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時(shí)柵角E+E位移傳感器自標(biāo)定與誤差修正研究
時(shí)柵角E+E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(lài)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E+E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。

時(shí)柵角E+E位移傳感器自標(biāo)定與誤差修正研究
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(lèi)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E+E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E+E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(pán),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E+E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。在對(duì)國(guó)內(nèi)外的角E+E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E+E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)。迄今己完成的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)造性工作如下：在分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外角E+E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。提出了適合于寄生式時(shí)柵技術(shù)的基于zui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E+E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zui小微元插值誤差自動(dòng)修正技術(shù)。設(shè)計(jì)了時(shí)柵角E+E位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E+E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)。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：對(duì)時(shí)柵角E+E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”對(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zui小微元插值法的誤差自修正,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",zui小微元插值法進(jìn)行誤差修正后的精度為13.2"。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。

時(shí)柵角E+E位移傳感器自標(biāo)定與誤差修正研究
綜上所述,在對(duì)時(shí)柵角E+E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E+E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,在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)自標(biāo)定和自修正誤差進(jìn)行分析,為今后更深入的研究提供理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法。