时栅E+E位移传感器中利用光电技术产生电行波信号
原有的基于变耦合系数变压器原理的时栅E+E位移传感器方案,采用通过旋转改变齿面间的距离以改变电磁耦合系数的方法得到电行波.但试验结果显示,所得电行波信号相对较弱,载波较大,难以滤除,且很容易受到周围电磁环境干扰.为了克服上述问题,基于相同的原理,又提出了一种利用光电技术产生电行波信号的新方法,使时栅E+E位移传感器的研究工作跳出了长期依赖电磁转换原理设计传感器的思路,并在实验中取得了良好的结果,所得行波的质量明显改善.

时栅E+E位移传感器中利用光电技术产生电行波信号
延续前期关于磁场式和电场式时栅E+E位移传感器的研究基础,根据时栅传感器的设计思想,提出并分析光场式时栅传感器的测量原理及实现方案。探索性地提出在静态光场下,用时序驱动的光电探测器构成匀速扫描测量方式,实现将被测对象的空间位移测量转换为时间差的测量。为了验证方案的可行性,用多个线阵电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)构成圆阵列,实现CCD时栅原理样机设计。将相邻CCD输出信号的时间差变化量与匀速扫描的速度值相乘,经过适当的转换便可得到转轴的角位移大小,并可以判断位移的方向。所研制的原理样机,通过与精度为±1″的圆光栅(ROD880)对比测量,在整周范围内,测量误差控制在±6°以内。为光场式时栅的进一步研究,提供了可靠的理论和实践依据。为了提高时栅E+E位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于数字内插法的时栅信号处理系统;利用粗计数法和数字内插法将时栅信号分成粗测和细测两部分分别进行测量,降低了对插补脉冲频率的要求,提高了测量精度;同时采用SOPC技术实现了系统电路的高度集成,并利用自定义指令提高了数据处理速度;实验表明,采用该系统后,时栅在40 kHz激励情况下误差为±1.2″,实现了时栅信号的高精度测量。为实现时栅角E+E位移传感器的误差分离,进而对其误差进行修正,提高时栅角E+E位移传感器的测量精度,采用多路信号叠加原理,针对时栅角E+E位移传感器的定子和转子在加工过程中存在的误差进行分离,消除了大部分的长周期误差,并对分离出来的误差成分进行谐波分析,建立误差修正模型,利用该模型对时栅角E+E位移传感器的定子和转子的线槽分度误差进行修正,修正后的场式时栅角E+E位移传感器的测量精度显著提高,精度优于±2"。实验证明,这种误差分离的方法对消除圆周分度误差十分有效,所建立的误差修正模型对传感器误差修正效果明显。为了提高寄生式时栅角E+E位移传感器的精度,深入分析误差源产生机理和变化规律,确定其主次影响因素,通过对传感器结构分析和行波公式推导分析,得到寄生式时栅角E+E位移传感器的主要误差来源,包括两相激励信号时间、空间正交性误差以及驻波信号幅值误差、线圈零点残余电压引起的误差等.对各误差分量的具体谐波频率次数进行理论推导,确定了产生不同谐波误差分量的具体原因,并通过实验进行验证.验证结果表明:导致传感器产生零点残余电压的误差影响因素对传感器测量精度的影响zui为显著,为寄生式时栅传感器的主要误差来源;激励信号的时间、空间正交误差及两列驻波信号的幅值不等为次要来源.

时栅E+E位移传感器中利用光电技术产生电行波信号
针对传统实验平台中的数控转台采用伺服电机作为运动部件、通过蜗轮。蜗杆传动而产生的运动速度低、动态响应差等不足,设计了一种基于可编程多轴控制卡PMAC的开放式运动控制转台实验系统。该系统以PMAC为控制核心,直驱电机作为运动部件,以高精度的光栅传感器作为反馈元件,采用谐波修正法建立传感器的误差分析模型,并采用Visual C++设计开发了整套自动控制软件。实验结果表明:实验系统速度快、可靠性高,相比传统数控转台,运动速度瓶颈得到解决,动态响应明显改善。