專利名稱：一種絕對式角位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種角位移傳感器背景技術(shù)目前的角位移傳感器有多種形式，各自有優(yōu)缺點(diǎn)增量式位移傳感器以增量式光柵為典型代表，采用非調(diào)制式工作原理，柵線數(shù)從每周一百線到十萬線不等。一般線數(shù)較少的(一萬線以下)，分度精度不高、分辨率不高，多用作測速或其它幾何精度要求不高的場合，價(jià)格在幾百元到幾千元。而用于精密分度和角位移測量的高精度計(jì)量光柵，多數(shù)為1～3萬線/周，精度可到±1″～±5″，價(jià)格為數(shù)萬元。
絕對式位移傳感器，以感應(yīng)同步器為典型代表，采用調(diào)制式工作原理，極對數(shù)從每周幾十對極到720對極，極對數(shù)越多精度越高，最高精度與計(jì)量光柵相當(dāng)，價(jià)格也差不多。
感應(yīng)同步器采用調(diào)制式原理，分辨率不取決于柵線數(shù)，可達(dá)0.5″～1″。光柵采用非調(diào)制式原理，原始分辨率與柵線數(shù)直接相關(guān)，例如10800線/周的光柵，每線代表120″，再采用電子細(xì)分作120細(xì)分，也可以達(dá)到1″的分辨率。
在現(xiàn)有技術(shù)中還有一種時(shí)柵角位移傳感器，價(jià)格數(shù)千元。它采用旋轉(zhuǎn)磁場的方式制造一個(gè)運(yùn)動坐標(biāo)系，得到一個(gè)行波電場或稱電行波，以時(shí)間差反應(yīng)位置差，也可以測出一個(gè)圓周的絕對位置，精度目前能達(dá)到±0.6″，而分辨率取決于高頻時(shí)鐘頻率，很容易達(dá)到1″，目前最高能達(dá)到0.2″。
從上述各傳感器的性能特點(diǎn)可以看出，目前的角位移傳感器，精度和分辨率要求越高，價(jià)格就越高，而時(shí)柵具有很高的性價(jià)比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的角位移傳感器存在的不足，提出一種絕對式角位移傳感器，利用現(xiàn)有普通低精度低分辨率的增量式角位移傳感器，配合電路，構(gòu)成一種新的高精度高分辨率的絕對式角位移傳感器。
本發(fā)明利用了背景技術(shù)中述及的三種傳感器各自的特點(diǎn)，組合成為一種新原理和新型角位移傳感器，其原理框圖如圖1所示。利用兩路空間正交的空間被調(diào)制信號與兩路時(shí)間正交的時(shí)間載波信號進(jìn)行合成調(diào)制得到駐波信號，再迭合相加成可實(shí)現(xiàn)時(shí)空轉(zhuǎn)換的電行波信號。
本傳感器的具體構(gòu)成如下它由一個(gè)工作于非調(diào)制式工作原理的普通增量式角位移傳感器、信號合成電路和絕對式時(shí)柵信號處理電路組成。用普通增量式角位移傳感器輸出的兩路空間正交的信號作為反映位移的周期性變化的被調(diào)制信號 和 用時(shí)鐘電路產(chǎn)生兩路時(shí)間正交的載波信號 和 再通過乘法器將此載波信號分別和被調(diào)制信號進(jìn)行合成調(diào)制，得到兩路已調(diào)制好的駐波信號，最后再相加成為一路電行波信號；將此電行波信號和與載波信號同頻率的信號用比相電路進(jìn)行比相，即可實(shí)現(xiàn)角位移測量；若對電行波信號用分頻器進(jìn)行分頻，且分頻數(shù)等于原增量式角位移傳感器的柵線數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)角位移的絕對式測量。
其中空間被調(diào)制信號用低精度、低分辨率(少柵線數(shù))的非調(diào)制式傳感器產(chǎn)生，這里不是用它直接來反映角位移變化，而只是把它當(dāng)作調(diào)制式傳感器的“極”，一條柵線當(dāng)成一對極，普通的1000線光柵就可以當(dāng)作高精度調(diào)制式傳感器的1000對極。1000線對于非調(diào)制式傳感器來說是少刻線數(shù)，對調(diào)制式傳感器來說卻是相當(dāng)高的極對數(shù)。
本發(fā)明的特點(diǎn)如下1、與光柵不同的是沿空間的均勻刻線不是用來直接計(jì)量空間微位移，而是用來產(chǎn)生兩路正交的空間簡諧波，因此即使是低精度少刻線數(shù)的增量式光柵信號，極對數(shù)也容易做得很高，相對精度也就很容易保證。
2、與感應(yīng)同步器不同的是不是以傳感器自身的刻線及其空間電磁耦合方法來合成兩路時(shí)空正交的駐波，而是用乘法器來完成這些信號調(diào)制的全過程。其結(jié)果是利用成熟的信息技術(shù)和電子產(chǎn)品，大大簡化傳感器制造的復(fù)雜程度。
3、與時(shí)柵不同的是不是用旋轉(zhuǎn)磁場來感應(yīng)導(dǎo)體產(chǎn)生電行波，而是用兩路駐波相加得到電行波。
從電行波到位移數(shù)字量的處理，依靠的是微處理器技術(shù)，與感應(yīng)同步器采用的數(shù)字電路在技術(shù)方法上完全不同。時(shí)柵多數(shù)采用絕對角位移輸出方式，并且也符合柵式位移傳感器的發(fā)展趨勢，所以最終本傳感器為絕對式傳感器的輸出方式。
本發(fā)明把以光柵、感應(yīng)同步器、時(shí)柵為代表的三種典型角位移傳感器的原理結(jié)合在一起，發(fā)揮各自優(yōu)勢，形成一種新型的角位移傳感器，具有精度高、分辨力高、成本低、可靠性好、智能化程度高的顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明的信號處理框圖；圖3是本發(fā)明的一種具體的實(shí)現(xiàn)方式的電路圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖2，把非調(diào)制式傳感器用于調(diào)制式工作方式，即用普通非調(diào)制式傳感器如光柵輸出的兩路正交的空間簡諧波作為被調(diào)制信號，時(shí)鐘電路輸出的兩路正交的時(shí)間簡諧波作為載波信號，利用乘法器完成兩種不同性質(zhì)信號的調(diào)制，得到兩路拍頻駐波輸出，直接相加后得到電行波 再與時(shí)鐘信號源中的一路信號比相，即可實(shí)現(xiàn)角位移的增量式測量。若對電行波進(jìn)行分頻，且分頻數(shù)等于非調(diào)制式角位移傳感器的柵線數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)角位移的絕對式測量，且精度和分辨力大大提高。
本發(fā)明可采用圖3所示電路來具體實(shí)現(xiàn)，采用高頻晶振、可編程邏輯器件EPM7064S、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832和兩片運(yùn)算放大器OP07(U4和U5)合成一路載波正弦信號，電壓基準(zhǔn)芯片MC1403用于提供高精度電壓基準(zhǔn)，通過調(diào)整運(yùn)算放大器OP07(U6)外圍可變電阻W1大小使載波正弦信號峰—峰值為4V。此信號接入運(yùn)算放大器OP07(U7)及外圍電阻、電容構(gòu)成的移相電路處理后，得到兩路互差90°(時(shí)間正交)、峰—峰值為4V的載波正弦信號。這兩路載波正弦信號分別通過X2和Y2端接入兩塊AD534乘法器芯片(U8和U9)。采用成都中科院光電所生產(chǎn)的價(jià)格低廉的低檔GBZ05型光柵傳感器作為被調(diào)制信號發(fā)生器。此光柵柵線數(shù)為每周2000線，響應(yīng)頻率0～1000KHz，輸出兩路互差90°(空間正交)、峰—峰值為4V的正弦波信號。來自光柵的兩路正弦波信號A和B分別通過Y2和X2端接入兩塊AD534乘法器芯片(U8和U9)。兩塊AD534(U8和U9)從OUT端輸出的兩路信號接入由OP07(U10)及4個(gè)電阻構(gòu)成的加法電路，其輸出的電行波信號與一路載波正弦信號一起接入時(shí)柵處理電路，最終實(shí)現(xiàn)絕對角位移的數(shù)字顯示。
權(quán)利要求
1.一種絕對式角位移傳感器，其特征在于它由一個(gè)工作于非調(diào)制式工作原理的普通增量式角位移傳感器、信號合成電路和絕對式時(shí)柵信號處理電路組成；用普通增量式角位移傳感器輸出的兩路空間正交的信號作為反映位移的周期性變化的被調(diào)制信號 和 該被調(diào)制信號與時(shí)鐘電路產(chǎn)生的兩路時(shí)間正交的載波信號 和 同時(shí)連接乘法器，通過乘法器將載波信號分別和被調(diào)制信號進(jìn)行合成調(diào)制，乘法器輸出的兩路已調(diào)制好的駐波信號相加成為一路電行波信號；將此電行波信號和與載波信號同頻率的信號接入比相電路進(jìn)行比相，比相電路的輸出即得到角位移測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對式角位移傳感器，其特征在于對電行波信號用分頻器進(jìn)行分頻，且分頻數(shù)等于原增量式角位移傳感器的柵線數(shù)，得到角位移的絕對式測量結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提出一種絕對式角位移傳感器，它由一個(gè)工作于非調(diào)制式工作原理的普通增量式角位移傳感器、信號合成電路和絕對式時(shí)柵信號處理電路組成。用普通增量式角位移傳感器輸出的兩路空間正交的信號作為反映位移的周期性變化的被調(diào)制信號Bsin2πx/W和Bcos2πx/W，該被調(diào)制信號與時(shí)鐘電路產(chǎn)生的兩路時(shí)間正交的載波信號Acos2πt/T和Asin2πt/T同時(shí)連接乘法器，通過乘法器將載波信號分別和被調(diào)制信號進(jìn)行合成調(diào)制，輸出的兩路已調(diào)制好的駐波信號直接相加成為一路電行波信號；將此電行波信號和與載波信號同頻率的信號接入比相電路進(jìn)行比相，得到角位移測量結(jié)果。本傳感器具有成本低、可靠性好、智能化程度高等顯著特點(diǎn)。
文檔編號G01D5/38GK1948915SQ20061005458
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者彭東林, 楊偉, 朱革, 萬文略, 王先全, 陳錫侯, 董淳, 張興紅 申請人:重慶工學(xué)院