具有在线自校正功能的多传感单元共享磁场型绝对式角位移测量方法研究

At present, most of the electromagnetic absolute angular displacement sensor has magnetic field coupling effect between coarse and fine sensors, resulting in great precision reduction of fine sensor compared with its independent work. The traditional ways to solve the problem not only are still not completely overcoming this problem, and cause complex structure of the sensor, so the suppression of mutual coupling is the key and difficult point to influence the performance of this kind of sensors. Absolute angular displacement measurement method presented in this project only needs one magnetic field, and coarse and fine sensing-units share the magnetic field, thus mutual coupling of magnetic field between coarse and fine sensors is to be avoided completely, and will be helpful to improve the precision of inductive absolute angular displacement sensors. Multiple sensing-units sharing method of magnetic field can achieve the same measurement based on more than two independent sensors without increasing sensor complexity. If a coarse sensing-unit and two fine sensing-units share a single magnetic field, the sensor not only can make absolute angular displacement measurement, but also can improve measurement precision by use of online self-calibration method based on two fine sensors, providing the sensor a solution to keep high precision in complex or harsh working environments.

目前大部分电磁式绝对角位移传感器存在着粗机与精机的磁场相互耦合问题，导致精机的测量精度与其独立工作时的水平差距较大。传统的解决方法不仅无法彻底消除此问题，而且使传感器结构复杂化，所以“相互耦合”制约着该类传感器的测量精度等性能提高。本项目提出的绝对式角位移测量方法只需要一个激励磁场，且粗机和精机传感单元共享该激励磁场，因而完全规避了磁场相互耦合问题，这为进一步提高电磁式绝对角位移传感器的测量精度奠定了基础。本项目的多传感单元共享磁场的方式可以在几乎不增加传感器复杂度的情况下达到多个传感器组合的效果。如果粗机传感单元和多个精机传感单元共享激励磁场，则不仅可以实现绝对式角位移测量，而且可以结合基于两个精机的在线自校正方法提高位移测量精度，为传感器在复杂或恶劣工作环境中长期保持高精度测量提供一种有效手段。

目前大部分电磁式绝对角位移传感器存在着粗机与精机的磁场相互耦合问题，导致精机的测量精度与其独立工作时的水平差距较大。传统的解决方法不仅无法彻底消除此问题，而且使传感器结构复杂化，所以“相互耦合”制约着该类传感器的测量精度等性能提高。为此，本项目基于三方面内容开展了研究：. （1）多传感单元共享同一激励磁场的物理模型研究；. （2）基于多传感单元信号的在线自校正方法研究；. （3）具有在线自校正功能的多传感单元共享磁场型绝对式时栅角位移传感器研究。. 通过以上三个方面的研究，使时栅角位移传感器在理论与实际层面均得到重要的进展：. （1）一套基于多传感单元共享单一激励磁场的绝对式时栅角位移传感器的研究理论：本项目实现25个和64个重复周期的两个传感单元共享单一激励磁场；根据重复周期数互质的两个传感单元信号，实现了绝对角位置解算；. （2）一种新型绝对式时栅角位移传感器物理模型：本项目所研究出的新型传感器物理模型，将25个和64个重复周期的两个传感单元的激励线圈融合，使二者的激励线圈共用导磁基体，传感器的结构复杂度比以往采用“粗机+精机”方案的时栅角位移传感器大大减小；. （3）一套精度不低于±2角秒的新型绝对式时栅角位移传感器原理样机（包括传感器、硬件电路系统和软件系统）：本项目所研制的新型传感器原理样机，不仅实现了绝对式角位移测量，而且通过在线自校正方法的应用，使短周期误差小于2角秒。. 本项目的研究成果，不仅推动了时栅传感器的发展，而且对于同类传感器具有重要的科学意义：. （1）项目中的共享磁场物理模型研究，将电磁感应式传感器多个传感单元的融合层面由磁场层面提升至线圈层面，为该类传感器的结构优化提供了新的思路；. （2）项目中的多传感单元间的相互校正方法研究，使时栅角位移传感器的精度可以在线提升，为同类传感器的精度保持研究提供了参考价值。