容栅式轴环数显表的原理及应用

容栅式轴环数显表(简称容栅轴环表)是一种用于机床上的集容栅传感器、供电电源和数显表为一体的模块化高技术产品。它可广泛用于普通机床上,取代原有机床刀架上的纯机械式刻度盘,是新一代数显度盘。 一、容栅轴环表的原理 容栅轴环表由转角式电容传感器(简称容栅)和液晶显示的容栅数显麦两部分组成,如图1所示。容栅是由动栅和静栅两部分组成的圆盘状位移传     

数显老总话数显

机械位移数字显示装置(简称数显)是一种能准确地自动显示机械位移量的检测装置，通常由精密传感器，即检测元件(如：感应同步器、光栅、磁栅、球栅、容栅等)和数显表(即电气测量线路和数字显示器)两大部分组成。     

时栅位移传感器智能化实现方法研究

时栅是一种利用时间测量空间位移的新型位移传感器.研究智能化技术可以充分利用软件来提高时栅的精度、改善时栅的性能.提出一种基于数字闭环控制技术的时栅自补偿方法,消除了工作条件、电路参数变化等因素的影响.提出一种实现时栅自校零与自校准的方法,无需外部高精度基准信号,消除了时栅零点漂移和增益漂移.并提出一种实现时栅误差自校正的方法.实践证明,采用自补偿、自校零与自校准技术实现了时栅的高稳定度,采用自校正技术实现了时栅的高精度.     

基于测量基准变换的增量直线式时栅传感器研究

针对目前绝对直线场式时栅无法满足全闭环数控系统要求的增量式直线位移反馈的问题,采用测量基准转换方式从时间域的角度处理绝对直线场式时栅的空间位移信息,运用时间序列算法分析绝对式时栅采样数据序列的内在相关性,建立自适应递推算法。通过时间触发采样将时栅传感器过去的测量数据作为样本集,递推时栅下一个采样时刻的位移,在下一个采样周期内将直线时栅的绝对位移代表的增量式时间脉冲通过脉宽调制的方式连续发出,实现绝对式直线时栅到增量式直线时栅位移传感器的转换设计。实验表明在76.604 mm的范围内增量式直线时栅位移传感器达到±2μm的测量精度。此研究可将原绝对式直线时栅位移传感器运用于全闭环增量式直线运动数控系统,具有重要现实意义。     

扩压叶栅最佳弯叶片生成线与稠度的关系

为了研究亚声速扩压叶栅最佳弯叶片参数与叶栅稠度的关系,在8个不同叶栅稠度下对7组共56个方案进行数值模拟,计算出每个方案下的最佳弯叶片弯高和弯角。计算结果表明:在所选积叠线形式下,在同一个弯角下弯叶片总压损失系数随弯高的增大而减小,弯高为50%时损失最小,最佳弯叶片生成线的弯高为50%;在同一弯高下,弯叶片损失随弯角增大呈现类似抛物线的形式的变化规律,存在最佳弯角(αopt)使叶栅损失最小。在不同的叶栅稠度下,最佳弯角随叶栅稠度增加呈先减小后增大的趋势,弯叶片收益随稠度增大也是先减小再增大的。叶栅稠度对最佳弯角的影响取决于叶栅负荷,叶栅负荷大时影响较大,叶栅负荷较小时影响很小,甚至可以忽略。     

自补偿技术在时栅位移传感器中的应用

基于时空坐标转换理论而研制的时栅位移传感器实现了以时间测量空间，但关键是要构建一个以恒速V运动的坐标系。V的稳定度直接决定时栅的性能。为提高时栅的测量精度，采用数字闭环控制方法去获得恒速V，提出了一种时栅位移传感器自补偿方案，以消除温度、电子元器件等因素的影响。实践证明，运用自补偿技术抑制了时栅输出值的漂移现象，该技术在时栅中的应用是成功的。并且这种自补偿功能的实现体现了时栅所具有的智能性。     

基于Allan方差的时栅角位移传感器误差识别

为更有效地识别时栅角位移传感器误差的主要来源,根据时栅误差特性,提出一种基于Allan方差的时栅位移传感器误差分析方法。应用该方法结合时栅物理结构和实验数据分析误差特性,将误差分为6类:量化噪声、角度随机游走、速率随机游走、速率斜坡、零偏不稳定性以及正弦噪声,并构建时栅误差辨识模型。运用所构建的误差辨识模型对时栅的数据进行分析,得到6类误差的特征系数,从而确定时栅误差的主要来源。实验研究结果表明该方法能较直接地反映时栅误差特点及主要误差来源,为提高时栅误差补偿和动态滤波精度奠定了基础。     

SSI同步串行技术在时栅传感器中的应用研究

智能时栅位移传感器是一种全新的位移传感器。文中提出将SSI同步串行技术应用在智能时栅传感器上,使智能时栅传感器的输出协议能兼容多种国外高精度光电编码器。详细介绍了SSI同步串行技术在智能时栅传感器接口上的实现与应用。     

锁定放大器在时栅位移传感器动态测量中的应用

时栅位移传感器在进行动态测量时,除激励磁场外,持续运动的圆栅转子/直线栅动子也影响动测头信号的变化,以致时栅的测量精度下降.研究了一种基于锁定放大器的信号处理方法,用于时栅动、定测头信号的处理,仿真实验和实际动态误差采集表明,该处理方法可以解决上述问题.     

运用FPGA+ARM的直线式时栅传感器的数据采集系统设计

利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,借鉴国际上先进的位移测量技术手段,设计直线式时栅传感器高速实时数据采集系统。通过先进的RISC机器(Advanced RISC Machines,ARM)对现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行管理控制,利用嵌入式操作系统Linux软件编程,在FPGA上构建正弦信号发生器、NIOS_II软核处理器,完成高速数据采集,使系统具有更好的可靠性与实时性。实验表明:采用所设计的高速实时数据采集系统,最小分辨时间为2.44ns.解决了直线式时栅传感器处理速度和数据采集不匹配的问题,实现了直线式时栅传感器的实时误差修正与补偿,为高精度直线式时栅传感器的研制提供了技术支持。     

场式时栅位移传感器研究

根据作者前期提出的“时空坐标转换理论”和基于旋转机械的“单齿式时栅”，再提出基于运动场的“行波磁场式时栅”方案，可克服机械式时栅的缺点，使时栅的商品化应用成为可能，并将研究领域扩展到直线测量。     

基于线阵电荷耦合元件静态光场式时栅位移传感器研究

延续前期关于磁场式和电场式时栅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。     

单边引线结构的直线时栅位移传感器

为了克服传统直线时栅传感器双边引线的限制和手工绕线一致性差的缺点,结合磁场式时栅测量原理,开展了单边引线结构的直线时栅传感器研究,并通过有限元仿真验证了理论模型的可行性。     

时栅位移传感器便携式远程测试系统研究

针对时栅位移传感器网络化通信的要求,提出了一种时栅位移传感器便携式远程测量系统的设计方案。根据时栅位移传感器的特点,该系统采用STM32F103和AD9959产生激励信号,选择以太网、WIFI、GPRS作为互联网通信接口,实现传感器互联网功能,建立时栅位移传感器产品后台服务终端,以达到时栅位移传感器产品远程防伪、远程故障诊断与自校准功能。采用Android人机交互界面进行数据管理,具有低功耗、使用方便、操作简单等特点,提升了时栅传感器产品网络化和智能化功能。     

基于多对极组合的绝对式时栅位移传感器实现方法

为了提升时栅位移传感器产品的市场应用空间,时栅位移传感器需要实现绝对式测量功能。提出一种多对极组合的传感器设计方法,通过该方法实现了时栅位移传感器的绝对式测量。通过对时栅位移传感器位移量与信号量关系的解析,阐述了时栅位移传感器的测量机理,并通过系统测试获取了信号量变化规律,验证了该方法与传感器结构的可行性。     

时栅传感器直驱式误差自动标定与修正系统

针对研制时栅位移传感器过程中的误差标定环节,常规光栅传感器精度不满足要求的问题,采用激光干涉仪作为误差标定基准,自主研制了基于激光干涉仪的直驱式时栅角位移传感器误差自动标定与修正系统。利用时栅角位移传感器的多测头结构与误差曲线等间距周期性分布的特性,以一个对极的误差曲线重构传感器整周的误差曲线,采用多项式拟合算法构建了时栅角位移传感器的误差修正模型。实验结果表明,误差自动标定与修正系统可以快速、准确地对时栅角位移传感器进行自动误差标定与修正,修正后的时栅角位移传感器的整周误差达到±0.43″。     

时栅位移传感器的动态特性研究

为了解决时栅角位移传感器的动态测量问题,在基于静态的时栅位移传感器电磁仿真的基础上,通过引入运动单元模块,建立了时栅位移传感器的动态电磁仿真模型。通过分析时栅位移传感器的感应电动势幅值信号和感应频率信号,得到了动态条件下的时栅位移传感器感应电动势幅值和频率与转子转速的关系,并测算了磁场式时栅位移传感器在激励频率为400Hz的情况下,理论上能够达到的极限转速为8r/min。实验结果表明,转子转速在0～8r/min时传感器动态误差为±1.4″,速度超过8r/min时传感器精度开始恶化,转子转速为10r/min时传感器误差为±8.2″。     

基于 AKF 滤波器的时栅角位移动态误差抑制方法

动态测量下的谐波误差成分是制约高精度、高分辨率的时栅角位移传感器在动态测量领域运用的主要原因之一。针对动态测量下时栅角位移传感器中的谐波抑制难题,首先简述了时栅角位移传感器的系统模型,其次建立了时栅角位移传感器的动态误差数学模型,之后解释了传感器的动态误差产生机理,阐述了自适应卡尔曼滤波的基本原理,最后构建了基于自适应卡尔曼滤波的时栅角位移传感器的动态误差抑制模型。通过仿真分析证明了时栅角位移传感器在匀速和变速运行情况下,经自适应卡尔曼滤波后,动态误差均降低了约70%,且随着传感器转速的提高,对谐波误差的抑制效果越明显。在实验运用中,该滤波算法对时栅角位移传感器的测量值有很好的实时预测性,传感器能够更快速且稳定运行,在100 r/min的转速下测量误差降低约80%。结果证实了自适应卡尔曼滤波在时栅角位移传感器的动态谐波误差抑制中有着显著的作用,能极大地提高传感器的动态测量精度。     

混激型时栅位移传感器研究

根据动激型和电激型两种调制式传感器原理在数学模型上的一致，以及机械式时栅和场式时栅各自的优缺点，再提出一种兼有机械运动和行波磁场的所谓“混激型时栅位移传感器”。     

时栅式直驱转台位置反馈智能接口设计

分析时栅式直驱转台位置反馈存在的动态位置反馈误差。提出利用预测测量方法,将时栅绝对式离散角度测量值转化为增量式连续脉冲信号。研制时栅式直驱转台位置反馈与控制智能接口电路,实现空间位置预测测量。开展预测实验,测得直驱转台空间位置的动态预测误差为!4″,表明时栅可以满足直驱转台高精度的要求。