一種平面二維位移傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于直線位移精密測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的可進(jìn)行平面二維位移量測(cè)量的傳感器分為兩種，一種是在測(cè)量平面上垂直 安裝兩個(gè)線性傳感器分別獲取兩個(gè)維度的位移量，另一種是采用單一傳感器同時(shí)獲取平面 兩個(gè)維度的位移量。垂直安裝兩個(gè)線性傳感器會(huì)給測(cè)量系統(tǒng)帶來(lái)阿貝誤差，其裝夾定位精 度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，同時(shí)占據(jù)較大空間，不利于小空間測(cè)量?，F(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(cè)量精度依賴于二元光學(xué)器件的制造精度， 復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)和制造工藝使成本較高。同時(shí)二維光柵抗油污粉塵和沖擊振動(dòng)能力較差。 二維容柵測(cè)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(hù)能力較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于平面二維位移測(cè)量的 傳感器。
[0004] 所述一種平面二維位移傳感器，由上下平行相對(duì)布置的定陣面和動(dòng)陣面兩部分構(gòu) 成。定陣面具有定陣面基體，在定陣面基體上布置單層或多層完全相同的并串聯(lián)的激勵(lì)線 圈矩陣；動(dòng)陣面由動(dòng)陣面基體和布置于動(dòng)陣面基體表面的感應(yīng)線圈組成。
[0005] 每一層激勵(lì)線圈矩陣是由沿X和Y方向布置的多個(gè)相同的激勵(lì)線圈陣列單元構(gòu) 成，所述激勵(lì)線圈陣列單元之間沿"Z"字型依次串聯(lián)，且相鄰的兩個(gè)激勵(lì)線圈陣列單元的中 心距為一個(gè)極距，用W表示。沿X方向和沿Y方向的極距可以相同也可以不同。
[0006] 所述激勵(lì)線圈陣列單元由尺寸、匝數(shù)均相同的2個(gè)正繞平面矩形螺旋激勵(lì)線圈和 2個(gè)反繞平面矩形螺旋激勵(lì)線圈按"田"字型排列構(gòu)成，按"U"字型串聯(lián)以保證任意兩個(gè)相 鄰的平面矩形螺旋激勵(lì)線圈繞制方向相反。四個(gè)線圈依次串聯(lián)即1個(gè)正繞（如順時(shí)針繞 制）平面矩形螺旋激勵(lì)線圈、1個(gè)反繞（如逆時(shí)針繞制）平面矩形螺旋激勵(lì)線圈、1個(gè)正繞 平面矩形螺旋激勵(lì)線圈和1個(gè)反繞平面矩形螺旋激勵(lì)線圈依次沿"U"型首尾相接。任意相 鄰兩個(gè)平面矩形螺旋激勵(lì)線圈的中心距為半個(gè)極距（W/2)。沿X方向或Y方向，正繞或反繞
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種平面二維位移傳感器，包括上下平行相對(duì)布置的定陣面（1)和動(dòng)陣面（2)，其特 征在于： 所述定陣面（1)具有定陣面基體，在定陣面基體上布置單層或多層完全相同的并串聯(lián) 的激勵(lì)線圈矩陣，每一層激勵(lì)線圈矩陣是由沿X和Y方向布置的多個(gè)相同的激勵(lì)線圈陣列 單元構(gòu)成，所述激勵(lì)線圈陣列單元之間沿"Z"字型依次串聯(lián)，且相鄰兩個(gè)激勵(lì)線圈陣列單元 的中心距為一個(gè)極距W ; 所述動(dòng)陣面（2)由動(dòng)陣面基體和布置于動(dòng)陣面基體表面的感應(yīng)線圈組成；所述感應(yīng)線 圈由尺寸匝數(shù)均相同的三個(gè)感應(yīng)線圈組成，且第一感應(yīng)線圈（21)和第二感應(yīng)線圈（22)沿 X方向布置，第一感應(yīng)線圈（21)和第三感應(yīng)線圈（23)沿Y方向布置； 定陣面（1)的激勵(lì)線圈連接交流激勵(lì)電信號(hào)，在定陣面表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度隨著平面 二維位置變化呈現(xiàn)周期性變化；當(dāng)動(dòng)陣面（2)與定陣面（1)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一感應(yīng)線圈 (21)、第二感應(yīng)線圈（22)和第三感應(yīng)線圈（23)的感應(yīng)信號(hào)幅值分別發(fā)生變化，將第一感應(yīng) 線圈與第二感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)相除得到僅關(guān)于X方向位移量的正切函數(shù)信號(hào)，將第一感 應(yīng)線圈與第三感應(yīng)線圈的感應(yīng)信號(hào)相除得到僅關(guān)于Y方向位移量的正切函數(shù)信號(hào)，再分別 經(jīng)過(guò)反正切運(yùn)算即可得到動(dòng)陣面相對(duì)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所述的平面二維位移傳感器，其特征是：所述激勵(lì)線圈陣列單元 由尺寸、匝數(shù)均相同的2個(gè)正繞平面矩形螺旋激勵(lì)線圈和2個(gè)反繞平面矩形螺旋激勵(lì)線 圈按"田"字型排列、并按"U"字型串聯(lián)以保證任意兩個(gè)相鄰的平面矩形螺旋激勵(lì)線圈繞 制方向相反；相鄰兩個(gè)平面矩形螺旋激勵(lì)線圈的中心距為半個(gè)極距，即W/2 ;沿X方向或 Y方向，正繞或反繞平面矩形螺旋激勵(lì)線圈由內(nèi)到外的第P匝線圈與線圈中心的距離為：
其中q為正繞或反繞平面矩形螺旋激勵(lì)線圈的總匝數(shù)，P = 1，2, 3…q ; 相鄰兩個(gè)平面矩形螺旋激勵(lì)線圈的最外匝間距為
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維位移傳感器，其特征是：所述激勵(lì)線圈中沿X方向 的極距與沿Y方向的極距可以相同也可以不同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面二維位移傳感器，其特征是：所述第一感應(yīng)線圈和第二 感應(yīng)線圈沿Y方向的中心距為零，沿X方向的中心距為
，m = 1，2,3···，最外匝間 距為
；第一感應(yīng)線圈和第三感應(yīng)線圈沿X方向的中心距為零，沿Y 方向的中心距為
，η = 1，2, 3···，最外匝間距為
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的平面二維位移傳感器，其特征是：所述第一感應(yīng)線圈 (21)、第二感應(yīng)線圈（22)和第三感應(yīng)線圈（23)可以為單匝或多匝，可以為單層或多層串 聯(lián)；當(dāng)為多層串聯(lián)排布時(shí)，各層感應(yīng)線圈沿垂直于動(dòng)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(dòng)陣面，中間由絕緣材料間隔。
【專利摘要】一種平面二維位移傳感器，其由上下平行相對(duì)布置的定陣面和動(dòng)陣面兩部分構(gòu)成。定陣面在定陣面基體上布置單層或多層完全相同的并串聯(lián)的激勵(lì)線圈矩陣，每一層激勵(lì)線圈矩陣是由沿X和Y方向布置的多個(gè)相同的激勵(lì)線圈陣列單元構(gòu)成，激勵(lì)線圈陣列單元之間沿“Z”字型依次串聯(lián)。動(dòng)陣面由動(dòng)陣面基體和布置于動(dòng)陣面基體表面的感應(yīng)線圈組成，感應(yīng)線圈由尺寸匝數(shù)均相同的三個(gè)感應(yīng)線圈呈L形布置。本發(fā)明通過(guò)在定陣面表面建立包含時(shí)間量和空間量的磁場(chǎng)，采用單個(gè)動(dòng)陣面通過(guò)電磁感應(yīng)原理將定陣面不同位置處的磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，將三個(gè)感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，從而得到平面二維位移量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、抗油污粉塵和沖擊振動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。<u/>
【IPC分類】G01B7-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104677258
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510080844
【發(fā)明人】武亮, 彭東林, 陳錫候, 湯其富, 魯進(jìn), 鄭方燕, 孫世政, 黃奔
【申請(qǐng)人】重慶理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月14日