時(shí)柵角位移傳感器自標(biāo)定與誤差修正方法及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、時(shí)柵角位移傳感器是根據(jù)時(shí)空轉(zhuǎn)換思想而研發(fā)的一種新型傳感器，近年來(lái)開(kāi)始向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。目前，時(shí)柵傳感器雖然在加工過(guò)程摒棄了空間超精密刻劃技術(shù)，但是其檢驗(yàn)與標(biāo)定環(huán)節(jié)卻仍依賴于空間超精密刻劃技術(shù)的傳感器作為參考基準(zhǔn)。而且隨著時(shí)柵角位移傳感器精度的進(jìn)一步提高，尋找更高精度的參考基準(zhǔn)來(lái)標(biāo)定它就更加困難，所以參考基準(zhǔn)是時(shí)柵傳感器必須要解決問(wèn)題。另外，在實(shí)際惡劣的使用環(huán)境中，包括時(shí)柵傳感器在內(nèi)的其它同類傳感器面臨的共同問(wèn)題是:當(dāng)傳感器的機(jī)械參數(shù)和電氣參

2、數(shù)發(fā)生變化時(shí)，測(cè)量精度如何長(zhǎng)期保持？上述的兩個(gè)問(wèn)題促使了本課題對(duì)時(shí)柵角位移傳感器的自標(biāo)定和誤差自修正展開(kāi)研究。
　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)角位移傳感器的自標(biāo)定研究不多，基本方法仍然是以圓周封閉原則為依據(jù)，轉(zhuǎn)換為以常角為基準(zhǔn)進(jìn)行相互標(biāo)定或自標(biāo)定。多采用兩套讀數(shù)頭或兩個(gè)碼盤，自標(biāo)定傳感器使用條件要求苛刻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很少能夠進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。真正實(shí)現(xiàn)通過(guò)自標(biāo)定達(dá)到高精度的角位移傳感器，基本是在實(shí)驗(yàn)室中使用，典型的代表是德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院和日本

3、國(guó)家計(jì)量研究院各擁有一臺(tái)超高精度的測(cè)角儀器，都是通過(guò)自標(biāo)定實(shí)現(xiàn)其高精度的測(cè)量。
　　本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外的角位移傳感器自標(biāo)定方法充分調(diào)研和深入分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)時(shí)柵角位移傳感器和寄生式時(shí)柵誤差的特點(diǎn)，采用理論分析和數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)其自標(biāo)定和誤差自修正方法進(jìn)行了深入研究。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)傳感器自標(biāo)定與誤差自動(dòng)修正技術(shù)大規(guī)模用于產(chǎn)品化生產(chǎn)，尤其是用于大型復(fù)雜的生產(chǎn)與科研現(xiàn)場(chǎng)。迄今已完成的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)造性工作如下:
　　1)在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)

4、外角位移傳感器自標(biāo)定方法，以及前期開(kāi)展的基于誤差轉(zhuǎn)換的時(shí)柵自標(biāo)定方法（ECT方法）的基礎(chǔ)上，根據(jù)時(shí)柵傳感器及寄生式時(shí)柵結(jié)構(gòu)和誤差特點(diǎn)，提出了定角平移自標(biāo)定方法（FAS方法），并對(duì)該方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模。
　　2)提出了適合于寄生式時(shí)柵技術(shù)的基于最小微元插值的動(dòng)態(tài)誤差自修正方法，并建立了誤差修正模型。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了時(shí)柵角位移傳感器的諧波修正誤差自動(dòng)修正技術(shù)和寄生式時(shí)柵的最小微元插值誤差自動(dòng)修正技術(shù)。
　　3)設(shè)計(jì)了時(shí)柵角位

5、移傳感器和寄生式時(shí)柵的自標(biāo)定結(jié)構(gòu)，完成了時(shí)柵角位移傳感器和寄生式時(shí)柵的誤差自動(dòng)修正的電路及電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　4)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)研究，給出了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其結(jié)果如下:
　?、賹?duì)時(shí)柵角位移傳感器進(jìn)行靜態(tài)自標(biāo)定和基于諧波修正法的誤差自修正，經(jīng)過(guò)兩次自標(biāo)定和自修正，通過(guò)比對(duì)實(shí)驗(yàn)得出靜態(tài)自標(biāo)定精度為1"，誤差修正后的精度為2.3"。
　?、趯?duì)寄生式時(shí)柵進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)自標(biāo)定以及基于最小微元插值法的

6、誤差自修正，經(jīng)過(guò)比對(duì)實(shí)驗(yàn)，其靜態(tài)標(biāo)定精度為21"，進(jìn)行誤差修正后的精度為28"。動(dòng)態(tài)自標(biāo)定精度為6.2"，最小微元插值法進(jìn)行誤差修正后的精度為13.2"。
　　5)針對(duì)上述的不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別進(jìn)行分析，給出了各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差來(lái)源，并給出了定量分析。
　　綜上所述，本文是在對(duì)時(shí)柵角位移傳感器和寄生式時(shí)柵技術(shù)的原理及誤差特點(diǎn)進(jìn)行較為深入分析的基礎(chǔ)上，探討了時(shí)柵角位移傳感器和寄生式時(shí)柵技術(shù)自標(biāo)定和誤差自修正方法并建立相應(yīng)的誤差模型