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時(shí)柵E+E位移傳感器信號處理系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
時(shí)柵E+E位移傳感器采用“用時(shí)間測量空間”的“時(shí)空坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”的測量理論，不需要精密機(jī)械刻線就能實(shí)現(xiàn)精密位移測量，因而越來越多的應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床和其他精密位移測量領(lǐng)域，逐漸從理論實(shí)驗(yàn)階段向市場化、商業(yè)化發(fā)展。但是由于時(shí)柵信號處理系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動電源、信號采集與處理、數(shù)據(jù)處理與誤差補(bǔ)償?shù)雀鞑糠址謩e由不同的處理器芯片來完成。

時(shí)柵E+E位移傳感器信號處理系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
為提高時(shí)柵的測量精度,擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域,提出了一種基于雙測頭的時(shí)柵E+E位移傳感器實(shí)時(shí)在線自標(biāo)定方法。利用空域信號傅里葉級數(shù)的空間位移和線性性質(zhì),找出了相距一固定角的兩個(gè)測量位置時(shí)柵示值之差數(shù)列的傅里葉級數(shù)與誤差函數(shù)傅里葉級數(shù)間的關(guān)系;在此基礎(chǔ)上,提出利用雙測頭相對回轉(zhuǎn)的方法,實(shí)現(xiàn)了相距定角的兩測量位置時(shí)柵示值之差數(shù)列的傅里葉級數(shù)的獲取和誤差函數(shù)的重構(gòu);分析了定角取值對誤差函數(shù)重構(gòu)精度的影響。隨著時(shí)柵傳感器的廣泛應(yīng)用，其不足之處日益顯現(xiàn)：一是各模塊使用不同芯片，使得生產(chǎn)成本偏高、程序下載繁瑣；二是需要設(shè)計(jì)不同種類電源為各芯片進(jìn)行供電，電源設(shè)計(jì)復(fù)雜；三是分離式的設(shè)計(jì)使得處理系統(tǒng)體積偏大，不利用集成化應(yīng)用。 基于以上信號處理系統(tǒng)的不足，提出一種基于單片微控制器的時(shí)柵E+E位移傳感器集成化信號處理系統(tǒng)，將時(shí)柵信號的激勵(lì)信號發(fā)生、感應(yīng)信號處理與采集、數(shù)據(jù)處理與誤差補(bǔ)償集中在一片芯片中完成，提高信號處理的集成化、簡化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本。 通過對時(shí)柵傳感器信號處理系統(tǒng)性能要求以及市場上各種微控制處理能力的綜合分析，本設(shè)計(jì)選用ST公司推出的基于Cortex-M4內(nèi)核的STM32F4VGT微控制器作為主控芯片，采用數(shù)字頻率直接合成（DDS）技術(shù)進(jìn)行激勵(lì)源的設(shè)計(jì)，利用芯片“輸入捕獲”功能來完成感應(yīng)信號的采集，由芯片集成的FPU和DSP指令集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和算法實(shí)現(xiàn)，采用多測頭法進(jìn)行測量誤差分離，并采用傅氏級數(shù)諧波修正技術(shù)實(shí)現(xiàn)誤差修正，實(shí)現(xiàn)了單芯片處理的時(shí)柵傳感器信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

時(shí)柵E+E位移傳感器信號處理系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
試驗(yàn)結(jié)果表明:該方法能在誤差頻次高、誤差成分復(fù)雜的條件下有效降低整周范圍內(nèi)時(shí)柵的測量誤差,對72對極的時(shí)柵傳感器,經(jīng)自標(biāo)定后剩余誤差的峰-峰值小于2″,達(dá)到計(jì)量光柵精度水平,且系統(tǒng)極易集成,易于實(shí)現(xiàn)。該方法特別適合于大直徑、大中空等特殊條件下時(shí)柵的自標(biāo)定,也同樣適用于其他同類型E+E位移傳感器的自標(biāo)定。