專利名稱：絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電容式位移測(cè)量技術(shù)，具體是一種絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感O背景技術(shù)：
容柵位移傳感器以其低成本、小體積、微功耗等特點(diǎn)在線性/角度位移測(cè)量領(lǐng)域 獲得了廣泛的應(yīng)用。從實(shí)現(xiàn)原理上分，目前的容柵位移傳感器可分為相對(duì)位置測(cè)量(增 量式)和絕對(duì)位置測(cè)量(絕對(duì)式)兩大類。增量式容柵位移傳感器的應(yīng)用已約三十年，該 類傳感器需快速累加位移量，故存在測(cè)量速度限制(小于1. 5m/S@150KHz)和連續(xù)不間斷 測(cè)量(從而限制了工作電流的進(jìn)一步降低)兩個(gè)缺點(diǎn)，正被逐步淘汰。絕對(duì)式容柵位移 傳感器由日本三豐公司首創(chuàng)，其實(shí)現(xiàn)方法詳見(jiàn)專利CN89106051、US5053715、CN92101246, CN93117701。該類傳感器采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的碼道(波長(zhǎng))進(jìn)行絕對(duì)定位，消除了對(duì)位 移量的快速累加要求，工作在間歇測(cè)量狀態(tài)(約8次/秒)，從而克服了增量式測(cè)量的主要 缺陷。但現(xiàn)有的絕對(duì)式容柵位移傳感器存在以下不足1、傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)為靜態(tài)的(與時(shí)間無(wú)關(guān))空間分布波形，解調(diào)后的接收信號(hào)與 時(shí)間無(wú)關(guān)(直流信號(hào))，不能通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)削弱諧波影響；2、為減小諧波分量需采用制作難度大的正弦波形電極；3、各波長(zhǎng)內(nèi)的位移量確定需要對(duì)兩個(gè)正交的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；4、各波長(zhǎng)內(nèi)的位移量確定需進(jìn)行反正切(arctg)運(yùn)算，超出一般微控制器(MCU) 的實(shí)時(shí)處理能力。為減輕MCU的處理負(fù)荷，只得使用線性近似；5、為減小線性近似誤差需反復(fù)試探傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以使接收信號(hào)處于零點(diǎn)附 近；6、為減小線性近似誤差和彌補(bǔ)諧波分量影響需采用較小的細(xì)波長(zhǎng)(0. Olmm分辨 率時(shí) 1. 024mm)；7、各波長(zhǎng)內(nèi)的位移量確定彼此牽制，相互影響，快速移動(dòng)時(shí)算法不收斂；總之現(xiàn)有的絕對(duì)式容柵位移傳感器需要以微控制器(MCU)為核心，軟件依賴于低 效率的試探方法，外圍需要復(fù)雜的模/數(shù)轉(zhuǎn)換、正弦波形電極等技術(shù)支持，常規(guī)的單片機(jī)應(yīng) 用系統(tǒng)確實(shí)可滿足上述軟、硬件要求，但要將該系統(tǒng)集成(做成單片ASIC)安裝在手持式的 測(cè)量工具上，得到同時(shí)滿足低成本、小體積、微功耗且能規(guī)?；a(chǎn)的產(chǎn)品，并非易事。專利ZL200710050658介紹了一種用于絕對(duì)位置測(cè)量的圓容柵傳感器，該專利方 案可用于布局空間較大的角度測(cè)量；但利用單片機(jī)對(duì)兩套獨(dú)立的增量式容柵系統(tǒng)的測(cè)量結(jié) 果進(jìn)行二次處理，成本、體積、功耗均是一般增量式容柵系統(tǒng)的數(shù)倍，雖然對(duì)增量式容柵系 統(tǒng)的功能有所擴(kuò)展，但并未能解決增量式測(cè)量的固有弱點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，本容柵位移傳感器有實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)定位的轉(zhuǎn)換柵和接收柵，在具有波動(dòng)性質(zhì)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)下，將被測(cè)位置變 換成正弦波的初相位，然后通過(guò)加法計(jì)數(shù)器得到被測(cè)位置在各波長(zhǎng)內(nèi)的位移。電路簡(jiǎn)單，易 于集成，可實(shí)現(xiàn)低成本的規(guī)模化生產(chǎn)。本發(fā)明的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器包括可相對(duì)移動(dòng)的發(fā)射板和反射板以及 測(cè)量電路，發(fā)射板和反射板中至少有一個(gè)能沿測(cè)量軸線移動(dòng)。在發(fā)射板沿測(cè)量軸線方向布 有一列周期排列的電極，為發(fā)射柵；在反射板上沿測(cè)量軸線方向布有一列周期排列的電極， 為反射柵。發(fā)射板和反射板之間的相對(duì)位置變化使發(fā)射柵與反射柵之間的電容耦合隨之變 化。反射板上還布有與反射柵有序連接的兩列周期排列的電極，為轉(zhuǎn)換柵，用于產(chǎn)生 所需的測(cè)量波長(zhǎng)；發(fā)射板上也布有與轉(zhuǎn)換柵進(jìn)行電容耦合的兩列周期排列的電極，為接收 柵，用于產(chǎn)生反映被測(cè)位置在各波長(zhǎng)內(nèi)位移的接收信號(hào)。發(fā)射柵電極每N個(gè)一組，N為整數(shù)，3彡N彡16，一般取8，電極按間距Pt/N周期排 列，N個(gè)一組的發(fā)射柵電極節(jié)距為Pt，Pt為細(xì)波長(zhǎng)Wf的Nt倍，Nt為3 7的奇數(shù)，兼顧信號(hào) 合成和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換要求，一般優(yōu)選Nt = 3，即Pt = 3Wf。反射板上的反射柵電極分為2組按間距已交錯(cuò)周期排列，Pr = Wf ；反射板上的轉(zhuǎn) 換柵電極沿測(cè)量軸線按各自間距周期排列，2組反射柵電極通過(guò)導(dǎo)線分別與2列轉(zhuǎn)換柵電 極依次相連。所述發(fā)射柵、接收柵、反射柵、轉(zhuǎn)換柵電極的形狀為矩形、三角形、正弦波等形狀， 一般選擇易于制作的矩形。各列電極布局均參照共同的基準(zhǔn)線，為方便連線，基準(zhǔn)線宜選在 中部區(qū)域。將發(fā)射柵、接收柵、反射柵、轉(zhuǎn)換柵的電極布局沿同心圓周展開(kāi)，電極節(jié)距按角度 計(jì)算，發(fā)射板和反射板之間的相對(duì)位移是二者以同心圓圓心為基點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)用新 型即可應(yīng)用于角位移測(cè)量。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器的測(cè)量電路分為接口單元和測(cè) 量單元兩部分。測(cè)量單元包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)處理電路。接口單元包括定時(shí)器、按 鍵接口電路、測(cè)量接口電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路及算術(shù)邏輯部件(ALU)。所述測(cè)量單元還包括振蕩器、分頻器和控制器，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器是產(chǎn)生具有 波動(dòng)性質(zhì)的傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；所述測(cè)量單元的振蕩器輸出的主時(shí)鐘經(jīng)分 頻器接入該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的具有波動(dòng)性質(zhì)的N路輸出信號(hào)，分 別與發(fā)射柵各組的N個(gè)電極相連；本實(shí)用新型測(cè)量單元的信號(hào)處理電路包括模擬處理電路、過(guò)零檢測(cè)電路、同步延 時(shí)電路、加法計(jì)數(shù)器、同步捕捉電路和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器。模擬處理電路包括信號(hào)選擇開(kāi)關(guān) 組、差分放大器、同步解調(diào)電路和低通濾波器。所測(cè)波長(zhǎng)接收柵的兩路輸出經(jīng)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān) 組接入差分放大器，差分放大后依次連接同步解調(diào)電路、低通濾波器、過(guò)零檢測(cè)電路，之后 輸入同步捕捉電路；振蕩器輸出的主時(shí)鐘還接入控制器、同步解調(diào)電路、同步捕捉電路、加法計(jì)數(shù)器； 來(lái)自驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的相位同步信號(hào)接入同步延時(shí)電路；同步延時(shí)電路的輸出與同步捕捉電路和加法計(jì)數(shù)器相連，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出接 入同步捕捉電路，同步捕捉電路的輸出連接控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器，加法計(jì)數(shù)器的輸出作為隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸入；接口單元的測(cè)量接口電路連接測(cè)量單元的控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器；所述控制器產(chǎn)生各種控制信號(hào)，包括初始化、位移測(cè)量、存儲(chǔ)器地址及請(qǐng)求處理信 號(hào)，各輸出分別連接隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組以及接口單元的測(cè) 量接口電路?？刂破鞯妮斎攵诉B接同步捕捉電路的輸出端，其輸入時(shí)鐘連接振蕩器輸出的 主時(shí)鐘。本實(shí)用新型測(cè)量單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器可以采用扭環(huán)計(jì)數(shù)器方案，主要組成為扭 環(huán)計(jì)數(shù)器、驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)和異或調(diào)制器。振蕩器的輸出經(jīng)分頻器后接入驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生 器，作為扭環(huán)計(jì)數(shù)器和異或調(diào)制器的輸入時(shí)鐘，扭環(huán)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生具有波動(dòng)性質(zhì)的N路輸出 信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)輸入異或調(diào)制器，以形成粗/中波長(zhǎng)測(cè)量和細(xì)波長(zhǎng)測(cè)量所需 的兩種驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加順序，異或調(diào)制器的N路輸出連接發(fā)射柵各組的N個(gè)電極。本實(shí)用新型測(cè)量單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器也可以采用只讀存儲(chǔ)器(ROM)方案，主要 組成為地址加法計(jì)數(shù)器、只讀存儲(chǔ)器(ROM)和異或調(diào)制器。振蕩器輸出的主時(shí)鐘經(jīng)分頻器 后接入地址加法計(jì)數(shù)器作為其計(jì)數(shù)時(shí)鐘，地址加法計(jì)數(shù)器的輸出和細(xì)波長(zhǎng)測(cè)量信號(hào)一起構(gòu) 成只讀存儲(chǔ)器的讀出地址，只讀存儲(chǔ)器輸出的N位數(shù)據(jù)輸入異或調(diào)制器，異或調(diào)制后的N路 輸出連接發(fā)射柵各組的N個(gè)電極。根據(jù)期望的最大測(cè)量范圍，可選擇兩波長(zhǎng)或三波長(zhǎng)測(cè)量。采用三波長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)換 柵和接收柵各設(shè)兩列，反射板的兩列轉(zhuǎn)換柵分別稱為中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵和粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵。與之 對(duì)應(yīng)的發(fā)射板的兩列接收柵分別稱為中波長(zhǎng)接收柵和粗波長(zhǎng)接收柵。反射板上的中波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換柵電極沿測(cè)量軸按間距Pm周期排列，中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵節(jié)距Pm小于反射柵節(jié)距Pp通過(guò)電 極排列和激勵(lì)方法，可得中波長(zhǎng)Wm = PtPffl/ (Pr-Pffl)，設(shè)Wm = NfflWf, Pt = NtWf，Nffl為整數(shù)，Nt為 3 7的奇數(shù)，則Pm = NmWf/ (Nm+Nt)，當(dāng)Nm = 16，Nt = 3，則Pm = 16Wf/19。與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射 板上的中波長(zhǎng)接收柵電極分為完全相同的2組沿測(cè)量軸按間距NtPm交錯(cuò)周期排列，同屬一 組的接收柵電極通過(guò)導(dǎo)線相連。粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵和粗波長(zhǎng)接收柵的電極布局與中波長(zhǎng)情況類 似，設(shè)粗波長(zhǎng)W。= NcWf, Pt = NtWf，Nc為整數(shù)，Nt為3 7的奇數(shù)，則粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極間距 Pc = N。Wf/(N。+Nt)，當(dāng)Nc = 256，Nt = 3，則P。= 256Wf/259，粗波長(zhǎng)接收柵電極也分為完全相 同的兩組按間距NtP。交錯(cuò)周期排列，同屬一組的接收柵電極通過(guò)導(dǎo)線相連。采用兩波長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)換柵和接收柵也設(shè)2對(duì)。電極布局與三波長(zhǎng)測(cè)量類似，只是 將原來(lái)的中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵和中波長(zhǎng)接收柵改作細(xì)波長(zhǎng)輔助轉(zhuǎn)換柵和細(xì)波長(zhǎng)輔助接收柵。本實(shí)用新型絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器的運(yùn)行方法如下接口單元按預(yù)定的測(cè)量頻率啟動(dòng)測(cè)量單元，具有波動(dòng)性質(zhì)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射柵 與反射柵的電容耦合、反射柵和轉(zhuǎn)換柵的節(jié)距轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換柵和接收柵的電容耦合后被變換 成隨時(shí)間周期變化的接收信號(hào)(同步解調(diào)后)，并且被測(cè)位置在各波長(zhǎng)內(nèi)的位移被轉(zhuǎn)化為 接收信號(hào)(同步解調(diào)后)時(shí)間基波的初相位。各波長(zhǎng)接收柵電極輸出的兩路接收信號(hào)經(jīng)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組輸入差分放大器，差分 放大后的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)同步解調(diào)電路、低通濾波器、過(guò)零檢測(cè)電路處理后被轉(zhuǎn)換成方波信 號(hào)，同步捕捉電路根據(jù)該方波信號(hào)和同步延時(shí)電路的輸出產(chǎn)生同步捕捉信號(hào)，在主時(shí)鐘的 非計(jì)數(shù)沿捕捉加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果并將其寫(xiě)入隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指定單元，控制器利用 同步捕捉信號(hào)產(chǎn)生測(cè)量下一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)位移所需的控制信號(hào)或請(qǐng)求接口單元進(jìn)行后續(xù)處理。[0033]同步延時(shí)電路控制加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，僅當(dāng)施加有效驅(qū)動(dòng)信號(hào)預(yù)定時(shí)間之后且在 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定相位，即預(yù)設(shè)的相位零點(diǎn)，才允許加法計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，加法計(jì)數(shù)器對(duì)振蕩 器輸出的主時(shí)鐘計(jì)數(shù)?？刂破?狀態(tài)機(jī))產(chǎn)生各種控制信號(hào)，包括初始化、細(xì)波長(zhǎng)位移測(cè)量、中波長(zhǎng)位移 測(cè)量、粗波長(zhǎng)位移測(cè)量、存儲(chǔ)器地址及請(qǐng)求處理信號(hào)，用來(lái)協(xié)調(diào)測(cè)量電路的工作或請(qǐng)求接口 單元進(jìn)行后續(xù)處理。測(cè)量單元依次完成被測(cè)位置在粗波長(zhǎng)、中波長(zhǎng)、細(xì)波長(zhǎng)內(nèi)位移的測(cè)量后，控制器請(qǐng) 求接口單元進(jìn)行后續(xù)處理。接口單元從測(cè)量單元的隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器讀出各波長(zhǎng)內(nèi)的位移值 后隨即關(guān)閉測(cè)量單元，然后根據(jù)各波長(zhǎng)內(nèi)的位移值計(jì)算絕對(duì)位置、按照用戶要求(通過(guò)按 鍵輸入)進(jìn)行其它常規(guī)處理(如測(cè)量單位轉(zhuǎn)換、設(shè)置測(cè)量原點(diǎn)等)、驅(qū)動(dòng)液晶顯示器(LCD) 顯示測(cè)量結(jié)果。本實(shí)用新型的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器的優(yōu)點(diǎn)為1、在扭環(huán)計(jì)數(shù)器或只讀存儲(chǔ)器產(chǎn)生的具有波動(dòng)性質(zhì)的傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的激勵(lì)下， 將位移信息變換為接收信號(hào)時(shí)間基波的初相位，通過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)零檢測(cè)和加法計(jì)數(shù)器確定被 測(cè)位置在各波長(zhǎng)內(nèi)的位移，電路簡(jiǎn)單、控制方便、易于實(shí)現(xiàn)；2、通過(guò)低通濾波器(二階或二階以上)消除接收信號(hào)中的諧波分量，接收電極可 選擇易于制作的矩形，大大降低制作難度，同時(shí)也減小了測(cè)量誤差，因此還可適當(dāng)增大細(xì)波 長(zhǎng)長(zhǎng)度以提高信噪比(如0. Olmm分辨率時(shí)采用2. 56mm節(jié)距)；3、由于采用間歇工作的多波長(zhǎng)定位，克服了增量式測(cè)量的不足，功耗低且無(wú)測(cè)量 速度限制；4、各波長(zhǎng)內(nèi)的位移量確定均由硬件完成，彼此獨(dú)立，既簡(jiǎn)化了處理，也消除了軟件 算法不收斂問(wèn)題；5、確定被測(cè)位置在粗、中、細(xì)波長(zhǎng)內(nèi)的位移共用相同的測(cè)量電路和方法，所有處理 均順序執(zhí)行，無(wú)需循環(huán)反復(fù)，控制簡(jiǎn)便；6、無(wú)需依賴復(fù)雜的微控制器(MCU)，測(cè)量電路由硬連邏輯實(shí)現(xiàn)，易于系統(tǒng)集成制作 專用IC(ASIC)，可規(guī)?；a(chǎn)，得到低成本、小體積、微功耗的手持測(cè)量工具產(chǎn)品。
圖1為本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例1電極布局圖；圖2為本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例1測(cè)量電路示意圖；圖3為圖2中驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器扭環(huán)計(jì)數(shù)器方案的電路示意圖；圖4為本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例2電極布局圖；圖5為本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例2測(cè)量電路示意圖；圖6為圖5中驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器只讀存儲(chǔ)器方案的電路示意圖；圖7為本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例3電極布局圖。圖中標(biāo)號(hào)為1、發(fā)射板，1. 1、發(fā)射柵，1.2、中波長(zhǎng)接收柵，1.3、粗波長(zhǎng)接收柵，2、反射板，2. 1、反射柵，2. 2中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵，2. 3、粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵，3、第一分頻器，4、第二分頻器，5，驅(qū)動(dòng)信號(hào) 發(fā)生器，5. 1、扭環(huán)計(jì)數(shù)器，5. 2、驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)，5. 3、異或調(diào)制器，6、信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組，7、差分放大器。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例1是用于線性位移測(cè)量的傳感器，提供 粗、中、細(xì)三種波長(zhǎng)的測(cè)量。其電極布局如圖1所示，包括兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的部件發(fā)射板1 和反射板2，發(fā)射板1和反射板2中至少有一個(gè)能沿測(cè)量軸線移動(dòng)，本例發(fā)射板1可沿測(cè)量 軸線移動(dòng)，反射板2固定。在發(fā)射板1沿測(cè)量軸線方向布有一列周期排列的發(fā)射柵電極1. 1，還布有兩列周 期排列的接收柵電極，分別為中波長(zhǎng)接收柵1. 2和粗波長(zhǎng)接收柵1. 3。發(fā)射柵電極每N個(gè)一 組，本例N = 8，電極按間距Pt/8周期排列，8個(gè)一組的發(fā)射柵電極節(jié)距為Pt，Pt為細(xì)波長(zhǎng)Wf 的Nt倍，本例Nt = 3，即Pt = 3fff0在反射板2上沿測(cè)量軸線方向布有一列周期排列的反射柵電極2. 1，還布有兩列 沿測(cè)量軸周期排列的轉(zhuǎn)換柵電極，分別為中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極2. 2和粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極2. 3 ； 反射柵電極按間距已周期排列，細(xì)波長(zhǎng)Wf =已。中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極2. 2按間距Pm周期排 列，中波長(zhǎng) Wm = PtPm/ (Pr-Pm)，設(shè) Wm = NmWf，Pt = NtWf，Nm 為整數(shù)，Nt 為 3 7 的奇數(shù)，則 Pm =Nmfff/(Nm+Nt)，當(dāng) Nm = 16,Nt = 3，則 Pm = 16fff/19 = 16Pr/19。粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極 2. 3 布 局與中波長(zhǎng)情況類似，反射板2上的粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵2. 3電極沿測(cè)量軸按間距P。周期排列， 粗波長(zhǎng)Wc = PtPc/ (Pr-Pc)，設(shè)粗波長(zhǎng)Wc = NcWf，Pt = NtWf，Nc為整數(shù)，Nt為3 7的奇數(shù)，則 粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極 2. 3 間距 Pc = Ncfff/(NC+Nt)，當(dāng) Nc = 256，Nt = 3，則 Pc = 256fff/259 = 256Pr/2590反射柵電極2. 1分為完全相同的2組2. IA和2. IB按間距Pr交錯(cuò)周期排列， 一組的反射柵電極2. IA通過(guò)導(dǎo)線與中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極2. 2依次相連，另一組的反射柵電極 2. IB通過(guò)導(dǎo)線與粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極2. 3依次相連。在發(fā)射板1的中波長(zhǎng)接收柵電極1. 2分為完全相同的2組1. 2A和1. 2B、沿測(cè)量軸 按間距3Pm交錯(cuò)周期排列，同屬一組的電極通過(guò)導(dǎo)線相連。粗波長(zhǎng)接收柵電極1.3也分為 完全相同的兩組1. 3A和1. 3B、按間距3P。交錯(cuò)周期排列，同屬一組的接收柵電極通過(guò)導(dǎo)線 相連。所述發(fā)射柵、接收柵、發(fā)射柵、轉(zhuǎn)換柵的電極的形狀均為矩形，各列電極布局有共 同的位于中部的基準(zhǔn)線。粗波長(zhǎng)W。限定本容柵傳感器的最大測(cè)量范圍，細(xì)波長(zhǎng)Wf決定容柵傳感器的最高測(cè) 量精度。當(dāng)要求的粗波長(zhǎng)W。與細(xì)波長(zhǎng)Wf之比W。/Wf過(guò)大，如大于32時(shí)，則由粗波長(zhǎng)位移直 接確定被測(cè)位置所包含的整數(shù)細(xì)波長(zhǎng)時(shí)容易出錯(cuò)。本例的傳感器借助中波長(zhǎng)Wm減小相鄰波 長(zhǎng)的比值，即W。/Wm、Wm/Wf均小于32，可實(shí)現(xiàn)較大范圍的絕對(duì)位置測(cè)量。本絕對(duì)位置測(cè)量容柵 位移傳感器相鄰的波長(zhǎng)比一般宜取16，即W。= 16Wm、Wm = 16Wf。如測(cè)量分辨率為0. Olmm, 細(xì)波長(zhǎng)Wf = 2. 56mm，則最大測(cè)量范圍為W。= 16ffm = 256fff = 655. 36mm。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5的8路輸出信號(hào)分別與發(fā)射柵各組的8個(gè)電極相連，接收柵的 兩路輸出接入信號(hào)處理電路。本例的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器的測(cè)量電路如圖2所示，分為接口單元和測(cè) 量單元兩部分。測(cè)量單元包括振蕩器、分頻器、控制器、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5和信號(hào)處理電路。接口單元包括定時(shí)器、按鍵接口電路、測(cè)量接口電路、液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路及算術(shù)邏輯部件 (ALU)。測(cè)量接口電路連接測(cè)量單元的控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器。本例控制器為有限狀態(tài)機(jī)，產(chǎn)生以下控制信號(hào)初始化信號(hào)INI、細(xì)波長(zhǎng)測(cè)量信號(hào) FINE、中波長(zhǎng)測(cè)量信號(hào)MED、粗波長(zhǎng)測(cè)量信號(hào)COARSE、存儲(chǔ)器地址ADDR、請(qǐng)求處理信號(hào)REQ。 控制器的輸入端連接同步捕捉電路的輸出端、接收同步捕捉電路輸出的信號(hào)WRITE，其輸入 時(shí)鐘為振蕩器輸出的主時(shí)鐘。FINE、MED、COARSE信號(hào)接入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組6的控制端，用 于使其切換到相應(yīng)波長(zhǎng)測(cè)量所需的位置；INI連接測(cè)量單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5、同步延時(shí) 電路和同步捕捉電路，用于使其處于預(yù)設(shè)的初始狀態(tài)；ADDR連接隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器RAM，用于 指定各波長(zhǎng)內(nèi)位移在隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的存放地址(ADDR也可由FINE、MED、COARSE信號(hào)兼 任)；REQ連接接口單元，用于通知接口單元測(cè)量任務(wù)已經(jīng)完成，請(qǐng)求進(jìn)行后續(xù)處理。所述測(cè)量單元的信號(hào)處理電路包括模擬處理電路、過(guò)零檢測(cè)電路、同步延時(shí)電 路、加法計(jì)數(shù)器、同步捕捉電路和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器；模擬處理電路含有信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組6、 差分放大器7、同步解調(diào)電路和低通濾波器；所測(cè)波長(zhǎng)接收柵的兩路輸出經(jīng)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān) 組6接入差分放大器7，差分放大后依次連接同步解調(diào)電路、低通濾波器、過(guò)零檢測(cè)電路，之 后輸入同步捕捉電路。如圖2所示，信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組6包括第1開(kāi)關(guān)S1、第2開(kāi)關(guān)S2、第3開(kāi)關(guān)S3、第4開(kāi) 關(guān)、。粗波長(zhǎng)接收柵1. 3的一組電極1. 3A的輸出端和中波長(zhǎng)接收柵1. 2的一組電極1. 2A 的輸出端分別連接第3開(kāi)關(guān)&的兩個(gè)輸入端，粗波長(zhǎng)接收柵1. 3的另一組電極1. 3B的輸出 端和中波長(zhǎng)接收柵1. 2的另一組電極1. 2B的輸出端分別連接第4開(kāi)關(guān)、的兩個(gè)輸入端， 第3開(kāi)關(guān)&的公共端連接差分放大器7的一個(gè)輸入端，第4開(kāi)關(guān)、的公共端連接差分放大 器7的另一個(gè)輸入端。第1開(kāi)關(guān)S1連接中波長(zhǎng)接收柵1. 2的兩組電極1. 2A和1. 2B的輸 出端，第2開(kāi)關(guān)&連接粗波長(zhǎng)接收柵1. 3的兩組電極1. 3A和1. 3B的輸出端。振蕩器產(chǎn)生測(cè)量單元的主時(shí)鐘，經(jīng)第一分頻器3將主時(shí)鐘16分頻后接入傳感器驅(qū) 動(dòng)信號(hào)發(fā)生器、作為調(diào)制脈沖MOD，再經(jīng)第二分頻器4對(duì)調(diào)制脈沖MOD 2分頻后接入驅(qū)動(dòng)信 號(hào)發(fā)生器5的四位扭環(huán)計(jì)數(shù)器、作為其計(jì)數(shù)時(shí)鐘DCLK，因此一個(gè)波長(zhǎng)被細(xì)分為16X2X8 = 256 = 28份，可用8位加法計(jì)數(shù)器確定被測(cè)位置在各波長(zhǎng)內(nèi)的位移，細(xì)分?jǐn)?shù)可根據(jù)需要選 擇，一般宜取2的冪次以方便處理。振蕩器輸出的主時(shí)鐘還接入控制器、同步解調(diào)電路、同 步捕捉電路、加法計(jì)數(shù)器；驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5的相位同步信號(hào)接入同步延時(shí)電路。同步延時(shí)電路的輸出與同步捕捉電路和加法計(jì)數(shù)器相連，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出 COUT接入同步捕捉電路，同步捕捉電路的輸出同時(shí)輸入控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器RAM，加 法計(jì)數(shù)器的輸出作為隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器RAM的數(shù)據(jù)輸入。接口單元的測(cè)量接口電路連接測(cè)量單元的控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器RAM。本例測(cè)量單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5如圖3所示，主要組成為扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1、驅(qū)動(dòng) 順序選擇開(kāi)關(guān)5. 2和異或調(diào)制器5. 3。本例的扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1為4位扭環(huán)計(jì)數(shù)器，8路異或 調(diào)制器5. 3包括4個(gè)異或門(mén)和4個(gè)非門(mén)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5的8路輸出順序連接發(fā)射柵 1. 1各組的8個(gè)電極。2個(gè)驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)5. 2其一連接異或調(diào)制器5. 3的第2異或門(mén) 和扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1的第2輸出端％或第6輸出端％ (這)，另一連接異或調(diào)制器5. 3的第4 異或門(mén)和扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1的第4輸出端&或第8輸出端％ ( Q4 )。進(jìn)行粗波長(zhǎng)或中波長(zhǎng)內(nèi)位 移測(cè)量時(shí)，2個(gè)驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)5. 2其一連接異或調(diào)制器5. 3的第2異或門(mén)和扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1的第2輸出端％，另一連接異或調(diào)制器5. 3的第4異或門(mén)和扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1的第4輸出 端Q4,四位扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1的輸出Q1 Q4對(duì)應(yīng)(c)式的m = 0 3，A ％ (即這 仏) 對(duì)應(yīng)(c)式的m = 4 7。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5輸出施加順序?yàn)?-2-3-4-5-6-7-8的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)；在確定細(xì)波長(zhǎng)內(nèi)的位移時(shí)，控制器輸出的FINE = 1切換2個(gè)驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)5. 2的 導(dǎo)通觸點(diǎn)，其一連接異或調(diào)制器5. 3的第2異或門(mén)和扭環(huán)計(jì)數(shù)器的第6輸出端％ ( Q2 )，另 一連接異或調(diào)制器5. 3的第4異或門(mén)和扭環(huán)計(jì)數(shù)器5. 1的第8輸出端％ ( Q4 )，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā) 生器輸出施加順序?yàn)?-6-3-8-5-2-7-4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本例測(cè)量單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5產(chǎn) 生具有波動(dòng)性質(zhì)的8路輸出信號(hào)，并形成粗/中波長(zhǎng)測(cè)量和細(xì)波長(zhǎng)測(cè)量所需的兩種驅(qū)動(dòng)信 號(hào)施加順序，驅(qū)動(dòng)發(fā)射柵各組的8個(gè)電極。實(shí)施例2本絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器實(shí)施例2也是用于線性位移測(cè)量的傳感器，其電 極布局如圖4所示，用于兩波長(zhǎng)測(cè)量。反射板2上設(shè)一列反射柵電極2. 1、一列粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換 柵電極2. 3及一列細(xì)波長(zhǎng)輔助轉(zhuǎn)換柵電極2. 2 ；發(fā)射板1上設(shè)一列發(fā)射柵電極1. 1、一列粗 波長(zhǎng)接收柵電極1. 3及一列細(xì)波長(zhǎng)輔助接收柵電極1. 2。2組反射柵2. 1中的1組與粗波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵電極2. 3相連，另1組與細(xì)波長(zhǎng)輔助轉(zhuǎn)換柵電極2. 2相連。細(xì)波長(zhǎng)輔助轉(zhuǎn)換柵電 極2. 2以節(jié)距& = Wf周期排列，細(xì)波長(zhǎng)輔助接收柵電極1.2為一完整矩形。粗波長(zhǎng)接收柵 電極1. 3分為完全相同的兩組1. 3A和1. 3B、按間距3P。交錯(cuò)周期排列，同屬一組的接收柵 電極通過(guò)導(dǎo)線相連。其它與實(shí)施例1相同。本例的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器的測(cè)量電路如圖5所示，分為接口單元和測(cè) 量單元兩部分。其接口電路與實(shí)施例1相同，本例的測(cè)量單元與實(shí)施例1相似，包括振蕩器、 分頻器、控制器、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5和信號(hào)處理電路。其驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器5如圖6所示，該電路采用地址加法計(jì)數(shù)器和只讀存儲(chǔ)器ROM 替代實(shí)施例1的扭環(huán)計(jì)數(shù)器和驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)，由3位地址加法計(jì)數(shù)器、16單元的8位只 讀存儲(chǔ)器ROM和異或調(diào)制器組成，只讀存儲(chǔ)器中預(yù)存的數(shù)據(jù)詳見(jiàn)下表1。地址加法計(jì)數(shù)器 的輸出A ％與控制信號(hào)FINE —起構(gòu)成只讀存儲(chǔ)器ROM的4位地址Atl A3的輸入信號(hào)， 只讀存儲(chǔ)器ROM的8位輸出經(jīng)異或調(diào)制后驅(qū)動(dòng)發(fā)射柵各組的8個(gè)電極。該電路的輸入信號(hào) DCLK、INI、FINE、MOD及其實(shí)現(xiàn)的功能均與實(shí)施例1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器完全相同，因此，兩者 可以互換。表1只讀存儲(chǔ)器ROM預(yù)存數(shù)據(jù)表地址DODlD2D3D4D5D6D701111000010111100020011110030001111040000111151000011161100001171110000181010010權(quán)利要求1.絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，包括可相對(duì)移動(dòng)的發(fā)射板(1)和反射板O)以及測(cè) 量電路；在發(fā)射板(1)沿測(cè)量軸線方向布有一列周期排列的電極，為發(fā)射柵(1. 1)；在反射 板(2)上沿測(cè)量軸線方向布有一列周期排列的電極，為反射柵(2. 1)；反射板(2)上還布有 與反射柵(2. 1)有序連接的兩列周期排列的電極，為轉(zhuǎn)換柵；發(fā)射板(1)上也布有與轉(zhuǎn)換柵 進(jìn)行電容耦合的兩列周期排列的電極，為接收柵；發(fā)射柵(1. 1)的電極每N個(gè)一組，N為整 數(shù)，3彡N彡16，電極按間距Pt/N周期排列，N個(gè)一組的發(fā)射柵(1. 1)的電極節(jié)距為Pt，Pt為 細(xì)波長(zhǎng)WfWNt倍，Nt為3 7的奇數(shù)；反射柵(2. 1)的電極分為2組按間距已交錯(cuò)周期排 列，已=Wf ；反射板⑵上的轉(zhuǎn)換柵電極沿測(cè)量軸線按各自間距周期排列，2組反射柵(2. 1) 的電極通過(guò)導(dǎo)線分別與2列轉(zhuǎn)換柵電極依次相連；所述測(cè)量電路分為接口單元和測(cè)量單元 兩部分；接口單元包括定時(shí)器、按鍵接口電路、測(cè)量接口電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路及算術(shù)邏輯部 件；所述測(cè)量單元包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)處理電路；其特征在于所述測(cè)量單元還包括振蕩器、分頻器和控制器，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器( 為產(chǎn)生具有 波動(dòng)性質(zhì)的傳感器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；所述測(cè)量單元的振蕩器輸出的主時(shí)鐘經(jīng)分 頻器接入所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器(5)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器(5)的N路輸出信號(hào)，分別與發(fā)射柵 (1.1)各組的N個(gè)電極相連；所述測(cè)量單元的信號(hào)處理電路包括模擬處理電路、過(guò)零檢測(cè)電路、同步延時(shí)電路、加法 計(jì)數(shù)器、同步捕捉電路和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器；模擬處理電路含有信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組(6)、差分放 大器(7)、同步解調(diào)電路和低通濾波器；所測(cè)波長(zhǎng)接收柵的兩路輸出經(jīng)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組(6) 接入差分放大器(7)，差分放大后依次連接同步解調(diào)電路、低通濾波器、過(guò)零檢測(cè)電路，之后 輸入同步捕捉電路；振蕩器輸出的主時(shí)鐘還接入控制器、同步解調(diào)電路、同步捕捉電路、加法計(jì)數(shù)器；驅(qū)動(dòng) 信號(hào)發(fā)生器(5)的相位同步信號(hào)接入同步延時(shí)電路；同步延時(shí)電路的輸出與同步捕捉電路和加法計(jì)數(shù)器相連，過(guò)零檢測(cè)電路的輸出接入 同步捕捉電路，同步捕捉電路的輸出連接控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器，加法計(jì)數(shù)器的輸出作 為隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸入；接口單元的測(cè)量接口電路連接測(cè)量單元的控制器和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器；產(chǎn)生各種控制信號(hào)的所述控制器，其各路輸出分別連接隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā) 生器(5)、信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組(6)以及接口單元的測(cè)量接口電路，控制器的輸入端連接同步捕 捉電路的輸出端，振蕩器輸出的主時(shí)鐘連接控制器的時(shí)鐘輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器( 主要組成為扭環(huán)計(jì)數(shù)器(5. 1)、驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)(5. 2)和 異或調(diào)制器(5. ；振蕩器的輸出經(jīng)分頻器后接入驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器(5)，作為扭環(huán)計(jì)數(shù)器 (5. 1)和異或調(diào)制器(5. 3)的輸入時(shí)鐘，扭環(huán)計(jì)數(shù)器(5. 1)產(chǎn)生具有波動(dòng)性質(zhì)的N路輸出信 號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)(5. 2)輸入異或調(diào)制器(5.幻，異或調(diào)制器(5. 3)的N路輸出連 接發(fā)射柵(1. 1)各組的N個(gè)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器( 主要組成為地址加法計(jì)數(shù)器、只讀存儲(chǔ)器和異或調(diào)制器；振 蕩器輸出的主時(shí)鐘經(jīng)分頻器后接入地址加法計(jì)數(shù)器作為其計(jì)數(shù)時(shí)鐘，地址加法計(jì)數(shù)器的輸 出和細(xì)波長(zhǎng)測(cè)量信號(hào)一起構(gòu)成只讀存儲(chǔ)器的讀出地址，只讀存儲(chǔ)器輸出的N位數(shù)據(jù)輸入異或調(diào)制器，異或調(diào)制后的N路輸出連接發(fā)射柵(1. 1)各組的N個(gè)電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于所述發(fā)射柵、接收柵、反射柵、轉(zhuǎn)換柵的電極布局沿同心圓周展開(kāi)，電極節(jié)距按角度計(jì) 算，發(fā)射板(1)和反射板( 之間的相對(duì)位移是二者以同心圓圓心為基點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于 所述轉(zhuǎn)換柵和接收柵各設(shè)兩列，反射板O)的兩列轉(zhuǎn)換柵分別稱為中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵(2. 2)和粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵(2. 3)，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射板(1)的兩列接收柵分別稱為中波長(zhǎng)接收柵(1.2)和粗波長(zhǎng)接收柵(1.3)；反射板(2)上的中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵0.2)電極沿測(cè)量軸按間距 Pm周期排列，中波長(zhǎng)Wm = PtPm/ (Pr-Pm)，設(shè)Wm = NmWf，Pt = NtWf，Nm為整數(shù)、Nt為3 7的奇 數(shù)，則Pm = NmWf/(Nm+Nt)，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射板(1)上的中波長(zhǎng)接收柵(1.2)電極分為完全相 同的2組(1. 2A、1. 2B)沿測(cè)量軸按間距NtPm交錯(cuò)周期排列，同屬一組的接收柵電極通過(guò)導(dǎo) 線相連；反射板( 上的粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵0.3)電極沿測(cè)量軸按間距P。周期排列，粗波長(zhǎng)W。 =PtPc/ (Pr-Pc)，設(shè)粗波長(zhǎng)Wc = Ncwf，Pt = NtWf，Nc為整數(shù)、Nt為3 7的奇數(shù)，則粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換柵(2. 3)的電極間距P。= N。Wf/(N。+Nt)，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射板(1)上的粗波長(zhǎng)接收柵(1.3) 電極也分為完全相同的兩組(1.3A、1.3B)按間距NtP。交錯(cuò)周期排列，同屬一組的接收柵電 極通過(guò)導(dǎo)線相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于所述信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組(6)包括第1開(kāi)關(guān)(S1)、第2開(kāi)關(guān)(S2)、第3開(kāi)關(guān)(S3)、第4開(kāi)關(guān) (S4)；粗波長(zhǎng)接收柵(1.3)的一組電極(1.3A)的輸出端和中波長(zhǎng)接收柵(1.2)的一組電極 (1.2A)的輸出端分別連接第3開(kāi)關(guān)(S3)的兩個(gè)輸入端，粗波長(zhǎng)接收柵(1.3)的另一組電 極(1.3B)的輸出端和中波長(zhǎng)接收柵(1.2)的另一組電極(1.2B)的輸出端分別連接第4開(kāi) 關(guān)(S4)的兩個(gè)輸入端，第3開(kāi)關(guān)(S3)的公共端連接差分放大器(7)的一個(gè)輸入端，第4開(kāi) 關(guān)(S4)的公共端連接差分放大器(7)的另一個(gè)輸入端；第1開(kāi)關(guān)(S1)連接中波長(zhǎng)接收柵 (1. 2)的兩組電極(1. 2A、1. 2B)的輸出端，第2開(kāi)關(guān)(S2)連接粗波長(zhǎng)接收柵(1. 3)的兩組 電極(1.3AU.3B)的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于 所述轉(zhuǎn)換柵和接收柵各設(shè)兩列，反射板O)的兩列轉(zhuǎn)換柵分別稱為粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵(2. 3)和中波長(zhǎng)輔助轉(zhuǎn)換柵(2. 2)，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射板(1)的兩列接收柵分別稱為粗波長(zhǎng)接 收柵(1.3)和中波長(zhǎng)輔助接收柵(1.2)；反射板(2)上的中波長(zhǎng)輔助轉(zhuǎn)換柵0.2)電極沿 測(cè)量軸按間距已=Wf周期排列，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射板(1)上的中波長(zhǎng)輔助接收柵(1.2)電極 為一完整矩形；反射板( 上的粗波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵0.3)電極沿測(cè)量軸按間距P。周期排列，粗 波長(zhǎng)Wc = PtPc/ (Pr-Pc)，設(shè)粗波長(zhǎng)Wc = NcWf，Pt = NtWf，Nc為整數(shù)、Nt為3 7的奇數(shù)，則粗 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換柵(2.3)電極間距P。= N。Wf/(N。+Nt)，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射板⑴上的粗波長(zhǎng)接收柵(1.3)電極也分為完全相同的兩組(1.3A、1.3B)按間距NtP。交錯(cuò)周期排列，同屬一組的接 收柵電極通過(guò)導(dǎo)線相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，其特征在于所述信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)組(6)包括第1開(kāi)關(guān)(S1)和第2開(kāi)關(guān)(S2)，細(xì)波長(zhǎng)輔助接收柵電極 (1.2)的輸出端和粗波長(zhǎng)接收柵的一組電極(1.3A)的輸出端分別連接第2開(kāi)關(guān)(S2)的兩 個(gè)輸入端，第2開(kāi)關(guān)(S2)的公共端連接差分放大器(7)的一個(gè)輸入端，粗波長(zhǎng)接收柵(1.3)的另一組電極(1. 3B)的輸出端連接差分放大器(7)的另一個(gè)輸入端；第1開(kāi)關(guān)(S1)連接 粗波長(zhǎng)接收柵(1.3)的兩組電極(1.3A、1.3B)的輸出端。
專利摘要本實(shí)用新型為絕對(duì)位置測(cè)量容柵位移傳感器，包括兩個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的發(fā)射板、反射板以及測(cè)量電路；本傳感器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器輸出具有波動(dòng)性質(zhì)的信號(hào)與發(fā)射柵相連，振蕩器的主時(shí)鐘接入各電路，接收柵的輸出經(jīng)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)、模擬處理電路接同步捕捉電路；后者接控制器、加法計(jì)數(shù)器和RAM?？刂破鬟B接各部件。驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器為扭環(huán)計(jì)數(shù)器、驅(qū)動(dòng)順序選擇開(kāi)關(guān)和異或調(diào)制器或者為地址加法計(jì)數(shù)器、只讀存儲(chǔ)器和異或調(diào)制器。接口單元啟動(dòng)測(cè)量單元，控制器協(xié)調(diào)各電路工作，依次完成粗、中、細(xì)波長(zhǎng)內(nèi)位移的測(cè)量后，接口單元關(guān)閉測(cè)量單元、處理并顯示測(cè)量結(jié)果。本實(shí)用新型電路簡(jiǎn)單、控制方便、易于實(shí)現(xiàn)、精度高。
文檔編號(hào)G01B7/30GK201837401SQ201020292920
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月14日
發(fā)明者陸取輝 申請(qǐng)人:桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司