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E+E時(shí)柵傳感器高速動(dòng)態(tài)測(cè)量解算方法研究
時(shí)柵位移傳感器是一種擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全新位移傳感器。目前，時(shí)柵在靜態(tài)和低速條件下測(cè)量的應(yīng)用中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較好的精度和分辨率。但在高速動(dòng)態(tài)測(cè)量中，對(duì)E+E時(shí)柵傳感器的時(shí)間響應(yīng)特性提出了新的要求，存在例如采樣波形規(guī)律不明顯、波形出現(xiàn)*脈沖等現(xiàn)象，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差的產(chǎn)生和精度的下降。

E+E時(shí)柵傳感器高速動(dòng)態(tài)測(cè)量解算方法研究
為了適應(yīng)更多應(yīng)用場(chǎng)合,時(shí)柵移傳感器需具備動(dòng)態(tài)測(cè)量能力,即在傳感器動(dòng)測(cè)頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量,但傳感器的動(dòng)測(cè)頭相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度會(huì)影響其輸出信號(hào)的頻率和幅值,該現(xiàn)象是一種特殊的多普勒效應(yīng)。由于動(dòng)測(cè)頭信號(hào)頻率發(fā)生變化,所以電路的相頻特性和幅頻特性使動(dòng)態(tài)測(cè)量精度下降。從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面詳細(xì)分析了這種多普勒效應(yīng)及其對(duì)E+E時(shí)柵傳感器的影響,并介紹了對(duì)該多普勒效應(yīng)影響的抑制方法。其中,提高旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度的方法通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證使動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差減小達(dá)90%。研究時(shí)柵高速動(dòng)態(tài)測(cè)量中存在的問題，對(duì)進(jìn)一步提高時(shí)柵的測(cè)量精度，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于誤差轉(zhuǎn)換的時(shí)柵移傳感器自標(biāo)定和自校準(zhǔn)方法研究”的資助下，針對(duì)上述問題，開展了時(shí)柵位移傳感器在動(dòng)態(tài)測(cè)量條件下實(shí)現(xiàn)高精度高分辨率測(cè)量的研究。首先，對(duì)提高傳感器動(dòng)態(tài)性能的三種方法進(jìn)行深入分析，結(jié)合E+E時(shí)柵傳感器的工作原理，在測(cè)量機(jī)理方面增加動(dòng)測(cè)頭的數(shù)量，硬件方面利用時(shí)鐘倍頻和時(shí)鐘分相技術(shù)提高時(shí)間測(cè)量分辨率，軟件方面將細(xì)分插補(bǔ)算法應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理，以提高E+E時(shí)柵傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量性能。重點(diǎn)研究采用軟件方法來提高傳感器的動(dòng)態(tài)性能。構(gòu)建了細(xì)分插補(bǔ)算法模型。其次，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)該模型的硬件電路，該電路以FPGA為核心，主要包括A/D采樣模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、放大濾波、顯示和USB通訊模塊等。構(gòu)建了高分辨率A/D和高速運(yùn)算系統(tǒng)。然后，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)該模型的軟件，對(duì)采集到的時(shí)柵感應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，準(zhǔn)確快速地實(shí)現(xiàn)了時(shí)間差的測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)位移的動(dòng)態(tài)精確測(cè)量。

E+E時(shí)柵傳感器高速動(dòng)態(tài)測(cè)量解算方法研究
建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)硬件和軟件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)表明硬件和軟件達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，與E+E時(shí)柵傳感器傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法相比，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理的硬件電路和軟件。目前E+E時(shí)柵傳感器將激勵(lì)信號(hào)頻率從400Hz提高到20KHz，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量分辨率可以達(dá)到0.09″。