寄生式時(shí)柵位移傳感器電氣系統(tǒng)及誤差修正模型研究.pdf

1、時(shí)柵位移傳感器因回避了傳統(tǒng)光柵依賴精密加工、精密刻線的要求，從而在機(jī)械加工和其他精密位移測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。但時(shí)柵位移傳感器在大型高速、重載、強(qiáng)振、強(qiáng)污染等極端復(fù)雜工況下，很難得以應(yīng)用，為了解決這一問題，本課題所依托的科研團(tuán)隊(duì)提出了寄生式時(shí)柵位移傳感器，直接把被測(cè)的齒輪、蝸輪、等當(dāng)作均勻分度的“齒柵”，作為行波產(chǎn)生器件，再用時(shí)鐘脈沖進(jìn)行精密測(cè)量，從而將原有的機(jī)械傳動(dòng)副變成“帶檢測(cè)功能的傳動(dòng)副”。但是，寄生式時(shí)柵在測(cè)量過程中，還存在著

2、以下問題：一是寄生式時(shí)柵位移傳感器電氣系統(tǒng)的各模塊使用不同芯片，使聯(lián)合調(diào)試?yán)щy并且影響測(cè)量穩(wěn)定性；二是時(shí)柵位移傳感器高精度測(cè)量時(shí)，需要高精度的時(shí)鐘插補(bǔ)，而目前使用的插補(bǔ)時(shí)鐘也不滿足精度要求。三是實(shí)際測(cè)量誤差成分較多，對(duì)誤差修正模型研究，達(dá)到減小誤差的目的。
　　本文針對(duì)寄生式時(shí)柵位移傳感器測(cè)量中存在的以上技術(shù)性問題，對(duì)其進(jìn)行電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和誤差修正模型的研究。設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)采用單片微處理器方式集成化處理；采用高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)化器精確

3、測(cè)量；采用等間距諧波誤差模型對(duì)誤差進(jìn)行修正；實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性測(cè)量，從而達(dá)到提高效率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目的。針對(duì)寄生式時(shí)柵位移傳感器的電氣特性，選用集成了FPU和DSP，高主頻ARM Cortex-M4內(nèi)核STM32F4VGT芯片作為主控制器芯片，控制AD9958數(shù)字頻率直接合成（DDS）技術(shù)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)集成化和高穩(wěn)定性。采用高分辨率的TDC-GP2數(shù)字時(shí)鐘轉(zhuǎn)換器來對(duì)傳感器動(dòng)、定測(cè)頭的感應(yīng)信號(hào)相位差，實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)

4、間測(cè)量。在STM32F4VGT芯片中集成的FPU和DSP指令集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和算法實(shí)現(xiàn)。在離散測(cè)頭測(cè)量下，采用等間距諧波修正模型實(shí)現(xiàn)誤差修正，分析其各次諧波誤差，達(dá)到修正的目的，實(shí)現(xiàn)寄生式時(shí)柵位移傳感器高穩(wěn)定性、高精度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過搭建測(cè)量平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和研究，實(shí)驗(yàn)表明：48對(duì)極寄生式時(shí)柵傳感器整周(0～360°)的穩(wěn)定度達(dá)到±0.5″內(nèi)，整周誤差達(dá)到±2.3″，對(duì)極內(nèi)（0～7.5°）的誤差±2.5″，滿足系統(tǒng)要求，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性、