变耦合系数时栅位移传感器研究

摘要

传感器技术是精密测量技术的重要内容，是进行科学研究的重要工具。位移传感器是基本的几何量测量传感器，广泛应用于生产实践和科学研究中。传统的位移传感器采用“栅式”结构，依赖于高精度的空间刻线，因此具有成本高、加工难度大等缺点。本课题组早期进行的场式时栅位移传感器研究是通过建立“双坐标系”，将空间坐标转换到时间轴上进行测量，通过测量时间变化量得到空间位移量，摒弃了利用空间精密刻线提高精度的方法。本文在国家自然科学基金的资助下，通过比较各种位移传感器工作原理，借鉴场式时栅“以时间测量空间”　　 的思想原理，采用新的测量原理和测量方法，设计开发了变耦合系数时栅位移传感器。主要的研究内容如下：　　 （1）比较传统栅式位移传感器测量原理，找出测量原理的共性和特性，及各种测量方法的优缺点，为变耦合系数时栅位移传感器的研究打下基础。　　 （2）借鉴互感变压器工作原理，利用驻波调制方法，提出变耦合系数时栅位移传感器测量原理。根据不同的驻波调制方法，分别通过电场叠加和磁场叠加形成电行波，并在此基础形成两种类型变耦合系数时栅位移传感器。　　 （3）根据变耦合系数时栅位移传感器测量原理，在软件仿真的基础上对传感器信号拾取端进行磁路设计和机械结构设计，设计出传感器信号拾取端。　　 （4）设计传感器后续信号处理电路，对传感器信号拾取端获取的电信号进行信号处理，得到空间位移量。　　 （5）对设计出的传感器样机进行试验研究，分别进行传感器工作原理验证试验和各项指标性试验。通过试验数据结果分析为进一步优化传感器提供依据，并采用误差修正方法提高传感器精度。　　 综上所述，本文在总结相关类型位移传感器工作原理和互感变压器的工作原理的基础上，设计并研制了变耦合系数时栅位移传感器。一方面传感器精度不依赖于空间精密刻线；另一方面消除了场式时栅的滑环，简化了场式时栅结构，进一步降低了生产成本，提高了适应性。通过误差分析，明确了影响传感器精度的主要因素；经过误差分离修正，提高了传感器的测量精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 常用位移传感器测量原理

3 变耦合系数时栅位移传感器测量原理

4 传感器信号拾取端设计

5 传感器信号分析与处理

6 传感器实验研究

7 总结与展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果