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基于多频磁场的平面二维时栅传感器信号解耦研究
1
作者 杨继森 文杰 +1 位作者 雷旭 吴灼 《传感技术学报》 北大核心 2025年第3期487-495,共9页
电磁式二维时栅位移传感器广泛用于数控机床,人工智能等高精度位移测量领域中,针对二维时栅位移测量需要考虑X方向与Y方向感应信号的耦合问题,对位移解耦方法展开相关研究。首先使用开关混频技术将耦合信号拆分为附带位移信息的直流量... 电磁式二维时栅位移传感器广泛用于数控机床,人工智能等高精度位移测量领域中,针对二维时栅位移测量需要考虑X方向与Y方向感应信号的耦合问题,对位移解耦方法展开相关研究。首先使用开关混频技术将耦合信号拆分为附带位移信息的直流量与多个高频附加量,其次利用滤波器提取关键位移信息,最终通过ADC采样对位移信息进行解算;针对传感器两路感应信号不经过同一处理电路引入的电气误差,提出了分时复用的方法,控制分时时序,交错处理两路感应信号。实验结果表明,在X、Y方向分别在10 kHz和200 kHz的频率激励下,该二维测量系统有效提高了传感器测量精度,保证了传感器动态性能,X方向原始对极内误差为±32μm,Y方向原始对极内误差为±27.5μm。 展开更多
关键词 二维时栅位移传感器 多频磁场 解耦方法 开关混频
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绝对式纳米时栅传感器栅尺污染误差分析与抑制方法研究
2
作者 蒲红吉 余志立 +2 位作者 于治成 骆艺 郑方燕 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期135-144,共10页
针对服役状态下油污降低位移传感器精度和可靠性的问题,本文基于绝对式纳米时栅传感器,开展了栅尺油污污染误差分析与抑制方法研究。首先阐述了绝对式纳米时栅传感器测量原理;其次建立了栅尺油污污染的数学理论模型和电场仿真模型。通... 针对服役状态下油污降低位移传感器精度和可靠性的问题,本文基于绝对式纳米时栅传感器,开展了栅尺油污污染误差分析与抑制方法研究。首先阐述了绝对式纳米时栅传感器测量原理;其次建立了栅尺油污污染的数学理论模型和电场仿真模型。通过理论和仿真分析表明:均匀油污污染对传感器没有影响,非均匀油污污染主要引入一次谐波误差,并且误差随着污染油污的厚度和宽度的增加而增加;最后搭建实验平台验证了以上理论分析的正确性。同时提出差动结构,有效抑制了一次谐波误差,提高了传感器抗污能力。研究油污造成的误差影响对提高传感器环境适应性有重要意义,同时也为提高传感器长期可靠性和增强环境适应性提供了理论基础。 展开更多
关键词 时栅位移传感器 油污污染 误差分析 电场仿真 谐波抑制
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时栅传感器动态测量误差补偿 被引量：7
3
作者 孙世政 彭东林 +1 位作者 郑方燕 武亮 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1114-1121,共8页
针对动态测量误差特点,提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模,运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差... 针对动态测量误差特点,提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模,运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差的补偿参数。对于系统误差补偿后残留的随机误差采用灰色预测GM(1,1)模型进行预测,通过模型残差检验和修正提高预测的准确度。实验结果表明,利用傅里叶级数逼近模型有效地补偿了系统误差,误差由±35″降至±7.8″,通过最小二乘参数寻优得到的补偿参数与传感器实际的误差成分相吻合;灰色预测模型则很好地预测补偿了残留的随机误差,误差由±7.8″降至±3″。得到的结果表明,利用这种对误差分别建模和补偿的方法大幅度地降低了动态测量误差,有效地提高了传感器的测量精度。 展开更多
关键词 时栅传感器 位移测量 动态测量误差 系统误差 随机误差 傅里叶级数逼近 GM(1 1)模型
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变耦型时栅传感器及测头姿态对测量误差的影响 被引量：6
4
作者 鲁进 陈锡侯 +1 位作者 汤其富 武亮 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2271-2282,共12页
根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究... 根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究了不同测头姿态下传感器的位移误差特性,并对其进行了谐波分析,得到了不同测头姿态对位移测量误差各次谐波的影响规律。根据传感器模型制作了传感器并开展了验证实验。仿真和实验结果均表明:不同测头姿态对位移测量误差的影响主要体现在对测量误差的1次、2次和4次谐波上,且俯仰姿态引入的附加误差最大,其余测头姿态下引入的位移测量附加误差均较小。若保证较佳的测头姿态,传感器在定尺和动测头间气隙厚度为0.3mm时的原始误差约为±18μm。实验分析结果与仿真结果基本一致。 展开更多
关键词 时栅传感器 位移测量 测头姿态 安装误差 测量精度
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嵌入式时栅传感器的动态自标定 被引量：6
5
作者 孙世政 陈锡侯 +1 位作者 彭东林 武亮 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2757-2764,共8页
提出了一种新的嵌入式时栅角位移传感器的自标定方法,以提高这类传感器在没有高精度母仪标定以及参数和工作环境发生变化时的测量精度。介绍了嵌入式时栅的特点,提出了利用两个间隔一定角度离散测头之间的误差规律变换来实现自标定的方... 提出了一种新的嵌入式时栅角位移传感器的自标定方法,以提高这类传感器在没有高精度母仪标定以及参数和工作环境发生变化时的测量精度。介绍了嵌入式时栅的特点,提出了利用两个间隔一定角度离散测头之间的误差规律变换来实现自标定的方法。设计了动态自标定系统,采用卡尔曼动态滤波算法来降低动态标定过程中传感器自身稳定性波动和环境干扰的影响。为了寻求最优参数以保证标定精度,提出了残差的控制算法。最后,运用设计的自标定系统对传感器进行了标定实验,并与以往母仪标定方法进行了对比。实验结果表明,传感器的误差从标定前±20″降低到±2.4″,标定参数与实际传感器误差成分相吻合,标定精度与以往母仪标定的精度基本相同,满足时栅传感器的标定要求。 展开更多
关键词 嵌入式时栅传感器 离散测头 动态自标定 母仪标定 标定精度
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时栅传感器动态自动测试与标定系统 被引量：5
6
作者 高忠华 陈锡侯 +3 位作者 彭东林 刘小康 王先全 郑方燕 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第2期95-97,共3页
时栅传感器误差曲线的动态自动标定工作,在保证精度的同时,大幅度减少了标定所需的时间。同时,利用软件实现卡尔曼滤波方法,进一步提高了动态标定精度。文中主要介绍了系统工作原理及动态标定的方法,使用结果表明:动态自动测试效率和标... 时栅传感器误差曲线的动态自动标定工作,在保证精度的同时,大幅度减少了标定所需的时间。同时,利用软件实现卡尔曼滤波方法,进一步提高了动态标定精度。文中主要介绍了系统工作原理及动态标定的方法,使用结果表明:动态自动测试效率和标定精度达到了预定的指标。 展开更多
关键词 时栅传感器 卡尔曼滤波 动态测试 自动标定
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嵌入式时栅传感器高精度激励设计 被引量：7
7
作者 王婷 彭东林 +1 位作者 武亮 陈锡侯 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1812-1817,共6页
介绍了嵌入式时栅传感器的基本原理,分析了两相激励信号不一致性主要是幅值不等和相位不正交对传感器测量精度的影响。基于DDS原理结合反馈控制设计了高精度的激励信号模块,采用反馈电路控制可程控放大电路调理两相信号幅值,实现了激励... 介绍了嵌入式时栅传感器的基本原理,分析了两相激励信号不一致性主要是幅值不等和相位不正交对传感器测量精度的影响。基于DDS原理结合反馈控制设计了高精度的激励信号模块,采用反馈电路控制可程控放大电路调理两相信号幅值,实现了激励信号的幅值相等,基于闭环反馈控制直接修改数字激励信号实现了信号的相位正交。实验研究结果表明,采用这种闭环控制的方法,传感器短周期测角误差从±65″降低到±16″左右,常值误差基本消除,传感器精度大幅度提高。 展开更多
关键词 嵌入式时栅传感器 高精度激励 DDS 可程控增益放大电路 闭环控制
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寄生式时栅传感器动态测量误差的贝叶斯建模 被引量：5
8
作者 杨洪涛 章刘沙 +2 位作者 周姣 费业泰 彭东林 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期2523-2531,共9页
为了提高寄生式时栅传感器的测量精度,分析了它的工作原理和动态误差组成,得到其主要误差分量为常值误差、周期误差和随机误差等。针对寄生式时栅误差特点,建立了寄生式时栅动态误差高精度预测模型,并与其他建模方法进行了比较。选用插... 为了提高寄生式时栅传感器的测量精度,分析了它的工作原理和动态误差组成,得到其主要误差分量为常值误差、周期误差和随机误差等。针对寄生式时栅误差特点,建立了寄生式时栅动态误差高精度预测模型,并与其他建模方法进行了比较。选用插入标准值的贝叶斯预测模型,以实际测量的传感器第一个对极动态误差数据进行建模,在后续对极特定位置插入部分实际误差测量数据,建立误差预测模型,预测了传感器后83个对极的动态误差。另选用三次样条插值和BP神经网络建模方法对寄生式时栅整圈动态误差建模,并与建立的误差模型进行了对比。验证实验表明,三次样条插值建模时间最短(0.62s),但其建模精度不高(16.050 0″);贝叶斯动态模型建模时间(0.86s)略长于三次样条插值,但建模精度最高(0.415 3″);BP神经网络建模时间最长(32min),但建模精度最低(19.680 2″)。同时贝叶斯插入标准值建模方法所需数据点(69395个)远少于三次样条和BP神经网络建模数据点(235526个),节省了大量的标定时间和建模数据量,因此可用于寄生式时栅传感器的动态测量误差高精度建模修正。 展开更多
关键词 寄生式时栅 时栅传感器 测量误差 贝叶斯原理 标准值插入 误差建模
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直线式时栅传感器的动态测量与数据处理 被引量：6
9
作者 张天恒 彭东林 +1 位作者 杨继森 郑方燕 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第11期83-85,共3页
针对直线式时栅传感器的动态测量,提出了直线式时栅传感器的主要动态误差源。采用直线光栅尺,光栅测量值作为直线式时栅传感器空间位置测量的标准量,直线式时栅传感器的预测测量值与之进行比较,从而得到动态预测测量的误差值。对测量的... 针对直线式时栅传感器的动态测量,提出了直线式时栅传感器的主要动态误差源。采用直线光栅尺,光栅测量值作为直线式时栅传感器空间位置测量的标准量,直线式时栅传感器的预测测量值与之进行比较,从而得到动态预测测量的误差值。对测量的误差值进行数据的预处理:数据的截断和采样、异常数据剔除,预处理后对误差值进行频谱分析,提取出幅值和相位,以便于用软件实现谐波修正,提高直线式时栅传感器的精度。 展开更多
关键词 直线式时栅传感器 动态测量 数据处理 频谱分析
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基于超声电机技术的新型时栅传感器原理分析 被引量：4
10
作者 彭东林 熊强强 +2 位作者 刘小康 陈锡候 奚建平 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2010年第7期91-95,共5页
根据时空坐标转换理论,对比目前单齿式时栅位移传感器和场式时栅位移传感器有待改善之处,提出一种利用行波超声电机实现匀速运动坐标系的方法。通过对产生行波的数学模型进行分析,可以达到实现匀速运动坐标系的目的。
关键词 超声电机 时栅传感器 时空坐标转换方法
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运用FPGA+ARM的直线式时栅传感器的数据采集系统设计 被引量：3
11
作者 张天恒 王阳阳 +1 位作者 王先全 凌旭 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2015年第1期53-58,共6页
利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,借鉴国际上先进的位移测量技术手段,设计直线式时栅传感器高速实时数据采集系统。通过先进的RISC机器(Advanced RISC Machines,ARM)对现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA... 利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,借鉴国际上先进的位移测量技术手段,设计直线式时栅传感器高速实时数据采集系统。通过先进的RISC机器(Advanced RISC Machines,ARM)对现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行管理控制,利用嵌入式操作系统Linux软件编程,在FPGA上构建正弦信号发生器、NIOS_II软核处理器,完成高速数据采集,使系统具有更好的可靠性与实时性。实验表明:采用所设计的高速实时数据采集系统,最小分辨时间为2.44ns.解决了直线式时栅传感器处理速度和数据采集不匹配的问题,实现了直线式时栅传感器的实时误差修正与补偿,为高精度直线式时栅传感器的研制提供了技术支持。 展开更多
关键词 嵌入式 现场可编程门阵列 主控制器ARM 时栅传感器 误差修正与补偿
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时栅传感器电气误差分析及补偿 被引量：3
12
作者 张天恒 彭东林 +1 位作者 杨伟 王先全 《工具技术》 2009年第8期107-109,共3页
测量仪器误差分析是测量仪器研制过程中的重要一环。为了确定影响仪器测量精度的主要误差因素,本文讨论了时栅传感器电气误差中零电平误差、电源误差的产生原因,提出用误差补偿技术来提高时栅的测量精度,对时栅传感器的批量化生产具有... 测量仪器误差分析是测量仪器研制过程中的重要一环。为了确定影响仪器测量精度的主要误差因素,本文讨论了时栅传感器电气误差中零电平误差、电源误差的产生原因,提出用误差补偿技术来提高时栅的测量精度,对时栅传感器的批量化生产具有重要作用。 展开更多
关键词 时栅传感器 电气误差 测量精度 误差补偿
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卡尔曼滤波在时栅传感器动态标定系统中的应用 被引量：4
13
作者 高忠华 张兴红 陈锡侯 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2010年第2期91-94,共4页
在时栅传感器误差曲线的动态自动标定中,利用软件实现卡尔曼滤波方法,以达到消除随机误差的目的。该方法在大幅度减少了标定所需时间的同时,进一步提高了动态标定精度。介绍了系统工作原理及卡尔曼滤波的实现方法。使用结果表明,采用该... 在时栅传感器误差曲线的动态自动标定中,利用软件实现卡尔曼滤波方法,以达到消除随机误差的目的。该方法在大幅度减少了标定所需时间的同时,进一步提高了动态标定精度。介绍了系统工作原理及卡尔曼滤波的实现方法。使用结果表明,采用该方法后自动测试效率和标定精度达到了预定的指标。 展开更多
关键词 卡尔曼滤波 时栅传感器 动态精度 自动标定
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基于CPLD设计的增量式时栅传感器增量信号处理电路 被引量：2
14
作者 王彦刚 彭东林 +1 位作者 易文翠 王先全 《工具技术》 北大核心 2007年第2期81-85,共5页
介绍了增量式时栅位移传感器的工作原理,在分析信号产生及增量测量方法的基础上,采用D触发器工作原理设计了防重复计数电路模块,并采用VHDL语言设计了增量及方向信号产生电路模块,解决了时栅传感器信号处理电路的增量信号输出问题。通... 介绍了增量式时栅位移传感器的工作原理,在分析信号产生及增量测量方法的基础上,采用D触发器工作原理设计了防重复计数电路模块,并采用VHDL语言设计了增量及方向信号产生电路模块,解决了时栅传感器信号处理电路的增量信号输出问题。通过对增量信号处理电路在CPLD中的综合时序仿真,验证了电路设计的正确性。CPLD可再编程的特点便于后续开发对传感器测量处理电路的升级。 展开更多
关键词 增量式时栅传感器 信号处理电路 CPLD VHDL
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平面线圈型时栅传感器及动尺姿态误差特性分析 被引量：3
15
作者 刘洋 武亮 +3 位作者 彭东林 钟自强 牟川 景欢 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第11期21-27,32,共8页
根据时栅传感器测量原理,提出一种利用平面线圈代替齿槽绕线方式的直线时栅位移传感器以提高位移测量精度。该传感器通过定尺上的励磁线圈产生行波磁场,随着动尺移动,利用磁场拾取线圈感应不同位置处的磁场变化得到行波信号来实现精密... 根据时栅传感器测量原理,提出一种利用平面线圈代替齿槽绕线方式的直线时栅位移传感器以提高位移测量精度。该传感器通过定尺上的励磁线圈产生行波磁场,随着动尺移动,利用磁场拾取线圈感应不同位置处的磁场变化得到行波信号来实现精密位移测量。通过建模仿真,研究了动尺不同姿态下的误差特性并对其进行了谐波分析。得到了不同姿态对位移测量误差的影响规律。制作加工了传感器并展开了验证实验,仿真与实验结果均表明:不同的动尺姿态对位移测量误差的影响主要体现在1次、2次和4次谐波上,且俯仰引起误差变化最大,其余姿态下均较小。在定尺与动尺之间气隙厚度为0.2 mm时,其原始误差为81μm。通过误差修正与拟合可进一步提高测量精度。 展开更多
关键词 时栅传感器 误差特性分析 动尺姿态
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SSI同步串行技术在时栅传感器中的应用研究 被引量：1
16
作者 冯济琴 彭东林 +2 位作者 王先全 郑方燕 杨继森 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第4期105-107,共3页
智能时栅位移传感器是一种全新的位移传感器。文中提出将SSI同步串行技术应用在智能时栅传感器上,使智能时栅传感器的输出协议能兼容多种国外高精度光电编码器。详细介绍了SSI同步串行技术在智能时栅传感器接口上的实现与应用。
关键词 SSI 时栅传感器 光电编码器
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基于ARM的直线式时栅传感器自动闭环控制系统设计 被引量：1
17
作者 张天恒 彭东林 +2 位作者 杨继森 郑方燕 陈自然 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2011年第9期142-145,共4页
设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步... 设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,并与上位机之间进行串口通信。实践证明:系统响应速度快,控制精度能达到0.1μm。 展开更多
关键词 自动闭环控制 直线式时栅传感器 ARM 步进电动机
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直线式时栅传感器的自动定位闭环控制系统设计 被引量：1
18
作者 张天恒 彭东林 +2 位作者 杨继森 王先全 董淳 《工具技术》 2010年第4期91-93,共3页
为了实现直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率,设计了一套高精度自动定位系统。该系统采用ARM作为主控芯片,控制步进电机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反... 为了实现直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率,设计了一套高精度自动定位系统。该系统采用ARM作为主控芯片,控制步进电机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,形成高精度闭环控制,并与上位机之间进行串口通信。系统定位精度达到0.1μm。 展开更多
关键词 直线式时栅传感器 高精度定位 步进电机 ARM 闭环控制
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高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计 被引量：8
19
作者 陈自然 赵建 +1 位作者 田伟 赵有祥 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1527-1534,共8页
为提高磁场式时栅传感器测量精度,从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通... 为提高磁场式时栅传感器测量精度,从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明:本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4″降低到了±20.3″,有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3″,整周角位移测量精度达到±2″,满足高精度位移测量要求。 展开更多
关键词 磁场式时栅传感器 高精度激励源 闭环控制 测量误差
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时栅传感器气隙磁导正弦规律变化的调制方法 被引量：1
20
作者 张天恒 王宇 +2 位作者 梁敏 吴灼 鲁进 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1363-1367,共5页
针对时栅传感器输出信号近似于正弦波中包含各次谐波成分的三角波,提出一种传感器气隙磁导正弦规律性变化的调制方法,来解决谐波成分的干扰、绕组短路等问题对精度的影响。应用微分法对这种新型传感器的数学模型进行计算,构建转子外圆... 针对时栅传感器输出信号近似于正弦波中包含各次谐波成分的三角波,提出一种传感器气隙磁导正弦规律性变化的调制方法,来解决谐波成分的干扰、绕组短路等问题对精度的影响。应用微分法对这种新型传感器的数学模型进行计算,构建转子外圆柱面齿形曲线函数f_(1)(θ)和f_(2)(θ),通过电磁场仿真,验证了设计方案的可行性和正确性。分析结果表明,f_(1)(θ)和f_(2)(θ)型传感器的输出信号能更好地抑制谐波成分和提升正弦波规则性,在0°~6°测量范围内,仿真误差为±25″,对时栅传感器的设计具有重要的借鉴意义。 展开更多
关键词 时栅传感器 气隙磁导 正弦规律 齿形曲线函数 调制方法
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