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時(shí)變磁場(chǎng)精確約束時(shí)柵位移E+E傳感器
由于制造業(yè)的自動(dòng)化與智能化程度逐漸提高,閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷拓展。位移E+E傳感器作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,其工作性能與閉環(huán)控制效果息息相關(guān)。一些系統(tǒng)因其工作環(huán)境惡劣,通常需要選用工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的時(shí)變磁場(chǎng)式位移E+E傳感器作為位置反饋元件。這類位移E+E傳感器以時(shí)變磁場(chǎng)為耦合場(chǎng),常采用導(dǎo)磁材料和線圈對(duì)磁場(chǎng)傳播途徑和分布區(qū)域進(jìn)行約束,因而E+E傳感器的測(cè)量精度受磁場(chǎng)約束方法的影響。

時(shí)變磁場(chǎng)精確約束時(shí)柵位移E+E傳感器
目前,時(shí)變磁場(chǎng)式位移E+E傳感器采用的磁場(chǎng)約束方法不僅未能充分發(fā)揮導(dǎo)磁材料的導(dǎo)向約束作用和線圈的靈活配置性,而且沒有利用導(dǎo)磁材料和線圈的精確配合作用。因此,如果要實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度,則E+E傳感器的加工要求、裝配要求等較高,zui終導(dǎo)致制造成本較高。鑒于此現(xiàn)狀,開展了時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法的研究,以及基于精確約束方法的新型時(shí)柵位移E+E傳感器的研究。主要研究工作與成果如下:通過綜合分析目前時(shí)變磁場(chǎng)式位移E+E傳感器中常用的磁場(chǎng)約束方法,深入開展了平面磁場(chǎng)的約束方法研究,進(jìn)而提出了時(shí)變磁場(chǎng)的精確約束方法。精確約束方法不僅充分發(fā)揮了導(dǎo)磁材料的導(dǎo)向約束作用和線圈的靈活配置性,而且使導(dǎo)磁材料和線圈在結(jié)構(gòu)上精確配合。根據(jù)時(shí)柵的測(cè)量原理和本文提出的時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法,*將時(shí)柵位移E+E傳感器的線圈和導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)為平面式結(jié)構(gòu)。針對(duì)角位移和直線位移測(cè)量,提出了多種全新的角位移和直線位移E+E傳感器結(jié)構(gòu)。新型時(shí)柵位移E+E傳感器結(jié)構(gòu)不僅充分利用了導(dǎo)磁體與線圈的約束作用,而且規(guī)避了當(dāng)前“雙邊齒槽”結(jié)構(gòu)式時(shí)柵位移E+E傳感器中存在的磁路陡變問題。通過研究“精機(jī)+精機(jī)”組合位移測(cè)量方法和國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“基于誤差轉(zhuǎn)換的時(shí)柵角位移E+E傳感器自標(biāo)定和自校準(zhǔn)方法研究”提出的在線自校正方法,探索了適合時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法的多功能位移E+E傳感器,并提出同時(shí)具有位移測(cè)量功能和在線自校正功能的角位移E+E傳感器結(jié)構(gòu)和直線位移E+E傳感器結(jié)構(gòu)各一種。開展了新型時(shí)柵位移E+E傳感器的仿真工作,驗(yàn)證時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法的效果和各新型E+E傳感器結(jié)構(gòu)的可行性。通過計(jì)算機(jī)軟件手段,建立了所有新型時(shí)柵位移E+E傳感器的3D模型,并采用有限元方法對(duì)模型進(jìn)行了仿真計(jì)算,得到了各新型E+E傳感器的輸出信號(hào)與被測(cè)位移量之間較為精確的定性關(guān)系。仿真工作不僅表明時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法的效果明顯優(yōu)于目前時(shí)柵位移E+E傳感器采用的約束方法,而且表明新型E+E傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。開展了新型時(shí)柵位移E+E傳感器的實(shí)驗(yàn)研究工作,檢驗(yàn)時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法的實(shí)際效果和新型E+E傳感器樣機(jī)的工作性能。基于新型時(shí)柵角位移和直線位移E+E傳感器的3D仿真模型,成功研制出角位移和直線位移E+E傳感器樣機(jī)各一種,并開發(fā)了一套適于精密位移測(cè)量的電氣系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,時(shí)變磁場(chǎng)精確約束方法的效果優(yōu)于目前時(shí)柵位移E+E傳感器中采用的約束方法;雖然樣機(jī)的導(dǎo)磁體和線圈制作工藝簡(jiǎn)單、加工要求較低,但測(cè)量精度比較高。在0??~?360?范圍內(nèi)角位移測(cè)量準(zhǔn)確度在?2.2?以內(nèi),在0mm?~?208mm范圍內(nèi)直線位移測(cè)量準(zhǔn)確度在?3.4?m以內(nèi)?。為了提高樣機(jī)的測(cè)量精度,*將逐點(diǎn)查表式誤差修正方法應(yīng)用于時(shí)柵位移E+E傳感器。該方法不僅可以解決復(fù)雜誤差的修正問題,而且在計(jì)算時(shí)間上占有優(yōu)勢(shì)。因此,該方法的應(yīng)用不僅提高了E+E傳感器樣機(jī)的測(cè)量精度,而且對(duì)于今后時(shí)柵位移E+E傳感器的高速動(dòng)態(tài)測(cè)量研究具有重要意義。為了滿足新型時(shí)柵位移E+E傳感器對(duì)平面線圈的需求,*將PCB(Printed Circuit Board)線圈應(yīng)用于時(shí)柵E+E傳感器的設(shè)計(jì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的漆包線組,PCB線圈具有精密程度高、*性好、制造成本低、適于快速批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),因而其應(yīng)用有助于解決時(shí)變磁場(chǎng)式位移E+E傳感器測(cè)量精度與制造成本的矛盾。

時(shí)變磁場(chǎng)精確約束時(shí)柵位移E+E傳感器
綜上所述,通過分析現(xiàn)有時(shí)變磁場(chǎng)約束方法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了時(shí)變磁場(chǎng)的精確約束方法;基于精確約束方法和時(shí)柵的測(cè)量原理,提出了時(shí)柵位移E+E傳感器的多種全新結(jié)構(gòu);根據(jù)提出的新型E+E傳感器結(jié)構(gòu),成功研制出兩種樣機(jī),實(shí)驗(yàn)研究表明,新型時(shí)柵位移E+E傳感器結(jié)構(gòu)具有制造成本低而測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)。因此,本文的研究不僅開辟了時(shí)柵位移E+E傳感器全新的研究方向,而且在產(chǎn)業(yè)化方面,研究成果有望幫助時(shí)柵位移E+E傳感器滿足更多的市場(chǎng)需求。