平面二维时栅位移传感器的理论模型与误差分析

作     者：刘小康 李佳豪 彭凯 王合文 蒲红吉 Liu Xiaokang;Li Jiahao;Peng Kai;Wang Hewen;Pu Hongji

作者机构：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 

出 版 物：《仪器仪表学报》 (Chinese Journal of Scientific Instrument)

年 卷 期：2020年第41卷第12期

页      面：111-121页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(51905063) 国家自然科学基金(51935004)项目资助 重庆市教委科学技术研究(KJQN201801127)。 

主　　题：平面二维位移测量 位移传感器 时栅 信号解耦 误差特性 

摘      要：本文提出了一种平面二维位移测量方法,并研制出了一种新型的平面二维时栅位移传感器。首先,建立了平面二维时栅测量模型,采用一种离散化的电极编码阵列,实现了二维平面上的编码;其次,提出了一种测量信号解耦方法,通过对4块正交排列的动尺电极上的感应信号进行线性运算,实现了对输出行波信号的解耦;建立了三维电场仿真模型并进行仿真分析,仿真结果验证了离散化电极编码的可行性和解耦运算方法的有效性;此外,通过仿真得到了平面二维时栅位移传感器的误差特性,其主要以4次误差为主,并且随着间隙的增大而衰减;最后,采用PCB工艺制造了传感器样机进行实验。实验表明:在300 mm×300 mm范围内,二维时栅传感器在X方向大量程误差为±8μm,Y方向大量程误差为±8.4μm,实现了可靠的二维位移测量。