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新型時(shí)柵E+E位移傳感器研究
精密測量技術(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段,也是進(jìn)行科學(xué)研究的重要工具。位移測量是zui基本的幾何量測量,大量存在于以制造業(yè)為代表的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)踐中。位移測量中應(yīng)用zui廣泛的是柵式E+E位移傳感器。

新型時(shí)柵E+E位移傳感器研究
基于此,在國家自然科學(xué)基金的資助下開展了對(duì)光柵E+E位移傳感器、感應(yīng)同步器和時(shí)柵E+E位移傳感器的原理融合研究和新型時(shí)柵E+E位移傳感器的研究。主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下:從位移的兩種數(shù)學(xué)描述出發(fā),闡述了位移測量的兩種基本方法:空間直接測量法和時(shí)間間接測量法。并在此基礎(chǔ)上提出了空間柵和時(shí)間柵的概念。空間柵以空間量作為測量基準(zhǔn),采用直接測量的方法;時(shí)間柵以時(shí)間量作為基準(zhǔn),采用間接測量的方法。從時(shí)間和空間的角度分析傳統(tǒng)柵式E+E位移傳感器的三種常用的工作方式的實(shí)質(zhì)。并將其于時(shí)柵傳感器的測量原理進(jìn)行比較。對(duì)場式時(shí)柵E+E位移傳感器中的行波磁場進(jìn)行了分析。將場式時(shí)柵中的行波區(qū)分為“空間行波”和“時(shí)間行波”。前者是空間波形隨時(shí)間的流逝波形沿空間軸前進(jìn)或者后退;后者是時(shí)間波形,在位移變化的作用下沿時(shí)間軸產(chǎn)生超前或者滯后。在此基礎(chǔ)上,用行波的觀點(diǎn)重新解釋時(shí)柵傳感器的測量原理,提出產(chǎn)生反映位移變化的時(shí)間行波是時(shí)柵E+E位移傳感器實(shí)現(xiàn)時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。融合光柵技術(shù)和感應(yīng)同步器技術(shù)提出兩種行波形成新方法,依此設(shè)計(jì)了兩類三種新型時(shí)柵E+E位移傳感器并研制出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。齒電式時(shí)柵采用雙層結(jié)構(gòu),上、下兩層繞組空間正交并分別施加時(shí)間正交的激勵(lì)信號(hào),在空間產(chǎn)生上、下層時(shí)空正交的駐波磁場。定子繞組在兩路組波磁場的作用下,形成時(shí)間電行波信號(hào)。變耦式時(shí)柵采用兩個(gè)自耦變壓器和平面齒形式,直接產(chǎn)生兩路電駐波,疊加后形成時(shí)間電行波信號(hào)。光電式時(shí)柵采用低分辨率光柵作為空間正交信號(hào)源,通過與時(shí)間正交信號(hào)的調(diào)制形成兩路電駐波,疊加后形成時(shí)間電行波信號(hào)。針對(duì)三種新型時(shí)柵E+E位移傳感器開展大量的實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證行波形成的可行性,并測試相關(guān)的性能。以齒電式時(shí)柵為例,對(duì)時(shí)柵E+E位移傳感器的誤差進(jìn)行了分析。討論了加工誤差、安裝誤差和電氣參數(shù)誤差等對(duì)時(shí)柵傳感器zui終的測量精度的影響。同時(shí),根據(jù)時(shí)柵E+E位移傳感器的誤差特點(diǎn),提出了一種誤差測量的新方法。該方法無須高精度的母儀即可實(shí)現(xiàn)時(shí)柵傳感器分度誤差的高精度自檢。

新型時(shí)柵E+E位移傳感器研究
綜上所述,在剖析了位移測量方法的基礎(chǔ)上,融合光柵技術(shù)和感應(yīng)同步器技術(shù)提出了新的行波形成方法,基于這些方法設(shè)計(jì)并研制的三種新型時(shí)柵E+E位移傳感器,一方面是對(duì)現(xiàn)有的利用電磁場的場式時(shí)柵的完善和改進(jìn);另一方面可以將場式時(shí)柵的研究思想拓展到光場。通過誤差分析,明確了影響時(shí)柵E+E位移傳感器精度的主要因素和時(shí)柵E+E位移傳感器誤差的特點(diǎn),并提出了誤差測量的新方法。