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時柵E+E位移傳感器的動態測量與頻譜分析
針對時柵E+E位移傳感器的結構特點,提出了動態測量的主要誤差源。采用光柵尺作為母儀,時柵E+E位移傳感器空間位置為光柵的測量值,將光柵測量值與時柵E+E位移傳感器的預測值進行比較,從而得到動態測量的誤差值。

時柵E+E位移傳感器的動態測量與頻譜分析
隨著時柵E+E位移傳感器的產業化發展,測量需求的趨勢日益凸顯,提出了一種基于TDC-GP2的時柵E+E位移傳感器信號處理系統。該系統采用和AD9958產生時柵E+E位移傳感器所需的高穩定、高精度勵磁信號,采用高分辨率TDC-GP2數字時鐘轉換器來測量傳感器動、定測頭的感應信號相位時間差,將測量結果送入微處理器中處理,以此到達以時間測量空間的目的。經實驗表明:48對極時柵傳感器整周(0~360°)的誤差達到±2.3″,該方案優化了電路結構,提高了時柵E+E位移傳感器的測量精度。針對現有高精度E+E位移傳感器柵距小導致對制造和使用環境要求苛刻的問題,提出一種采用高頻時鐘脈沖作為測量基準,可在大極距條件下實現高精度、大量程直線位移測量的時柵E+E位移傳感器。傳感器通過在交變電磁場中改變勵磁線圈和磁場拾取線圈的耦合狀態建立以時間差反映位移變化的行波信號,實現精密位移測量。通過有限元分析軟件對傳感器進行了建模和仿真,根據仿真結果得到傳感器仿真模型的測量誤差,并對其進行了諧波分析;根據誤差特點和變化規律對主要誤差進行了溯源,并對模型進行了優化。根據優化模型制作了傳感器實物,開展了驗證實驗。實驗結果表明:根據仿真結果對傳感器進行優化設計,在200 mm的測量范圍內,傳感器精度達到±500 nm,且系統成本低廉,極易制造。為時柵E+E位移傳感器在惡劣環境中的應用提供了解決方案和理論依據。為了提高時柵E+E位移傳感器的測量精度及分辨率,提出了一種基于的時柵E+E位移傳感器信號處理系統;系統包括硬件電路設計和軟件設計;硬件電路以內核處理器芯片和復雜可編程邏輯器件CPLD為核心,集成了信號調理、信號處理等電路模塊;運用高頻時鐘脈沖插補時柵E+E位移傳感器感應信號和參考信號之間的相位差,通過軟件設計控制信號的采集和處理,實現了相位檢測。

時柵E+E位移傳感器的動態測量與頻譜分析
經實驗驗證,采用以為核心的時柵信號處理系統后,時柵E+E位移傳感器的角度誤差峰峰值達到2.4",實現了高精度、高分辨率的時柵角位移測量。對誤差值進行數據的截斷和采樣、異常數據剔除,然后對誤差值進行幅值譜和相位譜分析,采用誤差分離和諧波修正,研制高精度的時柵E+E位移傳感器。