基于磁敏元件的寄生式時(shí)柵位移傳感器研究.pdf

1、時(shí)柵位移傳感器屬于高精度位移傳感器，其通過(guò)對(duì)時(shí)間的測(cè)量完成空間測(cè)量進(jìn)而測(cè)得位移量。寄生式時(shí)柵屬于時(shí)柵位移傳感器，其是為解決大、中、空、油污、噪聲、震動(dòng)等極端環(huán)境和特殊工況下的位移測(cè)量問(wèn)題，但傳統(tǒng)的寄生時(shí)柵位移傳感器依靠人工繞線方式作為傳感元件，它的傳輸效率相對(duì)較低、一致性較差、易被人為的因素干擾，并對(duì)寄生式時(shí)柵位移傳感器的測(cè)量精度產(chǎn)生影響。
　　磁敏元件作為一種電磁感應(yīng)元件能跟隨磁場(chǎng)的變化作為電信號(hào)輸出，并且已經(jīng)應(yīng)用于一些測(cè)量領(lǐng)域

2、，例如：磁讀數(shù)頭、地磁場(chǎng)檢測(cè)等。且磁敏元件相對(duì)于繞制線圈具有小體積、靈敏度較高、抗干擾能力較強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨显?，研究磁敏元件作為傳感元件的寄生式時(shí)柵位移傳感器。其主要研究工作如下：
　?。?）分析磁敏元件的輸入輸出特性，結(jié)合時(shí)柵位移傳感器的測(cè)量原理，理論推導(dǎo)出建立在磁敏元件基礎(chǔ)上的寄生式時(shí)柵的測(cè)量原理。并通過(guò)對(duì)霍爾元件、AMR元件、GMR元件及其TMR元件的輸入與輸出的特性進(jìn)行研究比較，對(duì)每一種磁敏元件做出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。從

3、理論和實(shí)驗(yàn)得出基于TMR元件的TMR芯片能夠滿足寄生式時(shí)柵的測(cè)量。
　?。?）影響磁敏元件輸出的因素主要有磁鋼（大小、形狀、材料）、磁鋼與磁敏元件的間隙、磁敏元件與被測(cè)對(duì)象的氣隙，通過(guò)電磁場(chǎng)仿真軟件（ANSOFT Maxwell）分別對(duì)其相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行仿真分析。根據(jù)仿真分析的結(jié)果，確定傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)電磁場(chǎng)仿真及寄生式時(shí)柵測(cè)量原理設(shè)計(jì)兩相空間正交的TMR芯片圓弧工裝并確定安裝芯片位置，完成傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　?。?）

4、根據(jù)寄生式時(shí)柵的測(cè)量原理與應(yīng)用要求，采用集成度高、功能強(qiáng)大的STM32F407作為其控制芯片，并進(jìn)行相應(yīng)的硬件電路與程序軟件設(shè)計(jì)。
　?。?）根據(jù)測(cè)量原理搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用更高精度的海德漢光柵對(duì)其進(jìn)行精度檢定實(shí)驗(yàn)，可知原始誤差峰峰值為140″。從誤差分析可知其主要由機(jī)械和電氣誤差組成，采用誤差修正技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修正，誤差峰峰值達(dá)到8″。
　　綜上所述，本文通過(guò)分析繞制線圈作為傳感元件的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于磁敏元件代替繞制線圈的測(cè)