小型化高精度绝对式圆时栅传感器研究
发布时间：2021-07-11 12:33
精密位移测量技术作为位移测量领域发展的主流,广泛应用于高档数控机床、智能制造装备以及国防军工武器装备等领域。随着技术的进步,对角位移编码器的要求也越来越高,既要满足高精度测量,又要实现绝对位置测量,还要满足编码器小型化。目前市场上应用最多的编码器是绝对式光栅编码器,由于光栅编码器市场占有率高,而且编码技术和制造工艺复杂,光栅编码器一直代表高精度绝对式编码器的尖端领域,国内尚无能力研发制造,因此国内使用的光栅编码器大都是从国外发达国家进口。但掌握光栅精密测量技术的国外发达国家对我国在高精度绝对式角位移光栅产品上实行技术封锁,中低端产品上实行价格垄断,这严重影响我国的经济发展和国防安全。因此,小型化高精度绝对式角位移传感器的研发显得必要且迫切。作者所在课题组改变思路,提出一种基于“时空转换原理”的电场式圆时栅传感器,利用交变电场作为匀速运动参考系,将空间位移测量转换为时间差测量。本文在前期电场式角位移时栅传感器的研究基础上,开展了一种新型的小型化高精度绝对式圆时栅传感器研究,主要研究内容如下:1)介绍了电场式圆时栅传感器的测量原理,简要分析了电场式圆时栅由双圈结构到单圈结构的发展,并在单圈...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ公司角位移光栅编码器产品??上ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ司码器，ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ
ｔｚｅｒ公司在绝对式角位移测量领域推出了三种主流产品，分别是环形编码器??ＤＦ系列和ＤＳ系列以及轴编码器ＤＬ系列，环形编码器由分为大孔径ＤＦ系列和小孔??径ＤＬ系列。三个系列最独特之处在于整体性非常好，即其输出读数是转子整个区域??的平均结果，编码器内部有电场发生器、场接收器、正弦形电介质转子和处理电子设??备等经过屏蔽的直流电子编码器。编码器最终输出是包含有绝对位置信息的模拟正弦??或者余弦信号，然后经过处理就可以得到传感器的绝对位置信息。??ＤＳ系列?ＤＦ系列?ＤＬ系列??图１．２?Ｎｅｔｚｅｒ公司绝对式角位移编码器??上面三个系列的绝对式角位移传感器设计的直径范围很广，ＤＳ系列的直径范围??最广，最小为１６?ｍ，最大为１３０?ｍｍ。ＤＦ系列的直径范围次之，最小的直径为６０?ｍｍ，??最大的为１５０?ｍｍ；?ＤＬ系列的只有２５?ｍｍ和６０?ｍｍ两种尺寸。下面对Ｎｅｔｚｅｒ公司研??发的小型角位移编码器做一个基本介绍，见表１．２。??６??
??２传感器测量原理??进行时栅位移测量的关键在于在空间位移和时间标准之间建立一个稳定的参考??调制，作为匀速运动参考系，通过时间基准测量空间位移，把两个位置之间的位移转??换为时间之差。电场式时栅传感器是利用交变电场来实现稳定的参考调制，是对时栅??测量理论的拓展和创新。??２．１时空转换原理??“时空坐标转换理论”可以用来形象的描述时栅传感器测量的原理，它可以理解??为在相互匀速的两个坐标系上互相观察对方，一个坐标系上的空间位置之差表现为另??外一个坐标系上的时间之差。如图２．１所示，传统的方法测量两个点之间的位移是利??用积分思想，表示为在一段时间内求质点在这两个点之间微小位移的代数和。所以ａ、??ｂ两点之间的位移可以用公式表示为：??ｘ＝＼＇?ｄｘ?（２．１）??Ｊｘ０??图中每个间隔代表微小变量办，理论上办在实际应用中只是一个近似值。光栅??就是以这个原理来实现位移测量的，它通过对空间均匀等分的刻线进行累计计数来得??到位移值，这样一来传感器的分辨率就完全取决于刻线的大小，而且为了保证传感器??的测量精度，还需要保证刻线的一致性，做到每根刻线尽可能一样。因此，光栅的分??辨率就受栅线之间的细密程度的限制、测量精度也受栅线的制造精度的限制。??ｊ：?ａ丨————＾?［ｂ??▼?＼／?…??￣｜ｉｎｉｎＴＴｊｎＴｉｎｎ｜ｎＴｉｉＴｎ｜ＴｎｉｎＴＴｊｎＴ｜ＴｎＴｊＴｎｊｎｎｊＴｎ［ｎｎｊｎＴ｜ｎＴＴｊｉｎ［ｎｎｊＴｎｊｎｎ｜ｎｉｊｎＴＴｊＴｎｊｎｎｐ??Ｏｃｍ?Ｉ?２?３?４?５?６?７?８?９?１０?ＩＩ?１２??图２．１位移测量原理??我们人为构造一个匀速运动的质点分别先后经过ａ、ｂ两点，当它以速
【参考文献】：
期刊论文
[1]反射式超小型光电编码器研制[J]. 陈赟,高胜英,张晰,韩庆阳. 传感器与微系统. 2019(09)
[2]小型化高精度绝对式时栅角位移传感器[J]. 彭凯,樊星辰,陈自然,冯济琴. 仪器仪表学报. 2018(05)
[3]火炮偏离角测量数字化系统[J]. 李丹妮,呼丹,王劲松,张继明,安志勇. 红外与激光工程. 2016(03)
[4]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[5]精密绝对光栅尺的编码采集系统研究[J]. 范朝龙,王晗,刘强,陈新度. 组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[6]工业4.0和智能制造[J]. 张曙. 机械设计与制造工程. 2014(08)
[7]高精度电容式角位移传感器测量方法[J]. 张宇鹏,徐钰蕾,王昱棠. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[8]光栅编码器发展现状分析与展望[J]. 林长友,梅恒. 世界制造技术与装备市场. 2014(01)
[9]增量式光栅传感器和绝对式光栅传感器发展现状及趋势[J]. 马琳,付志远,操亚华. 硅谷. 2013(09)
[10]高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点[J]. 孙强. 世界制造技术与装备市场. 2012(05)
博士论文
[1]大量程纳米时栅位移传感器的测量模型和误差机理研究[D]. 彭凯.重庆大学 2017
[2]基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法及新型栅式智能位移传感器研究[D]. 刘小康.重庆大学 2005
硕士论文
[1]电容式绝对编码角位移传感器的研究[D]. 崔小强.长春理工大学 2019
[2]基于多电场耦合的绝对式角位移测量方法研究[D]. 孟瑶.重庆理工大学 2019
[3]基于SDT的蜗轮蜗杆公差建模及优化[D]. 刘伟炜.合肥工业大学 2018
[4]小型化时栅电气系统设计与参数优化[D]. 樊星辰.重庆理工大学 2018
[5]用于精密位移测量的单频激光干涉系统研究[D]. 谭翔飞.浙江大学 2013
[6]中国机床产业安全评价及对策研究[D]. 高亢.沈阳大学 2012
[7]绝对式磁栅传感器的设计与研究[D]. 胡鹏.武汉理工大学 2013
[8]基于锥形光栅的高分辨率绝对式光学编码器[D]. 杨静.浙江大学 2010
[9]磁栅绝对直线位移传感器的研究[D]. 陈亮.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3278104
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ公司角位移光栅编码器产品??上ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ司码器，ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ
ｔｚｅｒ公司在绝对式角位移测量领域推出了三种主流产品，分别是环形编码器??ＤＦ系列和ＤＳ系列以及轴编码器ＤＬ系列，环形编码器由分为大孔径ＤＦ系列和小孔??径ＤＬ系列。三个系列最独特之处在于整体性非常好，即其输出读数是转子整个区域??的平均结果，编码器内部有电场发生器、场接收器、正弦形电介质转子和处理电子设??备等经过屏蔽的直流电子编码器。编码器最终输出是包含有绝对位置信息的模拟正弦??或者余弦信号，然后经过处理就可以得到传感器的绝对位置信息。??ＤＳ系列?ＤＦ系列?ＤＬ系列??图１．２?Ｎｅｔｚｅｒ公司绝对式角位移编码器??上面三个系列的绝对式角位移传感器设计的直径范围很广，ＤＳ系列的直径范围??最广，最小为１６?ｍ，最大为１３０?ｍｍ。ＤＦ系列的直径范围次之，最小的直径为６０?ｍｍ，??最大的为１５０?ｍｍ；?ＤＬ系列的只有２５?ｍｍ和６０?ｍｍ两种尺寸。下面对Ｎｅｔｚｅｒ公司研??发的小型角位移编码器做一个基本介绍，见表１．２。??６??
??２传感器测量原理??进行时栅位移测量的关键在于在空间位移和时间标准之间建立一个稳定的参考??调制，作为匀速运动参考系，通过时间基准测量空间位移，把两个位置之间的位移转??换为时间之差。电场式时栅传感器是利用交变电场来实现稳定的参考调制，是对时栅??测量理论的拓展和创新。??２．１时空转换原理??“时空坐标转换理论”可以用来形象的描述时栅传感器测量的原理，它可以理解??为在相互匀速的两个坐标系上互相观察对方，一个坐标系上的空间位置之差表现为另??外一个坐标系上的时间之差。如图２．１所示，传统的方法测量两个点之间的位移是利??用积分思想，表示为在一段时间内求质点在这两个点之间微小位移的代数和。所以ａ、??ｂ两点之间的位移可以用公式表示为：??ｘ＝＼＇?ｄｘ?（２．１）??Ｊｘ０??图中每个间隔代表微小变量办，理论上办在实际应用中只是一个近似值。光栅??就是以这个原理来实现位移测量的，它通过对空间均匀等分的刻线进行累计计数来得??到位移值，这样一来传感器的分辨率就完全取决于刻线的大小，而且为了保证传感器??的测量精度，还需要保证刻线的一致性，做到每根刻线尽可能一样。因此，光栅的分??辨率就受栅线之间的细密程度的限制、测量精度也受栅线的制造精度的限制。??ｊ：?ａ丨————＾?［ｂ??▼?＼／?…??￣｜ｉｎｉｎＴＴｊｎＴｉｎｎ｜ｎＴｉｉＴｎ｜ＴｎｉｎＴＴｊｎＴ｜ＴｎＴｊＴｎｊｎｎｊＴｎ［ｎｎｊｎＴ｜ｎＴＴｊｉｎ［ｎｎｊＴｎｊｎｎ｜ｎｉｊｎＴＴｊＴｎｊｎｎｐ??Ｏｃｍ?Ｉ?２?３?４?５?６?７?８?９?１０?ＩＩ?１２??图２．１位移测量原理??我们人为构造一个匀速运动的质点分别先后经过ａ、ｂ两点，当它以速
【参考文献】：
期刊论文
[1]反射式超小型光电编码器研制[J]. 陈赟,高胜英,张晰,韩庆阳. 传感器与微系统. 2019(09)
[2]小型化高精度绝对式时栅角位移传感器[J]. 彭凯,樊星辰,陈自然,冯济琴. 仪器仪表学报. 2018(05)
[3]火炮偏离角测量数字化系统[J]. 李丹妮,呼丹,王劲松,张继明,安志勇. 红外与激光工程. 2016(03)
[4]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[5]精密绝对光栅尺的编码采集系统研究[J]. 范朝龙,王晗,刘强,陈新度. 组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[6]工业4.0和智能制造[J]. 张曙. 机械设计与制造工程. 2014(08)
[7]高精度电容式角位移传感器测量方法[J]. 张宇鹏,徐钰蕾,王昱棠. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[8]光栅编码器发展现状分析与展望[J]. 林长友,梅恒. 世界制造技术与装备市场. 2014(01)
[9]增量式光栅传感器和绝对式光栅传感器发展现状及趋势[J]. 马琳,付志远,操亚华. 硅谷. 2013(09)
[10]高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点[J]. 孙强. 世界制造技术与装备市场. 2012(05)
博士论文
[1]大量程纳米时栅位移传感器的测量模型和误差机理研究[D]. 彭凯.重庆大学 2017
[2]基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法及新型栅式智能位移传感器研究[D]. 刘小康.重庆大学 2005
硕士论文
[1]电容式绝对编码角位移传感器的研究[D]. 崔小强.长春理工大学 2019
[2]基于多电场耦合的绝对式角位移测量方法研究[D]. 孟瑶.重庆理工大学 2019
[3]基于SDT的蜗轮蜗杆公差建模及优化[D]. 刘伟炜.合肥工业大学 2018
[4]小型化时栅电气系统设计与参数优化[D]. 樊星辰.重庆理工大学 2018
[5]用于精密位移测量的单频激光干涉系统研究[D]. 谭翔飞.浙江大学 2013
[6]中国机床产业安全评价及对策研究[D]. 高亢.沈阳大学 2012
[7]绝对式磁栅传感器的设计与研究[D]. 胡鹏.武汉理工大学 2013
[8]基于锥形光栅的高分辨率绝对式光学编码器[D]. 杨静.浙江大学 2010
[9]磁栅绝对直线位移传感器的研究[D]. 陈亮.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3278104
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