圆形磁耦合截面构建的新型时栅位移传感器
第３０卷第４期２０１７年４月传感技术学报
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＡＣＴＵＡＴＯＲＳＶｏｌ ３０一Ｎｏ ４Ａｐｒ ２０１７
项目来源:国家自然科学基金项目(５１６０５０６２?５１６７５０７１)?重庆市研究生科研创新项目(ＣＹＳ１５２１８)?重庆市教委科学技术研究
项目(ＫＪ１６００９４０)
收稿日期:２０１６－０９－２１一一修改日期:２０１６－１１－２８ＡＮｏｖｅｌＴｉｍｅ￣ＧｒａｔｉｎｇＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＳｅｎｓｏｒＢａｓｅｄｏｎ
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ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４?Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃ￣ｆｉｅｌｄｔｉｍｅ￣ｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ?ｓｕｃｈａｓｔｈｅｕｎ￣ｅｑｕａｌｉｎｔｅｒｖａｌｏｆｔｏｏｔｈａｎｄｓｌｏｔ?ｔｈｅｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｉｌｓａｎｄｔｈｅｐｏｏｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｉｇｎａｌｓｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ.Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ?ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｓｉｇｎｓｅｎｓｏｒｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈａｔｉｔｕｓｅｓｔｈｅｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈａｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｒｅｃｔａｎ￣ｇｕｌａｒｓｅｃｔｉｏｎｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ.Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｄａｐｔｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｐａｒｔｓａｓｔｈｅｂａｓｉｃａｒｒａｙｐｅｒｍｅａ￣ｂｉｌｉｔｙｕｎｉｔｓ?ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗｉｎｄｉｎｇｔｏｄｅｓｉｇｎａｎｅｗｖａｒｉａｂｌｅｒｅｌｕｃｔａｎｃｅｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｓｐｌａｃｅ￣ｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ.Ｆｉｒｓｔｌｙ?ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳＭａｘｗｅｌｌ.Ｔｈｅｎ?ｔｈｅｅｒｒｏｒｃｕｒｖｅｏｆｅｒｒｏｒｒａｎｇｅｗｉｔｈｉｎ?１.３ａｒｃ￣ｓｅｃｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.Ｔｈｅｓｉｍｕｌａ￣ｔｉｏｎａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｎｅｗｓｅｎｓｏｒｓ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｅｖａｄｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉ￣ｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒｍｏｆｓｌｏｔｔｉｎｇｂｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｃｕｔｔｉｎｇａｎｄｗｉｒｉｎｇ?ｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｉｓｇｏｏｄｔｏｐｒｏｍｏｔｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｔｉｍｅｇｒａｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｉｍｅ￣ｇｒａｔｉｎｇ?ｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ?ｖａｒｉａｂｌｅｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ?ｃｏｕｐｌｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄＥＥＡＣＣ:７２３０一一一一ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－１６９９.２０１７.０４.００５
圆形磁耦合截面构建的新型时栅位移传感器?
王阳阳?陈锡侯??索龙博?汤其富
(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)
摘一要:现有磁场式时栅位移传感器暴露出机械加工齿槽等分性差和线圈绕制参数一致性差?导致耦合磁场形成的电信号质量较差的问题?针对以上问题?提出了一种以圆形截面铁磁材料替代传统类矩形截面铁磁材料构建耦合磁场形式的传感器设计方法?该方法采用标准件作为基本阵列导磁单元?并以定制的精密线圈绕组设计一种新型的变磁阻式时栅位移传感器?文中首先利用有限元软件ＡＮＳＹＳＭａｘｗｅｌｌ对理论模型的可行性进行了仿真验证?然后通过精度实验获取了误差范围在?１.３?内的误差曲线?仿真与样机实验验证了新型传感器设计方案的可行性?该方法的应用规避了传统的线切割开槽绕线的机械加工形式?可以在有效提高电信号质量的同时大大提高了时栅的生产效率?有利于时栅位移传感器产品化进程的推进?关键词:时栅位移传感器?变磁阻?圆形截面?磁场耦合
中图分类号:ＴＰ２１６一一一一文献标识码:Ａ一一一一文章编号:１００４－１６９９(２０１７)０４－０５１２－０７
一一在现代工业中?传感器作为测量基本部件被广泛应用于位移量测量和精密定位中?其要实现的高精度
位移测量是精密加工二数控系统二直线伺服电机二计量
测量以及国防军工等众多工业应用领域中的一项非常
重要的技术[１－２]?其中?应用比较广泛的诸如:光电编
码器二磁栅二容栅等多采用基于空间精密刻划的机械制
造工艺实现产品的精度保障[３－５]?以国内外应用最广
的德国海德汉光栅编码器为例?其精度在?５?至?０.４?范
围的产品?线数通常为９０００线~１８００００线?精度的实现很大程度上依赖刻划精度和水平?鉴于我国机械加工水平较低的事实?以及在精密刻划工艺方面存在严重的技术短板?国产高精度光栅的研制实现较难?为规避这一技术难题?一种基于 时间量测量空间量 思想[６－８]的新型位移传感器 时栅位移传感器被研究试制?通过时栅研发团队十几年的技术积累?在多项国家自然基金项目的支持下?时栅位移传感器实现了万方数据