[发明专利]一种可实现在线自标定的时栅角位移传感器系统及方法

权利要求书

1.一种可以实现在线自标定的时栅角位移传感器系统，其特征在于：该系统包括定子和转子，精密可控激励电源，角度解算模块和在线自标定模块；

所述定子，具有双绕组，即第一激励绕组和第二激励绕组；定子槽数选为N，N为正整数，且是4和6的公倍数；第一激励绕组采用3相绕组方式，其对极数为M，M=N/6；第二激励绕组采用2相绕组方式，其对极数为K，K=N/4；

所述转子，同样具有双绕组，即第一感应绕组和第二感应绕组；转子槽数也选为N，以任意一槽开始，将N个槽分别编号为0,1，…，N-2，N-1；第一感应绕组绕制在编号为0,3,…，3i，…，N-3的各槽内，第二感应绕组绕制在编号为0,2,…，2i，…，N-2的各槽内，其中i取为0和正整数；

所述精密可控激励电源，由分时控制电路和两个时栅角位移传感器激励电源组成；其中一个激励电源采用3相形式，施加在第一激励绕组上；另一个激励电源采用2相形式，施加在第二激励绕组上；分时控制电路实时获取角度解算模块的角度测量值，并根据在线自标定模块的自标定步骤需要，发出控制信号，分别控制连接第一激励电源和第一激励绕组的K1电子开关以及连接第二激励电源和第二激励绕组的K2电子开关的闭合和断开状态，实现对两个激励电源与两个激励绕组通断的控制；

所述角度解算模块，包括第一角度解算子模块和第二角度解算子模块；第一角度解算子模块与第一感应绕组连接，用于接收转子第一感应绕组产生的感应信号，并将其解算成角度测量值；第二角度解算子模块与第二感应绕组连接，用于接收第二感应绕组产生的感应信号，并将其解算成角度测量值。

所述在线自标定模块通过存储单元接收角度解算单元的角度测量值，在标定过程中从角度测量模块送入的测量值中选取一系列特殊测量值，组成测量值序列{A_i}和{B_i}，将{A_i}和{B_i}逐项相减得到一个差值序列{C_i}；对{C_i}进行离散傅里叶变换，得到其对应的幅值谱{Am_i}和相位谱{P_i}，从而根据幅值谱{Am_i}和相位谱{P_i}重构传感器测量误差函数，获取传感器的测量误差函数，实现传感器的在线自标定。

2.采用权利要求1所述的时栅角位移传感器系统进行在线自标定的方法，其特征在于：所述方法的步骤如下：

1）在精密可控激励电源的分时控制电路的控制下，施加3相激励电源于第一激励绕组并断开第二激励绕组的2相激励电源，转动传感器转子使第一角度解算子模块中的测量值为记为{A_i}，其中，i=0,1,2,···,n-1，步骤1）重复1次，i加1，下同；n为大于被标定时栅角位移传感器测量误差最高频次2倍的正整数；

2）保持传感器转子不动，在精密可控激励电源的分时控制电路控制下，施加2相激励电源于第二激励绕组并断开第一激励绕组的3相激励电源，记录当前第二角度解算子模块中的测量值，记为{F_i}；

3）转动传感器转子至第二角度解算子模块中的测量值为K为第二激励绕组的对极数；

4）保持传感器转子不动，在精密可控激励电源的分时控制电路控制下，施加3相激励电源于第一激励绕组并断开第二激励绕组的2相激励电源，记录第一角度解算子模块中的测量值，记为{B_i}；

5）重复步骤1）～4），直到i取值为n-1，获得测量值序列{A_i}和{B_i}；

6)对两个测量值序列进行数据处理：将所述{A_i}和{B_i}两个测量值序列逐项相减得到一个差值序列{C_i}；对{C_i}进行离散傅里叶变换，得到其对应的幅值谱{Am_i}和相位谱{P_i}；

7）在数据处理后，传感器的测量误差函数可以表示为式（1），

δ(θ)=A₀+k(θ)    （1）其中：δ(θ)是测量误差函数；θ是被测角位移；

k(θ)=Σi=1n/2-1{Ami2×sin(i×Am02)×sin(i×θ+Pi-π2-Am02)};]]>

A0=max(k(θ))+min(k(θ))2;]]>

其中：max(k(θ))是k(θ)的最大值；min(k(θ))是k(θ)的最小值；

8)在得到传感器的测量误差函数δ(θ)后，传感器在任意位置θ的示值f(θ)可在不需要标准器和其它高精度测量仪器的条件下，通过式（2）得到其对应的标定值Ca(θ)

Ca(θ)=f(θ)-δ(θ)       （2）。