寄生式时栅传感器测量不确定度的分析与评定

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目前新研制的寄生式时栅是采用误差分离、修正、自修正等方法来提高测量精度,但这些方法只是进行了误差修正,并没有从源头上分析误差来源,因此误差修正研究成果无法用于指导传感器的结构优化设计。另外在传感器研制过程中,缺乏从理论上分析寄生式时栅的误差和不确定度来源。为了进行寄生式时栅误差和不确定度来源系统的分析,提高寄生式时栅的测量精度,建立符合国际GUM规范检测结果的不确定度评定原理与方法,本文以84对级的寄生式时栅为研究对象进行分析与评定,根据其测角和电机学原理,推导出了时栅传感器的行波公式,利用磁路分析法从行波信号发生部分和处理部分分析影响测量精度的全部因素,将行波信号发生部分与传感器的加工误差、装配误差相对应,将行波信号处理部分与传感器的处理电路误差相对应,从理论上完成了时栅传感器的全部不确定度来源分析。通过Ansoft Maxwell仿真实验分别对其重要电磁参数进行了主成分分析,利用控制变量法,从仿真结果中可以看出激励信号频率、气隙宽度、测头转子的相对面积是影响寄生式时栅测角精度的主要因素,线圈匝数、激励信号幅值、铁芯的长度为次要因素。再根据其测量原理分析所测量角度的计算公式,进而将不确定度来源分为插补脉冲个数的误差、插补脉冲信号的量化误差、行波信号的周期误差和环境误差四大类,从理论上建立各不确定度分量之间的理论传递关系,应用现代不确定度理论,推导出合成测量不确定度计算公式。最后搭建实验平台,利用示波器等仪器的测量结果评定各不确定分量具体数值大小,计算角度测量合成测量不确定度值。通过与寄生式时栅整圆周的实际测量误差相比较,可以看出利用研究的不确定度评定方法评定的传感器测量不确定度评定结果与实际误差相符,验证评定方案的正确性与有效性,因此可以用于寄生式时栅传感器的实际评定。此结果也可为指导时栅传感器结构优化设计、主次不确定度来源分析、传感器测量误差修正等方面提供理论依据。
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