由第二导线沿圆周方向在2m+2k号定子齿上绕制而成，第一余弦单元(123)由第三导线沿圆周方向在2m+k号定子齿上绕制而成，第二余弦单元(124)由第四导线沿圆周方向在设计说明书

技术领域

本发明属于精密位移测量领域，具体涉及一种绝对式时栅角位移传感器。

背景技术

在精密角位移测量领域中，粗测、精测组合是实现高分辨力绝对角位移测量的一种有效技术方案。现有公开的粗测、精测组合测量技术方案中存在两个局限：其一，粗测、精测组合测量需要建立两套传感和测量单元，从而导致传感器体积较大；其二，粗测传感单元的激励磁场与精测传感单元的激励磁场会互相耦合到对方的感应线圈上，从而使其测量精度均达不到独立工作时的水平，导致绝对角位移测量精度下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对式时栅角位移传感器，以采用粗测、精测组合的方式实现绝对角位移的高精度测量，同时减小传感器体积。

本发明所述的一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子、转换电路和信号处理电路，定子包括定子基体和绕于定子基体上的激励绕组、感应绕组。

所述转子为导磁的类圆柱环，所述类圆柱环具有转子内圆柱面、转子外圆柱面和与转子内、外圆柱面垂直的两个端面，转子内圆柱面轴线与转子外圆柱面轴线平行(不重合)，在转子内圆柱面侧(即转子内侧)沿圆周方向间隔均匀地开设有N个轴向贯通的转子扇环形槽，形成N个转子扇环形齿与N个转子扇环形槽交错分布的空间结构，N个所述转子扇环形槽的轴线与转子内圆柱面轴线重合，其中一个转子扇环形齿的径向中心线位于类圆柱环最薄壁处(即其中一个转子扇环形齿的径向中心线处于过类圆柱环最薄壁处的径向直线上)，一个转子扇环形槽所对的圆心角等于一个转子扇环形齿所对的圆心角(即相邻两个转子扇环形槽间隔的圆心角等于一个转子扇环形槽所对的圆心角)；其中，N＝5k，k为正奇数。

所述定子基体为导磁的圆柱环，所述圆柱环具有同轴的定子内圆柱面与定子外圆柱面以及与定子内、外圆柱面垂直的两个端面，定子外圆柱面的半径小于转子内圆柱面到转子外圆柱面轴线的最小距离，在定子外圆柱面侧(即定子外侧)沿圆周方向间隔均匀地开设有M个轴向贯通的定子扇环形槽，形成M个定子扇环形齿与M个定子扇环形槽交错分布的空间结构，一个定子扇环形齿所对的圆心角大于或等于一个转子扇环形齿所对的圆心角且小于一个转子扇环形齿所对的圆心角的2倍；其中，M＝4k。

所述激励绕组包括正弦激励绕组和余弦激励绕组，正弦激励绕组包括第一正弦单元和第二正弦单元，余弦激励绕组包括第一余弦单元和第二余弦单元，将其中某一个定子扇环形齿称为1号定子齿，其余定子扇环形齿沿圆周方向依次称为2号定子齿至M号定子齿(即2号定子齿、3号定子齿、4号定子齿、…、M号定子齿)；第一正弦单元由第一导线沿圆周方向在2m号定子齿上绕制而成，第二正弦单元由第二导线沿圆周方向在2m+2k号定子齿上绕制而成，第一余弦单元由第三导线沿圆周方向在2m+k号定子齿上绕制而成，第二余弦单元由第四导线沿圆周方向在设计图

一种绝对式时栅角位移传感器论文和设计

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