증분식 평면 2차원 시 격자 변위 센서의 전원 투입 시 영점 설정 문제를 해결하기 위해 다중 주파수 자기장 결합 기반 절대 평면 2차원 시 격자 변위 센서를 설계하였다. 본 센서는 서로 다른 주파수의 시분할 구동 자극 전기 신호를 사용하여 센서 회로의 전력 소비를 줄이는 동시에 X, Y 방향 신호의 분리를 통해 2차원 절대 위치 산출을 보다 간단하고 신뢰성 있게 만든다. 우선, 자극 코일 자기장 분포 수학 모델을 수립하고 공간 자기장 분포 특성에 따라 자극 코일 폭과 결합 공극 높이의 관계를 분석하였다. 차동 구조의 증분식 2차원 시 격자 변위 센서 구조를 기반으로 서로소 극수 구조의 절대 평면 2차원 시 격자 측정 모델을 구축하고, 실제 응용에서 측정 오차가 산출 결과에 미치는 영향을 방지하기 위해 조회표 기반 2차원 절대 위치 산출 새로운 방안을 제시하였다. 전자기장 시뮬레이션을 통해 본 산출 방안의 타당성을 검증하고 센서 최적 장착 간격을 0.8 mm로 결정하였다. 마지막으로 센서 시제품을 제작하고 2차원 정밀 실험 플랫폼을 구축하여 성능을 테스트하였다. 실험 결과, 센서 시제품은 147 mm×147 mm 유효 측정 범위 내에서 X, Y 방향의 원시 측정 오차가 각각 ±20.4 μm 및 ±21.1 μm이며, 전원 투입 시 영점 설정이 불필요한 장점을 가지고 있으며 일체형 2차원 절대 변위 측정 및 위치 결정을 실현하였다.

다중 주파수 자기장; 서로소 극수; 절대 2차원; 시 격자 변위 센서