高精度时栅位移传感器研究

分析了传统位移传感器的优点与不足,讨论了时空转换思想、时空坐标转换方法与时栅位移传感器原理。通过高精度时栅位移传感器的研制过程,介绍了单齿式、差频式、场式和混合式几种时栅的原理结构及其分别达到的分辨率和精度指标,最终通过鉴定的场式时栅达到了0.1″的分辨率和±0.8″的精度。还介绍了谐波修正法思想,目的在于把傅里叶变换用于传感器诞生之前的参数设计和制作过程中的误差修正,而不只是在其后的误差分解和分析。反映出时栅作为一种智能传感器所体现的技术优势和谐波修正法的实用效果,而最终目标是不依赖精密机械加工或不用刻线尺而实现精密位移测量。     

时栅位移传感器高精度驱动电源研究与设计

针对时栅位移传感器需要高度均分性的三相驱动电源的要求,在传统DDS技术的基础上,采用数字闭环控制技术,将相位误差测量值作为闭环反馈,在DDS模块中增加相位自动修正技术,使三相驱动电源达到高精度稳频和高精度三相对称的目的。实际应用表明,该驱动电源大大提高了时栅位移传感器的稳定性和测量精度。     

基于分时方法的高精度反射绝对式 纳米时栅位移传感器设计

本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A与传感器B相位作差实现绝对位移测量。采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器A和传感器B施加激励信号,并把不工作的电极接地。实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在400 mm范围内,补偿后实现了±300 nm的测量精度。     

差频式时栅位移传感器研究

本文对差频测量法的本质进行了深入探讨,进而将原有的差频式动态传动误差测量方法移植成为一种圆分度静态精密测量新方法,并提出一套用于差频电路方案工程设计的新方法－齿波对偶法,介绍了一种双联齿差频式时栅样机。     

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。     

基于光敏阵列直接调制的单栅式时栅位移传感器

针对传统叠栅形式光栅存在制造难度大、安装要求高等缺点,提出了一种用时间细分空间的单栅式时栅位移传感器。从光的粒子性出发,分析了用正交变化的光场信号合成光场电行波的方法;用点阵发光二极管(LED)模块作为交变光源,用空间正交的光敏阵列直接耦合光强信号获取了反应空间位移的电行波信号;最后,通过检测电行波信号与激励信号过零点之间的时间差,实现了对空间直线位移的测量。研制了原理样机,采用普通机械加工方法对其进行了实验验证。结果表明,在440mm测量范围内,样机的测量精度可达±2μm。该单栅式时栅位移传感器减少了叠栅式传感器对安装工艺的要求,提高了抗干扰能力;采用的测量技术避免了传统粗光栅技术存在的精度难以提高、动态特性差等缺点,为光学位移测量提供了一种不通过精密机械细分来提高测量精度的方法。     

时空坐标转换理论与时栅位移传感器研究

剖析了各种调制式位移传感器工作原理和数学模型,按照“用时间测量空间”的思路,借助于伽里略变换,首次提出“带时间考查点对运动双坐标系”思想,将位置之关地时间之差进行测量,最终抽象总结成为一套时空坐标转换的新理论,由此指导设计出一种全新的位移传感器－时栅。     

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。     

精密时栅位移传感器研究

根据现有栅式位移传感器存在的分辨率不高、抗干扰力不强等不足而开展了这项研究.提出"用时间测量空间"的新方法,介绍了由此思想而设计的一种全新原理的传感器--"时栅"位移传感器.     

基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器

针对现有磁场式直线时栅位移传感器行波磁场产生过程中,齿槽的存在影响行波磁场的匀速性,提出基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器。无齿槽的结构形式提高了行波磁场的匀速性,可实现大极距下的高精度测量。传感器将施加正交信号的两相励磁线圈相间排列形成平面线圈线阵,产生的行波磁场通过磁场拾取线圈感应出电行波信号,处理后得到位移量。通过电磁场分析软件对传感器进行建模仿真,根据仿真结果得到测量误差;通过理论分析对测量误差进行分析溯源,并根据分析结果对传感器结构进行优化。基于分析和优化结果研制出传感器样机,并进行了精度实验。实验表明,传感器在240 mm内测量精度为±1μm,实现了精密测量。     

增量式时栅位移传感器原理及试验研究

介绍了一种新型的增量式时栅位移传感器原理。通过设计传感器信号处理电路实现了其从原理到试验的转变,并且在增量式时栅位移传感器原理试验台上进行了测量试验。在分析测量数据的基础上验证了增量式时栅位移传感器原理的可行性。     

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。     

高精度调频式电容位移传感器

设计了一种单极板调频式电容位移传感器,可实现非接触微位移测量.其原理为通过双路差频方法得到位移-频率的调制信号,再由乘法器鉴频得到位移变化量.电路包括测头及LC振荡电路、本振电路、混频下变频电路和鉴频电路.实验表明该传感器分辨力达到5 nm,并具有较好的线性度.     

基于波动方程的时栅关键技术研究

以时栅位移传感器的测量原理为基础,从波动学的角度对其测量的基本思想——以时间量来测量空间量作了深入的分析。给出了理想的恒速运动坐标系——行波的具体实现方法,使传感器中运动坐标系的实现有了理论指导,时空坐标转换理论的内涵更加深入。     

具备自标定功能的绝对式时栅位移传感器

时栅位移传感器的绝对式实现方法主要采用单对极+多对极和多对极差一对极组合两种形式实现。对于两层传感器结构的单对极+多对极的组合形式,由于极对数相差较多、分辨力差别较大,不利于实现高精度。对于差一对极的组合方式,由于极对数较多,在传感器原始加工精度较差时,会产生位置解算困难、甚至无法正确解算的情况。为解决上述问题,提出对极数呈互质关系的两层传感器结构的新组合模式。该模式可实现自校正,有效提高产品精度。通过试验验证了该方法的可行性,获取的传感器精度为-4.5″-3.9″。     

基于数字合成技术的电容式位移传感器研究

本文提出了一种基于数字调制和解调技术的电容式位移传感器的设计方法。这种数字调制和解调技术是数字合成技术在信号处理领域的一种应用。通过对影响数字合成波形质量的各种因素的分析,给出提高数字合成信噪比的相应措施。实验结果表明,这种基于数字合成技术的电容式位移传感器可实现高精度位移测量。     

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。     

单质体非线性系统谐波锐共振的谐振同步分析

基于单质体非线性系统的动力学模型,推导出系统在谐波锐共振(主共振频率比z=0.95～1.05)情况下,反向回转的双激振电动机在平衡奇点处的谐振同步条件。并通过数值仿真,研究在不同初始条件下,推导的谐振同步条件的正确性。理论推导过程和仿真试验结果及实际试验数据表明:在系统特性参数保持一定的情况下,单质体非线性系统谐波锐共振的谐振同步现象与系统的谐波锐共振阶次p/q、谐振同步阶次n/m有直接关系,且只有当参与激振的两电动机在符合一定的系统特性条件下的某p/q及n/m比值处,方可出现谐振同步现象,并且主振同步远比谐振同步容易实现。为进一步开发高效的非线性锐共振振动机,提供理论支持和试验依据。