本文關(guān)鍵詞：寄生式時柵位移傳感器電氣系統(tǒng)及誤差修正模型研究

  更多相關(guān)文章： 寄生式時柵位移傳感器 STM32F4 TDC-GP2 AD9958 誤差修正模型

【摘要】：時柵位移傳感器因回避了傳統(tǒng)光柵依賴精密加工、精密刻線的要求,從而在機械加工和其他精密位移測量領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。但時柵位移傳感器在大型高速、重載、強振、強污染等極端復(fù)雜工況下,很難得以應(yīng)用,為了解決這一問題,本課題所依托的科研團隊提出了寄生式時柵位移傳感器,直接把被測的齒輪、蝸輪、等當(dāng)作均勻分度的“齒柵”,作為行波產(chǎn)生器件,再用時鐘脈沖進行精密測量,從而將原有的機械傳動副變成“帶檢測功能的傳動副”。但是,寄生式時柵在測量過程中,還存在著以下問題:一是寄生式時柵位移傳感器電氣系統(tǒng)的各模塊使用不同芯片,使聯(lián)合調(diào)試困難并且影響測量穩(wěn)定性;二是時柵位移傳感器高精度測量時,需要高精度的時鐘插補,而目前使用的插補時鐘也不滿足精度要求。三是實際測量誤差成分較多,對誤差修正模型研究,達到減小誤差的目的。針對寄生式時柵位移傳感器測量中存在的以上技術(shù)性問題,對其進行電氣系統(tǒng)的設(shè)計和誤差修正模型的研究。設(shè)計電氣系統(tǒng)采用單片微處理器方式集成化處理;采用高精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)化器精確測量;采用等間距諧波誤差模型對誤差進行修正;實現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性測量,從而達到提高效率,降低生產(chǎn)成本,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化目的。本課題針對寄生式時柵位移傳感器的電氣特性,選用集成了FPU和DSP,高主頻ARM Cortex-M4內(nèi)核STM32F4VGT芯片作為主控制器芯片,控制AD9958數(shù)字頻率直接合成(DDS)技術(shù)產(chǎn)生激勵信號,實現(xiàn)電氣系統(tǒng)集成化和高穩(wěn)定性。采用高分辨率的TDC-GP2數(shù)字時鐘轉(zhuǎn)換器來對傳感器動、定測頭的感應(yīng)信號相位差,實現(xiàn)高精度時間測量。在STM32F4VGT芯片中集成的FPU和DSP指令集進行數(shù)據(jù)處理和算法實現(xiàn)。在離散測頭測量下,采用等間距諧波修正模型實現(xiàn)誤差修正,分析其各次諧波誤差,達到修正的目的,實現(xiàn)寄生式時柵位移傳感器高穩(wěn)定性、高精度測量系統(tǒng)設(shè)計。通過搭建測量平臺進行實驗操作和研究,實驗表明:48對極寄生式時柵傳感器整周(0~360°)的穩(wěn)定度達到±0.5″內(nèi),整周誤差達到±2.3″,對極內(nèi)(0~7.5°)的誤差±2.5″,滿足系統(tǒng)要求,實現(xiàn)了高穩(wěn)定性、高精度測量。
【關(guān)鍵詞】：寄生式時柵位移傳感器 STM32F4 TDC-GP2 AD9958 誤差修正模型
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題的來源、背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外位移傳感器研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 傳統(tǒng)位移傳感器發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 時柵位移傳感器研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 寄生式時柵位移傳感器電氣系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 寄生式時柵位移傳感器誤差修正模型研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容17-18
• 2 時柵位移傳感器測量原理18-26
• 2.1 時空坐標轉(zhuǎn)換理論18-20
• 2.2 時柵時空坐標轉(zhuǎn)換模型20-22
• 2.3 時柵角位移傳感器測量原理22-24
• 2.4 本章小節(jié)24-26
• 3 電氣系統(tǒng)總體方案設(shè)計26-32
• 3.1 基于STM32F4和TDC-GP2的高精度測量系統(tǒng)方案26-28
• 3.2 激勵信號產(chǎn)生模塊28
• 3.3 感應(yīng)信號處理模塊28-30
• 3.3.1 模擬信號處理模塊29
• 3.3.2 數(shù)字信號處理模塊29-30
• 3.4 本章小節(jié)30-32
• 4 寄生式時柵位移傳感器電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計32-44
• 4.1 系統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu)32
• 4.2 主控芯片電路32-35
• 4.2.1 STM32F407VGT33
• 4.2.2 時鐘電路33-34
• 4.2.3 控制與調(diào)試電路34-35
• 4.3 系統(tǒng)電源電路35-36
• 4.3.1 數(shù)字部分電源電路35-36
• 4.3.2 模擬部分電源電路36
• 4.4 激勵信號產(chǎn)生電路36-38
• 4.4.1 AD9958激勵信號電路37-38
• 4.4.2 功率放大電路38
• 4.5 感應(yīng)信號調(diào)理與采集電路38-40
• 4.5.1 感應(yīng)信號調(diào)理電路39
• 4.5.2 TDC-GP2數(shù)據(jù)采集電路39-40
• 4.6 信號轉(zhuǎn)換電路40-41
• 4.7 RS-232 串口電路41
• 4.8 印刷電路板設(shè)計41-42
• 4.9 本章小節(jié)42-44
• 5 誤差修正模型研究與系統(tǒng)軟件設(shè)計44-54
• 5.1 誤差修正模型研究44-46
• 5.1.1 等間距諧波誤差修正模型44-45
• 5.1.2 誤差修正方法45
• 5.1.3 等間距采樣諧波修正45-46
• 5.2 軟件開發(fā)總流程及開發(fā)軟件46-48
• 5.2.1 軟件開發(fā)總流程46-47
• 5.2.2 KeilμVision4開發(fā)軟件47-48
• 5.3 軟件開發(fā)各部分模塊設(shè)計48-53
• 5.3.1 系統(tǒng)初始化48
• 5.3.2 激勵信號產(chǎn)生模塊48-49
• 5.3.3 感應(yīng)信號采集模塊49-50
• 5.3.4 數(shù)據(jù)處理與誤差補償模塊50-52
• 5.3.5 通訊模塊52-53
• 5.4 本章小節(jié)53-54
• 6 實驗研究54-62
• 6.1 實驗平臺搭建54
• 6.2 功能模塊的實驗研究54-59
• 6.2.1 電路板調(diào)試55
• 6.2.2 激勵信號產(chǎn)生模塊實驗55-56
• 6.2.3 感應(yīng)信號調(diào)理模塊實驗56-57
• 6.2.4 數(shù)據(jù)處理和誤差補償實驗57-59
• 6.3 本章小結(jié)59-62
• 7 總結(jié)與展望62-64
• 7.1 總結(jié)62-63
• 7.2 展望63-64
• 致謝64-66
• 參考文獻66-68
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果68

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