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。     

增量式时栅位移传感器中的虚拟仪器设计

本文针对已经提出的增量式时栅位移传感器设计方案,利用VB进行了虚拟仪器设计,并已用于增量式时栅的试验研究。     

时空坐标转换方法的增量式实现与增量式时栅位移传感器研究

在分析时栅传感器结构和信号特点的基础上，提出了基于时空坐标转换方法的增量式时栅位移传感器设计方法，分析了控制系统中控制信号的增量式实现及其特殊性。通过对几种传感器信号特点的比较，解决了增量式时栅位移传感器的关键技术难题。     

柱栅传感器位移检测

柱栅是一种新型数字式直线位移传感器。对栅式测量的基本方法—鉴相法进行了静态测量和动态测量的数学模型分析。采用单片机系统对该鉴相法进行实现并对柱栅传感器的位移检测信号进行数字化处理。使用双单片机系统构成双坐标位移检测系统,增强系统检测的实时性,定时/计数器8254与D触发器构成该检测系统的鉴相电路。最后讨论了增量式栅式测量的数据处理原理和过程。     

基于CPLD设计的增量式时栅传感器增量信号处理电路

介绍了增量式时栅位移传感器的工作原理,在分析信号产生及增量测量方法的基础上,采用D触发器工作原理设计了防重复计数电路模块,并采用VHDL语言设计了增量及方向信号产生电路模块,解决了时栅传感器信号处理电路的增量信号输出问题。通过对增量信号处理电路在CPLD中的综合时序仿真,验证了电路设计的正确性。CPLD可再编程的特点便于后续开发对传感器测量处理电路的升级。     

共源测量技术及时栅位移传感器的稳定性研究

介绍了电测量技术中的共源测量技术,提出了一种传感器系统输入测量信号共源改进方案,解决了传感器在测量中容易出现的测量值不稳定、容易产生漂移这两个影响传感器稳定性的主要因素,较好地解决了增量式时栅位移传感器从理论到实践的关键技术问题。给出了两种传感器不同结构下对匀速位移测量的数据和图形比较。     

基于时空转换的精密位移测量新方法与传统方法的比较

回顾了时栅位移传感器原理和传统精密位移测量原理，通过比较其间细微而本质的区别，可加深对时空坐标转换方法的理解和对时栅位移传感器优势的认识。     

容栅位移传感器在喷油泵试验台中的应用

目前在柴油机电控调速系统中一般都采用美国Sychro-Start公司的0175-24A3LS1型号的比例电磁铁。传感器为电位计式，它与执行器合为一体。在使用时需要外加复杂的辅助电路，电路复杂，测量精度不高，不适于作测量用传感器。为此，提出在油泵试验台中采用RSJ-1型容栅位移传感器来测量位移的方法。介绍了容栅位移传感器的测量位移的优点、结构、工作原理，给出了计算机数据采集的实现方法。     

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。     

典型位移传感器分类研究与时栅传感器特点分析

对现有广泛使用的主要位移传感器和全新原理的时栅位移传感器,按其测量基准、测量原理、数学模型和刻划媒介等方面的不同进行了科学分类,分析其间的联系与差别、优势与不足、各自适用的场合等技术特征。介绍时栅在测量原理上的先进性,经权威部门——中国测试技术研究院检定:目前圆式、直线式时栅的测量精度分别达到±0.8″、±0.5μm/m,分辨力分别达到0.1″、0.1μm。为了使时栅的测量精度向纳米级测量精度迈进,对基于电场和光场原理的纳米时栅进行了分析。另外对时栅的衍生技术-寄生式时栅及其在极端特殊环境下的应用前景进行了简单介绍。     

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。     

时栅的波动方程分析与行波形成新方法

分析时栅位移传感器运动坐标系的产生机理。为了简化时栅结构使之更易于产品化,在分析其波动方程的基础上,明确磁行波和电行波的联系与区别,进而提出一种新的行波形成方法以及相应的机械结构,从而构成一种新形式的时栅传感器。初步的试验结果表明,传感器产生出正确的电信号,证明此方法是可行的。至此摆脱了采用传统模式的运动磁场产生方法,加工工艺大大简化。     

基于磁敏元件的寄生式时栅传感器仿真分析

传统寄生式时栅位移传感器采用线圈传输电信号,不能保证线圈本身及绕线质量,导致寄生式时栅位移传感器体积大、灵敏度低、功耗大。根据寄生式时栅位移传感器的工作原理,选择一种基于磁敏元件代替绕制线圈的方法。用ANSOFT/Maxwell对磁钢和磁敏元件的气隙磁场、磁敏元件与被测齿轮之间的距离、磁钢大小和形状进行仿真,比较分析可知3mm×3mm×2mm的长方体磁钢在气隙为3mm的情况下能够满足磁敏元件的工作要求。     

串并转换思想与绝对式时栅传感器的频响特性研究

在分析绝对式时栅位移传感器频响特性的基础上，介绍了一种在数字信号处理电路中的数据串并转换思想，并提出了一种基于串并转换思想的绝对式时栅信号处理电路设计方案。信号处理电路采用了复杂可编程逻辑器件（CPLD）芯片，预处理电路将测头信号进行模数转换后，经可编程多路切换器模块处理，自适应地将原始测头信号分别转换为对应的多路并行信号，各路对应的分频信号通过比相电路及传感器信号处理电路模块运算后转换为绝对位移脉冲测量信号，最后将多路绝对位移脉冲测量信号进行并串转换操作输出测量值。对信号处理电路进行了仿真，结果证明，该方法可大大提高时栅位移传感器的频响特性，从而为绝对式时栅位移传感器提供了一种应用于动态测控系统的解决方法。     

时栅位移传感器的增量式实现方法研究

为解决时栅与数控系统的接口问题,介绍了增量式光栅的增量方法,并据此研究了时栅的增量式实现方法;并用复杂可编程逻辑器件CPLD设计了一种实现时栅位移增量的控制电路。     

时栅传感器高精度激励信号源设计

针对时栅位移传感器在测量过程中存在低次误差的问题,分析了激励信号源误差对时栅测量精度的影响。为提高时栅位移传感器的测量精度,设计了一种基于闭环控制的高精度激励信号源。对两相激励信号进行数据采集,计算相位差及比较幅值,并将处理结果反馈到激励信号数据源,控制其相位和幅值,以满足两相激励信号的幅值相等及相位正交。试验结果表明,这种基于闭环控制的方案提高了激励信号源的精度,从而使时栅的测量精度提高了30%。     

差动结构的平面二维时栅位移传感器

为了解决采用两套高精度一维传感、装置测量二维位移时存在的测量系统复杂、检测同步性难保证和解耦运算复杂等问题，提出了一种基于差动结构的二维感应信号直接解耦方法，用于研究一种平面线圈型二维时栅位移传感器。立足于传统电磁式时栅技术，构建了二维位移直接解耦测量模型，并设计了传感器的基本结构。利用ANSYS Maxwell 建立了传感器三维结构模型并进行了电磁仿真，并对仿真结果进行误差分析和溯源。基于此研制了传感器样机并进行了实验。实验结果表明：样机在79.2 mm×79.2 mm测量范围内，X方向误差为91 μm，Y方向误差为74 μm，可实现二维位移同步检测和直接解耦测量，且测量系统结构简单、体积小，对研究更高性能的二维时栅具有重要参考价值。     

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.