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时栅位移传感器的特点在于：因为无需高精度机械加工而实现高精度和高分辨率，从而具有价格特别低（约为光栅的1/10），结构简单，抗干扰力强，智能化程度高等显著特点。目前开发的时栅系统主要应用于圆分度的精密测量（直线测量的样机... 详细信息

标准号: gkls064427

时栅位移传感器的特点在于：因为无需高精度机械加工而实现高精度和高分辨率，从而具有价格特别低（约为光栅的1/10），结构简单，抗干扰力强，智能化程度高等显著特点。目前开发的时栅系统主要应用于圆分度的精密测量（直线测量的样机也已研制成功），可广泛应用于回转分度工作台、检测定位装置、精密测角仪、数控加工中心和数控机床以及武器系统的精密制导和定位系统等。现在课题组正在重庆市科委、经委和信产局的多方支持下，实现时栅的产品化、产业化。具体合作单位有重庆机床厂、烟台机床附件厂、美国SMW公司等单位。

关键词：时栅位移传感器精密测量圆分度

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时栅位移传感器动态误差模型及修正算法研究

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仪器仪表学报 2015年第11期36卷 2548-2555页

作者：杨继森李小雨张静江中伟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

时栅位移传感器的动态测量的重要性日益凸显,提出了一种时栅位移传感器的动态误差修正模型。该模型以动生电动势和感生电动势为切入点,将转动模型等效为动测头单位绕组横截面直线运动模型,建立了转子转速与时栅位移传感器动测头感应信... 详细信息

时栅位移传感器的动态测量的重要性日益凸显,提出了一种时栅位移传感器的动态误差修正模型。该模型以动生电动势和感生电动势为切入点,将转动模型等效为动测头单位绕组横截面直线运动模型,建立了转子转速与时栅位移传感器动测头感应信号之间的关系数学模型。实验验证以低速标定好的时栅位移传感器为基础,提高转子转速,运用该模型对时栅位移传感器采集的原始数据进行预处理,然后运用谐波修正对其进行动态误差修正。实验研究表明:采用该模型后72对极轴式时栅位移传感器转速为2 r/min的误差为±2.4″,转速为4 r/min的误差为±2.88″。

关键词：时栅位移传感器动态测量误差感应电动势

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时栅位移传感器误差动态采样与补偿模型研究

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仪器仪表学报 2022年第6期43卷 9-18页

作者：杨继森张迪卢渝吴灼周润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

针对现有时栅位移传感器误差补偿模型补偿效果受标定实验台速度影响的问题,提出了一种基于三次样条插值-傅里叶谐波合成的误差补偿模型。首先,根据时栅位移传感器多测头信号感应原理与整周误差曲线等间距周期性分布特性,分析短周期误差... 详细信息

针对现有时栅位移传感器误差补偿模型补偿效果受标定实验台速度影响的问题,提出了一种基于三次样条插值-傅里叶谐波合成的误差补偿模型。首先,根据时栅位移传感器多测头信号感应原理与整周误差曲线等间距周期性分布特性,分析短周期误差受标定实验台速度影响,引入传感器等间距采样的“错位”误差,该误差将直接影响构建的短周期误差补偿模型的补偿效果;其次,利用三次样条插值法准确定位误差采样位置,精确重构短周期误差曲线;最后,通过重构的短周期误差曲线与傅里叶谐波补偿法建立了短周期误差补偿模型,提高了时栅位移传感器误差补偿效果。实验结果表明,采用本补偿模型后传感器短周期误差峰峰值降至1.7″;本补偿模型短周期误差补偿效果优于传统基于傅里叶谐波补偿法构建的补偿模型,标定实验台速度为3 r/min时补偿效果可提高56.0%,既能满足传感器动态标定的工作效率,也能满足传感器的高精度误差标定需求。

关键词：时栅位移传感器误差补偿模型三次样条插值傅里叶谐波补偿

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时栅位移传感器的动态特性研究

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中国机械工程 2016年第13期27卷 1790-1795页

作者：杨继森张静江中伟李小雨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

为了解决时栅角位移传感器的动态测量问题,在基于静态的时栅位移传感器电磁仿真的基础上,通过引入运动单元模块,建立了时栅位移传感器的动态电磁仿真模型。通过分析时栅位移传感器的感应电动势幅值信号和感应频率信号,得到了动态条件下... 详细信息

为了解决时栅角位移传感器的动态测量问题,在基于静态的时栅位移传感器电磁仿真的基础上,通过引入运动单元模块,建立了时栅位移传感器的动态电磁仿真模型。通过分析时栅位移传感器的感应电动势幅值信号和感应频率信号,得到了动态条件下的时栅位移传感器感应电动势幅值和频率与转子转速的关系,并测算了磁场式时栅位移传感器在激励频率为400Hz的情况下,理论上能够达到的极限转速为8r/min。实验结果表明,转子转速在0~8r/min时传感器动态误差为±1.4″,速度超过8r/min时传感器精度开始恶化,转子转速为10r/min时传感器误差为±8.2″。

关键词：时栅位移传感器动态仿真感应电动势转子转速

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时栅位移传感器行波产生新方法

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仪器仪表学报 2015年第S1期36卷 205-210页

作者：姜林言朱革昌驰高宇许现波重庆理工大学重庆400054 机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054

时栅位移传感器的核心是时空转换思想,其关键是构建一个无限长匀速运动的栅尺,时栅位移传感器采用了行波来构建这样一个栅尺,因此对行波产生新方法的研究有助于推动时栅位移传感器的研究和发展.分析目前行波产生方法及优缺点,进而提出一... 详细信息

时栅位移传感器的核心是时空转换思想,其关键是构建一个无限长匀速运动的栅尺,时栅位移传感器采用了行波来构建这样一个栅尺,因此对行波产生新方法的研究有助于推动时栅位移传感器的研究和发展.分析目前行波产生方法及优缺点,进而提出一种,一种基于光电信号耦合和驻波调制的行波产生新方法.搭建了实验平台,初步实验表明该设计方案是可行的,产生出正确的行波信号,其峰值为300 mV,周期为99.50 us.并与磁场式时栅位移传感器产生的行波进行了对比,表明该设计方案产生的行波信号质量更好.此设计方案摆脱了目前通过电磁耦合获得信号的方式,并且将时栅位移传感器的研究工作究领域从电磁领域拓宽到了光电领域,提供了研究时栅、提高时栅测量精度的新思路、方法、手段,推动了时栅传感器的发展.

关键词：时栅位移传感器光电耦合行波新方法

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差动结构的平面二维时栅位移传感器

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中国机械工程 2020年第12期31卷 1444-1451,1460页

作者：杨继森牟智铭李路建邵争光田青青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

为了解决采用两套高精度一维传感、装置测量二维位移时存在的测量系统复杂、检测同步性难保证和解耦运算复杂等问题,提出了一种基于差动结构的二维感应信号直接解耦方法,用于研究一种平面线圈型二维时栅位移传感器。立足于传统电磁式时... 详细信息

为了解决采用两套高精度一维传感、装置测量二维位移时存在的测量系统复杂、检测同步性难保证和解耦运算复杂等问题,提出了一种基于差动结构的二维感应信号直接解耦方法,用于研究一种平面线圈型二维时栅位移传感器。立足于传统电磁式时栅技术,构建了二维位移直接解耦测量模型,并设计了传感器的基本结构。利用ANSYS Maxwell建立了传感器三维结构模型并进行了电磁仿真,并对仿真结果进行误差分析和溯源。基于此研制了传感器样机并进行了实验。实验结果表明:样机在79.2 mm×79.2 mm测量范围内,X方向误差为91μm,Y方向误差为74μm,可实现二维位移同步检测和直接解耦测量,且测量系统结构简单、体积小,对研究更高性能的二维时栅具有重要参考价值。

关键词：时栅位移传感器差动结构平面线圈二维位移直接解耦测量

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基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器

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仪器仪表学报 2017年第1期38卷 83-90页

作者：武亮彭东林鲁进汤其富陈锡侯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

针对现有磁场式直线时栅位移传感器行波磁场产生过程中,齿槽的存在影响行波磁场的匀速性,提出基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器。无齿槽的结构形式提高了行波磁场的匀速性,可实现大极距下的高精度测量。传感器将施加正交信号的两... 详细信息

针对现有磁场式直线时栅位移传感器行波磁场产生过程中,齿槽的存在影响行波磁场的匀速性,提出基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器。无齿槽的结构形式提高了行波磁场的匀速性,可实现大极距下的高精度测量。传感器将施加正交信号的两相励磁线圈相间排列形成平面线圈线阵,产生的行波磁场通过磁场拾取线圈感应出电行波信号,处理后得到位移量。通过电磁场分析软件对传感器进行建模仿真,根据仿真结果得到测量误差;通过理论分析对测量误差进行分析溯源,并根据分析结果对传感器结构进行优化。基于分析和优化结果研制出传感器样机,并进行了精度实验。实验表明,传感器在240 mm内测量精度为±1μm,实现了精密测量。

关键词：直线位移传感器齿槽平面线圈时栅位移传感器误差分析

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两相驱动型时栅位移传感器测角系统误差建模与分析

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四川大学学报（工程科学版） 2014年第6期46卷 139-144页

作者：杨继森江中伟冉扬洁李宏伟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400050

为了进一步拓展时栅位移传感器的应用范围,在传统场式时栅位移传感器测角系统的基础上,提出一种两相驱动型时栅位移传感器测角系统。该系统以低分辨率、低成本的圆光栅和直接数字频率合成器构成一种新的"时间行波",结合传统... 详细信息

为了进一步拓展时栅位移传感器的应用范围,在传统场式时栅位移传感器测角系统的基础上,提出一种两相驱动型时栅位移传感器测角系统。该系统以低分辨率、低成本的圆光栅和直接数字频率合成器构成一种新的"时间行波",结合传统时栅位移传感器的处理技术,构成一个新的测角系统。对该测角系统的误差模型进行研究。实验结果表明:该测角系统的主要误差成分为光栅信号的不正交、不等幅与残余直流电平3项误差源,通过该误差模型可以有效地减小时栅位移传感器的原始误差,提高测角系统的测量精度,精度达到±3.2″。

关键词：时栅位移传感器行波光栅误差模型

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多频磁场耦合的绝对式平面二维时栅位移传感器

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光学精密工程 2024年第20期32卷 3026-3046页

作者：杨继森修府张静袁俊松张小龙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 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 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 重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对增量式平面二维时栅位移传感器上电需找零的问题,设计了一种基于多频磁场耦合的绝对式平面二维时栅位移传感器,其采用不同频率分时驱动激励电信号,降低传感器电路功耗的同时,使X,Y方向的信号解耦合二维绝对位置解算更加简单可靠。首... 详细信息

针对增量式平面二维时栅位移传感器上电需找零的问题,设计了一种基于多频磁场耦合的绝对式平面二维时栅位移传感器,其采用不同频率分时驱动激励电信号,降低传感器电路功耗的同时,使X,Y方向的信号解耦合二维绝对位置解算更加简单可靠。首先,建立激励线圈磁场分布数学模型,根据空间磁场分布特性分析激励线圈宽度与耦和气隙高度的关系;基于差动结构的增量式二维时栅位移传感器结构,建立对极数互质结构的绝对式平面二维时栅测量模型,并提出一种基于查表方式的二维绝对位置解算新方案,避免了实际应用中测量误差对解算结果的影响;通过电磁场仿真验证了此解算方案的可行性并确定了传感器最佳安装间隙为0.8 mm;最后,制作了传感器样机并搭建二维精密实验平台进行性能测试。实验结果表明,传感器样机在147 mm×147 mm有效测量范围内,X,Y方向的原始测量误差分别为±20.4μm和±21.1μm,其具有上电无需找零的优势,实现了一体式二维绝对位移测量与定位。

关键词：多频磁场对极数互质绝对式二维时栅位移传感器

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时栅位移传感器动态误差预测及实时补偿方法

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第12期37卷 92-102页

作者：彭凯李翼樊星辰于治成蒲红吉重庆理工大学机械检测与装备技术教育部工程研究中心重庆400054 通用技术集团国测时栅科技有限公司重庆401329 重庆市科学技术研究院重庆401121

对精密位移测量系统的动态误差进行补偿可提高系统的稳定性、精确性和鲁棒性,但补偿的实时性会影响补偿的有效性和准确性。为此,提出了一种通过预测动态误差实时补偿时栅位移传感器测量值的方法,并结合时栅角位移传感器进行分析。首先... 详细信息

对精密位移测量系统的动态误差进行补偿可提高系统的稳定性、精确性和鲁棒性,但补偿的实时性会影响补偿的有效性和准确性。为此,提出了一种通过预测动态误差实时补偿时栅位移传感器测量值的方法,并结合时栅角位移传感器进行分析。首先根据时栅角位移传感器特性,建立了动态误差数学模型,结合无迹卡尔曼滤波算法对动态误差进行预测以提高补偿的实时性,最后在仿真软件和搭建的时栅伺服电机测试平台上验证了该方法的可行性和有效性。在电机保持恒定转速5、50、200 r/min,加速度为12000 r/min2的匀加速和加速度在1000、5000、12000 r/min2中由低到高变化的加速条件下,传感器动态误差分别降低约54.89%、67.37%、80.13%、59.29%和47.09%。通过预测对动态误差进行实时补偿能显著提高传感器的动态测量精度,并且转速越高补偿效果越好,相较于传统的谐波补偿法具有更好的实时性。

关键词：时栅位移传感器动态误差误差预测实时补偿无迹卡尔曼滤波

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