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時柵E+E位移傳感器中利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號
原有的基于變耦合系數(shù)變壓器原理的時柵E+E位移傳感器方案,采用通過旋轉(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,所得電行波信號相對較弱,載波較大,難以濾除,且很容易受到周圍電磁環(huán)境干擾.為了克服上述問題,基于相同的原理,又提出了一種利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號的新方法,使時柵E+E位移傳感器的研究工作跳出了長期依賴電磁轉(zhuǎn)換原理設(shè)計傳感器的思路,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.

時柵E+E位移傳感器中利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號
延續(xù)前期關(guān)于磁場式和電場式時柵E+E位移傳感器的研究基礎(chǔ),根據(jù)時柵傳感器的設(shè)計思想,提出并分析光場式時柵傳感器的測量原理及實(shí)現(xiàn)方案。探索性地提出在靜態(tài)光場下,用時序驅(qū)動的光電探測器構(gòu)成勻速掃描測量方式,實(shí)現(xiàn)將被測對象的空間位移測量轉(zhuǎn)換為時間差的測量。為了驗(yàn)證方案的可行性,用多個線陣電荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)構(gòu)成圓陣列,實(shí)現(xiàn)CCD時柵原理樣機(jī)設(shè)計。將相鄰CCD輸出信號的時間差變化量與勻速掃描的速度值相乘,經(jīng)過適當(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),通過與精度為±1″的圓光柵(ROD880)對比測量,在整周范圍內(nèi),測量誤差控制在±6°以內(nèi)。為光場式時柵的進(jìn)一步研究,提供了可靠的理論和實(shí)踐依據(jù)。為了提高時柵E+E位移傳感器的動態(tài)性以及測量精度,設(shè)計了一種基于數(shù)字內(nèi)插法的時柵信號處理系統(tǒng);利用粗計數(shù)法和數(shù)字內(nèi)插法將時柵信號分成粗測和細(xì)測兩部分分別進(jìn)行測量,降低了對插補(bǔ)脈沖頻率的要求,提高了測量精度;同時采用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,時柵在40 kHz激勵情況下誤差為±1.2″,實(shí)現(xiàn)了時柵信號的高精度測量。為實(shí)現(xiàn)時柵角E+E位移傳感器的誤差分離,進(jìn)而對其誤差進(jìn)行修正,提高時柵角E+E位移傳感器的測量精度,采用多路信號疊加原理,針對時柵角E+E位移傳感器的定子和轉(zhuǎn)子在加工過程中存在的誤差進(jìn)行分離,消除了大部分的長周期誤差,并對分離出來的誤差成分進(jìn)行諧波分析,建立誤差修正模型,利用該模型對時柵角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,修正后的場式時柵角E+E位移傳感器的測量精度顯著提高,精度優(yōu)于±2"。實(shí)驗(yàn)證明,這種誤差分離的方法對消除圓周分度誤差十分有效,所建立的誤差修正模型對傳感器誤差修正效果明顯。為了提高寄生式時柵角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,通過對傳感器結(jié)構(gòu)分析和行波公式推導(dǎo)分析,得到寄生式時柵角E+E位移傳感器的主要誤差來源,包括兩相激勵信號時間、空間正交性誤差以及駐波信號幅值誤差、線圈零點(diǎn)殘余電壓引起的誤差等.對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傳感器測量精度的影響zui為顯著,為寄生式時柵傳感器的主要誤差來源;激勵信號的時間、空間正交誤差及兩列駐波信號的幅值不等為次要來源.

時柵E+E位移傳感器中利用光電技術(shù)產(chǎn)生電行波信號
針對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺中的數(shù)控轉(zhuǎn)臺采用伺服電機(jī)作為運(yùn)動部件、通過蝸輪。蝸桿傳動而產(chǎn)生的運(yùn)動速度低、動態(tài)響應(yīng)差等不足,設(shè)計了一種基于可編程多軸控制卡PMAC的開放式運(yùn)動控制轉(zhuǎn)臺實(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)計開發(fā)了整套自動控制軟件。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,運(yùn)動速度瓶頸得到解決,動態(tài)響應(yīng)明顯改善。