基于微平面阵元的位移传感机理研究

发布时间：2017-05-23 14:07

  本文关键词：基于微平面阵元的位移传感机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于当前我国制造业正处于转型升级阶段,而智能化和自动化是制造业发展一大趋势,导致对闭环控制系统的要求会越来越高。而作为闭环控制系统的核心部件之一的位移传感器,其工作性能在一定程度上影响整个控制系统的工作效果。一些控制系统的工作环境非常复杂,而电磁式位移传感器由于其具有抗干扰性强,可靠性高等优点,所以经常被选用做系统的位置反馈元件。电磁式位移传感器是通过扰动激励磁场得到感应电信号方式进行位移测量的。因此,激励磁场分布特性对传感器的测量精度影响很大,为了减小传感器的测量误差,一般采取软、硬件补偿的方式,例如:开斜槽,正弦绕组法,建立误差修正模型等。然而,这些方式一方面受到制造成本的制约,另一方面由于在励磁信号的源头上已经引入了较大的测量误差,所以难以再进一步提高传感器的测量精度。鉴于此现状,本文开展了基于微平面阵元的位移传感机理研究。本文的主要研究内容和成果如下:1通过总结分析当前典型电磁式位移传感器中的感应同步器和电磁场式时栅位移的传感机理,深入开展了测量所需磁场分布的研究,指出基波脉振磁场就是测量所需的磁场分布,并研究了通过多匝方形线圈组成的微平面阵元构造出无限接近于基波脉振磁场的磁场分布,继而提出了一种以微平面阵元为核心,融合了电磁场式时栅传感机理的位移传感机理。2根据基于微平面阵元的位移传感机理,设计新型时栅位移传感器,并进行仿真分析,仿真结果不仅表明了基于微平面阵元的位移传感机理从励磁信号源头上减小了时栅的原始误差,而且验证了微平面阵元和新型时栅位移传感器结构上的可行性。3搭建传感器样机的实验平台,实验验证新型时栅位移传感器的可行性。实验结果表明:基于微平面阵元的位移传感机理和新型时栅位移传感器是可行性,且在0mm~130mm范围内,新型时栅较现有时栅的原始误差减小了55%,经过误差修正后测量精度可以达到±3.6um。4为了满足微平面阵元结构要求,采用了PCB(Printed Circuit Board)技术,通过多层结构设计,不仅减小了传感器结构尺寸及自身重量,而且获得较传统加工方式和装配工艺更加高的精确性和一致性,有效减小对极内的误差。由于PCB技术的加工成本低廉且适用于批量化生产等特点,在较大程度上提高了生产效率,对时栅的产业化进一步发展起到了很大的促进作用。
【关键词】：微平面阵元 位移传感机理 电磁式位移传感器 时栅
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.绪论9-15
• 1.1 本文的研究背景及意义9-10
• 1.2 电磁式位移传感器国内外研究现状10-14
• 1.2.1 旋转变压器10-11
• 1.2.2 感应同步器11-12
• 1.2.3 磁栅12
• 1.2.4 电磁场式时栅12-13
• 1.2.5 其他电磁式传感器13
• 1.2.6 小结13-14
• 1.3 本文主要的研究内容14-15
• 2.位移传感机理研究15-33
• 2.1 概述15
• 2.2 典型电磁式位移传感机理15-19
• 2.2.1 感应同步器15-17
• 2.2.2 电磁场式时栅17-19
• 2.3 位移传感机理研究19-32
• 2.3.1 物理模型19-20
• 2.3.2 理论模型20-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3.微平面阵元参数优化方法研究33-47
• 3.1 参数优化概述33-35
• 3.1.1 参数优化定义33
• 3.1.2 参数优化指标33-35
• 3.1.3 参数优化方法35
• 3.2 枚举法参数优化35-36
• 3.2.1 目标函数35-36
• 3.2.2 参数优化步骤36
• 3.3 基于遗传算法和非线性规划的参数优化36-40
• 3.3.1 优化算法的理论基础36-38
• 3.3.2 优化算法流程38-40
• 3.4 优化结果仿真验证40-46
• 3.4.1 数值仿真分析40-42
• 3.4.2 有限元仿真分析42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4.新型时栅位移传感器设计47-55
• 4.1 概述47
• 4.2 结构设计47-49
• 4.3 传感器有限元仿真分析49-54
• 4.3.1 仿真模型设置49-50
• 4.3.2 有限元结果分析50-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5.新型时栅位移传感器实验研究55-65
• 5.1 样机制作55-58
• 5.1.1 加工工艺概述55-56
• 5.1.2 样机结构实现方案56-58
• 5.2 测试系统58-61
• 5.2.1 实验平台结构58-59
• 5.2.2 实验数据采集59-61
• 5.3 实验数据处理与误差分析61-64
• 5.3.1 测量误差实验结果61
• 5.3.2 误差成分分析61-62
• 5.3.3 误差来源分析62-63
• 5.3.4 误差修正63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6.总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果73-74

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