基于误差转换的时栅角位移传感器自标定和自校准方法研究

栅式位移传感器是精密位移测量中应用最为广泛的传感器。时栅位移传感器因采用"时间量测量空间位移"而具有精度高、抗干扰能力强和加工难度小等优点。.本申请以时栅角位移传感器为对象，提出一种基于误差转换的自标定和自校准方法。拟解决栅式位移传感器发展面临的两个关键的共性问题：一是在不依靠精密刻划技术和高精度参考母仪标定的条件下实现高精度测量；二是在恶劣使用环境中，在传感器电气、机械参数发生变化条件下实时保持测量精度。拟采取的技术方案是：通过误差坐标转换将由于没有高精度参考母仪而无法在真值坐标系中直接求取的测量误差函数转换到另一个带有误差的测量值坐标系中间接求取，实现实时自标定；通过误差转换，用容易调整的电气参数偏差引起的附加测量误差来补偿不易调整的空间参数偏差所引起的测量误差,实现实时自校准。

自标定和自校准是提高和保持传感器测量精度的重要手段。在国家自然科学基金委员会的资助下，课题组开展了基于误差转换的时栅角位移传感器自标定和自校准方法研究。根据项目申报书和计划书所制订的研究内容，课题组按照年度研究计划切实开展工作。研究了时栅角位移传感器测量误差的规律，获得了时栅传感器误差的一般性数学描述；研究了基于误差坐标转换的时栅传感器自标定方法，建立了极距差分自标定模型和定角平移自标定模型并分别得到了它们的误差转换矩阵；研究了利用时间误差来补偿空间误差的时栅传感器自校准方法，建立了基于时间当量与空间误差映射关系的时栅传感器自校准模型；研制了两种类型的具有自标定和自校准功能的高精度时栅位移传感器样机，实施自标定和自校准后其测量精度分别达到1.5角秒和1.9角秒 。研究成果使时栅彻底成为一种无须精密空间刻线，不依赖高精度母仪而实现高精度位移测量的传感器，并具备在恶劣使用环境中保持测量精度的能力。