[0048]图11是本实用新型方案在具有精密轴承的机械系统中的实现结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]以下结合附图进一步详细说明本实用新型的设计思想和具体结构:
[0050]本实用新型提出一种使具有沿圆周机械等分特征的运动金属齿状体具备自动进行精密角位移检测并输出其位移信息的系统。本实用新型采用电磁感应原理，做成一组包含有信号激励线圈、信号感应线圈和信号补偿线圈在内的电磁感应测头，将一组或多组该测头放置于被测运动金属体旁边，连同微处理器系统以非接触方式精确获取其运动位移信息。测头的激励、感应和处理采用了部分公知的电磁传感器技术，而特征之一是测头增加了沿轴向等分开槽且单个线圈沿轴向绕制再沿切向串联以削弱线圈磁场边缘效应；特征之二是测头的金属绕线基体的齿顶分别沿切向和轴向加工成特定的弧形，以减小误差及减少误差成分；特征之三是被测金属和测头齿状体之间符合确定的分布原则；特征之四是定子测头具有独立可调补偿电源的信号补偿线圈；特征之五是将被测金属体视为传感器转子，测头视为传感器定子，即将被测金属体与测头视为一个具有传感功能的整体机械系统，再通过在线或在系统条件下的误差修正技术，使整个系统具备自检及输出精密位移信息的能力。
[0051]本实用新型直接利用被测机械的齿轮、蜗轮、轴承等的机械等分性，在其旁边安装若干组独立的电磁感应测头7，这样被测齿轮I或蜗轮等(被视为传感器转子)就和测头7(视为传感器定子)共同构成类似于电磁感应原理传感器的整体系统，可视其为一个广义的“大传感器”，如图1 (b)所示。再用常规对传感器进行误差修正的方法对此“大传感器”进行误差标定和误差修正，使之成为和图1 (a)同样效果的可以输出高精度位移信息，具有自检功能的机械系统，用于实现精密测控目的。
[0052]为实现上述方案，本实用新型采用了以下传统的公知技术和本实用新型提出的集成创新性技术:
[0053]本实用新型中，对定子测头按空间正交排列绕制的激励线圈通以按时间正交输出的交流电源，同在定子上的感应线圈将感应出电行波信号。当按空间等分的转子转动时，定子电行波信号的相位将随转动方向的不同而前后移动。相移的大小与角位移成正比，从而反映出角位移信息。此为公知的电磁式位移传感器技术。
[0054]本实用新型的技术创新点在于:
[0055]1、参见图1 (b)，将一组或多组独立的电磁测头7围绕分布在相对运动的具有空间机械等分特征的金属齿状体(图中是齿轮I)的与齿相对一侧，构成定子，并对测头7上线圈的绕制和组合方法进行了特殊设计。
[0056]图2(a)给出了对圆柱体三个坐标方向的常规定义，分为轴向Y、径向X和切向Z，而传统的电磁类机电产品(电机、传感器等)的串联线圈，无论是定子还是转子，都是沿切向Z绕制线圈，再嵌入沿切向等分开槽的定子、转子基体中，并沿切向串联。
[0057]而对于本实用新型采用的测头线圈而言，测头基体71相当于一个圆环体截断后的一段，如图3 (al)，对这样的测头基体若是仍按上述切向等分轴向开槽，线圈6只能按切向串联绕制后，前后不搭边，不形成封闭，这样线圈磁场的边缘效应将对信号质量产生严重不利影响，如图2 (C)。
[0058]为此本实用新型提出在传统测头基体的切向等分轴向开槽的基础上，增加沿轴向等分的切向开槽，且其槽宽b小于轴向开槽的槽宽a，如图3 (a2)所示。然后线圈52的绕制方向由传统的切向绕制后切向串联(如图3 (bl))，改为轴向绕制后再切向串联，如图3 (b2)所示。通过理论分析、电磁场仿真和实验效果均证明这种结构可以明显削弱测头离散(不封闭)线圈的磁场边缘效应。
[0059]以上只是以增加一道切向开槽，两个线圈6反绕组成“8”字型线圈为例，实用中可以有更多的切向开槽用于绕制多个线圈。
[0060]2、本实用新型用于绕制线圈6 (含激励线圈、感应线圈和补偿线圈)的测头基体亦为机械等分的金属齿状体，为了进一步抑制感应信号中的误差成分，本实用新型将测头基体的齿顶加工成正弦、余弦或其它弧形，并且可以分别或同时沿着切向和轴向分布，如图4(a)是在齿顶的切线方向加工为弧形齿711，如图4 (b)是在齿顶的轴向方向形成余弦形齿面712，此为两个典型例，当然也可以还有其他类似设计。
[0061]3、本实用新型的测头基体71的齿数、宽度和占空比等分布规律符合图5所示原则。
[0062]测头齿分布原则:
[0063]L3=L2(I)
[0064]L4= M(L1+L2) M=I, 2, 3............(2)
[0065]其中，LI是金属齿状体的槽宽，L2是金属齿状体的齿宽，L3是离散电磁测头的齿宽，L4是离散电磁测头的槽宽，M为正整数。
[0066]测头基体71(即定子)和被测机械的金属齿状体1(转子)的齿数比为:2KN:2KN±1，其中K为正整数，N为测头上所加激励的相数。
[0067]在此基础上，定子槽宽可增加P (P ^ I)倍节距的宽度，同样可衍生出多种定转子齿数比。
[0068]如图6为单相激励定转子齿数比，图6(a)为定转子齿数比为2:3的情况，图6(b)为在图6 Ca)的基础上定子槽宽增加I倍节距的情况。
[0069]如图7为两相激励定转子齿数比，图7(a)为定转子齿数比为4:5的情况，图7(b)为在图7 Ca)的基础上定子槽宽增加I倍节距的情况。
[0070]4、由于各种原因，在激励电源作用下信号感应线圈产生的感应信号将包含各种误差成分，为此需再增加一个信号补偿线圈，对原有误差成分进行抵消。本实用新型增加的信号补偿线圈的特征是:首先不是采用一个环状封闭的定子线圈，而是将其截断成为若干个离散的测头线圈，其作用与上述定子线圈相似；其次不仅增加一个独立的信号补偿线圈，而且还要增加一套独立的补偿交流电源，其电压幅值、相位、频率成分均可调整，从而达到更好的补偿效果，见图8。
[0071]5、传统方法将研制开发的位移传感器与高精度的位移传感器(如精密光栅、激光干涉仪等)同步转动进行比对，将误差信息记录于微处理器进行误差修正，从而提高所研发的传感器精度。本实用新型由于将具有机械等分特征的被测机械视为传感器转子，而把通常为一整圈的定子线圈改为离散的电磁测头后视为定子旁置于被测机械，如图1 (b)所示，从而不同于上述传统方法，即不需要在实验室或传感器制造商厂房中实现传感器对传感器的误差修正，而是在系统使用客户的加工现场实现传感器对具备自检功能的机械系统(有可能是非常庞大的系统)的在线误差修正。除了直接利用被测机械的等分金属齿状体外，也可以专门加工一个按需设计的齿圈依附于转动机械之上，本方法同样适用。
[0072]以下，分别具体以精密齿轮传动系统、具有精密蜗轮和精密轴承的机械系统为例，详细说明本实用新型方案在这些系统上的实现:
[0073]1、精密齿轮传动系统
[0074]在机床和武器系统等机械装备中，机械传动链的最末端大多采用齿轮传动。由于大型齿轮加工技术的限制，若要求它既满足高速、重载、耐磨，又要求满足高精度是很难同时做到的，因此常规做法是用普通精度的齿轮再加上精密角位移传感器配合起来使用，从而可以利用闭环控制技术来同时兼顾齿轮传动的机械参数指标和精度指标。若传感器与末级齿轮同轴安装，测量及控制可以达到传动链末端，称为全闭环数控系统，且效果最好；若传感器与次级齿轮同轴安装，则测控对象只达到传动链的次末端，称为半闭环。这时齿轮与齿轮的传动误差不受测控系统的干预，精度较差。角位移传感器和末级齿轮的同轴安装受诸多条件限制，如超大、中空、连接以及各种干扰。因此目前很多使用齿轮传动的机械系统都采用半闭环控制方式，其精度水平难以提高。
[0075]而使用本实用新型的结构设计，采用在末级齿轮8旁边安放电磁测头的方式获取其角位移信息，可以达到与在末级齿轮上同轴安装角位移传感器同样的效果，从而以一种简便而可行的方式实现全闭环控制。
[0076]如图9所示，针对具有沿圆周等分排列的导磁体特征的末级齿轮8，在其旁边安放一组(一个或多个)电磁测头7，其中电磁测头包含有激磁线圈和感应线圈。在激磁线圈内通入两相或多相正交的交流电源，就会在感应线圈内获取包含有齿轮角位移信息的调幅或调相信号，结合信号处理电路和微处理器系统共同构成带检功能的精密齿轮传动系统。图中，9是次级齿轮，10是驱动电机。
[0077]2、具有精密蜗轮机械系统
[0078]在机械传动链的最末端也有采用蜗轮传动的，由于蜗轮，尤其是大型蜗轮加工技术的限制，若要求