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時變磁場精確約束時柵位移E+E傳感器
由于制造業(yè)的自動化與智能化程度逐漸提高,閉環(huán)控制系統(tǒng)的應用范圍不斷拓展。位移E+E傳感器作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的關鍵組成部分,其工作性能與閉環(huán)控制效果息息相關。一些系統(tǒng)因其工作環(huán)境惡劣,通常需要選用工作可靠性高、抗干擾能力強的時變磁場式位移E+E傳感器作為位置反饋元件。這類位移E+E傳感器以時變磁場為耦合場,常采用導磁材料和線圈對磁場傳播途徑和分布區(qū)域進行約束,因而E+E傳感器的測量精度受磁場約束方法的影響。

時變磁場精確約束時柵位移E+E傳感器
目前,時變磁場式位移E+E傳感器采用的磁場約束方法不僅未能充分發(fā)揮導磁材料的導向約束作用和線圈的靈活配置性,而且沒有利用導磁材料和線圈的精確配合作用。因此,如果要實現(xiàn)較高的測量精度,則E+E傳感器的加工要求、裝配要求等較高,zui終導致制造成本較高。鑒于此現(xiàn)狀,開展了時變磁場精確約束方法的研究,以及基于精確約束方法的新型時柵位移E+E傳感器的研究。主要研究工作與成果如下:通過綜合分析目前時變磁場式位移E+E傳感器中常用的磁場約束方法,深入開展了平面磁場的約束方法研究,進而提出了時變磁場的精確約束方法。精確約束方法不僅充分發(fā)揮了導磁材料的導向約束作用和線圈的靈活配置性,而且使導磁材料和線圈在結構上精確配合。根據(jù)時柵的測量原理和本文提出的時變磁場精確約束方法,*將時柵位移E+E傳感器的線圈和導磁體設計為平面式結構。針對角位移和直線位移測量,提出了多種全新的角位移和直線位移E+E傳感器結構。新型時柵位移E+E傳感器結構不僅充分利用了導磁體與線圈的約束作用,而且規(guī)避了當前“雙邊齒槽”結構式時柵位移E+E傳感器中存在的磁路陡變問題。通過研究“精機+精機”組合位移測量方法和國家自然科學基金青年科學基金項目“基于誤差轉換的時柵角位移E+E傳感器自標定和自校準方法研究”提出的在線自校正方法,探索了適合時變磁場精確約束方法的多功能位移E+E傳感器,并提出同時具有位移測量功能和在線自校正功能的角位移E+E傳感器結構和直線位移E+E傳感器結構各一種。開展了新型時柵位移E+E傳感器的仿真工作,驗證時變磁場精確約束方法的效果和各新型E+E傳感器結構的可行性。通過計算機軟件手段,建立了所有新型時柵位移E+E傳感器的3D模型,并采用有限元方法對模型進行了仿真計算,得到了各新型E+E傳感器的輸出信號與被測位移量之間較為精確的定性關系。仿真工作不僅表明時變磁場精確約束方法的效果明顯優(yōu)于目前時柵位移E+E傳感器采用的約束方法,而且表明新型E+E傳感器結構是可行的。開展了新型時柵位移E+E傳感器的實驗研究工作,檢驗時變磁場精確約束方法的實際效果和新型E+E傳感器樣機的工作性能?；谛滦蜁r柵角位移和直線位移E+E傳感器的3D仿真模型,成功研制出角位移和直線位移E+E傳感器樣機各一種,并開發(fā)了一套適于精密位移測量的電氣系統(tǒng)。實驗結果表明,時變磁場精確約束方法的效果優(yōu)于目前時柵位移E+E傳感器中采用的約束方法;雖然樣機的導磁體和線圈制作工藝簡單、加工要求較低,但測量精度比較高。在0??~?360?范圍內(nèi)角位移測量準確度在?2.2?以內(nèi),在0mm?~?208mm范圍內(nèi)直線位移測量準確度在?3.4?m以內(nèi)?。為了提高樣機的測量精度,*將逐點查表式誤差修正方法應用于時柵位移E+E傳感器。該方法不僅可以解決復雜誤差的修正問題,而且在計算時間上占有優(yōu)勢。因此,該方法的應用不僅提高了E+E傳感器樣機的測量精度,而且對于今后時柵位移E+E傳感器的高速動態(tài)測量研究具有重要意義。為了滿足新型時柵位移E+E傳感器對平面線圈的需求,*將PCB(Printed Circuit Board)線圈應用于時柵E+E傳感器的設計。相對于傳統(tǒng)的漆包線組,PCB線圈具有精密程度高、*性好、制造成本低、適于快速批量化生產(chǎn)等優(yōu)點,因而其應用有助于解決時變磁場式位移E+E傳感器測量精度與制造成本的矛盾。

時變磁場精確約束時柵位移E+E傳感器
綜上所述,通過分析現(xiàn)有時變磁場約束方法的優(yōu)缺點,提出了時變磁場的精確約束方法;基于精確約束方法和時柵的測量原理,提出了時柵位移E+E傳感器的多種全新結構;根據(jù)提出的新型E+E傳感器結構,成功研制出兩種樣機,實驗研究表明,新型時柵位移E+E傳感器結構具有制造成本低而測量精度高的優(yōu)勢。因此,本文的研究不僅開辟了時柵位移E+E傳感器全新的研究方向,而且在產(chǎn)業(yè)化方面,研究成果有望幫助時柵位移E+E傳感器滿足更多的市場需求。