寄生式时栅位移传感器电气系统及误差修正模型研究

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1、馨）分类号：：密紋？６０１０３论文编号：学号：５１３０７２當巧理工乂学巧古学ｔｔ伦义寄生式时栅位移传感器电气系统及误差修正模型研究研究生：冉扬洁指导教师：杨维寐教授学位类型：专业学位专业学位类别：工程硕去（仪器仪表工程）研究方向：智能检测与传感器技术培养单位：电子信息与自动化学院．．论文完成时间：２０１６年３月２５日论文答辩日期：２０１６年５月＾曰重庆理工大学学位论文原创性声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下本人郎重声明，独立进行研巧所取得的成果。除文中恃别加ｔｉｌ标注引用的内

2、容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果、作品。对本文的研充做出重要贡献的集体和个人，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人承担本声明的法律后果。作者签名：冉秘灌日期；白年知多曰学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解学校有关保留，同意学校、使用学位论文的规定保留并向国家有关部ｎ或机构送巧论文的复印件和电子版，允许论文被森阅和借阅。本人授权重庆理工人学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。‘’＾古本学位论文属于（请在Ｗ下相应方框内打）；１．。保

3、密□，在解密后适用权＿年本授书．□＝２不保密長者签名：期：年月作涛日＾曰載與３导师签名：曰期年月曰＞遂＾６＾参《中CategoryNumber:LevelofSecrecy:SerialNumber:StudentNumber:51307260103Master'sDissertationofChongqingUniversityofTechnologyTheResearchofParasiticTime-GratingDisplacementSensorElectricalSystemandErrorCorrectionModelPostgraduate

4、:RanYangjieSupervisor:Prof.YangjisenDegreeCategory：ProfessionalDegreeSpecialty:MasterofEngineering(InstrumentandMeter)ResearchDirection:IntelligenttestandsensortechnologyTrainingUnit:SchoolofElectronicInformationandAutomationThesisDeadline:March25,2016OralDefenseDate:May27,2016摘要摘要时栅位移传感器

5、因回避了传统光栅依赖精密加工、精密刻线的要求，从而在机械加工和其他精密位移测量领域应用越来越广泛。但时栅位移传感器在大型高速、重载、强振、强污染等极端复杂工况下，很难得以应用，为了解决这一问题，本课题所依托的科研团队提出了寄生式时栅位移传感器，直接把被测的齿轮、蜗轮、等当作均匀分度的“齿栅”，作为行波产生器件，再用时钟脉冲进行精密测量，从而将原有的机械传动副变成“带检测功能的传动副”。但是，寄生式时栅在测量过程中，还存在着以下问题：一是寄生式时栅位移传感器电气系统的各模块使用不同芯片，使联合调试困难并且影响测量稳定性；二是时栅位移传感器高精度测量时，需要高精度的时钟插补，

6、而目前使用的插补时钟也不满足精度要求。三是实际测量误差成分较多，对误差修正模型研究，达到减小误差的目的。针对寄生式时栅位移传感器测量中存在的以上技术性问题，对其进行电气系统的设计和误差修正模型的研究。设计电气系统采用单片微处理器方式集成化处理；采用高精度时间数字转化器精确测量；采用等间距谐波误差模型对误差进行修正；实现高精度、高稳定性测量，从而达到提高效率，降低生产成本，实现产业化目的。本课题针对寄生式时栅位移传感器的电气特性，选用集成了FPU和DSP，高主频ARMCortex-M4内核STM32F4VGT芯片作为主控制器芯片，控制AD9958数字频率直接合成（DDS）技

7、术产生激励信号，实现电气系统集成化和高稳定性。采用高分辨率的TDC-GP2数字时钟转换器来对传感器动、定测头的感应信号相位差，实现高精度时间测量。在STM32F4VGT芯片中集成的FPU和DSP指令集进行数据处理和算法实现。在离散测头测量下，采用等间距谐波修正模型实现误差修正，分析其各次谐波误差，达到修正的目的，实现寄生式时栅位移传感器高稳定性、高精度测量系统设计。通过搭建测量平台进行实验操作和研究，实验表明：48对极寄生式时栅传感器整周(0～360°)的稳定度达到±0.5″内，整周误差达到±2.3″，对极内（0～7.5°）的