基于环平面非周期结构的磁阻型绝对时栅位移传感器研究

作     者：张星 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲁进

授予年度：2023年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：非周期结构 时栅位移传感器 绝对式测量 时变磁场 PCB 

摘      要：高端制造业的发展离不开精密位移传感器,磁阻型位移传感器具有抗干扰能力强、精度高、稳定性好等优点,在工业制造领域广泛使用。绝对式测量可靠性强而且能提高生产效率,是未来位移传感器的主要研究方向。目前,绝对式测量一般采用差极式多码道结构、差极式共用信号源结构,虽然结构简单可靠,但差极式结构中信号耦合及传感器体积过大等问题,会影响传感器的精度。偏置动子导磁体的单码道绝对式传感器结构,缩小了传感器体积且降低了一定的干扰,但对齿形转子的加工要求较高且漏磁较为严重导致传感器精度较低。鉴于此,本文在平面圆时栅的基础之上,采用铜箔转子约束磁场,提出一种基于环平面非周期结构的磁阻型绝对时栅位移传感器研究方案,开展了以下研究工作:①针对现有差极式结构绝对位移传感器存在安装复杂和信号耦合问题,提出利用非周期结构的铜箔转子约束磁场,通过构建三路输出感应信号的关系用于判断对极,结合整周的输出感应信号实现绝对测量。完善绝对式测量的实现方案并建立传感器的理论模型。②使用仿真分析对传感器的理论模型进行验证。利用Matlab软件对理论模型进行数值仿真,验证模型的可行性。以一体式齿形转子传感器模型为对照组,分别对一体式齿形转子传感器模型和阵列铜箔转子传感器模型进行Ansys有限元仿真分析。对原始信号处理可得,相位差编码曲线在整周上具有单调性,但规律性较弱,故不能用于对极判断。通过分析磁密云图,确定在铜覆盖区域和非铜覆盖区域的边缘存在漏磁和磁场分布不均问题。③针对漏磁现象和磁场分布不均的问题,采用切割转子基体的方法对模型进行优化。通过分析仿真结果,三路感应信号的波形更加规律且感应信号的幅值均得到提高,相位差编码曲线规律性增强并结合滤波方法,确定传感器结构方案。④对优化后的传感器模型进行研制,搭建实验平台并实现上、下位机的通信,测试样机的信号和系统的稳定性,确保实验的误差在精度范围内,开始采集数据,处理并分析误差,在此基础之上对传感器进行了误差修正方法的研究。通过实验结果表明,采用18对极,偏转角为0.5°的绝对式传感器结构,整周测量原始精度为±165.01″。采用傅里叶级数修正法对测量结果进行修正后,样机6次测量平均精度±12.14″。实验结果验证了采用非周期结构的铜箔转子方案,可在整周范围内实现绝对位移测量。