嵌入式時(shí)柵傳感器的測(cè)量精度優(yōu)化

　　嵌入式時(shí)柵是一種新型位移傳感器，與傳統(tǒng)意義上的傳感器不同之處在于，該類傳感器采用旁置測(cè)頭的方式將被測(cè)對(duì)象作為傳感器的一部分，主要用于解決高速、重載、超大等極端條件和中空、狹窄、限重等一些不能安裝普通傳感器的特殊條件下的全封精密測(cè)量與精密控制問題。前期研發(fā)階段稱這種傳感器為“寄生式時(shí)柵”，本文更準(zhǔn)確地定義為“嵌入式時(shí)柵”。目前嵌入式時(shí)柵已成功應(yīng)用于對(duì)齒輪和鑄鐵蝸輪的位置檢測(cè)。由于受到機(jī)械制造、安裝和電氣系統(tǒng)的影響，這種傳感器系統(tǒng)誤差比較大且具有明顯的規(guī)律性。為了降低這些系統(tǒng)誤差，需要合理的設(shè)計(jì)測(cè)頭，包括測(cè)頭的數(shù)量、布置、信號(hào)和數(shù)據(jù)處理方式。

　　多測(cè)頭方法是角位移測(cè)量中常用的一種降低誤差的方法，該方法是根據(jù)誤差在圓周不同位置具有確定性變化規(guī)律的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)幾個(gè)位置安放傳感器測(cè)頭，根據(jù)平均原理來降低安裝偏心，主軸軸系的制造形位誤差和回轉(zhuǎn)誤差。對(duì)于測(cè)頭的數(shù)量和分布規(guī)則，很多學(xué)者做了大量的研究工作。付永啟回通過理論推導(dǎo)得到了一種消除圓光柵刻線誤差的多測(cè)頭分布規(guī)律，并用6個(gè)讀數(shù)頭進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；鄒自強(qiáng)o羽利用空間位置間隔不等分的5個(gè)測(cè)頭構(gòu)建了圓光柵的多讀數(shù)頭系統(tǒng)；Watanabe等人利用多個(gè)測(cè)頭之間的誤差變換實(shí)現(xiàn)了對(duì)角度編碼器的自標(biāo)定。這幾種方法都是傳統(tǒng)的多測(cè)頭法，多個(gè)測(cè)頭的模擬信號(hào)串聯(lián)，采用電壓平均和相位平均的方法模擬量相加法，來達(dá)到降低誤差的目的。為了提高圓光柵測(cè)角系統(tǒng)精度，蘇東風(fēng)等人通過對(duì)主光柵刻劃誤差迸行諧波分析，采用了四均布讀數(shù)頭數(shù)字量相加的數(shù)據(jù)處理方式。這種在圓周上均布4個(gè)測(cè)頭的方式可以消除除了4的整數(shù)倍以外的其他次諧波誤差，但對(duì)于嵌入式時(shí)柵來說，傳統(tǒng)的均布測(cè)頭的方式或者模擬量處理的方式并不能很好地抑制短周期誤差。本文通過對(duì)嵌入式時(shí)柵傳感器主要誤差特點(diǎn)的分析，利用諧波分析確定誤差的主要頻次，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了間隔特定角度的六測(cè)頭結(jié)構(gòu)，測(cè)頭間采用數(shù)字量相加的數(shù)據(jù)處理方式。實(shí)驗(yàn)證明，這種測(cè)頭布置方式和數(shù)據(jù)處理方式與單測(cè)頭相比，更有效地降低了傳感器的長(zhǎng)短周期誤差，提高了測(cè)量精度。