一种平面二维位移传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于直线位移精密测量领域。
【背景技术】
[0002] 现有的可进行平面二维位移量测量的传感器分为两种，一种是在测量平面上垂直 安装两个线性传感器分别获取两个维度的位移量，另一种是采用单一传感器同时获取平面 两个维度的位移量。垂直安装两个线性传感器会给测量系统带来阿贝误差，其装夹定位精 度对测量结果影响较大，同时占据较大空间，不利于小空间测量。现有的平面二维位移传感 器包括二维光栅和二维容栅，其中二维光栅的测量精度依赖于二元光学器件的制造精度， 复杂的光路设计和制造工艺使成本较高。同时二维光栅抗油污粉尘和冲击振动能力较差。 二维容栅测量量程较小，且由于电容介电常数易受外界环境中的温度、湿度、油污粉尘等影 响，因此传感器防护能力较差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种用于平面二维位移测量的 传感器。
[0004] 所述一种平面二维位移传感器，由上下平行相对布置的定阵面和动阵面两部分构 成。定阵面具有定阵面基体，在定阵面基体上布置单层或多层完全相同的并串联的激励线 圈矩阵；动阵面由动阵面基体和布置于动阵面基体表面的感应线圈组成。
[0005] 每一层激励线圈矩阵是由沿X和Y方向布置的多个相同的激励线圈阵列单元构 成，所述激励线圈阵列单元之间沿"Z"字型依次串联，且相邻的两个激励线圈阵列单元的中 心距为一个极距，用W表示。沿X方向和沿Y方向的极距可以相同也可以不同。
[0006] 所述激励线圈阵列单元由尺寸、匝数均相同的2个正绕平面矩形螺旋激励线圈和 2个反绕平面矩形螺旋激励线圈按"田"字型排列构成，按"U"字型串联以保证任意两个相 邻的平面矩形螺旋激励线圈绕制方向相反。四个线圈依次串联即1个正绕（如顺时针绕 制）平面矩形螺旋激励线圈、1个反绕（如逆时针绕制）平面矩形螺旋激励线圈、1个正绕 平面矩形螺旋激励线圈和1个反绕平面矩形螺旋激励线圈依次沿"U"型首尾相接。任意相 邻两个平面矩形螺旋激励线圈的中心距为半个极距（W/2)。沿X方向或Y方向，正绕或反绕
【主权项】
1. 一种平面二维位移传感器，包括上下平行相对布置的定阵面（1)和动阵面（2)，其特 征在于： 所述定阵面（1)具有定阵面基体，在定阵面基体上布置单层或多层完全相同的并串联 的激励线圈矩阵，每一层激励线圈矩阵是由沿X和Y方向布置的多个相同的激励线圈阵列 单元构成，所述激励线圈阵列单元之间沿"Z"字型依次串联，且相邻两个激励线圈阵列单元 的中心距为一个极距W ; 所述动阵面（2)由动阵面基体和布置于动阵面基体表面的感应线圈组成；所述感应线 圈由尺寸匝数均相同的三个感应线圈组成，且第一感应线圈（21)和第二感应线圈（22)沿 X方向布置，第一感应线圈（21)和第三感应线圈（23)沿Y方向布置； 定阵面（1)的激励线圈连接交流激励电信号，在定阵面表面产生的磁场强度随着平面 二维位置变化呈现周期性变化；当动阵面（2)与定阵面（1)发生相对运动时，第一感应线圈 (21)、第二感应线圈（22)和第三感应线圈（23)的感应信号幅值分别发生变化，将第一感应 线圈与第二感应线圈的感应信号相除得到仅关于X方向位移量的正切函数信号，将第一感 应线圈与第三感应线圈的感应信号相除得到仅关于Y方向位移量的正切函数信号，再分别 经过反正切运算即可得到动阵面相对于定阵面在X方向和Y方向的直线位移。
2. 根据权利要求1所述的平面二维位移传感器，其特征是：所述激励线圈阵列单元 由尺寸、匝数均相同的2个正绕平面矩形螺旋激励线圈和2个反绕平面矩形螺旋激励线 圈按"田"字型排列、并按"U"字型串联以保证任意两个相邻的平面矩形螺旋激励线圈绕 制方向相反；相邻两个平面矩形螺旋激励线圈的中心距为半个极距，即W/2 ;沿X方向或 Y方向，正绕或反绕平面矩形螺旋激励线圈由内到外的第P匝线圈与线圈中心的距离为：
其中q为正绕或反绕平面矩形螺旋激励线圈的总匝数，P = 1，2, 3…q ; 相邻两个平面矩形螺旋激励线圈的最外匝间距为
3. 根据权利要求1所述的平面二维位移传感器，其特征是：所述激励线圈中沿X方向 的极距与沿Y方向的极距可以相同也可以不同。
4. 根据权利要求1所述的平面二维位移传感器，其特征是：所述第一感应线圈和第二 感应线圈沿Y方向的中心距为零，沿X方向的中心距为
，m = 1，2,3···，最外匝间 距为
；第一感应线圈和第三感应线圈沿X方向的中心距为零，沿Y 方向的中心距为
，η = 1，2, 3···，最外匝间距为
5. 根据权利要求1或4所述的平面二维位移传感器，其特征是：所述第一感应线圈 (21)、第二感应线圈（22)和第三感应线圈（23)可以为单匝或多匝，可以为单层或多层串 联；当为多层串联排布时，各层感应线圈沿垂直于动阵面的方向依次上下布置且各层感应 线圈的中心连线垂直于动阵面，中间由绝缘材料间隔。
【专利摘要】一种平面二维位移传感器，其由上下平行相对布置的定阵面和动阵面两部分构成。定阵面在定阵面基体上布置单层或多层完全相同的并串联的激励线圈矩阵，每一层激励线圈矩阵是由沿X和Y方向布置的多个相同的激励线圈阵列单元构成，激励线圈阵列单元之间沿“Z”字型依次串联。动阵面由动阵面基体和布置于动阵面基体表面的感应线圈组成，感应线圈由尺寸匝数均相同的三个感应线圈呈L形布置。本发明通过在定阵面表面建立包含时间量和空间量的磁场，采用单个动阵面通过电磁感应原理将定阵面不同位置处的磁信号转化为电信号，将三个感应线圈产生的电信号进行运算处理，从而得到平面二维位移量，具有结构简单、成本低、抗油污粉尘和冲击振动能力强的特点。<u/>
【IPC分类】G01B7-02
【公开号】CN104677258
【申请号】CN201510080844
【发明人】武亮, 彭东林, 陈锡候, 汤其富, 鲁进, 郑方燕, 孙世政, 黄奔
【申请人】重庆理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月14日