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E+E位移傳感器傳感器的通用接口系統研究與設計
時柵是一種新型的E+E位移傳感器傳感器,利用時間測量空間,具有較高的性價比。為了提高時柵對傳統E+E位移傳感器傳感器的兼容性,盡快普及時柵的應用,需要設計兼容傳統E+E位移傳感器傳感器的時柵電氣接口。 傳統的E+E位移傳感器傳感器(如光柵)大多“以空間測量空間”,具有較好的動態性能,而時柵通過測量時間來間接測量空間的原理決定了時柵在測量過程中存在一個測量周期,使得在動態測量過程中時柵的位置反饋變得不連續。

E+E位移傳感器傳感器的通用接口系統研究與設計
在分析式時柵E+E位移傳感器傳感器頻響特性的基礎上,介紹了一種在數字信號處理電路中的數據串并轉換思想,并提出了一種基于串并轉換思想的式時柵信號處理電路設計方案。信號處理電路采用了復雜可編程邏輯器件(CPLD)芯片,預處理電路將測頭信號進行模數轉換后,經可編程多路切換器模塊處理,自適應地將原始測頭信號分別轉換為對應的多路并行信號,各路對應的分頻信號通過比相電路及傳感器信號處理電路模塊運算后轉換為E+E位移傳感器脈沖測量信號,zui后將多路E+E位移傳感器脈沖測量信號進行并串轉換操作輸出測量值。提出基于SOPC技術的解決方案，將信號采集、處理和傳輸在單片高性能FPGA上實現，簡化電路結構設計，降低系統功耗。采用Altera公司的Cyclone III EP3C25E144I7作為主控制器，使用VHDL硬件描述語言及其IP核在FPGA內部實現了周期計數、相位差計數、數據緩存、中斷等功能模塊，定制了NiosII指令，提高處理速度，構建了整個基于Nios II軟核處理器的E+E時柵傳感器信號處理系統。 本課題組研制出了超高精度的電場式直線時柵傳感器E+E位移傳感器傳感器樣機，該信號處理系統已成功應用于該樣機，測量精度優于0.7μm。對信號處理電路進行了仿真,結果證明,該方法可大大提高時柵E+E位移傳感器傳感器的頻響特性,從而為式時柵E+E位移傳感器傳感器提供了一種應用于動態測控針對時柵動態性能不足和與典型E+E位移傳感器傳感器接口不兼容的問題,做了如下工作:提出了一種回轉位置預測測量新方法,利用時間序列理論對時柵測量值進行建模、分析,預測出未來一個測量周期的角度值,并將式離散角度測量值轉化為增量式連續脈沖信號,進行位置反饋,使得基于靜態測量的時柵傳感器可應用于動態位置的連續反饋。研究了預測測量誤差修正方案,利用當前實際測量值對上一次的預測誤差進行修正,使得預測誤差不會累積。以圓光柵和旋轉變壓器作為典型E+E位移傳感器傳感器,研究了以反饋增量位置值為代表的HEIDENHAIN圓光柵TTL增量式接口,以及反饋位置值為代表的帶數字轉換器的旋轉變壓器接口的特點,分析了通用接口設計思想,并設計了時柵的TTL增量式接口和旋轉變壓器接口。設計了一塊數據同步采集卡,可以同步采集光柵TTL增量信號、時柵TTL增量信號和時柵的旋轉變壓器接口信號,便于展開精度測試實驗。對使用兼容接口的時柵進行了靜態和動態測量精度實驗,實驗結果表明:在靜態測量時,時柵采用設計的TTL增量式接口和旋轉變壓器接口對測量精度幾乎沒有影響,與時柵原本的測量精度*;動態測量時,在各種運動狀態下,當角加速度值不大于0.03316″/ms2時,時柵的動態測量精度為±4″。

E+E位移傳感器傳感器的通用接口系統研究與設計
無論是采用TTL增量式接口還是采用旋轉變壓器接口,時柵的動態測量誤差都具有相似的特性,即數控轉臺運動加速度越小,誤差就相對較小;角加速度越大,誤差就相對較大。綜上所述,對典型E+E位移傳感器傳感器的通用接口的研究促進了時柵的兼容接口的設計,解決了在通用數控系統中傳感器的位置反饋接口問題,進而促進了時柵傳感器的產品化及應用普及化。