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時(shí)柵E+E位移傳感器的動(dòng)態(tài)測量與頻譜分析
針對時(shí)柵E+E位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了動(dòng)態(tài)測量的主要誤差源。采用光柵尺作為母儀,時(shí)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(shí)柵E+E位移傳感器的預(yù)測值進(jìn)行比較,從而得到動(dòng)態(tài)測量的誤差值。

時(shí)柵E+E位移傳感器的動(dòng)態(tài)測量與頻譜分析
隨著時(shí)柵E+E位移傳感器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,測量需求的趨勢日益凸顯,提出了一種基于TDC-GP2的時(shí)柵E+E位移傳感器信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用和AD9958產(chǎn)生時(shí)柵E+E位移傳感器所需的高穩(wěn)定、高精度勵(lì)磁信號,采用高分辨率TDC-GP2數(shù)字時(shí)鐘轉(zhuǎn)換器來測量傳感器動(dòng)、定測頭的感應(yīng)信號相位時(shí)間差,將測量結(jié)果送入微處理器中處理,以此到達(dá)以時(shí)間測量空間的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明:48對極時(shí)柵傳感器整周(0~360°)的誤差達(dá)到±2.3″,該方案優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu),提高了時(shí)柵E+E位移傳感器的測量精度。針對現(xiàn)有高精度E+E位移傳感器柵距小導(dǎo)致對制造和使用環(huán)境要求苛刻的問題,提出一種采用高頻時(shí)鐘脈沖作為測量基準(zhǔn),可在大極距條件下實(shí)現(xiàn)高精度、大量程直線位移測量的時(shí)柵E+E位移傳感器。傳感器通過在交變電磁場中改變勵(lì)磁線圈和磁場拾取線圈的耦合狀態(tài)建立以時(shí)間差反映位移變化的行波信號,實(shí)現(xiàn)精密位移測量。通過有限元分析軟件對傳感器進(jìn)行了建模和仿真,根據(jù)仿真結(jié)果得到傳感器仿真模型的測量誤差,并對其進(jìn)行了諧波分析;根據(jù)誤差特點(diǎn)和變化規(guī)律對主要誤差進(jìn)行了溯源,并對模型進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化模型制作了傳感器實(shí)物,開展了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:根據(jù)仿真結(jié)果對傳感器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在200 mm的測量范圍內(nèi),傳感器精度達(dá)到±500 nm,且系統(tǒng)成本低廉,極易制造。為時(shí)柵E+E位移傳感器在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用提供了解決方案和理論依據(jù)。為了提高時(shí)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(shí)柵E+E位移傳感器信號處理系統(tǒng);系統(tǒng)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì);硬件電路以內(nèi)核處理器芯片和復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD為核心,集成了信號調(diào)理、信號處理等電路模塊;運(yùn)用高頻時(shí)鐘脈沖插補(bǔ)時(shí)柵E+E位移傳感器感應(yīng)信號和參考信號之間的相位差,通過軟件設(shè)計(jì)控制信號的采集和處理,實(shí)現(xiàn)了相位檢測。

時(shí)柵E+E位移傳感器的動(dòng)態(tài)測量與頻譜分析
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,采用以為核心的時(shí)柵信號處理系統(tǒng)后,時(shí)柵E+E位移傳感器的角度誤差峰峰值達(dá)到2.4",實(shí)現(xiàn)了高精度、高分辨率的時(shí)柵角位移測量。對誤差值進(jìn)行數(shù)據(jù)的截?cái)嗪筒蓸印惓?shù)據(jù)剔除,然后對誤差值進(jìn)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(shí)柵E+E位移傳感器。