专利名称：一种角位移传感器系统误差自标定方法
一种角位移传感器系统误差自标定方法技术领域
本发明属于精密位移测量技术领域，具体涉及一种角位移传感器系统的误差 自标定方法。
技术背景
角位移测量是最基本的几何量测量之一。在公知的角位移传感器设计原理 中，有一类是以电磁感应原理为基础的。这类角位移传感器的典型代表有感应同步 器、自整角机、旋转变压器以及最近几年出现的场式时栅角位移传感器等。此类角位移 传感器无须进行超精密空间刻划，即可实现高精度的角位移测量，并具有抗摔打和抗干 扰能力强的特点。但是，现有此类角位移传感器存在两个问题一是需要高精度参考母 仪对其误差进行标定，以作为参数调整的依据，才能实现高精度指标；二是在工作环境 恶劣的特殊领域应用时，其电气、机械等参数可能会发生变化，进而影响测量精度。其中 第二个问题也是其它原理角位移传感存在的一个共性问题
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，公开了一种角位移传感器系统误差自 标定方法。这种自标定方法利用角度测量中的圆周封闭原理和电磁感应式角位移传感器 自身的特点，可以在没有标准器和参考母仪的条件下实现传感器误差的自标定。
本发明采用的技术方案是一种角位移传感器系统的误差自标定方法，其特征在于，所述自标定方法包括以下 步骤(1)在电磁感应式角位移传感器内部构造两个测量单元，所述两个测量 单元的极对数不同，且相互不成整数倍关系，并能够对同一回转对象进行回转 角位移同步测量，以其中任意一个测量单元为参考单元，其测量误差函数记作δΜ θ),另一个测量单元为被标定单元，其测量误差函数记作(灼；(2)根据参考单元的测量值，在ι范围内以；的间距对被标定单元测量值与参 考单元测量值之差进行采样，得到一组采样序列，记作％^ ，其中#是参考单元的极 对数，m =；(3)根据电磁感应式角位移传感器的误差特点对所述采样序列^^[ ]进行数据处 理，包括对所述采样序列进行坐标变换和采样点映射；(4)对所述的采样序列进行数据处理后得到一组反映被标定单元误差函数的映射序列，记作疼[ I，对所述映射序列进行离散傅里叶变换，并根据变换所得的幅值谱和相位谱重构被标定单元的误差函数线乂約实现对传感器系统的误差自标定。
本发明的关键点在于(1)电磁感应式传感器内部构造两个测量单元，极对数相近但不相等；(2)—个测量单元为参考单元，另一个测量单元为被标定单元，极对数分别为#和M,根据参考单元的测量值，在ι范围内以￥的间距对被标定单元测量值与参考单元2 JTN测量值之差进行采样，得到采样序列；(3)根据电磁感应式传感器误差特点对采样序列各进行坐标变换得到序列 各[ ]；(4)对序列各[11进行映射得到点数满足采样定理的序列疼[H；(5)对序列疼[ 进行离散傅里叶变换，重构被标定测量单元的误差函数务(約。
与现有技术比较，本发明的优点是(1)标定过程中使用的被标定对象和参考对象均是电磁感应式传感器的测量单元， 无须标准器或高精度参考母仪，可以实现误差自标定；(2)相对于传统的全组合法和逐点标定法，所述的自标定方法的采样点数极少；(3)由于可以求解出误差函数，所述自标定可以对整周范围内任意点进行标定，而 现有全组合法和逐点法只能对有限点进行标定；(4)标定单元和参考单元结构形式电气参数等及其相似，可以轻易的集成在一个传 感器中，能实现实时的在线误差标定。


图1是具有两个测量单元的电磁感应式传感器示意图； 图2是电磁感应式传感器测量误差曲线示意图；图3是参考单元测量值坐标系下两测量值误差之差曲线和曲线上特殊采样点位置的 示意图；图4是采样序列的示意图； 图5是采样点在整周范围内映射的示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说 明。
本发明公开的一种角位移传感器系统误差自标定方法，通过以下技术方案实现
在传感器内部构造极对数满足一定关系并可以对同一回转对象进行回转角位移同步 测量的两个测量单元，以其中任意一个测量单元为参考单元，另一个测量单元为被标定 单元。以参考单元的测量值为参照坐标系，观察被标定单元测量值和参考单元测量值之 差，根据电磁感应式传感器的误差特点对观察到的结果进行数据处理，可以分别求解出 被标定单元和参考单元的误差函数，实现对传感器系统的误差自标定。所述的两个测量单元，每个测量单元均由激励绕组(定子)和测头(转子)构 成，其绕线骨架和绕线方法可以是能够实现其测量原理的任意一种方式。所述的极对数满足一定关系是指两个测量单元的极对数可以在电磁感应式角 位移传感器可能出现的极对数中任取，但是两个测量单元的极对数应不同，且相互不成 整数倍关系，当两个测量单元的极对数比较接近时，标定的效果较好，当两个测量单元 的极对数相差1时，标定的效果最佳。所述被标定单元的误差函数是指当所述的回转对象回转，测量单元对回转进 行角位移测量，并可以给出测量值，根据误差是测量值和真值之差的定义，误差函数可 以描述为式(1)。= f{ff) θ(ι)
其中，为被测量单元的误差函数；fl为回转轴所在角位移的真值；/(_为被测 量单元对该角位移的测量值，它是真值的函数。由于真值无法获知，上述的误差函数虽 然客观存在，但无法通过式(1)直接求取。所述电磁感应式传感器的误差特点是指极对数为#的电磁感应式传感器的测
量误差可描述为式(2)。 ■δ{θ) 二 1為喊腦 Λ 钤)I Α5{θ)(2)
I-J.
式中#是电磁感应式的极对数；i是误差的谐波次数，是极对数#的整数倍，/取 值范围为卯一般小于χ; 約为残余误差，其值远小于tf( D，在标定精度允许的 情况下可以忽略，忽略后式(2)改写为
= 為赵腳+豹)(3)
￡-1
所述的以参考单元的测量值为参照坐标系，观察被标定单元测量值(记为/￡)和参
考单元测量值(记为Λ)之差是指当所述的回转对象回转，参考单元和被标定单元同
时对回转角位移进行测量，并分别给出各自的测量值，被标定单元与参考单元的测量值 之差可以描述为式(4)。s^i/^m=fcm—Am(4)
式中K/iCe 是以ZkOT为自变量的两测量值之差的函数，自变量iiOT是参考
单元在e位置的测量值；Λ(約为被标定单元在相同位置的测量值。由于/c(約和iiCff)
均可获知，故两测量值之差的函数是可以求取的。
5
为了求取两测量值之差函数，所述的观察是根据自变量的等间距离散 采样。假设参考单元的极对数为#，当所述回转对象回转，在吋采样 的值，Β取值
权利要求
1.一种角位移传感器系统的误差自标定方法，其特征在于，所述自标定方法包括以 下步骤(1)在电磁感应式角位移传感器内部构造两个测量单元，所述两个测量单元的极对 数不同，且相互不成整数倍关系，并能够对同一回转对象进行回转角位移同步测量，以 其中任意一个测量单元为参考单元，其测量误差函数记作 、(￡0，另一个测量单元为被标定单元，其测量误差函数记作；(2)根据参考单元的测量值，在ι范围内以g的间距对被标定单元测量值与参2ΛΓN考单元测量值之差进行采样，得到一组采样序列，记作％^ 1，其中#是参考单元的极 对数，” =0丄-、况_1 .(3)根据电磁感应式角位移传感器的误差特点对所述采样序列SC_J 进行数据处 理，包括对所述采样序列进行坐标变换和采样点映射；(4)对所述的采样序列5C..J>进行数据处理后得到一组反映被标定单元误差函数的映射序列，记作疼[ ，对所述映射序列进行离散傅里叶变换，并根据变换所得的幅值谱和相位谱重构被标定单元的误差函数，实现对传感器系统的误差自标定。
2.根据权利要求1所述的误差自标定方法，其特征在于所述两个测量单元的极对 数越接近时，标定的效果越好。
3.根据权利要求2所述的误差自标定方法，其特征在于优选两个测量单元的极对 数相差1。
4.根据权利要求1所述的误差自标定方法，其特征在于所述的坐标变换是指在 参考单元测量值坐标下，反映测量值之差函数的采样序列变换成真值坐标系下反映被标定单元测量误差函数的采样序列各[ ],即采样点为参考单元测量值坐标下的η2π ^ 2π2π^ 2πW、 札冬w=u ]。
5.根据权利要求4所述的误差自标定方法，其特征在于所述的采样点映射是 指所述序列各[ 根据等式戽[B=各映射出序列疼[B，其中/7为整数,被标定测量单元的极对数为似，且 ’表示取余运M-NM >Ν Μοα η,Ν)算，即求/7除以#得到整数商后的余数。
全文摘要
本发明公开了一种角位移传感器系统误差自标定方法，在传感器内部构造极对数满足一定关系并可以对同一回转对象进行回转角位移同步测量的两个测量单元，以其中任意一个测量单元为参考单元，另一个测量单元为被标定单元。以参考单元的测量值为参照坐标系，观察被标定单元测量值和参考单元测量值之差，根据电磁感应式传感器的误差特点对观察到的结果进行数据处理，可以分别求解出被标定单元和参考单元的误差函数，实现对传感器系统的误差自标定。
文档编号G01B7/30GK102022975SQ20101055262
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者冯继琴, 刘小康, 张兴红, 彭东林, 杨继森, 郑方燕, 陈锡侯, 高忠华 申请人:重庆理工大学