高精度绝对式圆时栅传感理论与关键技术研究

发布时间：2023-02-07 16:27

　　超精密传感技术是现代装备制造的核心技术,也是国家科技与工业竞争力的主要标志之一。目前高端数控机床、工业机器人、新型武器系统和精密计量检测等领域的位移传感器基本采用进口的高精度绝对式光栅作为位置检测装置,由于编码、工艺及技术的复杂性,高精度绝对式光栅一直被认为是精密测量领域的尖端技术,国内没有研发和制造能力,至今市场没有对应的国产高精度绝对式光栅产品,全部依赖进口,这种情况直接危及我国的经济发展和国防安全。基于此,本文延续前期时栅传感器的研究基础,在国家自然科学基金的资助下开展了高精度绝对式圆时栅的测量技术的研究工作。主要研究内容和创新点如下:1)结合时栅测量原理,创新运动参考系的实现方式,利用正交变化的电场构建运动参考坐标系,提出了双圈结构和单圈结构两种电场式圆时栅位移传感器的具体实现方案。在此基础上,基于单圈结构的电场式圆时栅采用游标法提出一种差级结构的绝对式圆时栅,在保证高精度测量的同时实现了传感器的绝对定位功能。此外,在单圈结构的电场式圆时栅传感器基础上首次提出了一种基于三级再调制原理的小型化绝对式圆时栅位移传感新方法,通过测量原理的创新和巧妙的结构设计,利用多传感器级联技术解决...

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 本课题的研究背景和研究意义
    1.2 光栅位移传感器研究现状与分析
    1.3 时栅位移传感器研究现状
    1.4 主要研究内容
2 电场式圆时栅测量原理
    2.1 时栅位移传感器概述
    2.2 电场式圆时栅测量原理
        2.2.1 基于交变电场的运动参考系构建原理
        2.2.2 双圈结构电场式圆时栅测量原理
        2.2.3 单圈结构电场式圆时栅测量原理
    2.3 绝对式圆时栅测量原理
        2.3.1 基于游标原理的绝对式圆时栅
        2.3.2 基于三级再调制原理的绝对式圆时栅
    2.4 本章小结
3 电场式圆时栅的误差理论
    3.1 周期内谐波误差分析
        3.1.1 信号传递特性与误差变化规律
        3.1.2 电场特性与谐波成分分析
    3.2 整周系统误差分析
        3.2.1 偏心误差
        3.2.2 倾斜误差
    3.3 本章小结
4 电场特性分析与结构优化
    4.1 双圈结构的电场特性分析
        4.1.1 双圈结构传感器仿真模型
        4.1.2 幅值不一致电场特性仿真分析
        4.1.3 串扰仿真分析
    4.2 单圈结构的电场特性分析
        4.2.1 单圈结构传感器仿真模型
        4.2.2 单圈结构电场仿真分析
        4.2.3 单路谐波成分分析
    4.3 传感器结构优化
    4.4 本章小结
5 电场式圆时栅实验研究
    5.1 精密实验系统
    5.2 传感器性能测试实验
        5.2.1 双圈结构测试结果与误差分析
        5.2.2 单圈结构测试结果与误差分析
        5.2.3 安装间隙与测量精度分析
        5.2.4 偏置移相法谐波抑制效果实验
        5.2.5 安装误差与测量精度实验分析
    5.3 传感器测量误差标定
        5.3.1 整周测试
        5.3.2 小角度测试
    5.4 基于游标原理的绝对式圆时栅实验研究
        5.4.1 基于游标原理的绝对式圆时栅设计
        5.4.2 对极内测量误差实验分析
        5.4.3 整周测量误差实验分析
    5.5 基于三级再调制原理的绝对式圆时栅实验研究
        5.5.1 基于三级再调制原理绝对式圆时栅设计
        5.5.2 传感器样机性能测试
        5.5.3 差动传感结构绝对式圆时栅实验研究
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3737130