嵌入式時柵傳感器的測量精度優(yōu)化

　　嵌入式時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頭的方式將被測對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“寄生式時柵”，本文更準(zhǔn)確地定義為“嵌入式時柵”。目前嵌入式時柵已成功應(yīng)用于對齒輪和鑄鐵蝸輪的位置檢測。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)計測頭，包括測頭的數(shù)量、布置、信號和數(shù)據(jù)處理方式。

　　多測頭方法是角位移測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)幾個位置安放傳感器測頭，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。對于測頭的數(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頭分布規(guī)律，并用6個讀數(shù)頭進(jìn)行了實(shí)驗驗證；鄒自強(qiáng)o羽利用空間位置間隔不等分的5個測頭構(gòu)建了圓光柵的多讀數(shù)頭系統(tǒng)；Watanabe等人利用多個測頭之間的誤差變換實(shí)現(xiàn)了對角度編碼器的自標(biāo)定。這幾種方法都是傳統(tǒng)的多測頭法，多個測頭的模擬信號串聯(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。為了提高圓光柵測角系統(tǒng)精度，蘇東風(fēng)等人通過對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個測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，但對于嵌入式時柵來說，傳統(tǒng)的均布測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。本文通過對嵌入式時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，有針對性地設(shè)計了間隔特定角度的六測頭結(jié)構(gòu)，測頭間采用數(shù)字量相加的數(shù)據(jù)處理方式。實(shí)驗證明，這種測頭布置方式和數(shù)據(jù)處理方式與單測頭相比，更有效地降低了傳感器的長短周期誤差，提高了測量精度。