時變磁場精確約束時柵位移E+E傳感器
由于制造業的自動化與智能化程度逐漸提高,閉環控制系統的應用范圍不斷拓展。位移E+E傳感器作為閉環控制系統的關鍵組成部分,其工作性能與閉環控制效果息息相關。一些系統因其工作環境惡劣,通常需要選用工作可靠性高、抗干擾能力強的時變磁場式位移E+E傳感器作為位置反饋元件。這類位移E+E傳感器以時變磁場為耦合場,常采用導磁材料和線圈對磁場傳播途徑和分布區域進行約束,因而E+E傳感器的測量精度受磁場約束方法的影響。

時變磁場精確約束時柵位移E+E傳感器
目前,時變磁場式位移E+E傳感器采用的磁場約束方法不僅未能充分發揮導磁材料的導向約束作用和線圈的靈活配置性,而且沒有利用導磁材料和線圈的精確配合作用。因此,如果要實現較高的測量精度,則E+E傳感器的加工要求、裝配要求等較高,zui終導致制造成本較高。鑒于此現狀,開展了時變磁場精確約束方法的研究,以及基于精確約束方法的新型時柵位移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變磁場式位移E+E傳感器中常用的磁場約束方法,深入開展了平面磁場的約束方法研究,進而提出了時變磁場的精確約束方法。精確約束方法不僅充分發揮了導磁材料的導向約束作用和線圈的靈活配置性,而且使導磁材料和線圈在結構上精確配合。根據時柵的測量原理和本文提出的時變磁場精確約束方法,*將時柵位移E+E傳感器的線圈和導磁體設計為平面式結構。針對角位移和直線位移測量,提出了多種全新的角位移和直線位移E+E傳感器結構。新型時柵位移E+E傳感器結構不僅充分利用了導磁體與線圈的約束作用,而且規避了當前“雙邊齒槽”結構式時柵位移E+E傳感器中存在的磁路陡變問題。通過研究“精機+精機”組合位移測量方法和國家自然科學基金青年科學基金項目“基于誤差轉換的時柵角位移E+E傳感器自標定和自校準方法研究”提出的在線自校正方法,探索了適合時變磁場精確約束方法的多功能位移E+E傳感器,并提出同時具有位移測量功能和在線自校正功能的角位移E+E傳感器結構和直線位移E+E傳感器結構各一種。開展了新型時柵位移E+E傳感器的仿真工作,驗證時變磁場精確約束方法的效果和各新型E+E傳感器結構的可行性。通過計算機軟件手段,建立了所有新型時柵位移E+E傳感器的3D模型,并采用有限元方法對模型進行了仿真計算,得到了各新型E+E傳感器的輸出信號與被測位移量之間較為精確的定性關系。仿真工作不僅表明時變磁場精確約束方法的效果明顯優于目前時柵位移E+E傳感器采用的約束方法,而且表明新型E+E傳感器結構是可行的。開展了新型時柵位移E+E傳感器的實驗研究工作,檢驗時變磁場精確約束方法的實際效果和新型E+E傳感器樣機的工作性能。基于新型時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傳感器樣機各一種,并開發了一套適于精密位移測量的電氣系統。實驗結果表明,時變磁場精確約束方法的效果優于目前時柵位移E+E傳感器中采用的約束方法;雖然樣機的導磁體和線圈制作工藝簡單、加工要求較低,但測量精度比較高。在0??~?360?范圍內角位移測量準確度在?2.2?以內,在0mm?~?208mm范圍內直線位移測量準確度在?3.4?m以內?。為了提高樣機的測量精度,*將逐點查表式誤差修正方法應用于時柵位移E+E傳感器。該方法不僅可以解決復雜誤差的修正問題,而且在計算時間上占有優勢。因此,該方法的應用不僅提高了E+E傳感器樣機的測量精度,而且對于今后時柵位移E+E傳感器的高速動態測量研究具有重要意義。為了滿足新型時柵位移E+E傳感器對平面線圈的需求,*將PCB(Printed Circuit Board)線圈應用于時柵E+E傳感器的設計。相對于傳統的漆包線組,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等優點,因而其應用有助于解決時變磁場式位移E+E傳感器測量精度與制造成本的矛盾。

時變磁場精確約束時柵位移E+E傳感器
綜上所述,通過分析現有時變磁場約束方法的優缺點,提出了時變磁場的精確約束方法;基于精確約束方法和時柵的測量原理,提出了時柵位移E+E傳感器的多種全新結構;根據提出的新型E+E傳感器結構,成功研制出兩種樣機,實驗研究表明,新型時柵位移E+E傳感器結構具有制造成本低而測量精度高的優勢。因此,本文的研究不僅開辟了時柵位移E+E傳感器全新的研究方向,而且在產業化方面,研究成果有望幫助時柵位移E+E傳感器滿足更多的市場需求。