時柵角位移傳感器自標定與誤差修正方法及關鍵技術研究.pdf

1、時柵角位移傳感器是根據時空轉換思想而研發(fā)的一種新型傳感器，近年來開始向產業(yè)化邁進。目前，時柵傳感器雖然在加工過程摒棄了空間超精密刻劃技術，但是其檢驗與標定環(huán)節(jié)卻仍依賴于空間超精密刻劃技術的傳感器作為參考基準。而且隨著時柵角位移傳感器精度的進一步提高，尋找更高精度的參考基準來標定它就更加困難，所以參考基準是時柵傳感器必須要解決問題。另外，在實際惡劣的使用環(huán)境中，包括時柵傳感器在內的其它同類傳感器面臨的共同問題是:當傳感器的機械參數和電氣參

2、數發(fā)生變化時，測量精度如何長期保持？上述的兩個問題促使了本課題對時柵角位移傳感器的自標定和誤差自修正展開研究。
　　目前，國內外對角位移傳感器的自標定研究不多，基本方法仍然是以圓周封閉原則為依據，轉換為以常角為基準進行相互標定或自標定。多采用兩套讀數頭或兩個碼盤，自標定傳感器使用條件要求苛刻、結構復雜，很少能夠進行產業(yè)化生產。真正實現通過自標定達到高精度的角位移傳感器，基本是在實驗室中使用，典型的代表是德國聯邦物理技術研究院和日本

3、國家計量研究院各擁有一臺超高精度的測角儀器，都是通過自標定實現其高精度的測量。
　　本文在對國內外的角位移傳感器自標定方法充分調研和深入分析的基礎上，根據時柵角位移傳感器和寄生式時柵誤差的特點，采用理論分析和數學建模的方法對其自標定和誤差自修正方法進行了深入研究。目標是實現傳感器自標定與誤差自動修正技術大規(guī)模用于產品化生產，尤其是用于大型復雜的生產與科研現場。迄今已完成的主要研究內容和創(chuàng)造性工作如下:
　　1)在分析總結國內

4、外角位移傳感器自標定方法，以及前期開展的基于誤差轉換的時柵自標定方法（ECT方法）的基礎上，根據時柵傳感器及寄生式時柵結構和誤差特點，提出了定角平移自標定方法（FAS方法），并對該方法進行了理論推導和數學建模。
　　2)提出了適合于寄生式時柵技術的基于最小微元插值的動態(tài)誤差自修正方法，并建立了誤差修正模型。同時實現了時柵角位移傳感器的諧波修正誤差自動修正技術和寄生式時柵的最小微元插值誤差自動修正技術。
　　3)設計了時柵角位

5、移傳感器和寄生式時柵的自標定結構，完成了時柵角位移傳感器和寄生式時柵的誤差自動修正的電路及電氣系統設計。
　　4)設計了實驗系統及實驗方案，開展了大量的實驗研究，給出了詳細的實驗數據，其結果如下:
　?、賹r柵角位移傳感器進行靜態(tài)自標定和基于諧波修正法的誤差自修正，經過兩次自標定和自修正，通過比對實驗得出靜態(tài)自標定精度為1"，誤差修正后的精度為2.3"。
　?、趯纳綍r柵進行了靜態(tài)和動態(tài)自標定以及基于最小微元插值法的

6、誤差自修正，經過比對實驗，其靜態(tài)標定精度為21"，進行誤差修正后的精度為28"。動態(tài)自標定精度為6.2"，最小微元插值法進行誤差修正后的精度為13.2"。
　　5)針對上述的不同的實驗結果，分別進行分析，給出了各個環(huán)節(jié)的誤差來源，并給出了定量分析。
　　綜上所述，本文是在對時柵角位移傳感器和寄生式時柵技術的原理及誤差特點進行較為深入分析的基礎上，探討了時柵角位移傳感器和寄生式時柵技術自標定和誤差自修正方法并建立相應的誤差模型