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时空坐标转换理论及场式时栅位移传感器实验研究

张兴红

  时栅位移传感器是一项原创性的发明,用于精密位移的测量,国内外尚未有类似的研究,其原理和思想的新颖性已得到国内众多专家的首肯。与传统栅式传感器相比,在结构、制造工艺、抗干扰性和成本等方面有明显的优势,若能实现产品化和产业化,必有良好的市场前景。因此,对场式时栅进行系统的理论和实验研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本项研究属于两项国家自然科学基金委员会资助的项目,作者在理论研究的基础上进行了大量系统的实验研究,研制出了一套场式时栅位移测量系统,不仅以实践证明了时空转换理论和“场式运动坐标系”这一新思想的正确性,还为进一步进行产品化开发打下了坚实的基础,本文的主要研究内容如下:① 在时空坐标转换理论的基础上,总结出时空坐标转换系统图,直观地描述了时间坐标系,空间坐标系和匀速坐标系在时空坐标转换中的相互关系。② 提出用电机内的旋转磁场代替机械式时栅的旋转机械作为时栅的动坐标系,从而形成新的位移测量系统方案③ 从成品电机开始实验研究,到用非导磁材料制造时栅传感器的定子和转子的骨架,是在以传统的电机理论指导下的大胆创新,大大简化了传感器的结构,增加了实验研究的灵活性,为场式时栅样机向产品化、产业化的发展迈出了关键的一步。④ 设计了新型场式时栅位移测量系统,它不仅可以实现精密位移测量,还适应了传感器向智能化发展的趋势,具有信息共享、高度智能化和远程诊断及标校等功能。⑤ 设计了对比实验方案和实验装置,进行了大量的实验,对组成场式时栅的各个环节进行比较研究,确定了各环节的基本结构和参数。⑥ 从大量的实验中总结出了动定测头的埋线方法。大大地提高了信号的质量,为提高测量精度提供了必要的保证。⑦ 进行了系统实验,经过大量实验,完成样机开发,确定了场式时栅样机的主要技术参数。总之,本文在理论研究的基础上,通过大量实践性实验,验证了时空坐标转换理论和场式时栅理论。用由三相交流绕组感应出的旋转磁场代替机械式时栅中的旋转机械,克服了机械式时栅的固有缺陷,进一步提高了时栅测量位移的精度,并且把时栅的测量领域从角位移测量拓宽到直线位移测量。同时,设计了场式时栅位移测量系统的实验开发系统和样机,总结出了样机的主要技术参数,为进一步产品化和商品化开发打下了坚实的基础。……   
[关键词]:时栅;旋转磁场;时空坐标转换;位移测量
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:重庆大学2003年