时栅E+E位移传感器的动态测量与频谱分析
针对时栅E+E位移传感器的结构特点,提出了动态测量的主要误差源。采用光栅尺作为母仪,时栅E+E位移传感器空间位置为光栅的测量值,将光栅测量值与时栅E+E位移传感器的预测值进行比较,从而得到动态测量的误差值。

时栅E+E位移传感器的动态测量与频谱分析
随着时栅E+E位移传感器的产业化发展,测量需求的趋势日益凸显,提出了一种基于TDC-GP2的时栅E+E位移传感器信号处理系统。该系统采用和AD9958产生时栅E+E位移传感器所需的高稳定、高精度励磁信号,采用高分辨率TDC-GP2数字时钟转换器来测量传感器动、定测头的感应信号相位时间差,将测量结果送入微处理器中处理,以此到达以时间测量空间的目的。经实验表明:48对极时栅传感器整周(0~360°)的误差达到±2.3″,该方案优化了电路结构,提高了时栅E+E位移传感器的测量精度。针对现有高精度E+E位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的时栅E+E位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅E+E位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。为了提高时栅E+E位移传感器的测量精度及分辨率,提出了一种基于的时栅E+E位移传感器信号处理系统;系统包括硬件电路设计和软件设计;硬件电路以内核处理器芯片和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心,集成了信号调理、信号处理等电路模块;运用高频时钟脉冲插补时栅E+E位移传感器感应信号和参考信号之间的相位差,通过软件设计控制信号的采集和处理,实现了相位检测。

时栅E+E位移传感器的动态测量与频谱分析
经实验验证,采用以为核心的时栅信号处理系统后,时栅E+E位移传感器的角度误差峰峰值达到2.4",实现了高精度、高分辨率的时栅角位移测量。对误差值进行数据的截断和采样、异常数据剔除,然后对误差值进行幅值谱和相位谱分析,采用误差分离和谐波修正,研制高精度的时栅E+E位移传感器。