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申请/专利权人：重庆理工大学

摘要：本发明涉及一种电场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，所述传感器包括定子和动子，所述定子套在所述动子内，所述定子包括定子基体和激励电极阵列，所述动子包括动子基体和感应电极阵列，当动子相对定子移动，角位移与直线位移感应信号拾取阵列经逻辑电路输出信号UX和UY，由FX、FY感应组的输出信号φX和φY的差异来判断维度运动方向，由ZX、ZY感应组的输出信号UF1、UF2、UF3、UF4来判断单维度方向的正负，由将UX、UY行波信号分别与同频率参考信号进行比相，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到动子相对定子在圆周方向的角位移或轴向的直线位移。结构简单，测量分辨率高，易批量制造，成本低等优势。

主权项：1.一种电场式角位移与直线位移复合测量的位移传感器，包括定子基体1和动子基体2，所述定子基体1套在所述动子基体2内，且与所述动子基体2同轴安装并留有间隙，所述定子基体1的外圆柱柱面上设有激励电极阵列11，所述动子基体2的内圆柱柱面上设有感应电极阵列22，设定圆周方向记为X方向，沿圆周方向排布的极片称为行，轴向记为Y方向，沿轴向排布的极片称为列，其特征在于：所述激励电极阵列11由沿着X方向和Y方向均匀等间距布置的边长为Le1的正方形激励极片组成，其中沿X方向的奇数行激励极片串连构成正弦极片或余弦极片，奇数列不布置极片；沿X方向的偶数行激励极片串连构成余弦极片或正弦极片，偶数列不布置极片，所述激励电极阵列11的激励极片共设置m1行、m2列；所述感应电极阵列22包括角位移与直线位移判断阵列、位移方向判断阵列、角位移与直线位移感应信号拾取阵列；所述角位移与直线位移判断阵列由多个正方形极片和多个长方形极片组成的FX感应组和FY感应组构成，FX感应组由一个正方形极片和两个沿Y方向长度不变，沿X轴长度减半的长方形极片构成，FX感应组包括DX1、DX2、DX3；FY感应组由一个正方形极片和两个沿X轴长度不变，沿Y轴长度减半的长方形极片构成，FY感应组包括DY1、DY2、DY3；在FX感应组中：极片DX1与DX2在X方向上起始位置相差Li1+Li2+Li5，极片DX1与DX3在Y方向上起始位置相差Li1+Li5；在FY感应组中：极片DY1与DY3在Y方向上起始位置相差Li1+Li2+Li5，极片DY1与DY2在X方向上起始位置相差Li1+Li5；而在FX感应组与FY感应组中：极片DX2与DY3起始位置相差Li2+NLi5其中，N取1、2、3、4……k，用以判断角位移与直线位移运动，FX感应组中两个长方形极片沿Y轴长度为Li1，沿X轴长度为Li12；FY感应组中两个长方形极片沿X轴长度为Li1，沿Y轴长度为Li12；所述位移方向判断阵列包含X21、X22、X23、X24组成的ZX感应组和Y21、Y22、Y23、Y24组成的ZY感应组，ZX感应组和ZY感应组的极片为多个长度和宽度均为Li1的正方形感应极片组成或为多个正弦极片组成，正弦极片是由两个半正弦沿底部镜像拼接而成，正弦极片的半周期空间宽度为Li1，半周期空间高度为Li1或为多个半径为Li12的圆形极片组成，X21与X22、X23与X24感应极片按X方向的起始位置相差为jW+Li1+Li6，其中j＝0、1、2、3……k，X21与X23、X22与X24感应极片沿Y方向起始位置相差为Li1+Li4，Y21与Y22、Y23与Y24感应极片按Y方向的起始位置相差为jW+Li1+Li6，其中j＝0、1、2、3……k，Y21与Y23、Y22与Y24感应极片沿X方向起始位置相差为Li1+Li4，用以判断位移方向的正负，其中W为对极的宽度，Li6为X21和X22、X23和X24、Y21和Y22、Y23和Y24感应极片之间的间隔距离；Li4为X21和X23、X22和X24、Y21和Y23、Y22和Y24感应极片之间的间隔距离；所述角位移与直线位移感应信号拾取阵列包括分别沿X方向、Y方向布置的MX、MY感应阵列，所述角位移与直线位移感应信号拾取阵列的极片为多个长度和宽度均为Li1的正方形感应极片组成或为多个正弦极片组成，正弦极片是由两个半正弦沿底部镜像拼接而成，正弦极片的半周期空间宽度为Li1，半周期空间高度为Li1或为多个半径为Li12的圆形极片组成，其中，用于测量角位移的为MX感应阵列，MX感应阵列分为由X11、X13、X15、X17极片构成MX1感应组和X12、X14、X16、X18极片构成MX2感应组；用于测量直线位移的为MY感应阵列，MY感应阵列分为由Y11、Y13、Y15、Y17极片构成MY1感应组和Y12、Y14、Y16、Y18极片构成MY2感应组；X11极片和X13极片、X15极片和X17极片按X轴方向以及Y11极片和Y13极片、Y15极片和Y17极片按Y轴方向的起始位置相差均为jW+Li1+Li3；X11极片和X15极片、X13极片和X17极片按Y轴方向以及Y11极片和Y15极片、Y13极片和Y17极片按X轴方向的起始位置相差均为jW+Li1+Li4；X11极片和X12极片、X15极片和X16极片按X轴方向以及Y11极片和Y12极片、Y15极片和Y16极片按Y轴方向的起始位置相差均为jW+Li1+Li5，Li3为X11和X13、X12和X14感应极片间隔的距离，Li4为X11和X15、X12和X16感应极片间隔的距离，Li5为X11和X12、X13和X14、X15和X16、X17和X18感应极片间隔的距离；测量时，对定子基体1外圆柱柱面上的正弦、余弦激励组分别施加四路同频等幅、相位依次相差90°的正弦电压激励信号，当动子基体2相对定子基体1移动时，MX1、MX2感应组、MY1、MY2感应组分别产生UX1、UX2、UY1、UY2四路电信号，根据FX感应组和FY感应组的输出信号φX和φY的差异来判断运动方向，再根据ZX感应组的输出信号UF1、UF2，ZY感应组的输出信号UF3、UF4通过辨向电路判断单维度方向的正负，最后将MX感应阵列输出的两路差动感应信号UX1和UX2经逻辑电路输出带有角位移信息的行波信号UX，将MY感应阵列输出的两路差动感应信号UY1和UY2经逻辑电路输出带有直线位移信息的行波信号UY，又将UX、UY行波信号分别与同频率参考信号进行比相，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，经换算后得到动子基体2相对定子基体1运动的角位移或直线位移。

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