(57)【要約】【課題】交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサを提供する。【解決手段】交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサであって、固定基板及び可動基板の二つを含み、両者は平行に取付けられ、且つ一定の隙間を有する。固定基板には、それぞれＸ軸及びＹ軸に沿って位置をずらしてナンバリングされる正方形励起極片が配置され、可動基板には、Ｘ軸及びＹ軸に沿って隣り合って配置されるセンサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄを有し、四つの励起相の各々に位相差９０°の等周波数、等振幅の正弦波励起信号を印加し、四つのセンサユニットは電界結合を経て各々四つの経路の進行波信号を出力し、加算器によって隣り合う出力信号の和を求めると同時に逆位相且つＸ軸の変位量のみを含む二つの経路の進行波信号及び逆位相且つＹ軸の変位量のみを含む二つの経路の進行波信号をデカップリングし、いずれかの方向にある二つの経路の進行波信号を減算器によって差を求めることでコモンモード干渉の消去を可能とする。センサ構造は簡単であり、デカップリングは徹底され、広範囲且つ高精度な二次元直線変位の測定を実現する。【選択図】図１
2021518915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサであって、
固定基板及び可動基板を含み、前記可動基板の下表面と前記固定基板の上表面とは正対して平行に設置され、且つ隙間を有し、
前記固定基板の上表面には２ｍ行の励起電極が並列に配置され、各行の前記励起電極はいずれも同一のｎ個の正方形励起極片をＸ軸方向に沿って等間隔に配置されて構成され、隣り合う二つの前記正方形励起極片間の間隔Ｉｅは一つの前記正方形励起極片の幅Ｌｅよりも広く、隣り合う２行の励起電極のＹ軸方向の間隔は（Ｉｅ−Ｌｅ）／２に等しく、且つＸ軸方向に沿った開始位置は（Ｉｅ＋Ｌｅ）／２ずれており、奇数行の前記励起電極ではＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、偶数行の前記励起電極ではＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、ｎ＝４ｋ１、ｍ＝４ｋ２であり、ｋ１及びｋ２はいずれも正の整数であり、
複数の前記正方形励起極片は連結され、Ｘ軸方向にＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤ励起ユニットを形成し、Ｙ軸方向にＹＡ、ＹＢ、ＹＣ、ＹＤ励起ユニットを形成し、前記ＸＡ励起ユニットは前記ＹＡ励起ユニットと連結してＡ励起相を構成し、前記ＸＢ励起ユニットは前記ＹＢ励起ユニットと連結してＢ励起相を構成し、前記ＸＣ励起ユニットは前記ＹＣ励起ユニットと連結してＣ励起相を構成し、前記ＸＤ励起ユニットは前記ＹＤ励起ユニットと連結してＤ励起相を構成し、
前記可動基板の下表面には同一のｒ個のセンサユニットが設けられ、隣り合う二つの前記センサユニットの間隔はＩｉであり、各前記センサユニットはいずれも独立しており且つ同一の四つのセンサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄを２×２となるように配置して構成され、前記センサ極片ａ、ｃは同一行に位置し、前記センサ極片ａ、ｂは同一列に位置し、各前記センサ極片の長さ及び幅はいずれもＬｉであり、隣り合う二つの前記センサ極片の間隔はＩｉであり、Ｌｉ＋Ｉｉ＝２（Ｌｅ＋Ｉｅ）であり、前記センサ極片の形状は中心対称な図形であり、ｒ個の前記センサユニット中の前記センサ極片ａを連結してａセンサユニットを構成し、ｒ個の前記センサユニット中の前記センサ極片ｂを連結してｂセンサユニットを構成し、ｒ個の前記センサユニット中の前記センサ極片ｃを連結してｃセンサユニットを構成し、ｒ個の前記センサユニット中の前記センサ極片ｄを連結してｄセンサユニットを構成し、
測定時、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ励起相の各々に対して順に位相差９０°の四つの経路の等周波数、等振幅の正弦波励起信号を印加し、前記可動基板が前記固定基板に対して平面移動した際、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄセンサユニットは各々Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄの四つの経路の電気信号を生成し、ＵａとＵｂ、ＵｃとＵｄをそれぞれ加算器によって和を求め、二つの経路の進行波信号ＵＸ＋及びＵＸ−を取得し、ＵａとＵｃ、ＵｂとＵｄをそれぞれ加算器によって和を求め、二つの経路の進行波信号ＵＹ＋及びＵＹ−を取得し、ＵＸ＋とＵＸ−、ＵＹ＋とＵＹ−をそれぞれ減算器によって差を求め、Ｘ軸正弦進行波信号ＵＸ及びＹ軸正弦進行波信号ＵＹを取得し、、前記Ｘ軸正弦進行波信号ＵＸ及び前記Ｙ軸正弦進行波信号ＵＹをそれぞれ処理することで前記可動基板の前記固定基板に対するＸ軸方向の直線変位及びＹ軸方向の直線変位を取得する、
ことを特徴とする交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサ。
【請求項２】
前記ＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤ励起ユニットの形成方法は、Ｘ軸方向の偶数列上のｍ個の前記正方形励起極片を連結してｎ個のＸ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋１個の前記Ｘ励起ユニットを１セットに連結してＸＡ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋２個の前記Ｘ励起ユニットを１セットに連結してＸＢ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋３個の前記Ｘ励起ユニットを１セットに連結してＸＣ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋４個の前記Ｘ励起ユニットを１セットに連結してＸＤ励起ユニットを構成し、ｊ１は順次０〜ｋ１−１からなる整数であり、
前記ＹＡ、ＹＢ、ＹＣ、ＹＤ励起ユニットの形成方法は、Ｙ軸方向の偶数列上のｎ個の前記正方形励起極片を連結してｍ個のＹ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋１個の前記Ｙ励起ユニットを１セットに連結してＹＡ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋２個の前記Ｙ励起ユニットを１セットに連結してＹＢ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋３個の前記Ｙ励起ユニットを１セットに連結してＹＣ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋４個の前記Ｙ励起ユニットを１セットに連結してＹＤ励起ユニットを構成し、ｊ２は順次０〜ｋ２−１からなる整数である、
ことを特徴とする請求項１に記載の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサ。
【請求項３】
前記センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は正方形である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサ。
【請求項４】
前記センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は円形である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサ。
【請求項５】
前記センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は菱形である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密直線変位センサに関し、具体的には交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
多次元運動を有する精密測定機器及び加工設備は変位センサに対して往々に各次元における高精度且つ広範囲の変位測定を要求している。従来の二次元変位測定は、単一自由度の変位センサを二つ組み合わせて用いることで実現しており、測定システム及び機械構造は複雑化し、アッベ誤差や多軸累積誤差が入りやすくなり、精密な変位測定の要求に応えることが困難であった。従来の二次元変位センサには、主に二次元光グレーティング、二次元磁気グレーティング及び二次元静電容量グレーティングがあり、二次元光グレーティングは製造プロセス及び光路構造が複雑なため、コストが高く、環境干渉の影響を受けやすい。二次元磁気グレーティング及び二次元静電容量グレーティングは、フィールド結合によって信号を取得するため、２方向の測定信号が相互に干渉し、測定精度が高くない。
【０００３】
近年、中国国内では、クロックパルスを変位測定の基準とするタイムグレーティングセンサが開発され、これを基礎として、単列多層構造の電界式タイムグレーティング変位センサ（中国特許文献ＣＮ１０３８２２５７１Ａ）も開発されているが、この種のセンサは高周波クロックパルスを測定の基準とし、平板コンデンサで交番電界を形成して測定に必要な進行波電気信号を直接結合することにより、広い範囲で高精度な変位測定を可能とする。しかしながら、今日の電界式タイムグレーティング変位センサでは、一次元の直線変位の測定しかできず、二次元での直線変位の測定は実現できないと言う課題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、広範囲且つ高精度な二次元直線変位測定を実現し、且つシンプルな構造、徹底したデカップリング及び優れた抗干渉性を備えた交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサであって、固定基板及び可動基板を含み、可動基板の下表面と固定基板の上表面とは正対して平行に設置され、且つ隙間を有する。
【０００６】
前記固定基板の上表面には２ｍ行の励起電極が並列に配置され、各行の励起電極はいずれも同一のｎ個の正方形励起極片をＸ軸方向に沿って等間隔に配置されて構成され、隣り合う二つの正方形励起極片間の間隔Ｉｅは一つの正方形励起極片の幅Ｌｅよりも広く、隣り合う２行の励起極片のＹ軸方向の間隔は（Ｉｅ−Ｌｅ）／２に等しく、且つＸ軸方向に沿った開始位置は（Ｉｅ＋Ｌｅ）／２ずれており（即ち、奇数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置は、偶数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置とは（Ｉｅ＋Ｌｅ）／２ずれている）、奇数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、偶数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、ｎ＝４ｋ１、ｍ＝４ｋ２であり、ｋ１及びｋ２はいずれも正の整数である。
【０００７】
複数の正方形励起極片は連結され、Ｘ軸方向にＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤ励起ユニットを形成し、Ｙ軸方向にＹＡ、ＹＢ、ＹＣ、ＹＤ励起ユニットを形成し、ＸＡ励起ユニットはＹＡ励起ユニットと連結してＡ励起相を構成し、ＸＢ励起ユニットはＹＢ励起ユニットと連結してＢ励起相を構成し、ＸＣ励起ユニットはＹＣ励起ユニットと連結してＣ励起相を構成し、ＸＤ励起ユニットはＹＤ励起ユニットと連結してＤ励起相を構成する。
【０００８】
可動基板２の下表面には同一のｒ個のセンサユニットが設けられ、隣り合う二つのセンサユニットの間隔はＩｉであり、各センサユニットはいずれも独立しており且つ同一の四つのセンサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄを２×２となるように配置して構成され、センサ極片ａ及びｃは同一行に位置し、センサ極片ａ及びｂは同一列に位置し、各センサ極片の長さ及び幅はいずれもＬｉであり、隣り合う二つのセンサ極片の間隔はＩｉであり、Ｌｉ＋Ｉｉ＝２（Ｌｅ＋Ｉｅ）であり、各センサユニットにおいてＸ軸又はＹ軸の任意の隣り合う二つのセンサ極片の当該方向上における空間の位相差は１８０°であり、差動構造を構成する。センサ極片の形状は中心対称な図形であり、ｒ個のセンサユニット中のセンサ極片ａを連結してａセンサユニットを構成し、ｒ個のセンサユニット中のセンサ極片ｂを連結してｂセンサユニットを構成し、ｒ個のセンサユニット中のセンサ極片ｃを連結してｃセンサユニットを構成し、ｒ個のセンサユニット中のセンサ極片ｄを連結してｄセンサユニットを構成する。
【０００９】
センサユニットは、正対する正方形励起極片との間でカップリングコンデンサを形成する。測定時、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ励起相の各々に対して順に位相差９０°の四つの経路の等周波数、等振幅の正弦波励起信号を印加し、可動基板が固定基板に対して平面移動した際、ａ、ｂ、ｃ、ｄセンサユニットは各々Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄの四つの経路の電気信号を生成し、各電気信号はいずれもＸ軸及びＹ軸の変位量のみを含む二つの進行波信号から生成され、各センサユニットのＸ軸及びＹ軸方向上における任意の隣り合う二つのセンサ極片の当該方向上における空間の位相差は１８０°であることから、この二つの進行波信号のサイズ及び周波数は同一で、且つ位相は逆になる。ＵａとＵｂ、ＵｃとＵｄをそれぞれ加算器によって和を求め、逆位相且つＸ軸の変位量のみを含む二つの経路の進行波信号ＵＸ＋及びＵＸ−を取得する。ＵａとＵｃ、ＵｂとＵｄをそれぞれ加算器によって和を求め、逆位相且つＹ軸の変位量のみを含む二つの経路の進行波信号ＵＹ＋及びＵＹ−を取得する。ＵＸ＋とＵＸ−を減算器によって差を求め、Ｘ軸正弦進行波信号ＵＸを取得し、ＵＹ＋とＵＹ−を減算器によって差を求め、Ｙ軸正弦進行波信号ＵＹを取得する。Ｘ軸正弦進行波信号ＵＸを処理することで固定基板に対する可動基板のＸ軸方向の直線変位を取得する（即ち、Ｘ軸正弦進行波信号ＵＸを同周波数基準信号と位相弁別処理し、位相差は補間された高周波クロックパルスの数で表され、変換後に固定基板に対する可動基板のＸ軸方向の直線変位が得られる）とともに、Ｙ軸正弦進行波信号ＵＹを処理することで固定基板に対する可動基板のＹ軸方向の直線変位を取得する（即ち、Ｙ軸正弦進行波信号ＵＹを同周波数基準信号と位相弁別処理し、位相差は補間された高周波クロックパルスの数で表され、変換後に固定基板に対する可動基板のＹ軸方向の直線変位が得られる）。
【００１０】
前記ＸＡ、ＸＢ、ＸＣ、ＸＤ励起ユニットの形成方法は、Ｘ軸方向の偶数列上のｍ個の正方形励起極片を連結してｎ個のＸ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋１個のＸ励起ユニットを１セットに連結してＸＡ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋２個のＸ励起ユニットを１セットに連結してＸＢ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋３個のＸ励起ユニットを１セットに連結してＸＣ励起ユニットを構成し、第４ｊ１＋４個の前記Ｘ励起ユニットを１セットに連結してＸＤ励起ユニットを構成し、ｊ１は順次０〜ｋ１−１からなる整数である。
【００１１】
前記ＹＡ、ＹＢ、ＹＣ、ＹＤ励起ユニットの形成方法は、Ｙ軸方向の偶数列上のｎ個の正方形励起極片を連結してｍ個のＹ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋１個のＹ励起ユニットを１セットに連結してＹＡ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋２個のＹ励起ユニットを１セットに連結してＹＢ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋３個のＹ励起ユニットを１セットに連結してＹＣ励起ユニットを構成し、第４ｊ２＋４個のＹ励起ユニットを１セットに連結してＹＤ励起ユニットを構成し、ｊ２は順次０〜ｋ２−１からなる整数である、
【００１２】
前記センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は好ましくは正方形又は円形又は菱形である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る技術案によれば、以下の有益な効果を奏する。即ち、
正方形励起極片をずらして配置することで、同一平面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の同時エンコードが実現し、同一センサユニット内で隣り合う二つのセンサ極片を差動構造によって配置することで信号をピックアップし、加算器によって隣り合う二つのセンサユニットが出力した信号の和を求めることで、非測定方向上のカップリング信号を除去し、減算器による差動信号の差によってコモンモード干渉を消去することで、信号のデカップリング能力を更に高め、デカップリングを徹底し、且つ抗干渉性を強めることで、更には広範囲且つ高精度な二次元直線変位の測定を実現し、且つ構造は簡単である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における固定基板及び可動基板の対応関係を示す図。
【図２】実施例１における固定基板の構造図。
【図３】実施例１における可動基板の構造図。
【図４】実施例１における信号処理を示す図。
【図５】実施例２における可動基板の構造図。
【図６】実施例３における可動基板の構造図。
【図７】実施例４における可動基板の構造図。
【図８】実施例５における可動基板の構造図。
【図９】実施例６における固定基板の構造図。
【図１０】実施例７における可動基板の構造図。
【図１１】実施例８における可動基板の構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を用いて本発明を更に説明する。
実施例１：図１〜図４に示すように、本発明に係る交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、固定基板１及び可動基板２を含み、前記可動基板２の下表面と固定基板１の上表面とは正対して平行に設置され、且つ隙間ｄ＝１ｍｍを有する。
【００１６】
図２に示すように、固定基板１の上表面には２４行（即ち、ｍ＝１２）の励起電極が並列に設けられ、各行の励起電極はいずれも同一の１２個（即ち、ｎ＝１２）の正方形励起極片１１をＸ軸方向に均等に配置して構成され、隣り合う二つの正方形励起極片１１の間隔をＩｅとすると、Ｉｅ＝６ｍｍであり、一つの正方形励起極片１１の幅をＬｅとすると、Ｌｅ＝４ｍｍであり、隣り合う二つの励起電極のＹ軸方向の間隔は１ｍｍであり、奇数行の励起電極（即ち第１行、第３行、・・・、第２１行、第２３行励起電極）ではＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、偶数行の励起電極（即ち第２行、第４行、・・・、第２２行、第２４行励起電極）ではＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、奇数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置は、偶数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置と５ｍｍずれている。Ｘ軸方向の各偶数列上の１２個の正方形励起極片１１は、励起信号接続線によって連結され、合計１２個のＸ励起ユニットが形成され、Ｘ軸方向に沿って１、２、３、・・・、１２と順次ナンバリングされ、第１個、第５個、第９個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＡ励起ユニットを構成し、第２個、第６個、第１０個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＢ励起ユニットを構成し、第３個、第７個、第１１個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＣ励起ユニットを構成し、第４個、第８個、第１２個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＤ励起ユニットを構成する。Ｙ軸方向の各偶数列上の１２個の正方形励起極片１１は、励起信号接続線によって連結され、合計１２個のＹ励起ユニットが形成され、Ｙ軸方向に沿って１、２、３、・・・、１２と順次ナンバリングされ、第１個、第５個、第９個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＡ励起ユニットを構成し、第２個、第６個、第１０個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＢ励起ユニットを構成し、第３個、第７個、第１１個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＣ励起ユニットを構成し、第４個、第８個、第１２個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＤ励起ユニットを構成する。ＸＡ励起ユニットとＹＡ励起ユニットは励起信号接続線によって連結されてＡ励起相を形成し、ＸＢ励起ユニットとＹＢ励起ユニットは励起信号接続線によって連結されてＢ励起相を形成し、ＸＣ励起ユニットとＹＣ励起ユニットは励起信号接続線によって連結されてＣ励起相を形成し、ＸＤ励起ユニットとＹＤ励起ユニットは励起信号接続線によって連結されてＤ励起相を形成する。Ｘ軸方向又はＹ軸方向において、正方形励起極片１１は四つで一つの対極をなし、対極の幅をＷとすると、Ｗ＝４（Ｌｅ＋Ｉｅ）＝４０ｍｍである。よって、Ｘ軸方向には三つの対極が存在し、Ｙ軸方向にも三つの対極が存在する。
【００１７】
図３に示すように、可動基板２の下表面には一つのセンサユニットが設けられ、当該センサユニットは独立且つ同一の四つのセンサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄを２×２となるように配置して構成され、センサ極片ａ及びｃは同一行に位置し、センサ極片ａ及びｂは同一列に位置し、センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は正方形であり、センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの長さ及び幅をいずれもＬｉとすると、Ｌｉ＝１９ｍｍであり、隣り合う二つのセンサ極片のＸ軸方向の間隔をＩｉとすると、Ｉｉ＝１ｍｍであり、Ｙ軸方向の間隔をＩｉとすると、Ｉｉ＝１ｍｍであり、一つのセンサ極片ａはａセンサユニットを構成し、一つのセンサ極片ｂはｂセンサユニットを構成し、一つのセンサ極片ｃはｃセンサユニットを構成し、一つのセンサ極片ｄはｄセンサユニットを構成する。
【００１８】
可動基板２の下表面にあるセンサユニットと、正対する固定基板１の上表面にある正方形励起極片１１との間には、カップリングコンデンサが形成される。測定時には、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ励起相の各々に対して正弦波励起信号ＵＡ＝Ｕｍｓｉｎωｔ、ＵＢ＝Ｕｍｃｏｓωｔ、ＵＣ＝−Ｕｍｓｉｎωｔ、ＵＤ＝−Ｕｍｃｏｓωｔを印加する。ここで、励磁信号の振幅はＵｍ＝５Ｖであり、周波数ｆ＝４０ｋＨｚであり、角周波数ω＝２πｆ＝８×１０４πである。可動基板２が固定基板１に対して平面移動した際、ａ、ｂ、ｃ、ｄセンサユニットは、電界結合を経て各々Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄの四つの経路の電気信号を生成するものであり、下記式で表される。
2021518915.tif 000003
【００１９】
ここで、Ｋｅは電界結合係数、ｘとｙはそれぞれ可動基板２の固定基板１に対するＸ軸方向及びＹ軸方向上の直線変位である。
【００２０】
信号処理方法を図４に示す。Ｕａ及びＵｂ、Ｕｃ及びＵｄをそれぞれ加算器によって和を求め、逆位相且つＸ軸の変位量のみを含む二つの経路の進行波信号ＵＸ＋及びＵＸ−を取得する。Ｕａ及びＵｃ、Ｕｂ及びＵｄをそれぞれ加算器によって和を求め、逆位相且つＹ軸の変位量のみを含む二つの経路の進行波信号ＵＹ＋及びＵＹ−を取得するものであり、下記式で表される。
2021518915.tif 000004
【００２１】
ＵＸ＋及びＵＸ−、ＵＹ＋及びＵＹ−をそれぞれ減算器にかけて差を求め、最後にＸ軸正弦進行波信号ＵＸ及びＹ軸正弦進行波信号ＵＹを取得するものであり、下記式で表される。
2021518915.tif 000005
【００２２】
Ｘ軸正弦進行波信号ＵＸ及びＹ軸正弦進行波信号ＵＹは整形回路により矩形波へと整形された後、ＦＰＧＡ信号処理システムへと送信され、同一周波数の基準矩形波と位相が比較される。位相差は、内挿された高周波クロックパルスの個数により表示され、換算することで、可動基板２の固定基板１に対するＸ軸方向の直線変位ｘ及びＹ軸方向の直線変位ｙを取得する。
【００２３】
実施例２：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は以下の通りである。図５に示すように、可動基板２の下表面に同一の四つセンサユニットを設け、信号強度はより良好であり、四つセンサユニットを２×２となるように配置し、Ｘ軸方向に隣り合う二つのセンサユニットの間隔は１ｍｍであり、Ｙ軸方向に隣り合う二つのセンサユニットの間隔は１ｍｍであり、四つのセンサユニットのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて）ａセンサユニットを構成し、四つセンサユニットのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて）ｂセンサユニットを構成し、四つセンサユニットのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて）ｃセンサユニットを構成し、四つセンサユニットのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて）ｄセンサユニットを構成する。
【００２４】
実施例３：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は以下の通りである。図６に示すように、可動基板２の下表面に同一の二つのセンサユニットを設け、信号強度はより良好であり、二つのセンサユニットのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて）ａセンサユニットを構成し、二つのセンサユニットのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて）ｂセンサユニットを構成し、二つのセンサユニットのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて）ｃセンサユニットを構成し、二つのセンサユニットのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて）ｄセンサユニットを構成する。
【００２５】
実施例４：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は、図７に示すように、センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は円形である。
【００２６】
実施例５：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は、図８に示すように、センサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は菱形である。
【００２７】
実施例６：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は以下の通りである。図９に示すように、固定基板１の上表面に３２行（即ち、ｍ＝１６）の励起電極を並列に配置し、各行の励起電極はいずれも同一の１２個（即ち、ｎ＝１２）の正方形励起極片１１をＸ軸方向に均等に配置して構成され、隣り合う二つの正方形励起極片１１の間隔をＩｅとすると、Ｉｅ＝６ｍｍであり、一つの正方形励起極片１１の幅をＬｅとすると、Ｌｅ＝４ｍｍであり、隣り合う二つの正方形励起極のＹ軸方向の間隔は１ｍｍであり、奇数行の励起電極（即ち第１行、第３行、・・・、第２９行、第３１行励起電極）ではＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、偶数行の励起電極（即ち第２行、第４行、・・・、第３０行、第３２行励起電極）ではＸ軸方向に沿った開始位置は同一であり、奇数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置は、偶数行の励起電極のＸ軸方向に沿った開始位置とは５ｍｍずれている。Ｘ軸方向の各偶数列上の１６個の正方形励起極片１１は、励起信号接続線によって連結されて合計１２個のＸ励起ユニットが形成され、Ｘ軸方向に沿って１、２、３、・・・、１２と順次ナンバリングされ、第１個、第５個、第９個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＡ励起ユニットを構成し、第２個、第６個、第１０個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＢ励起ユニットを構成し、第３個、第７個、第１１個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＣ励起ユニットを構成し、第４個、第８個、第１２個のＸ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＸＤ励起ユニットを構成する。Ｙ軸方向の各偶数列上の１２個の正方形励起極片１１は、励起信号接続線によって連結されて合計１６個のＹ励起ユニットが形成され、Ｙ軸方向に沿って１、２、３、・・・、１６と順次ナンバリングされ、第１個、第５個、第９個、第１３個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＡ励起ユニットを構成し、第２個、第６個、第１０個、第１４個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＢ励起ユニットを構成し、第３個、第７個、第１１個、第１５個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＣ励起ユニットを構成し、第４個、第８個、第１２個、第１６個のＹ励起ユニットは励起信号接続線によって１セットに連結されてＹＤ励起ユニットを構成する。Ｘ軸方向又はＹ軸方向において、正方形励起極片１１は四つで一つの対極をなし、対極の幅をＷとすると、Ｗ＝４（Ｌｅ＋Ｉｅ）＝４０ｍｍである。よって、Ｘ軸方向には三つの対極が存在し、Ｙ軸方向には四つの対極が存在する。
【００２８】
実施例７：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は以下の通りである。図１０に示すように、可動基板２の下表面に同一の四つセンサユニットを設け、信号強度はより良好であり、四つセンサユニットを２×２となるように配置し、Ｘ軸方向に隣り合う二つのセンサユニットの間隔は１ｍｍであり、Ｙ軸方向に隣り合う二つのセンサユニットの間隔は１ｍｍであり、各センサユニットのセンサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は菱形であり、四つのセンサユニットのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて）ａセンサユニットを構成し、四つセンサユニットのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて）ｂセンサユニットを構成し、四つセンサユニットのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて）ｃセンサユニットを構成し、四つセンサユニットのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、四つのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて）ｄセンサユニットを構成する。
【００２９】
実施例８：本実施例の交番電界に基づく二次元タイムグレーティング変位センサは、その測定原理及び構造の大部分は実施例１と同一であり、異なる点は以下の通りである。図１１に示すように、可動基板２の下表面に同一の二つのセンサユニットを設け、信号強度はより良好であり、二つのセンサユニットはＸ軸方向に沿って配置され且つ間隔は１ｍｍであり、各センサユニットのセンサ極片ａ、ｂ、ｃ、ｄの形状は円形であり、二つのセンサユニットのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ａは、検知信号接続線によって連結されて）ａセンサユニットを構成し、二つのセンサユニットのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ｂは、検知信号接続線によって連結されて）ｂセンサユニットを構成し、二つのセンサユニットのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ｃは、検知信号接続線によって連結されて）ｃセンサユニットを構成し、二つのセンサユニットのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて（即ち、二つのセンサ極片ｄは、検知信号接続線によって連結されて）ｄセンサユニットを構成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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