高精度、大量程位移测量技术及其器件是高端制造业智能化发展的重要组成部分。现在市面上的高精度、大量程位移传感器主要分为增量式与绝对式两种类型,绝对式位移传感器相较于增量式位移传感器而言,不存在细分误差且无需进行参考点归零操作,简化了控制系统设计,提高了系统可靠性和工作效率,具有更好的适用性。实现高精度、大量程绝对式位移测量一直是我国面临的一项重大技术难题,我国使用的高精度绝对式位移传感器绝大部分依赖国外进口,但国外对我国实施价格垄断、技术封锁,严重地制约了我国高端制造业的发展与进步。为解决我国高端制造业的“卡脖子”难题,摆脱受制于人的困境,迫切需要研发拥有自主知识产权的高精度、大量程绝对式位移传感器。时栅位移传感器由国人自主创新、研发制造,将位移测量转移到时间维度进行测量。历经二十多年发展,电场式时栅位移传感器已具备高精度、大量程位移测量能力。本文在电场式时栅位移传感器基础之上,开展基于U型传感结构的绝对式时栅位移传感器研究。该传感器在保证高精度、大量程绝对式测量的同时解决了电场式时栅位移传感器动、定尺引线问题,进一步提升了传感器输出信号信噪比。本文围绕该传感器研究总结如下:1)U型传感结构设计与绝对定位原理。阐述了电场式时栅位移传感器测量原理,设计基于U型传感结构的绝对式时栅位移传感器结构,传感器分别由两级传感构成,第I级传感由定尺和动尺组成,第II级传感由动尺发射环与定尺接收环组成。传感器定尺与定尺接收环采用一体化设计,构成了“U”字形的新型传感结构,动尺与动尺发射环构成位于“U”型槽中的相对移动部件,解决了动、定尺引线问题。传感器定尺采用N周期、N-1周期差极排列形式,N周期输出行波信号作为精测信号,N-1周期输出行波信号作为粗测信号,精测信号与粗测信号相结合实现绝对式位移测量。2)U型传感误差分析与结构优化。开展基于U型传感结构的绝对式时栅位移传感器周期内非线性电场耦合、激励参数幅值以及相位参数差异误差分析工作。针对误差分析进行传感器结构参数优化,采用移相抑制法,有效抑制空间三次谐波误差、五次谐波误差;同时,开展了U型传感结构误差分析以及安装误差分析工作,提出分时复用优化结构,解决基于U型传感结构的行波串扰问题。3)实验测试平台搭建。搭建精密实验测试平台,开展基于U型传感结构的绝对式时栅位移传感器实验研究。采用PCB标准印制电路工艺制作长度L=500mm,周期数N=150的U型传感结构绝对式时栅位移传感器样机,对误差理论分析进行实验测试验证。结合实验测试结果,采用移相抑制法、分时复用结构进行传感器结构参数优化,经实验测试表明:移相抑制方法与分时复用结构相互配合,有效抑制了传感器测量误差,提升了传感器测量精度。最终,开展传感器样机大量程精度测试,传感器样机在450mm范围内测量精度可达到±3μm。