磁栅是一种位移测量技术。由于磁栅具有良好的抗干扰能力,对环境要求低,可以工作在多灰尘,潮湿,多油污等环境中正常工作。但是磁栅位移传感器的精度较低,难以实现绝对位移输出,基于课题来源,本文从传感器结构出发,通过对磁栅传感器结构改进同时获得细分信号和节距信息信号,并采用高精度的电子细分来提高磁栅的精度,通过设计磁编码序列来解决绝对位移输出的难题,来设计出可以工作在恶劣环境下的绝对式磁栅位移传感器。 本文介绍了国内外位移传感器的现状,通过对比分析,选取球栅结构进行设计,并对传感器的结构加以改进,对传感器的读数头,感应线圈激励线圈组的绕线方式,铁芯结构进行了设计,从感应线圈中获得高质量的细分信号,并在尺身上录制磁编码信号,利用霍尔传感器采集出磁编码信号来实现绝对位移的输出。对设计的传感器的测量原理进行了深入的研究,通过ANSYS软件对设计的磁栅位移传感器的磁场进行模拟仿真,探讨其电磁分布情况,得出传感器位移与输出电压信号的规律。引入高精度的CORDIC算法对传感器细分信号进行电子细分,并对CORDIC算法进行了优化,对优化后的算法进行了仿真。对磁编码序列进行了研究,采用m序列对直线型和圆环型的各种情况进行了讨论,给出了编码的步骤和方法。最后对信号处理模块进行了仿真,分析了误差来源。 论文主要工作归纳如下： 1)重新设计了磁栅传感器结构,可同时获得细分信号和节距信息信号,用ANSYS软件分析了传感器在静态和动态情况下的磁场规律,得出间隙在1mm到2mm之间,可以得到比较好的输出信号。 2)引入CORDIC算法对细分信号进行细分,对16位CORDIC算法进行优化,减少了2/3的ROM空间,将适用范围提升到整个360。,仿真后可以对一个周期的信号进行215细分,解决了精度低的问题。 3)对磁编码进行研究,引入m序列简化编码的步骤,可以很容易的得到编码序列,适应于直线,圆环的编码,简化编码的步骤和难度,解决磁场传感器的难以实现绝对位移的问题。
2022-11-26 23:27:21
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