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绝对式角位移传感器的研究综述
1
作者 张天恒 彭东林 +2 位作者 王阳阳 郑永 段正南 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第6期1-16,共16页
在智能控制系统的核心部件中,绝对式角位移传感器占据着至关重要的地位。其测量精度与长期运行的可靠性,直接决定了整个控制系统的性能上限。综述了基于不同物理原理的绝对式角位移传感器(电感式、光电式、电场式、磁电式),深入探究其... 在智能控制系统的核心部件中,绝对式角位移传感器占据着至关重要的地位。其测量精度与长期运行的可靠性,直接决定了整个控制系统的性能上限。综述了基于不同物理原理的绝对式角位移传感器(电感式、光电式、电场式、磁电式),深入探究其核心传感机理。阐述了各类绝对式角位移传感器的工作原理、感知电极的形状(特殊编码、环形、扇形、正弦形、花瓣形等)来适应不同的传感机理、感知单元(从栅线到栅面再到阵列)的构型特征来提高感知精度、传感媒介向多媒介耦合转变增强复杂环境的适应性、典型的绝对测量的结构特征以及当前的研究现状。在分析各自优势的同时,也明确指出其固有的局限性,同时对比分析了当前市场上主流产品的性能指标及其典型应用领域,为工程选型提供参考。剖析了在不同传感机理下,融合时空调制技术,通过在空间上周期性分布感知单元并在时间维度上进行信号扫描与解调,具备高精度与抗干扰特性的绝对式时栅角位移传感器。最后,对绝对式角位移传感器未来发展趋势进行展望。在提升传感器精度与分辨率的同时,增强在极端环境下的鲁棒性与可靠性,深化多传感器信息融合技术以满足复杂智能控制系统对多维信息感知的更高需求。 展开更多
关键词 绝对测量 传感机理 传感结构 感知电极的形状 绝对式时栅角位移传感器
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基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器 被引量：11
2
作者 刘小康 李昌伟 +2 位作者 彭凯 于治成 冯济琴 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期23-31,共9页
提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础,将单对极与多对极相结合,整周多对极作为精确测量部分实现高精度,整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电... 提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础,将单对极与多对极相结合,整周多对极作为精确测量部分实现高精度,整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电极结构,粗测部分和精测部分共用一组反射电极和接收电极,因此结构更加紧凑,便于小型化,同时动子无需引线,应用环境更广。通过分时间段对粗测部分和精测部分施加激励信号,并把不工作的电极接地,可以有效消除粗测部分和精测部分之间的串扰,保证测量精度。采用PCB技术制造了外径Φ=60 mm,内径Φ=26 mm的传感器样机。通过理论分析和结构优化,最终实验结果表明传感器的测量精度达到了±12″。 展开更多
关键词 分时复用结构 反射式 绝对式 时栅 角位移传感器
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基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器 被引量：12
3
作者 刘小康 柳康 +2 位作者 蒲红吉 于治成 彭凯 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期90-98,共9页
提出了一种基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器,该传感器由单圈绝对式传感器与多圈计数模块组成。首先,采用两级单排式时栅角位移传感器构成单圈绝对式传感器,通过第一级传感器构建四路正交的行波信号,将差动的两路行波信... 提出了一种基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器,该传感器由单圈绝对式传感器与多圈计数模块组成。首先,采用两级单排式时栅角位移传感器构成单圈绝对式传感器,通过第一级传感器构建四路正交的行波信号,将差动的两路行波信号直接反射,作为精测信号;同时,利用第一级四路正交的行波信号作为第二级传感器的激励信号进行二次调制,获得整周单周期信号,作为粗测信号,精测信号结合粗测信号实现高精度单圈绝对式角位移测量。在此基础上,结合韦根多圈计数模块记录圈数信息,从而实现高精度多圈绝对式角位移测量。通过印制电路板技术制作了原理样机,搭建了实验平台,并进行了测试,实验结果表明:该传感器在整周范围原始精度可达±8″,并且在上电、断电情况下实现了圈数的准确记忆。 展开更多
关键词 二次调制 多圈绝对式 时栅 角位移传感器
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小型化高精度绝对式时栅角位移传感器 被引量：1
4
作者 彭凯 樊星辰 +1 位作者 陈自然 冯济琴 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期9-16,共8页
针对机器人关节臂、关节臂式测量机等设备中所用绝对式角位移传感器面临的高精度和小体积之间的矛盾，研制了一种基于电场式时栅传感技术的绝对式、高精度、小型化角位移传感器。采用内圈单对极粗测结合外圈多对极精测的方式，实现绝对... 针对机器人关节臂、关节臂式测量机等设备中所用绝对式角位移传感器面临的高精度和小体积之间的矛盾，研制了一种基于电场式时栅传感技术的绝对式、高精度、小型化角位移传感器。采用内圈单对极粗测结合外圈多对极精测的方式，实现绝对定位功能；采用单排差动传感结构能有效抑制共模干扰的优点，保证测量精度；采用传感电极和电路元件的集成化设计，实现了小型化。使用PCB工艺制作了外径为φ=45mm的传感器样机，通过实验分析表明，内外两圈之间的交叉串扰导致了对极内的一次谐波误差。在此基础上提出增大两圈间隙和布置中间屏蔽地的优化方案，使最终测量精度达到了±5．5″。该传感器在具备低功耗、低成本、小体积等特点的同时，拥有巨大的产品化潜力。 展开更多
关键词 小型化 高精度 绝对式 时栅 角位移传感器
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高精度绝对式差极角位移传感器 被引量：4
5
作者 张辉 刘小康 +3 位作者 彭凯 蒲红吉 于治成 徐天慧 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第5期27-33,共7页
针对传统的大尺寸栅式角位移传感器在实现绝对定位的同时难以兼顾高精度测量的问题,在前期研究基础上设计了基于交变电场的大尺寸绝对式角位移传感器。传感器利用单列式传感结构实现高精度测量,设计内、外圈两圈结构在整周内刚好相差一... 针对传统的大尺寸栅式角位移传感器在实现绝对定位的同时难以兼顾高精度测量的问题,在前期研究基础上设计了基于交变电场的大尺寸绝对式角位移传感器。传感器利用单列式传感结构实现高精度测量,设计内、外圈两圈结构在整周内刚好相差一对极以实现绝对定位。研制的传感器样机内径为100 mm、外径为154 mm,经实验测试并分析,其对极内呈现的二次谐波误差是由传感器不圆度所导致,四次谐波误差是因传感器结构缝宽比设计不合理而形成。为此,通过加长定尺极片、缩短动尺极片以削弱二次谐波误差,并设计缝宽比为1∶1以减小四次误差。优化后的传感器整周测量精度达到5″,对极内测量精度达到±1.5″。 展开更多
关键词 高精度 绝对式 差极结构 角位移传感器
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一种基于PCB工艺的平面绝对式角位移传感器研究 被引量：6
6
作者 景欢 汤其富 +1 位作者 王阳阳 刘洋 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第5期1-5,10,共6页
文中研究的平面绝对式角位移传感器采用PCB工艺制造定子和转子。定子PCB包含正弦形平面激励线圈和环形感应线圈,转子PCB包含改变激励线圈和感应线圈耦合系数的铜箔阵列。传感器共有2个传感通道,2个通道的重复结构周期数相差为1,共同实... 文中研究的平面绝对式角位移传感器采用PCB工艺制造定子和转子。定子PCB包含正弦形平面激励线圈和环形感应线圈,转子PCB包含改变激励线圈和感应线圈耦合系数的铜箔阵列。传感器共有2个传感通道,2个通道的重复结构周期数相差为1,共同实现绝对角位移测量。文中对该传感器进行了有限元仿真,验证了其原理可行性。样机实验表明,在0°~360°范围内传感器的原始测量误差为-104.2″~28.8″。这种基于PCB工艺的平面绝对式角位移传感器,具有结构简单、厚度小的特点,非常适合机器人关节臂等对传感器体积要求苛刻的工作场合。 展开更多
关键词 角位移 传感器 电磁感应 绝对式 PCB
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基于斐波那契数列的双通道绝对式时栅设计 被引量：2
7
作者 瞿宝华 王阳阳 +1 位作者 张天恒 梁敏 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第7期1-4,25,共5页
磁场式时栅角位移传感器的绝对式测量主要采用2个极对数呈互质关系的“精机+精机”的双通道组合形式实现。为了解决和优化传感器设计中两组极对数匹配问题,文中尝试引入斐波那契数列作为寻优化设计的参考,并为传感器设计提供参考。文中... 磁场式时栅角位移传感器的绝对式测量主要采用2个极对数呈互质关系的“精机+精机”的双通道组合形式实现。为了解决和优化传感器设计中两组极对数匹配问题,文中尝试引入斐波那契数列作为寻优化设计的参考,并为传感器设计提供参考。文中先后建立了传感模型,并通过有限元仿真软件开展了不同对极对数组合下的绝对式时栅的磁场仿真,仿真结果表明:各组仿真波形的感应行波信号的相位仿真值与理论值的误差可以保持在低于0.3°,且随着极对数的组合形式越趋近于黄金分割点,传感器仿真结果越好。因此,文中通过实验表明斐波那契数列可以作为绝对式时栅传感器结构设计的一种有利参考,对时栅传感器的寻优设计有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 绝对式时栅 斐波那契数列 角位移传感器 双通道
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一种对极数互质的高精度绝对式角位移传感器 被引量：5
8
作者 吴昶亮 于治成 +2 位作者 蒲红吉 展丙男 樊星辰 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2023年第2期166-172,共7页
提出了一种对极数互质的高精度绝对式时栅角位移传感器。在N对极的单圈增量电场式时栅角位移传感器的基础上增加一个M对极的传感器,实现组合测量,其中,2个增量式传感器对极数N和M为互质数,对极数多的作为精测部分,保证传感器的测量精度... 提出了一种对极数互质的高精度绝对式时栅角位移传感器。在N对极的单圈增量电场式时栅角位移传感器的基础上增加一个M对极的传感器,实现组合测量,其中,2个增量式传感器对极数N和M为互质数,对极数多的作为精测部分,保证传感器的测量精度;对极数少的作为粗测部分,利用2个增量式传感器输出行波相位差和空间角度对应关系实现传感器的绝对角位移测量。采用差动感应电极结构消除共模干扰以保证测量精度,这种对极数互质组合测量传感器既能够较容易实现绝对定位,又能够保证传感器的高精度。采用印制电路板技术制造了外径154 mm、内径100 mm、厚度2 mm的传感器样机,搭建了实验平台进行测试,测试结果表明:该传感器的整周测量范围原始精度可达±1.8″。 展开更多
关键词 互质 绝对式 角位移传感器 时栅
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