一种具有两边半圆形反射导体的涡流栅位移传感器[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 205619867 U(45)授权公告日 2016.10.05

(21)申请号 201620004087.4(22)申请日 2016.01.06

(73)专利权人 南京耀晟传感技术有限公司

地址 211200 江苏省南京市溧水区柘塘镇

柘宁东路368号104室(72)发明人 赵辉　陶卫　李坤　(51)Int.Cl.

G01B 7/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书2页 附图2页

CN 205619867 U(54)实用新型名称

一种具有两边半圆形反射导体的涡流栅位移传感器(57)摘要

本实用新型设计了一种新的具有两边半圆形金属反射导体的涡流栅传感器，所述传感器由测量线圈、反射导体、基板和测量电路组成。传感器采用PCB工艺制作，在传感器设计尺寸受限的情况下，可以通过改变导体为特定的规则形状和尺寸，提高传感器的灵敏度和精度，无需为提高精度而增大涡流栅传感器的尺寸。特别是当采用两边半圆形反射导体，半圆的直径与反射导体宽度一致，半圆的两个端点与反射导体的前后两个直线边缘相切，此时具有最高的测量精度。这种方法具有成本低、制作周期短、简单易行等特点，不需要复杂的PCB制作工艺，可以满足大批量生产的要求。

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权　利　要　求　书

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1.一种具有两边半圆形反射导体的涡流栅位移传感器，它包括定栅、动栅和电路系统；动栅与电路系统相连接，可相对于定栅左右移动；定栅包括有相互平行的两种码道-测量码道和编码码道，测量码道上设有若干个且分布均匀且等高的金属导体，编码码道上也设有若干个的金属导体，这些金属等高，分布规律符合一定的编码规则；所述的传感器的特征在于：反射导体的形状为两边半圆形。

2.根据权利要求1所述的具有两边半圆形反射导体的涡流栅位移传感器，其特征是：所述的两边半圆的直径与反射导体的长度相等，半圆的两个端点与反射导体的前后两个直线边缘相切。

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说　明　书

一种具有两边半圆形反射导体的涡流栅位移传感器

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技术领域

[0001]本实用新型涉及的是一种测量仪器技术领域的装置，具体是一种具有半圆形反射导体的涡流栅位移传感器。

背景技术

[0002]在现有制造业现场使用的各种量具普遍向数字化、大量程、绝对码等方向发展，而且对防水、防尘、抗震、防磁的要求越来越高。

[0003]涡流栅位移传感器是一直基于横向变面积式电涡流效应的大量程、防水型位移传感器，如中国专利“防水型电子数显卡尺”(专利申请号03115904.4)、“具有防水功能的大量程位移传感器”(专利申请号200310122731.5)、“具有误差平均效应的涡流栅绝对位置传感器”(专利申请号200810040920.0)。这几种传感器利用横向电涡流效应组成栅式位移传感器，具有出色的防水能力，并通过多码道相位差技术实现绝对位置信号输出。同时，有效解决了传统电涡流传感器体积大、功耗大的弊病，成功用于防水型电子数显卡尺等器具之中。[0004]但是，由于电涡流自身的非线性等方面的原因，这种传感器仍然存在精度不高的问题。特别是横向电涡流效应本身存在的非正弦特性导致位移测量经过存在明显的非线性误差，而且成周期性变化规律。这些缺陷验证制约了涡流栅传感器的进一步推广应用。实用新型内容

[0005]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有半圆形反射导体的涡流栅位移传感器，针对现有技术中涡流栅的不足和缺陷进行改进，可适合用于各种防水型电子测量器具，可以进一步降低现有涡流栅传感器对工艺的要求和提高传感器的绝对定位的可靠性，为涡流栅传感器的大批量化生产奠定坚实的基础。[0006]本实用新型是通过以下技术方案实现的：

[0007]本实用新型的绝对位移传感器包括一个定栅、一个动栅和一个电路系统。其 中：动栅与电路系统相连接，可相对于定栅左右移动。[0008]所述的定栅可采用印制电路板工艺制作，包括有相互平行的两种码道：测量码道和编码码道。所述的测量码道上设有若干个且分布均匀且等高的金属导体，相邻金属导体的间距为测量码道的波长。所述的编码码道上也设有若干个的金属导体，这些金属等高但是分布不均匀，分布规律符合一定的编码规则。[0009]所述的动栅可采用印制电路板工艺制作，同样包括有相互平行的两种码道：测量码道和编码码道。每个码道上都布置一系列平面线圈，线圈的位置与分布规律与定栅的码道相对应。在测量码道上，平面线圈数量一般为偶数，相邻的平面线圈之间的中心距离等于测量码道半波长的整数倍。在定位编码码道上，平面线圈的数量决定了编码的位数，相邻两个平面线圈之间的中心距离等于编码码道半波长的整数倍。[0010]当动栅相对定栅移动到任意某个位置时，动栅上编码码道的一系列平面线圈与金属导体分别处于不同的对应状态(平面线圈与金属导体完全相对、完全错开或者出于中间

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状态)，这些幅值高低不同的模拟信号经数字化处理后变为高低电平信号，由此可以得到数字编码结果。通过合理设计编码规则，保证在整个测量范围内编码是唯一的，就可以实现绝对编码，进而实现传感器绝对位置的定位。[0011]与已有的涡流栅传感器所不同的是：本实用新型的涡流栅传感器的金属反射导体采用一种两边半圆形状，即半圆的直径恰好与反射导体的长度相等，半圆的两个端点与反射导体的前后两个直线边缘相切。此时，涡流栅传感器具有最佳的测量精度。附图说明

[0012]通过阅读参照以下附图对非性实施例所作的详细描述，本实用新型的特征、目的和优点将会变得更加清晰：

[0013]图1为涡流栅传感器测量码道结构图。[0014]图2为两边半圆反射导体具体设计与布局。

[0015]图3为选用不同尺寸反射导体对应的涡流栅传感器非线性误差。[0016]图4为采用矩形、两边半圆反射导体时电感变化曲线对比图。[0017]图中，1为反射导体，2为基板，3为差动线圈组。a为金属导体长度，b为 金属导体宽度，c为测量线圈长度，d为测量线圈宽度，λ为间隔周期(即测量波长)。具体实施方式

[0018]下面结合附图和实施例做详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。[0019]差动结构涡流栅传感器结构图参见图1，传感器主要包括等间隔排列的金属反射导体1、基板2和差动线圈3，差动线圈3由两组线圈构成，其中线圈ⅰ与线圈ⅱ构成一组线圈，线圈ⅲ与线圈ⅳ为另一组线圈。每组测量线圈的相位相差测量波长的1/2，不同组测量线圈的相位相差测量波长的1/4，金属导体1按照测量波长等间隔排列于基板上。例如，目前传感器两组线圈尺寸可为长度c＝3mm，宽度d＝3mm，线圈与金属导体纵向距离为0.5mm。[0020]图2为设计的两边半圆形的金属反射导体，导体宽度方向上的两端采用半圆形状，其直径恰好等于反射导体1的长度，反射导体1的长度a略大于线圈3的宽度c。例如，对于上述的线圈尺寸，反射导体尺寸选为长度a＝3.2mm，反射导体1的宽度b为传感器允许的最大值b＝5.8mm，两边半圆的直径也为3.2mm，半径为1.6mm。

[0021]图3为本涡流栅传感器的非线性误差与反射导体1尺寸的关系曲线，可以发现，当反射导体1的长度a略大于线圈3的长度c，反射导体的宽度尽量大时，涡流栅传感器具有最小的非线性误差，测量精度最高。

[0022]同时选取相同长宽尺寸的矩形反射导体与两边半圆形反射导体，例如长度a＝3.2mm，宽度b＝5.8mm。对比当线圈相对与金属导体产生位移时的电感变化曲线，结果如图4所示。可以看出在相同的尺寸下，选用两边半圆形反射导体时，测得的电感值更大，测量灵敏度更高。

[0023]本实用新型主要设计了一种新的涡流栅传感器金属导体形状，从而达到对传感器的优化，提高传感器的灵敏度，减小非线性误差。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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图3

图4

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