绝对式圆时栅偏心状态自诊断测量方法研究

针对圆时栅传感器在安装过程中因定子和转子不同心而在整周测量结果中的较大1次谐波误差,影响传感器测量精度的问题,提出了一种基于多测头结构的绝对式圆时栅偏心状态自诊断测量方法。采用多测头结构在圆时栅转子的内外圈分别布置单个和4个独立的感应测头,根据内外圈感应信号的比相关系,判断传感器安装偏心程度,实现传感器在偏心状态下的自诊断功能。通过LabVIEW搭建的测量系统,能同时处理内圈单路感应信号和外圈4路感应信号的相位计数值,得到传感器的绝对位置信息并显示绝对角位移值。实验结果表明,传感器样机经过诊断指示调整安装后,整周测量误差精度可达±1″,有效提高了传感器的测量精度。

安装误差对于电场式圆时栅传感器测量精度的影响规律及抑制方法

在纳米时栅传感器安装过程中,转子相对于定子的偏心或偏摆,是角位移传感器整周测量误差的主要来源。运用面积积分法进行数学建模,分析在安装不满足正对平行条件时的整周误差及其谐波频次,揭示采用多个电极进行信号拾取会具有一种匀化效应,能够减小由安装带来的谐波误差。采用印制电路板(PCB)工艺制造直径为305 mm的传感器样机,在不同测头数量的条件下进行精度对比实验。实验结果表明:多测头结构能够对整周误差产生抑制与匀化作用,使传感器整周测量精度达到1.5″,接近平行正对安装时的测量精度,验证了多测头结构对安装误差的抑制作用。

基于拼接技术的大量程绝对式直线时栅位移传感器自校准方法研究

针对大量程直线位移传感器扩展测量范围和实现绝对定位互相矛盾的问题,在其应用场合缺乏高效安装高精度参考器件的条件,导致难以频繁在线校准以保持其测量精度,基于拼接技术提出一种适用于直线时栅位移传感器的误差延拓自校准新方法。,将复杂的大量程绝对式测量拆分为单段栅尺上的绝对位移测量和栅尺拼接后的绝对位置判断;将绝对位置数据作为位置判断依据并构建双测头结构,实现接缝处感应信号的平滑过渡;利用原生的双测头结构获得定距测量序列,结合误差延拓法构建周期误差函数,再使用快速傅里叶变换获得测量序列幅度谱重构误差函数。为了验证上述方法的可行性和有效性,制作了单段栅尺长度为600 mm的传感器样机进行实验。结果表明,2段栅尺拼接后在量程903 mm内能够实现绝对位置测量;采用自校准方法后传感器单周期内平均误差峰值从2.00μm降至0.59μm,误差补偿效果为70.50%;大量程误差峰值从18.93μm降至0.75μm,误差补偿效果为96.04%;此外,通过校准效果对比实验证明了误差延拓自校准方法优于基于傅里叶谐波补偿的比较校准法,误差校准效果提升约76.20%。

基于二次调制原理的多层结构绝对式角位移传感器

为了在传感器径向尺寸不变的前提下,保持良好的测量精度和分辨率,以适应小型化需要的工业场合,提出了一种利用多层结构实现信号二次调制的圆时栅角位移传感器。传感器为3层结构,利用轴向空间,使内外环分别通过多层结构完成信号的二次调制,其中内环作为粗测环经二次调制后用于实现传感器的绝对定位,外环作为精测环经二次调制后,提高了传感器分辨率。采用PCB工艺制造了外径Φ=100 mm,内径Φ=50 mm的传感器样机,初步实验表明内外环同时施加激励时,内外环将分别受到对方产生的串扰影响,因此进一步提出分时施加激励的优化方法避免信号串扰的影响以提升测量精度。最终实验结果表明传感器能够实现绝对定位且分辨率提升了1倍,原始测量精度达到了±4.1″。

时栅位移传感器动态误差预测及实时补偿方法

对精密位移测量系统的动态误差进行补偿可提高系统的稳定性、精确性和鲁棒性,但补偿的实时性会影响补偿的有效性和准确性。为此,提出了一种通过预测动态误差实时补偿时栅位移传感器测量值的方法,并结合时栅角位移传感器进行分析。首先根据时栅角位移传感器特性,建立了动态误差数学模型,结合无迹卡尔曼滤波算法对动态误差进行预测以提高补偿的实时性,最后在仿真软件和搭建的时栅伺服电机测试平台上验证了该方法的可行性和有效性。在电机保持恒定转速5、50、200 r/min,加速度为12000 r/min2的匀加速和加速度在1000、5000、12000 r/min2中由低到高变化的加速条件下,传感器动态误差分别降低约54.89%、67.37%、80.13%、59.29%和47.09%。通过预测对动态误差进行实时补偿能显著提高传感器的动态测量精度,并且转速越高补偿效果越好,相较于传统的谐波补偿法具有更好的实时性。

一种构建同源数字参考信号的电场式时栅信号处理方法

提出了一种电场式时栅信号相位变化测量的新方法。利用时栅感应信号频率固定不变、相移2π后回到相位初始点的特性,将基于高频脉冲的计数器作为时间测量尺,且时间测量尺满量程测量时间等于感应信号周期变化时间,通过多重相位时钟采样对时间刻度进行了细分。感应信号相位周期移动时,其对应时间测量尺上的读数呈现周期性变化。该方法基于时栅感应信号的固有特点,避免了因构建实体参考信号导致的时间基准不一致、信号偏斜、边沿抖动等造成的测量误差,以及对多重相位时钟采样性能的限制,进一步提升了测量稳定性和分辨率。通过设计基于FPGA芯片的时栅信号处理系统,并在120对极的电场式圆时栅传感器上对该优化方法进行了可行性测试,传感器稳定性达到0.405″,较之前提升近3倍,理论分辨率和实际分辨率分别为0.135″和0.54″,较之前提升约2倍。

绝对式角位移时栅测量系统设计

针对现有时栅测量系统信息处理和误差分析步骤繁琐,效率低等问题,提出一种基于LabVIEW的时栅测量系统。该测量系统对传感器底层位置信息进行读取和解析,实现数据获取、实时定位、频谱分析以及误差处理等操作。实验结果表明:系统运行稳定,对传感器的测量误差分析准确,并且将多个功能模块集成至一个系统平台,大幅提升测量效率。