基于等差相位构建的多读数头位移传感器原理及实验研究

发布时间：2017-07-02 21:16

  本文关键词：基于等差相位构建的多读数头位移传感器原理及实验研究

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【摘要】：多读数头传感器相对于单个传感器在误差处理时有着天然的优势,但是一般传感器在构建多读数头时会由于加工或者安装等因素使传感器引入新的误差。这就存在一个相对矛盾的问题:怎样能够利用多读数头传感器在误差处理方面的优势,又不会在加工或者安装环节引入新的误差成分。针对上述问题本课题开展了以下工作:(1)本课题在对容栅,感应同步器,旋转变压器和时栅原理研究的基础上,提出了一种新的构建多读数头位移传感器的理论和方法。基于此方法,本课题构建出了一种等差相位构建的多读数头位移传感器——基于等差相位构建的多读数头位移传感器。该传感器在加工时即有机的将多读数头通过绕线的方式集成在同一定子上并且共用一个转子,不需要额外的加工和安装,因此读数头的一致性非常好,这就解决了多读数头在加工和安装时会引入新的误差的问题,并且用MATLAB软件在理论上仿真分析了等差相位构建的多读数头传感器和旋转变压器的误差成分,得出了等差相位构建的多读数头传感器比旋转变压器误差成分少的结论。(2)本课题应用电磁场的有限元分析方法在Ansoft软件中对传感器进行了模型的构建,分析了传感器中磁场的变化情况,提取了传感器的感应信号,验证了传感器原理的正确性,对比分析了等差相位构建的多读数头传感器相对于传统角位移传感器的优劣性,并且对基本的传感器结构进行了优化。(3)本课题在对传感器深入研究的基础上,分析了传感器的误差来源,根据误差的特点,建立了传感器各种误差的数学模型,提出了传感器误差分类处理的新方法:对多读数头影响一致的误差采取最小二乘法利用多读数头测量结果对误差进行在线辨识和补偿;对多读数头影响不一致的误差采用位移解算电路对其进行分别检测和补偿。(4)搭建了等差相位构建的多读数头传感器实验平台,对传感器激励和感应信号进行了测试,并且采集实验数据验证了传感器测量原理的正确性和可行性。在此基础上利用海德汉光栅对传感器进行了误差标定,得出了传感器动态测量下的原始误差,利用误差数据对本课题提出的误差在线修正和补偿模型进行了实验验证,证明了误差修正和补偿模型的有效性。综上所述,本课题在不增加加工和安装难度的情况下实现了具有多读数头且易于误差自修正的角位移传感器的高精度检测,同时该方法也适用于感应同步器,旋转变压器等大多数角位移传感器。
【关键词】：多读数头 位移传感器 电磁场 误差自修正 有限元分析
【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
• Abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究的背景及意义10-14
• 1.1.1 研究背景10-14
• 1.1.2 研究意义14
• 1.2 研究现状14-17
• 1.3 研究内容17-20
• 2 等差相位构建的多读数头传感器的原理20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 传统角位移传感器结构和原理20-22
• 2.3 等差相位构建的多读数头传感器结构和测量原理22-24
• 2.3.1 等差相位构建的多读数头传感器的结构22-23
• 2.3.2 等差相位构建的多读数头传感器的测量原理23-24
• 2.4 等差相位构建的多读数头传感器数学模型分析24-26
• 2.4.1 等差相位构建的多读数头传感器感应信号分析24-25
• 2.4.2 等差相位构建的多读数头传感器耦合面积的变化25-26
• 2.5 等差相位构建的多读数头传感器多读数头的构建26-29
• 2.5.1 多读数头传感器前期研究26-27
• 2.5.2 多读数头构建方式27-29
• 2.6 传统传感器和等差相位构建的多读数头传感器误差特征分析29-32
• 2.6.1 旋转变压器误差特征29-30
• 2.6.2 等差相位构建的多读数头传感器误差特征分析30-32
• 3 传感器电磁场有限元分析32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 有限元分析原理32-34
• 3.3 等差相位构建的多读数头传感器建模34-35
• 3.4 等差相位构建的多读数头传感器有限元计算35-39
• 3.4.1 有限元 3D建模35-36
• 3.4.2 边界条件的确定36
• 3.4.3 有限元网格剖分36-37
• 3.4.4 传感器磁链分析37-38
• 3.4.5 输出电势波形分析38-39
• 3.5 传感器模型优化比较分析39-44
• 3.5.1 旋转变压器仿真分析39-40
• 3.5.2 等差相位构建的多读数头传感器仿真分析40-41
• 3.5.3 等差相位构建的多读数头传感器模型优化41-44
• 4 传感器误差建模和补偿44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 传感器误差来源44-48
• 4.2.1 传感器误差组成44-45
• 4.2.2 传感器零位误差45-47
• 4.2.3 传感器细分误差47-48
• 4.3 传感器误差分类建模48-51
• 4.3.1 传感器各项误差建模48-50
• 4.3.2 误差分类消除建模50-51
• 4.4 传感器误差在线辨识模型51-53
• 4.4.1 两个读数头辨识误差参数的方法51-52
• 4.4.2 误差自修正模型52-53
• 4.5 传感器误差解算模型53-56
• 5 传感器动态测量系统的实验研究56-64
• 5.1 引言56
• 5.2 传感器实验平台搭建56-59
• 5.2.1 实验转台的设计和安装57-58
• 5.2.2 数控转台PMAC参数调节58-59
• 5.3 数据采集稳定性测试59-60
• 5.4 传感器原理验证60-62
• 5.4.1 传感器激励和感应信号产生60-61
• 5.4.2 传感器动态数据采集61-62
• 5.5 误差在线补偿模型效果验证62-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果72

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