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時(shí)柵E+E位移傳感器中利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號(hào)
原有的基于變耦合系數(shù)變壓器原理的時(shí)柵E+E位移傳感器方案,采用通過(guò)旋轉(zhuǎn)改變齒面間的距離以改變電磁耦合系數(shù)的方法得到電行波.但試驗(yàn)結(jié)果顯示,所得電行波信號(hào)相對(duì)較弱,載波較大,難以濾除,且很容易受到周?chē)姶怒h(huán)境干擾.為了克服上述問(wèn)題,基于相同的原理,又提出了一種利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號(hào)的新方法,使時(shí)柵E+E位移傳感器的研究工作跳出了長(zhǎng)期依賴電磁轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)傳感器的思路,并在實(shí)驗(yàn)中取得了良好的結(jié)果,所得行波的質(zhì)量明顯改善.

時(shí)柵E+E位移傳感器中利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號(hào)
延續(xù)前期關(guān)于磁場(chǎng)式和電場(chǎng)式時(shí)柵E+E位移傳感器的研究基礎(chǔ),根據(jù)時(shí)柵傳感器的設(shè)計(jì)思想,提出并分析光場(chǎng)式時(shí)柵傳感器的測(cè)量原理及實(shí)現(xiàn)方案。探索性地提出在靜態(tài)光場(chǎng)下,用時(shí)序驅(qū)動(dòng)的光電探測(cè)器構(gòu)成勻速掃描測(cè)量方式,實(shí)現(xiàn)將被測(cè)對(duì)象的空間位移測(cè)量轉(zhuǎn)換為時(shí)間差的測(cè)量。為了驗(yàn)證方案的可行性,用多個(gè)線陣電荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)構(gòu)成圓陣列,實(shí)現(xiàn)CCD時(shí)柵原理樣機(jī)設(shè)計(jì)。將相鄰CCD輸出信號(hào)的時(shí)間差變化量與勻速掃描的速度值相乘,經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換便可得到轉(zhuǎn)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(jī),通過(guò)與精度為±1″的圓光柵(ROD880)對(duì)比測(cè)量,在整周范圍內(nèi),測(cè)量誤差控制在±6°以內(nèi)。為光場(chǎng)式時(shí)柵的進(jìn)一步研究,提供了可靠的理論和實(shí)踐依據(jù)。為了提高時(shí)柵E+E位移傳感器的動(dòng)態(tài)性以及測(cè)量精度,設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字內(nèi)插法的時(shí)柵信號(hào)處理系統(tǒng);利用粗計(jì)數(shù)法和數(shù)字內(nèi)插法將時(shí)柵信號(hào)分成粗測(cè)和細(xì)測(cè)兩部分分別進(jìn)行測(cè)量,降低了對(duì)插補(bǔ)脈沖頻率的要求,提高了測(cè)量精度;同時(shí)采用SOPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)電路的高度集成,并利用自定義指令提高了數(shù)據(jù)處理速度;實(shí)驗(yàn)表明,采用該系統(tǒng)后,時(shí)柵在40 kHz激勵(lì)情況下誤差為±1.2″,實(shí)現(xiàn)了時(shí)柵信號(hào)的高精度測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)時(shí)柵角E+E位移傳感器的誤差分離,進(jìn)而對(duì)其誤差進(jìn)行修正,提高時(shí)柵角E+E位移傳感器的測(cè)量精度,采用多路信號(hào)疊加原理,針對(duì)時(shí)柵角E+E位移傳感器的定子和轉(zhuǎn)子在加工過(guò)程中存在的誤差進(jìn)行分離,消除了大部分的長(zhǎng)周期誤差,并對(duì)分離出來(lái)的誤差成分進(jìn)行諧波分析,建立誤差修正模型,利用該模型對(duì)時(shí)柵角E+E位移傳感器的定子和轉(zhuǎn)子的線槽分度誤差進(jìn)行修正,修正后的場(chǎng)式時(shí)柵角E+E位移傳感器的測(cè)量精度顯著提高,精度優(yōu)于±2"。實(shí)驗(yàn)證明,這種誤差分離的方法對(duì)消除圓周分度誤差十分有效,所建立的誤差修正模型對(duì)傳感器誤差修正效果明顯。為了提高寄生式時(shí)柵角E+E位移傳感器的精度,深入分析誤差源產(chǎn)生機(jī)理和變化規(guī)律,確定其主次影響因素,通過(guò)對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)分析和行波公式推導(dǎo)分析,得到寄生式時(shí)柵角E+E位移傳感器的主要誤差來(lái)源,包括兩相激勵(lì)信號(hào)時(shí)間、空間正交性誤差以及駐波信號(hào)幅值誤差、線圈零點(diǎn)殘余電壓引起的誤差等.對(duì)各誤差分量的具體諧波頻率次數(shù)進(jìn)行理論推導(dǎo),確定了產(chǎn)生不同諧波誤差分量的具體原因,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.驗(yàn)證結(jié)果表明:導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生零點(diǎn)殘余電壓的誤差影響因素對(duì)傳感器測(cè)量精度的影響zui為顯著,為寄生式時(shí)柵傳感器的主要誤差來(lái)源;激勵(lì)信號(hào)的時(shí)間、空間正交誤差及兩列駐波信號(hào)的幅值不等為次要來(lái)源.

時(shí)柵E+E位移傳感器中利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號(hào)
針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)采用伺服電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)部件、通過(guò)蝸輪。蝸桿傳動(dòng)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)速度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)差等不足,設(shè)計(jì)了一種基于可編程多軸控制卡PMAC的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PMAC為控制核心,直驅(qū)電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了整套自動(dòng)控制軟件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)速度快、可靠性高,相比傳統(tǒng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái),運(yùn)動(dòng)速度瓶頸得到解決,動(dòng)態(tài)響應(yīng)明顯改善。