仪器仪表学报

作者：杨继森，修府，张静，文杰，刘嘉诚

单位：杨继森,1.重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054； 2.重庆理工大学 汽车零部件先进制造技术 教育部重点实验室重庆400054； 3.重庆理工大学 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室 重庆400054,yangjs@cqut.edu.cn,修府,1.重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054； 3.重庆理工大学 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室 重庆400054,1409925776@stu.cqut.edu.cn,张静,重庆理工大学 电气与电子工程学院重庆400054,,文杰,1.重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054； 3.重庆理工大学 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室 重庆400054,,刘嘉诚,1.重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054； 3.重庆理工大学 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室 重庆400054,

关键词：双频磁场;单列绝对式;对极数互质;外差降频;直线时栅位移传感器

基金：国家自然科学基金项目（52175454）、重庆市自然科学基金面上项目(CSTB2023NSCQ-MSX0382)、重庆市教委科学技术研究计划重点项目（KJZD-K202301106）、重庆市研究生科研创新项目（CYS240668）资助

针对小体积安装、高精度直线位移测量需求,基于双频磁场分时激励方案和外差降频原理,设计了一种新型单列绝对式直线时栅位移传感器结构,解决提高传感器激励信号频率来获得高信噪比与高分辨力之间的矛盾。首先,建立平面线圈瞬态磁场耦合模型,构建单列绝对式直线时栅测量模型及其传感机理,其对极数互质绝对位置解算方案避免实际使用中测量误差对解算结果的影响;通过电磁场仿真对比分析了不同形状感应线圈与气隙磁场之间的耦合特性,确定了传感器优化安装间隙为0.6mm;采用500kHz、1MHz不同频率分时激励驱动方案,并提出一种外差降频的解耦新方法,保证传感器高分辨力的前提下,提高了传感器的信噪比;最后,制作传感器样机并进行性能测试。实验结果表明,采用外差降频解耦新方法相对于原直接解耦法在一个“精机”对极周期内的测量精度提高了36.4%,传感器在187.68mm有效测量范围内,经误差补偿后的精度为±4.9μm,分辨力为0.14μm。该时栅位移传感器与国外主流产品相比,降低了对超精密栅线的刻画和电子细分技术的依赖,具有高精度、高分辨力、体积小、成本低的特点。

来源：2024年第9期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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