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時柵E+E位移傳感器的電磁場分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化
時柵E+E位移傳感器是一種通過對時間測量而完成空間測量的柵式傳感器，這里是狹隘地指磁場式時柵E+E位移傳感器，場式時柵和變耦合系數(shù)型時柵是其中的兩大類型，它們都是以電磁場作為媒介將空間位移量轉(zhuǎn)化成電信號。隨著時柵E+E位移傳感器朝著高速測量和高精度測量方向的發(fā)展，當(dāng)前傳感器本身的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計和細(xì)節(jié)參數(shù)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，但傳統(tǒng)的時柵傳感器設(shè)計方法已經(jīng)對傳感器進(jìn)一步的改進(jìn)顯得頗為吃力。

時柵E+E位移傳感器的電磁場分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化
為解決時柵傳感器協(xié)同工作而相互干擾的問題,減少傳感器協(xié)同工作時數(shù)據(jù)采集的復(fù)雜程度。用分時激勵、分時采集和排隊(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)來消除多路傳感器相互影響的思想,設(shè)計了基于高精度分時激勵電路、采集電路和串口發(fā)送電路。利用QUARTUSⅡ9.0開發(fā)平臺,用Signal TapⅡ進(jìn)行邏輯分析,并通過兩個時柵E+E位移傳感器搭建試驗(yàn)平臺。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的設(shè)計流程不僅需要投入大量的人力、物力，而且往往一種新方案的設(shè)計要花費(fèi)相當(dāng)長的時間，再加上日前消費(fèi)水平的飛速提高，隨之而來的研究的成本越來越大；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的時柵傳感器設(shè)計方法不能比較精確地分析傳感器中的電磁場，以致設(shè)計的傳感器雖然能滿足當(dāng)前大多數(shù)情況下的要求，但傳感器的輸出信號與理想中的信號相差比較大，所以在有些情況下，比如說在進(jìn)行高速測量時，即動態(tài)測量時，傳感器的輸出信號質(zhì)量就要變差，導(dǎo)致測量精度的下降。對于時柵E+E位移傳感器發(fā)展過程中逐漸呈現(xiàn)的這些問題，傳統(tǒng)的設(shè)計方法又不能很好地滿足解決問題的需要，所以迫切需要尋求更好的方法改進(jìn)傳感器的設(shè)計方法。為了迎合時柵傳感器發(fā)展的需要，我們加強(qiáng)了對時柵傳感器電磁場的分析。在對時柵傳感器進(jìn)行磁路分析的基礎(chǔ)上，電磁場有限元分析法被引入到時柵傳感器的設(shè)計流程中，一方面使我們對時柵傳感器的電磁場有更準(zhǔn)確的把握，不再只是簡單的“定性”分析，還要做到“定量”分析，另一方面我們可以根據(jù)時柵傳感器的電磁場分析結(jié)果來優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，改善其輸出信號質(zhì)量，使其能適應(yīng)高速測量的需要，又能具有更高的測量精度。可以根據(jù)新方案在Ansoft Maxwell中構(gòu)建出模型，然后對其進(jìn)行仿真，如果方案中有不合理的地方可以在Ansoft Maxwell中對模型進(jìn)行修改，再仿真，直至得到令人滿意的新方案。對時柵傳感器的電磁場加強(qiáng)分析后，不僅發(fā)現(xiàn)了目前傳感器中存在的一些問題，而且還找到了對傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案。

時柵E+E位移傳感器的電磁場分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化
由于對時柵傳感器的有限元計算所運(yùn)用計算機(jī)軟件Ansoft Maxwell不僅完成了對時柵傳感器電磁場的求解，而且它給時柵傳感器的方案改進(jìn)帶來了便利，可以大大節(jié)約新方案的設(shè)計時間。仿真實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的時柵傳感器輸出信號質(zhì)量較以前有很大改善，因而傳感器的性能得以提高。試驗(yàn)表明,采用分時激勵和分時采集的方法,傳感器的精度從原來的±3″提高到±1″,可以有效解決多傳感器相互干擾的問題。