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时栅位移传感器原理与发展历程 被引量：40
1
作者 彭东林 刘小康 +6 位作者 张兴红 陈锡侯 朱革 杨继森 王先全 高忠华 郑方燕 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2010年第10期40-45,共6页
回顾了时栅传感器从原理创新思想、全新技术、高品质产品到新兴产业十多年的发展历程。介绍了时栅传感器的基本原理、应用情况以及迄今所取得的社会评价等。
关键词 时栅 传感器 时间 空间 测量
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用于极端和特殊条件下机械传动误差检测的寄生式时栅研究 被引量：38
2
作者 彭东林 李彦 +3 位作者 付敏 高忠华 陈锡侯 陈自然 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期359-365,共7页
针对高速、重载、超大等极端条件和中空、狭窄、限重等一些不能安装普通传感器的特殊条件下的全闭环精密测量与精密控制问题,沿袭前期时栅传感器研究基础,提出一种将被测齿轮与传感器融汇一体的新方法。采用非接触、密封的离散测头线圈... 针对高速、重载、超大等极端条件和中空、狭窄、限重等一些不能安装普通传感器的特殊条件下的全闭环精密测量与精密控制问题,沿袭前期时栅传感器研究基础,提出一种将被测齿轮与传感器融汇一体的新方法。采用非接触、密封的离散测头线圈直接把被测齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条、丝杠等当作均匀分度的"齿栅",作为新检测方法的行波产生器件,再用时钟脉冲作为位移精密测量的基准。另外采用4对径离散测头消除除去4 n(n=1,2,3,…)次以外的各次谐波误差,保证寄生式时栅动态的位移测量精度,并从理论和实验上证明了该方法的正确性和有效性。这种寄生式时栅具有体积小、重量轻、成本低、抗强振动和抗强污染等显著特色,应用前景广泛。 展开更多
关键词 极端条件 传动误差 寄生 时栅
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纳米时栅位移传感器的理论模型与误差分析 被引量：35
3
作者 刘小康 彭凯 +1 位作者 王先全 朱革 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1136-1142,共7页
纳米位移测量技术及器件是实现纳米精度定位与控制的"眼睛",针对现有的纳米位移测量方法在大量程和高精度之间难以兼顾的现状,提出一种基于交变电场的驻波合成电行波的新方法,研究一种新型的纳米时栅位移传感器。对纳米时栅... 纳米位移测量技术及器件是实现纳米精度定位与控制的"眼睛",针对现有的纳米位移测量方法在大量程和高精度之间难以兼顾的现状,提出一种基于交变电场的驻波合成电行波的新方法,研究一种新型的纳米时栅位移传感器。对纳米时栅的工作原理进行了详细分析,构建了一个受4路位移信息调制的行波表达式,通过对表达式的理论推导,分析了2路驻波幅值不相等、单路驻波正负幅值不相等以及驻波中包含高次谐波分量等因素导致的误差规律。在此基础上开展了大量验证性实验,结果证明了理论分析的正确性。根据理论分析和实验结果,明确了纳米时栅一次、二次和四次误差的产生原因,据此对传感结构和参数进行了优化设计,最终在200 mm测量范围内精度达到±300 nm。 展开更多
关键词 纳米测量 电容传感器 时栅 行波合成 误差特性
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纳米时栅位移传感器电场分布与误差特性研究 被引量：19
4
作者 刘小康 蒲红吉 +2 位作者 郑方燕 冯济琴 于治成 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2257-2264,共8页
针对现有纳米测量技术量程小和测量环境要求苛刻等不足,提出研究一种以高频时钟脉冲作为计量基准的新型纳米位移传感器,利用差动平行电容极板构建的交变电场进行精密测量。为了优化传感参数并提高测量精度,对纳米时栅传感器在不同参数... 针对现有纳米测量技术量程小和测量环境要求苛刻等不足,提出研究一种以高频时钟脉冲作为计量基准的新型纳米位移传感器,利用差动平行电容极板构建的交变电场进行精密测量。为了优化传感参数并提高测量精度,对纳米时栅传感器在不同参数条件下的电场分布与误差特性进行了研究。首先根据其测量特征,利用ANSYS软件建立二维仿真模型,对不同参数条件下传感器的电场分布进行分析;再通过实验验证,找出不同参数与误差特性之间的关系;最后根据仿真和实验结果,对传感参数进行优化设计。实验表明:在200 mm测量范围内,传感器精度达到±300 nm。为纳米时栅优化设计和精度提高提供了可靠的理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 纳米测量 电容式位移传感器 时栅 电场分布 误差特性
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磁导调制型时栅位移传感器测量方法研究 被引量：17
5
作者 武亮 陈锡候 +1 位作者 王阳阳 黄奔 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1043-1048,共6页
时栅位移传感器采用时空坐标转换理论,可在低加工精度条件下实现角位移的高精度测量,现已应用于高精度数控转台控制系统中。原有的场式时栅位移传感器借鉴电机结构,通过转子线圈感应旋转磁场产生电行波,再通过滑环引出。为了消除滑环结... 时栅位移传感器采用时空坐标转换理论,可在低加工精度条件下实现角位移的高精度测量,现已应用于高精度数控转台控制系统中。原有的场式时栅位移传感器借鉴电机结构,通过转子线圈感应旋转磁场产生电行波,再通过滑环引出。为了消除滑环结构,进一步降低成本、提高传感器抗干扰能力,通过磁导调制方法产生两路驻波并合成电行波,采用两路驻波磁路分离式结构,设计去除转子绕线的磁导调制型时栅位移传感器。利用电磁仿真软件对传感器的各项参数进行仿真优化,传感器仿真电行波幅值变化6.1%;采用光栅进行精度标定实验,测量精度达到-2.7″^+2.2″。 展开更多
关键词 角位移检测 时栅传感器 磁导调制 光栅标定
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精密时栅位移传感器研究 被引量：16
6
作者 彭东林 刘小康 +1 位作者 张兴红 陈锡侯 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2005年第11期98-101,共4页
根据现有栅式位移传感器存在的分辨率不高、抗干扰力不强等不足而开展了这项研究。提出“用时间测量空间”的新方法,介绍了由此思想而设计的一种全新原理的传感器———“时栅”位移传感器。
关键词 时栅 单齿 传感器
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时栅数控转台空间回转位置预测方法研究 被引量：16
7
作者 刘小康 郑方燕 +1 位作者 王先全 彭东林 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2303-2308,共6页
时栅传感器利用时空变换技术将空域信息变换到时域,以时间测量空间位移。为了研制高精度时栅数控转台,减少动态位置反馈误差,提出了一种回转位置预测测量新方法,利用时空变换技术将时域信息返回到空域。利用时间序列理论对时栅测量值进... 时栅传感器利用时空变换技术将空域信息变换到时域,以时间测量空间位移。为了研制高精度时栅数控转台,减少动态位置反馈误差,提出了一种回转位置预测测量新方法,利用时空变换技术将时域信息返回到空域。利用时间序列理论对时栅测量值进行建模,从而预测出数控转台未来一段时间内的位置值,并利用当前测量值对前一次的预测误差进行实时修正。介绍了测量数据建模方法和预测系数估计算法。为了验证位置预测方法的有效性,设计了一套动态实验系统。实践证明,数控转台的角位移预测误差为±2″,实现了精密位置预测。 展开更多
关键词 预测测量 时空变换 时栅 数控转台
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典型位移传感器分类研究与时栅传感器特点分析 被引量：15
8
作者 彭东林 付敏 +3 位作者 陈锡侯 刘小康 汤其富 武亮 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期36-42,共7页
对现有广泛使用的主要位移传感器和全新原理的时栅位移传感器,按其测量基准、测量原理、数学模型和刻划媒介等方面的不同进行了科学分类,分析其间的联系与差别、优势与不足、各自适用的场合等技术特征。介绍时栅在测量原理上的先进性,... 对现有广泛使用的主要位移传感器和全新原理的时栅位移传感器,按其测量基准、测量原理、数学模型和刻划媒介等方面的不同进行了科学分类,分析其间的联系与差别、优势与不足、各自适用的场合等技术特征。介绍时栅在测量原理上的先进性,经权威部门——中国测试技术研究院检定:目前圆式、直线式时栅的测量精度分别达到±0.8″、±0.5μm/m,分辨力分别达到0.1″、0.1μm。为了使时栅的测量精度向纳米级测量精度迈进,对基于电场和光场原理的纳米时栅进行了分析。另外对时栅的衍生技术-寄生式时栅及其在极端特殊环境下的应用前景进行了简单介绍。 展开更多
关键词 位移传感器 光栅 旋转变压器 时栅
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基于支持向量机时栅数控转台时序预测研究 被引量：14
9
作者 陈自然 彭东林 +3 位作者 刘小康 郑永 陈锡侯 郑方燕 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1793-1799,共7页
时栅代替光栅等传统位移传感器运用到全闭环数控转台做角位移检测部件,需采用时空变换算法将时栅的时域信息转换到空域信息。运用时间序列分析出时栅数控转台的测试数据依存特性,采用支持向量机建立起未来测试数据和历史样本的映射关系... 时栅代替光栅等传统位移传感器运用到全闭环数控转台做角位移检测部件,需采用时空变换算法将时栅的时域信息转换到空域信息。运用时间序列分析出时栅数控转台的测试数据依存特性,采用支持向量机建立起未来测试数据和历史样本的映射关系,从而得到测试数据中隐含的规律。依据过去相关测量值采用支持向量机回归预测下一采样时刻角位移,将原本等时采样的绝对式角位移转换为全闭合数控系统需要的等空间增量式连续脉冲。并且在误差控制方面,采用当前预测值对上一次预测误差进行实时修正,消除累计误差保证测量精度。实验证明支持向量回归的时间序列预测算法能有效保证动态数控角位移测量误差控制在±2.5″以内,实现精密全闭环角位移测量。 展开更多
关键词 支持向量回归 时栅 时间序列 全闭环
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时栅位移传感器研究 被引量：14
10
作者 彭东林 刘小康 +1 位作者 张兴红 陈锡候 《重庆工学院学报》 2006年第5期1-4,共4页
为了解决传统测量技术对精密制造的过分依赖问题,研究者经过多年努力研制成功一种全新原理的位移传感器———时栅传感器.实践表明它具有高精度低成本和智能化等显著优点,目前正在产品化过程之中.
关键词 时栅 传感器 精密测量
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时栅角位移传感器中的多普勒效应影响及其抑制方法研究 被引量：13
11
作者 汤其富 彭东林 +2 位作者 武亮 陈锡侯 孙世政 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期620-626,共7页
为了适应更多应用场合,时栅角位移传感器需具备动态测量能力,即在传感器动测头转动时进行测量,但传感器的动测头相对于旋转磁场的速度会影响其输出信号的频率和幅值,该现象是一种特殊的多普勒效应。由于动测头信号频率发生变化,所以电... 为了适应更多应用场合,时栅角位移传感器需具备动态测量能力,即在传感器动测头转动时进行测量,但传感器的动测头相对于旋转磁场的速度会影响其输出信号的频率和幅值,该现象是一种特殊的多普勒效应。由于动测头信号频率发生变化,所以电路的相频特性和幅频特性使动态测量精度下降。从理论和实验两方面详细分析了这种多普勒效应及其对时栅传感器的影响,并介绍了对该多普勒效应影响的抑制方法。其中,提高旋转磁场速度的方法通过实验验证使动态测量误差减小达90%。 展开更多
关键词 时栅 旋转磁场 动测头 多普勒效应
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基于检测单元的永磁同步直线电机位置检测新技术 被引量：12
12
作者 陈自然 赵有祥 +2 位作者 刘小康 彭凯 赵建 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期48-55,共8页
针对目前复杂机电系统与位置检测技术无法在机械结构和电气功能上形成有效集成的矛盾,提出将永磁同步直线电机定子内周期性变化励磁作为空间位移测量载体,采用磁阻传感器结合时栅位移传感技术构建永磁同步直线电机内置式位置检测单元,... 针对目前复杂机电系统与位置检测技术无法在机械结构和电气功能上形成有效集成的矛盾,提出将永磁同步直线电机定子内周期性变化励磁作为空间位移测量载体,采用磁阻传感器结合时栅位移传感技术构建永磁同步直线电机内置式位置检测单元,通过感应的两路驻波合成行波信号,构建位置传感所需的运动参考系,建立空间位移和时间基准之间的关系。在不改变永磁同步直线电机原有机械结构和电气特性的基础上,可实现永磁同步直线电机在150 mm范围内-47.2~49.6μm的定位精度和0.15μm的测量分辨力。这种位移检测集成技术具有结构简单,成本低廉等优势,可替代一些中等精度光栅在复杂机电系统实现位移信息反馈,具有重要工程应用价值。 展开更多
关键词 位置检测单元 时栅 永磁同步直线电机 测量基准
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时栅位移传感器智能化实现方法研究 被引量：11
13
作者 刘小康 费业泰 +1 位作者 彭东林 张兴红 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1139-1142,共4页
时栅是一种利用时间测量空间位移的新型位移传感器。研究智能化技术可以充分利用软件来提高时栅的精度、改善时栅的性能。提出一种基于数字闭环控制技术的时栅自补偿方法,消除了工作条件、电路参数变化等因素的影响。提出一种实现时栅... 时栅是一种利用时间测量空间位移的新型位移传感器。研究智能化技术可以充分利用软件来提高时栅的精度、改善时栅的性能。提出一种基于数字闭环控制技术的时栅自补偿方法,消除了工作条件、电路参数变化等因素的影响。提出一种实现时栅自校零与自校准的方法,无需外部高精度基准信号,消除了时栅零点漂移和增益漂移。并提出一种实现时栅误差自校正的方法。实践证明,采用自补偿、自校零与自校准技术实现了时栅的高稳定度,采用自校正技术实现了时栅的高精度。 展开更多
关键词 时栅 智能化 自补偿 自校准 自校正
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基于SOPC的时栅位移传感器信号处理系统设计 被引量：11
14
作者 郑方燕 王宝珠 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1429-1432,共4页
为了提高时栅位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于SOPC技术的时栅信号处理系统,将数据的采集和处理集成在一片FPGA内,采用NiosⅡ处理,并将复杂的乘除运算加入了自定义指令,提高了时栅传感器的数据处理效率,采用傅氏级数谐波... 为了提高时栅位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于SOPC技术的时栅信号处理系统,将数据的采集和处理集成在一片FPGA内,采用NiosⅡ处理,并将复杂的乘除运算加入了自定义指令,提高了时栅传感器的数据处理效率,采用傅氏级数谐波修正技术来进行误差修正,大大提高了测量精度。实验表明,采用该系统后,时栅在每分钟8转情况下误差峰峰值为2.2″。 展开更多
关键词 信号处理 动态测量 SOPC 时栅 角位移 传感器
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变耦型时栅位移传感器理论模型与误差研究 被引量：10
15
作者 鲁进 陈锡侯 +1 位作者 武亮 汤其富 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期561-569,共9页
针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾... 针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。 展开更多
关键词 高精度测量 位移传感器 大量程 时栅 误差特性
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一种互补耦合型电磁感应式直线位移传感器的研究 被引量：9
16
作者 翁道纛 汤其富 +1 位作者 彭东林 谷星莹 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期996-1002,共7页
由于现有直线位移传感器通常为单面耦合型,即动尺只在定尺一侧安装,所以传感器的测量性能不免受动尺与定尺间的间隙变化、平行度差等装配问题的影响。为了使传感器达到较高的测量性能,传感器的安装和运行轨迹直线度往往需要满足苛刻的... 由于现有直线位移传感器通常为单面耦合型,即动尺只在定尺一侧安装,所以传感器的测量性能不免受动尺与定尺间的间隙变化、平行度差等装配问题的影响。为了使传感器达到较高的测量性能,传感器的安装和运行轨迹直线度往往需要满足苛刻的要求。针对该问题,开展了一种互补耦合型电磁感应式直线位移传感器的研究。动尺对称式地位于定尺两侧,使激励线圈与感应线圈互补耦合。介绍了传感器的仿真实验和样机实验。仿真实验结果显示,的互补耦合型传感器输出的信号质量明显优于单边耦合型传感器。样机的实验结果显示,传感器在互补耦合结构下的测量误差比单面耦合结构下小90%,且受动尺与定尺之间的间隙变化影响较小。提出的互补耦合结构,不仅弥补了单面耦合结构的不足,而且为直线位移传感器的研究提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 直线位移传感器 互补耦合 电磁感应 时栅
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基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器 被引量：8
17
作者 刘小康 李昌伟 +2 位作者 彭凯 于治成 冯济琴 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期23-31,共9页
提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础,将单对极与多对极相结合,整周多对极作为精确测量部分实现高精度,整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电... 提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础,将单对极与多对极相结合,整周多对极作为精确测量部分实现高精度,整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电极结构,粗测部分和精测部分共用一组反射电极和接收电极,因此结构更加紧凑,便于小型化,同时动子无需引线,应用环境更广。通过分时间段对粗测部分和精测部分施加激励信号,并把不工作的电极接地,可以有效消除粗测部分和精测部分之间的串扰,保证测量精度。采用PCB技术制造了外径Φ=60 mm,内径Φ=26 mm的传感器样机。通过理论分析和结构优化,最终实验结果表明传感器的测量精度达到了±12″。 展开更多
关键词 分时复用结构 反射式 绝对式 时栅 角位移传感器
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永磁伺服电机嵌入式位置检测理论及误差分析 被引量：8
18
作者 王淑娴 吴治峄 +2 位作者 彭东林 李维诗 彭凯 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2547-2554,共8页
针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及... 针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及线圈绕制不均匀增加误差的缺点,在此基础上,提出了一种基于隧道磁阻效应(TMR)和时栅技术的永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。在原理分析的基础上,根据行波表达式的理论推导,分析了单路和双路驻波幅值不相等所导致的误差规律,为检测结构的优化和进一步提高测量精度奠定基础。最后通过实验,验证了嵌入式位置检测理论分析的正确性以及检测方案的优越性,所提出方法的检测精度较绕制时栅线圈的检测方法提高了3倍,稳定性提高了5倍。 展开更多
关键词 永磁伺服电机 时栅 位置检测 隧道磁阻效应 嵌入式
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时栅角位移传感器误差修正及其测试系统 被引量：8
19
作者 高忠华 陈锡侯 郑方燕 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2012年第9期75-77,共3页
研制了一种全自动时栅角位移传感器测试系统,用来实现对传感器系统误差的修正。该系统采用光栅作为基准仪器,在一个圆周内分别采集若干个时栅角位移数据和光栅角位移数据,通过串行口送计算机。同时,ARM处理器根据计算机给定的设定值控... 研制了一种全自动时栅角位移传感器测试系统,用来实现对传感器系统误差的修正。该系统采用光栅作为基准仪器,在一个圆周内分别采集若干个时栅角位移数据和光栅角位移数据,通过串行口送计算机。同时,ARM处理器根据计算机给定的设定值控制电机转过相应的角位移,实现了系统误差数据的自动采集。该系统中使用了一种基于最小二乘法误差修正算法,计算机根据该算法,对传感器的系统误差进行自动修正,修正后的精度可达±1″。 展开更多
关键词 时栅 误差修正 自动测试
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基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统集成化设计 被引量：8
20
作者 杨继森 许强 冯济琴 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第12期113-116,共4页
设计了一种基于单片STM32F4芯片的时栅位移传感器信号处理系统,将驱动电源、信号采样以及数据处理与误差补偿集成在一片芯片中完成,采用数字频率直接合成(DDS)技术进行激励源的设计,利用输入捕获方式进行高频时钟脉冲插补来采集测量信号... 设计了一种基于单片STM32F4芯片的时栅位移传感器信号处理系统,将驱动电源、信号采样以及数据处理与误差补偿集成在一片芯片中完成,采用数字频率直接合成(DDS)技术进行激励源的设计,利用输入捕获方式进行高频时钟脉冲插补来采集测量信号,由芯片集成的单周期DSP指令部件完成数据计算,并采用傅氏级数谐波修正技术来进行误差修正。实验表明:采用该系统后,72对极时栅误差峰峰值为3.29″,在保证精度的同时实现了时栅信号处理系统的集成化、小型化,降低了生产成本。 展开更多
关键词 信号处理 STM32F4 时栅 角位移 传感器
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