双致变型时栅E+E位移传感器
位移测量是现代工业测量技术中zui基本同时也是应用zui广泛的测量。随着信息科学技术的突飞猛进,人类对E+E位移传感器的测量要求也越来越高。目前用于位移测量的传感器主要有光栅、感应同步器、磁栅、时栅等,但是目前这些传感器都不能无限的增加对极数来提高传感器的测量精度。本课题针对上述存在的问题,在目前现有的场式时栅的基础上研制了新型的传感器。

双致变型时栅E+E位移传感器
时栅E+E位移传感器(或称时栅)作为一种新型的测角传感器,对它的精度评定没有可供直接采用的标准或规范。本文以JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》为依据,以时栅示值误差的校准方法出发,对影响时栅的不确定度因素加以分析,确定了时栅不确定度的评定方法,并根据测量数据对时栅不确定度进行了评定。被校准时栅的不确定度U=0.6,″k=2。在深入分析CORDIC基本算法原理的基础上,实现了一种改进算法,这种改进算法的迭代方向由输入角二进制表示时的各位位值直接确定,避免了CORDIC基本算法中迭代方向需由剩余角度计算结果决定的不足。利用该改进的CORDIC算法,实现了时栅E+E位移传感器激励信号源设计。试验表明:该方案能够提高时栅E+E位移传感器三相激励信号输出频率和相位差的精确度,有实际应用价值。研究的主要内容有:阐述了时栅的时空坐标转变理论,利用时间量来测量空间的位移量。介绍了单齿式时栅和场式时栅的测量原理。描述了行波和驻波这两种正弦波的波动方程,二者之间在一定的条件下可相互转变。根据场式时栅的行波原理提出了双致变型时栅的行波方程。利用仿真软件对双致变型时栅的原理模型进行仿真,验证了该模型在不改变现有时栅的对极数的情况下,可使传感器的分辨力提高一倍。根据时栅的行波方程和电磁感应原理采用PCB的加工方式研制了传感器的信号拾取端的结构,并开发了高频的激励电源信号电路。设计了双致变型时栅的后续信号处理电路,将行波信号转换成可以直接读取的位置信息,并对系统的电磁兼容性提出了几点解决措施。对设计的传感器进行原理性试验和精度实验研究,通过对实验数据的分析利用误差修正的方法提高传感器的测量精度。

双致变型时栅E+E位移传感器
综上所述,本文在分析了时栅的波动方程的基础上,利用电磁感应的原理,研制了双致变型时栅位移传感器。该传感器在原有的时栅基础上分辨力能提高一倍,通过实验和误差分析,确定了影响传感器精度的主要因素,为提高传感器的测量精度提供依据。该课题为时栅的研究开辟了新的思路,对进一步提高时栅传感器的测量精度并推动其产业化发展具有重要的理论和现实意义。