Absoluter ebener zweidimensionaler zeitlicher Gitter-Verschiebungssensor basierend auf mehrfrequenter Magnetfeldkopplung
摘要
Um das Problem des Nullstellens beim Einschalten eines inkrementellen ebenen zweidimensionalen zeitlichen Gitter-Verschiebungssensors zu lösen, wurde ein absoluter ebenen zweidimensionaler zeitlicher Gitter-Verschiebungssensor basierend auf mehrfrequenter Magnetfeldkopplung entwickelt. Dieser verwendet zeitlich versetzte Erregungssignale unterschiedlicher Frequenzen, um den Energieverbrauch der Sensorsschaltung zu senken, während die Entkopplung der Signale in X- und Y-Richtung und die absolute zweidimensionale Positionsberechnung einfacher und zuverlässiger werden. Zunächst wurde ein mathematisches Modell der Magnetfeldverteilung der Erregerspule aufgestellt und die Beziehung zwischen der Breite der Erregerspule und der Höhe des Kopplungsluftspalts basierend auf der räumlichen Magnetfeldverteilung analysiert. Basierend auf der differentiellen Struktur des inkrementellen zweidimensionalen zeitlichen Gitter-Verschiebungssensors wurde ein absolutes Messmodell für zweidimensionale zeitliche Gitter mit zueinander primen Polpaarstrukturen erstellt und ein neues Verfahren zur zweidimensionalen absoluten Positionsbestimmung basierend auf Lookup-Tabellen vorgeschlagen, um die Auswirkungen von Messfehlern auf Berechnungsergebnisse in der Praxis zu vermeiden. Die Machbarkeit dieses Verfahrens wurde durch elektromagnetische Simulation bestätigt, und der optimale Montageabstand des Sensors wurde auf 0,8 mm festgelegt. Schließlich wurde ein Prototyp des Sensors hergestellt und eine zweidimensionale Präzisionstestplattform aufgebaut, um die Leistung zu überprüfen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Sensorprototyp einen effektiven Messbereich von 147 mm × 147 mm hat, mit ursprünglichen Messfehlern in den Richtungen X und Y von ±20,4 μm bzw. ±21,1 μm, und den Vorteil bietet, beim Einschalten keine Nulleinstellung zu benötigen, wodurch eine integrierte absolute zweidimensionale Verschiebungsmessung und Positionierung realisiert wird.
关键词
Mehrfrequentes Magnetfeld; zueinander prime Polpaare; absolutes zweidimensionales; zeitlicher Gitter-Verschiebungssensor
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