多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器研究

杨继森; 袁俊松; 修府; 刘嘉诚; 张小龙

中国机械工程 ›› 2025, Vol. 36 ›› Issue (05) : 889 -897.

杨继森, 袁俊松, 修府, 刘嘉诚, 张小龙

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摘要

针对双列平面磁场式传感器两码道激励频率相同时磁场之间的相互串扰影响传感器测量精度并降低信噪比等问题，提出了一种多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器设计方案，在实现解算绝对位移的同时能够消除码道间磁场串扰的问题。传感器分为定尺和动尺，都采用双层交替结构，定尺使用两列增量式码道组合而成，分为精机和粗机，两列激励线圈的对极数为互质关系的两个整数，利用对极内位移差实现绝对位移测量。精机测量通道和粗机测量通道同时通入不同频率的激励电流信号，其中精机为1 MHz高频电流信号，高频激励电流信号可以有效增强感应信号，提高电气处理系统的信噪比。通过外差降频的方法来提高传感器分辨力，有效地解决了通过提高激励信号频率来提高信号信噪比与传感器解算高分辨力难以兼顾的问题。通过电磁仿真分析对传感器进行了理论验证和误差分析。最后搭建实验平台进行了样机实验，实验结果表明，采用多频磁场耦合的绝对式传感器结构有效消除了精机与粗机之间的磁场串扰，传感器信噪比得到提高，在140 mm的测量范围内测量误差小于±17.34μm。