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時(shí)柵角E+E位移傳感器誤差修正及其測(cè)試系統(tǒng)
時(shí)柵E+E位移傳感器是一種全新的E+E位移傳感器，研究時(shí)柵E+E位移傳感器是一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的工作，具有深遠(yuǎn)的意義。與光柵等傳統(tǒng)柵式傳感器相比，時(shí)柵E+E位移傳感器具有制造工藝簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)和成本低等顯著優(yōu)勢(shì)，具有很好的市場(chǎng)前景。場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器是在以往提出的各種時(shí)柵E+E位移傳感器基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展，介紹了時(shí)柵E+E位移傳感器理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)地回顧了時(shí)柵E+E位移傳感器發(fā)展過(guò)程，在此基礎(chǔ)上，作者進(jìn)一步闡述了新型的場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器的概念與原理，論述了一種利用“旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”作為相對(duì)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系構(gòu)造場(chǎng)式E+E時(shí)柵傳感器的具體實(shí)施方案。

時(shí)柵角E+E位移傳感器誤差修正及其測(cè)試系統(tǒng)
研制了一種全自動(dòng)時(shí)柵角E+E位移傳感器測(cè)試系統(tǒng),用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器系統(tǒng)誤差的修正。該系統(tǒng)采用光柵作為基準(zhǔn)儀器,在一個(gè)圓周內(nèi)分別采集若干個(gè)時(shí)柵角位移數(shù)據(jù)和光柵角位移數(shù)據(jù),通過(guò)串行口送計(jì)算機(jī)。同時(shí),ARM處理器根據(jù)計(jì)算機(jī)給定的設(shè)定值控制電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角位移,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)誤差數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。該系統(tǒng)中使用了一種基于zui小二乘法誤差修正算法,計(jì)算機(jī)根據(jù)該算法,對(duì)傳感器的系統(tǒng)誤差進(jìn)行自動(dòng)修正,修正后的精度可達(dá)±1″。利用時(shí)空轉(zhuǎn)換思想,以時(shí)間基準(zhǔn)測(cè)量空間位移量,設(shè)計(jì)了基于A(yíng)RM的直線(xiàn)式E+E時(shí)柵傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路。原有的E+E時(shí)柵傳感器設(shè)計(jì)中采用了電機(jī)繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方案,但是電機(jī)定子繞組分布不均帶來(lái)了誤差。原有的差線(xiàn)柵傳感器中采用了齒柵的結(jié)構(gòu),但實(shí)驗(yàn)表明它對(duì)齒的加工精度太敏感。提出了一種新的行波形成方法,實(shí)驗(yàn)表明,按此方法設(shè)計(jì)的新的傳感器,可以解決上述2個(gè)問(wèn)題。采用STM32F407VGT6型ARM處理器與AD7298BCPZ型12位A/D轉(zhuǎn)換芯片相結(jié)合,利用嵌入式Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的移植,使得系統(tǒng)具有更好的可靠性與實(shí)時(shí)性。實(shí)驗(yàn)表明:設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路,zui小分辨時(shí)間為2.44 ns.能夠更好的實(shí)現(xiàn)傳感器的高速、高分辨率采樣,實(shí)現(xiàn)了直線(xiàn)式E+E時(shí)柵傳感器的實(shí)時(shí)誤差修正與補(bǔ)償,為高精度直線(xiàn)式E+E時(shí)柵傳感器的研制提供了。由于變耦合系數(shù)型時(shí)柵對(duì)于定子齒和動(dòng)子齒的依賴(lài)性比較大,所以該類(lèi)型時(shí)柵除受激勵(lì)諧波影響外還要受齒諧波的較大影響,其結(jié)果為合成行波的駐波并非呈標(biāo)準(zhǔn)正弦形式變化,而將駐波直接疊加的原始方法會(huì)將這種非標(biāo)準(zhǔn)正弦的誤差帶進(jìn)行波。文中介紹了一種新的后期信號(hào)處理方法,仿真與實(shí)際實(shí)驗(yàn)表明,新方法不但可以解決上述問(wèn)題,而且還可以抑制兩路駐波中的共模干擾。為了提高時(shí)柵E+E位移傳感器的動(dòng)態(tài)性能及測(cè)量精度,提出了一種基于FPGA和二維細(xì)分技術(shù)的時(shí)柵E+E位移傳感器信號(hào)處理系統(tǒng);利用二維細(xì)分技術(shù)對(duì)插補(bǔ)脈沖進(jìn)行倍頻處理,降低了對(duì)插補(bǔ)脈沖頻率的要求,通過(guò)倍頻后的高頻脈沖插補(bǔ)時(shí)柵感應(yīng)信號(hào)和參考信號(hào)之間的相位差完成了時(shí)柵角位移的測(cè)量,提高測(cè)量精度;該系統(tǒng)在FPGA內(nèi)基于NiosII軟核完成數(shù)據(jù)的采集和處理,簡(jiǎn)化了系統(tǒng),并加入自定義指令提高了數(shù)據(jù)處理效率;實(shí)驗(yàn)表明,采用該系統(tǒng)后,時(shí)柵E+E位移傳感器在960 MHz插補(bǔ)脈沖下測(cè)量誤差峰峰值為士1.3″,實(shí)現(xiàn)了時(shí)柵的高精度角位移測(cè)量。

時(shí)柵角E+E位移傳感器誤差修正及其測(cè)試系統(tǒng)
在時(shí)柵電行波形成方案基礎(chǔ)上,提出一種基于阻抗平衡電橋技術(shù)的電行波形成新方法,利用平衡電橋,將原有的電量敏感改變?yōu)殡妳?shù)敏感,直接實(shí)現(xiàn)位移量與高頻激勵(lì)的調(diào)制,取得了很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。特別對(duì)兩種工作電源——“單片機(jī)電源”和“調(diào)頻鎖相電源”的各電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)作了詳盡的說(shuō)明。在zui后，針對(duì)傳感器的性能要求，作者提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，并詳細(xì)討論了場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器實(shí)驗(yàn)的工作，在兩種不同的信號(hào)源的基礎(chǔ)上，得到了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和初步結(jié)論，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和不足，還提出了提高精度的一些方法和途徑。