時柵E+E位移傳感器中利用光電技術產生電行波信號
原有的基于變耦合系數變壓器原理的時柵E+E位移傳感器方案,采用通過旋轉改變齒面間的距離以改變電磁耦合系數的方法得到電行波.但試驗結果顯示,所得電行波信號相對較弱,載波較大,難以濾除,且很容易受到周圍電磁環境干擾.為了克服上述問題,基于相同的原理,又提出了一種利用光電技術產生電行波信號的新方法,使時柵E+E位移傳感器的研究工作跳出了長期依賴電磁轉換原理設計傳感器的思路,并在實驗中取得了良好的結果,所得行波的質量明顯改善.

時柵E+E位移傳感器中利用光電技術產生電行波信號
延續前期關于磁場式和電場式時柵E+E位移傳感器的研究基礎,根據時柵傳感器的設計思想,提出并分析光場式時柵傳感器的測量原理及實現方案。探索性地提出在靜態光場下,用時序驅動的光電探測器構成勻速掃描測量方式,實現將被測對象的空間位移測量轉換為時間差的測量。為了驗證方案的可行性,用多個線陣電荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)構成圓陣列,實現CCD時柵原理樣機設計。將相鄰CCD輸出信號的時間差變化量與勻速掃描的速度值相乘,經過適當的轉換便可得到轉軸的角位移大小,并可以判斷位移的方向。所研制的原理樣機,通過與精度為±1″的圓光柵(ROD880)對比測量,在整周范圍內,測量誤差控制在±6°以內。為光場式時柵的進一步研究,提供了可靠的理論和實踐依據。為了提高時柵E+E位移傳感器的動態性以及測量精度,設計了一種基于數字內插法的時柵信號處理系統;利用粗計數法和數字內插法將時柵信號分成粗測和細測兩部分分別進行測量,降低了對插補脈沖頻率的要求,提高了測量精度;同時采用SOPC技術實現了系統電路的高度集成,并利用自定義指令提高了數據處理速度;實驗表明,采用該系統后,時柵在40 kHz激勵情況下誤差為±1.2″,實現了時柵信號的高精度測量。為實現時柵角E+E位移傳感器的誤差分離,進而對其誤差進行修正,提高時柵角E+E位移傳感器的測量精度,采用多路信號疊加原理,針對時柵角E+E位移傳感器的定子和轉子在加工過程中存在的誤差進行分離,消除了大部分的長周期誤差,并對分離出來的誤差成分進行諧波分析,建立誤差修正模型,利用該模型對時柵角E+E位移傳感器的定子和轉子的線槽分度誤差進行修正,修正后的場式時柵角E+E位移傳感器的測量精度顯著提高,精度優于±2"。實驗證明,這種誤差分離的方法對消除圓周分度誤差十分有效,所建立的誤差修正模型對傳感器誤差修正效果明顯。為了提高寄生式時柵角E+E位移傳感器的精度,深入分析誤差源產生機理和變化規律,確定其主次影響因素,通過對傳感器結構分析和行波公式推導分析,得到寄生式時柵角E+E位移傳感器的主要誤差來源,包括兩相激勵信號時間、空間正交性誤差以及駐波信號幅值誤差、線圈零點殘余電壓引起的誤差等.對各誤差分量的具體諧波頻率次數進行理論推導,確定了產生不同諧波誤差分量的具體原因,并通過實驗進行驗證.驗證結果表明:導致傳感器產生零點殘余電壓的誤差影響因素對傳感器測量精度的影響zui為顯著,為寄生式時柵傳感器的主要誤差來源;激勵信號的時間、空間正交誤差及兩列駐波信號的幅值不等為次要來源.

時柵E+E位移傳感器中利用光電技術產生電行波信號
針對傳統實驗平臺中的數控轉臺采用伺服電機作為運動部件、通過蝸輪。蝸桿傳動而產生的運動速度低、動態響應差等不足,設計了一種基于可編程多軸控制卡PMAC的開放式運動控制轉臺實驗系統。該系統以PMAC為控制核心,直驅電機作為運動部件,以高精度的光柵傳感器作為反饋元件,采用諧波修正法建立傳感器的誤差分析模型,并采用Visual C++設計開發了整套自動控制軟件。實驗結果表明:實驗系統速度快、可靠性高,相比傳統數控轉臺,運動速度瓶頸得到解決,動態響應明顯改善。