差极单码道绝对式时栅角位移传感器硬件系统设计
高精度角位移测量是精密测量技术的重要分支，广泛应用于国防军事、医疗卫生、航空航天等重要领域。随着科技的不断进步，市场对角位移传感器提出了新的要求，在实现高精度角度测量的同时，还需要实现绝对测量并且满足小型化需求。由于大多数绝对式编码器依靠多码道二进制编码方式实现绝对测量，难以满足市场对小型化和高精度绝对式传感器提出的双重挑战。因此，迫切需要探索一种新的编码方式，研制在实现高精度绝对测量的同时还能满足小型化需求的编码器。 本文针对多码道编码方式难以实现小型化，现有单码道编码方式和解码算法过于复杂的缺点，提出一种差极单码道的绝对编码方式来实现绝对测量，主要的研究内容如下： (1)在光场式增量圆时栅的基础上，提出一种差极单码道的新型绝对式测量方法。基本思路为：用差对极的游标编码方法，将游标编码的两个差对极的码道集成到一个码道上，彼此互相平分一个圆周，再在另外一个码盘上，设置6个等分区间，相邻两个区间的栅距分别对应差对极的码道栅距，最后通过事件分时控制模块选择出实现绝对粗码值的两个测头，同时用光场式时栅原理实现增量精码值的测量。 (2)根据时空转换原理和差极单码道的测量机理，设计了传感器结构和差极单码道绝对式圆时栅的硬件测量系统。主要有：交变光场激励与采集模块、事件分时控制模块、行波信号合成和数据传输模块，完成了绝对位置读取程序的编写和抑制电机转动引起信号跳动的消抖电路设计。 (3)搭建了单码道绝对式时栅传感器实验平台，进行传感器原理性验证实验，采用光学镀膜的方式制造外径为54mm的传感器样机。对传感器进行性能测试实验，实验表明：使用周期为2.4°的正弦栅面，其测量结果与基准光栅对比，偏差在对极内为±41″，在整周360°的测量范围为±45″。 综上所述，本文通过对单码道光场式时栅角位移传感器的理论推导，设计传感器的硬件系统，并通过实验验证所开发硬件系统的可行性，以及用一个码道同时实现绝对式测量和增量式测量的可行性，为今后更高性能的绝对式光场式时栅角位移传感器的研制奠定了基础。
角位移传感器;差极单码道;绝对式测量;硬件系统
重庆理工大学
硕士
测试计量技术及仪器
付敏
2022
中文
TP212
2022-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）