一種平面弦線直線位移傳感器的製作方法與工藝

2023-10-06 17:39:19 2

本發明屬於直線位移傳感器技術。

背景技術：
現有的直線位移測量傳感器以光柵、磁柵和感應同步器為主要代表，原理均為基於空間刻劃技術，通過對柵線數的累計計數得到位移量。為了實現高精度的測量，就必須要有高精密的刻劃技術，而刻劃技術已逼近極限，為了克服這個問題，現在主要採用電子細分技術，從而導致傳感器的高製造成本，且抗幹擾力差。近年來同行研製了一種以時間脈衝為測量基準的時柵位移傳感器，把動、定測頭所反映的空間位置差表現為一段時間差進行測量，即用時間量測量空間量，摒棄了空間刻劃技術。此傳感器通過在導磁材料上刻槽，在槽齒內嵌入多匝導電線圈形成導電繞組，極對數為槽數的1/3。但是，由於無法在有限的尺寸範圍內開更多的槽齒，造成這種結構的時柵極對數比較少，一般只有幾十個對極，且由於是導磁材料，質量較重。繞圈的繞線形式為矩形繞線方式，輸出信號中含有大量的高次諧波成份，原始信號質量不高，且由於製作工藝需要繞線，導致生產效率低。另外，由於激勵線圈匝數較多，需要對激勵電源進行功率放大，導致時柵直線位移傳感器的功耗大。

技術實現要素：
本發明的目的在於針對上述傳感器的不足，提出一種平面弦線直線位移傳感器，以使傳感器具有精度高、質量輕、體積小、功耗低等優點。本發明的技術方案如下：一種平面弦線的直線位移傳感器，包括定尺和測頭兩部分。所述定尺為固定部件，測頭為運動部件，定尺和測頭有相對運動。在定尺和測頭的基體上粘接矽片，在矽片上採用MEMS光刻技術均勻刻線形成平面導電繞組，其中定尺上導電繞組為單相，形狀為矩形，測頭上的導電繞組為三相，每兩相繞組之間在空間上相差1/3個極距即120°空間相位角，形狀均為正弦形，定尺繞組和測頭繞組相對平行布置。所述定尺繞組作為激勵繞組，測頭繞組作為感應繞組。當在定尺繞組中通以正弦激勵信號，將在測頭的三相繞組上分別感應出三路感應信號，將三路感應信號分別時間移相0°、120°和240°後再相加即可得到電行波信號，電行波信號的相位和直線位移量相對應，通過檢測電行波信號的相位量即可得到直線位移量。本發明由於採用了MEMS光刻技術形成線圈繞組，刻線密度增加、刻線尺寸精確、對極數增加，傳感器的測量精度隨之提高。由於測頭繞組採用了正弦形，避免了感應信號的大量高次諧波成分，提高了原始信號質量，從而提高測量精度，同時傳感器重量輕，體積小，功耗低。附圖說明圖1平面弦線直線位移傳感器結構示意圖；圖2A相測頭繞組感應信號波形圖；圖3信號處理電路框圖。具體實施方式本傳感器採用MEMS光刻技術，在矽片上均勻刻線形成導電繞組，其中定尺繞組為單相，矩形，測頭繞組為三相，正弦形，在定尺繞組上加正弦激勵，利用定尺和測頭兩個平面形繞組的互感隨位置而變化的電磁感應原理獲取信號，將直線位移量轉換成電信號。以下結合附圖詳細說明本發明：如圖1所示，傳感器由定尺1和測頭2兩部分組成，在定尺、測頭基體上粘接矽片，在矽片上採用MEMS光刻技術均勻刻線形成導電繞組，分別為激勵繞組11和感應繞組22。定尺和測頭導電繞組具有相同的極距W，其中定尺導電繞組為單相繞組，形狀為矩形，測頭導電繞組為A、B、C三相繞組，形狀均為正弦形，且每兩相繞組之間相差1/3個極距即120°空間相位，定尺繞組和測頭繞組相對平行。當在定尺的激勵繞組中通以激勵信號e＝Esinωt，則在測頭的A、B、C三相感應繞組上將分別產生的感應信號為：式中：K為互感係數，x為定尺和測頭的相對位移，W為繞組極距。其中A相感應信號如圖2所示。信號處理電路框圖如圖3所示，將A、B、C三相感應信號分別在時間上移相0°、120°和240°後即可得到：將三相經時間相移後的信號相加即可得到電行波信號：從(1)式可以看出，此傳感器的輸出的電信號以1個極距W為周期，相位量和直線位移量相對應，通過檢測電行波信號的相位量即可得到直線位移量。