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多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器研究
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作者 杨继森 袁俊松 +2 位作者 修府 刘嘉诚 张小龙 《中国机械工程》 北大核心 2025年第5期889-897,共9页
针对双列平面磁场式传感器两码道激励频率相同时磁场之间的相互串扰影响传感器测量精度并降低信噪比等问题,提出了一种多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器设计方案,在实现解算绝对位移的同时能够消除码道间磁场串扰的问题。传感器... 针对双列平面磁场式传感器两码道激励频率相同时磁场之间的相互串扰影响传感器测量精度并降低信噪比等问题,提出了一种多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器设计方案,在实现解算绝对位移的同时能够消除码道间磁场串扰的问题。传感器分为定尺和动尺,都采用双层交替结构,定尺使用两列增量式码道组合而成,分为精机和粗机,两列激励线圈的对极数为互质关系的两个整数,利用对极内位移差实现绝对位移测量。精机测量通道和粗机测量通道同时通入不同频率的激励电流信号,其中精机为1 MHz高频电流信号,高频激励电流信号可以有效增强感应信号,提高电气处理系统的信噪比。通过外差降频的方法来提高传感器分辨力,有效地解决了通过提高激励信号频率来提高信号信噪比与传感器解算高分辨力难以兼顾的问题。通过电磁仿真分析对传感器进行了理论验证和误差分析。最后搭建实验平台进行了样机实验,实验结果表明,采用多频磁场耦合的绝对式传感器结构有效消除了精机与粗机之间的磁场串扰,传感器信噪比得到提高,在140 mm的测量范围内测量误差小于±17.34μm。 展开更多
关键词 绝对位移测量 多频磁场耦合 信噪比 位移传感器
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基于差极结构的绝对式直线时栅位移传感器研究及测量误差特性分析 被引量:12
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作者 陈自然 黎锡 +3 位作者 冯曦颉 陈鸿友 张桁潇 余海游 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期667-677,共11页
针对传统绝对式位移传感器复杂编码和严苛光刻加工的难题,提出了一种“精机定位+精机测量”的差极结构绝对式时栅位移测量新方法。传感器定尺分为两列对极数相差1的激励绕组,每列激励绕组由空间正交排布的正/余弦绕组构成。通过施加正... 针对传统绝对式位移传感器复杂编码和严苛光刻加工的难题,提出了一种“精机定位+精机测量”的差极结构绝对式时栅位移测量新方法。传感器定尺分为两列对极数相差1的激励绕组,每列激励绕组由空间正交排布的正/余弦绕组构成。通过施加正交激励电流,采用动尺正弦形感应绕组拾取时变磁场,得到两路行波信号。通过信号解耦以精机定位和精机测量的组合测量方式实现绝对位移测量。重点开展了安装高度和安装误差对测量精度的影响分析。实验结果表明安装偏角会导致对极内直流电平和二次谐波误差明显增大,修正后传感器在量程90 mm的范围内,测量精度为±1.2μm,分辨力为0.1μm。 展开更多
关键词 绝对位移测量 时栅传感器 差极结构 测量误差分析
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一种仅用单相绕组的新型绝对式角位移传感器
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作者 张治滔 陈锡侯 邓豪 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第10期20-26,共7页
绕组结构是影响旋转变压器精度的关键因素之一,而VR旋转变压器的感应绕组和励磁绕组之间存在寄生电容,容易干扰信号。针对上述问题,在VR旋转变压器的基础上,设计了一种仅有单相绕组的定子和叶片形转子,结合电桥测量及自感原理的新型绝... 绕组结构是影响旋转变压器精度的关键因素之一,而VR旋转变压器的感应绕组和励磁绕组之间存在寄生电容,容易干扰信号。针对上述问题,在VR旋转变压器的基础上,设计了一种仅有单相绕组的定子和叶片形转子,结合电桥测量及自感原理的新型绝对式角位移传感器。通过切换电路改变绕线方式,实现精机和粗机绕线的切换,进而实现传感器的绝对测量。采用有限元仿真验证了分析的可行性,得到传感器精机和粗机结构仿真误差峰峰值分别为55.8″和5291″。搭建实验平台,设计传感器样机并进行测试,验证了所提出的传感器结构设计的有效性,在0~360°的采样范围内误差峰峰值约为0.104°。 展开更多
关键词 绝对位移测量 单相绕组 旋转变压器 绕线切换
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基于分时方法的高精度反射绝对式纳米时栅位移传感器设计 被引量:10
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作者 刘小康 梅现富 +2 位作者 蒲红吉 彭凯 于治成 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期97-105,共9页
本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A... 本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A与传感器B相位作差实现绝对位移测量。采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器A和传感器B施加激励信号,并把不工作的电极接地。实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在400 mm范围内,补偿后实现了±300 nm的测量精度。 展开更多
关键词 绝对位移测量 纳米时栅 分时方法 位移传感器
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一种分时复用的绝对式纳米时栅位移传感器设计 被引量:2
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作者 邓志钊 蒲红吉 +2 位作者 于治成 王合文 樊星辰 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2023年第12期122-129,共8页
现代高端装备制造对精密位移检测技术提出了绝对位置测量、高精度和大量程的需求,针对绝对式位移量程与编码的矛盾,提出了一种基于分时复用方法的绝对式纳米时栅位移传感器。采用单列式时栅位移传感器作为绝对式传感器的精测部分,记为... 现代高端装备制造对精密位移检测技术提出了绝对位置测量、高精度和大量程的需求,针对绝对式位移量程与编码的矛盾,提出了一种基于分时复用方法的绝对式纳米时栅位移传感器。采用单列式时栅位移传感器作为绝对式传感器的精测部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,增加一个周期数比传感器A少且互为质数的对射增量式时栅位移传感器,记为传感器B。利用传感器A与传感器B输出行波的相位值,通过查找表和定位计算实现绝对位移测量。提出了一种分时复用的方法,通过分时间段为传感器A与传感器B提供激励信号,可以有效降低传感器功耗。此外,传感器A与传感器B的感应电极在内部用引线连接,共用1组感应信号处理接口,减少了1组感应信号处理器件,节约了电路空间。采用多层PCB工艺制造了传感样机,搭建了实验平台并对样机性能进行测试。最终实验结果表明:在450 mm范围内,非线性测量误差达到±3μm。 展开更多
关键词 分时复用方法 绝对位移测量 纳米时栅 位移传感器
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多频磁场耦合的绝对式时栅角位移传感器
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作者 杨继森 刘邦全 +3 位作者 易靖松 曹峻杰 罗云沛 张静 《光学精密工程》 2025年第18期2882-2898,共17页
为了解决磁场式传感器双码道结构体积大和同频激励导致的码道串扰问题,并提升信噪比与测量精度,提出了一种多频磁场耦合的绝对式时栅角位移传感器设计方案,实现实时绝对角位移测量,以满足工业应用中的空间约束测量需求。首先,建立平面... 为了解决磁场式传感器双码道结构体积大和同频激励导致的码道串扰问题,并提升信噪比与测量精度,提出了一种多频磁场耦合的绝对式时栅角位移传感器设计方案,实现实时绝对角位移测量,以满足工业应用中的空间约束测量需求。首先,建立平面线圈瞬态磁场耦合理论模型,分析不同形状激励线圈磁场分布特性,基于增量式测量原理构建绝对式单码道角位移传感器模型;建立对极数互质绝对式时栅位移解算方案,采用500 kHz(粗机)与1 MHz(精机)双频同步激励方案下,利用高频转低频原理,解决高频激励信号下传感器高信噪比和高分辨力之间的矛盾问题;通过电磁仿真与误差分析,确定传感器最佳耦合间隙为1.0 mm;最后,研制了外径84 mm的传感器样机,并完成性能测试验证。实验结果表明,该传感器在实现小型化的同时,有效抑制了粗机和精机码道间的磁场串扰问题,在整周测量范围内,最大测量误差为±78″。 展开更多
关键词 绝对位移测量 多频磁场耦合 信噪比 位移传感器
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