磁栅尺的设计建模与应用研究

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磁栅尺是近年来发展起来的一种新型的直线位移传感器,虽然磁栅尺精度没有光栅尺高,但是可以满足一般精度要求。而且磁栅可靠性高,成本低,有一定抗干扰能力。以往的磁栅尺是由录磁机在栅尺基体的磁性薄膜上录制磁信号,其缺点是磁信号弱,时间长了信号会衰减。而在永磁铁嵌入式的尺中克服了这些缺点。但是由于成本以及安装的问题,这种磁栅尺在实际的应用中也有比较多的问题。而实际的应用中的静磁栅尺,由于采用开关霍尔元件的缘故导致能够测量的位移值的精度不够。为了能解决上面的问题,提供一个工艺比较简单,精度和分辨率都比较高的磁栅尺,本文主要研究工作如下:(1)对磁栅尺霍尔元件的间隔和永磁体磁头高度部分的设计。根据对线性霍尔元件的特性曲线的分析,对于数据收集的环境的影响因素进行分析,得到主要的影响因素,并对其进行假设,根据假设的值进行部分数据的收集。利用对比的方式找到一个比较合理的磁栅尺结构,这个磁栅尺结构基于静磁栅和永磁体磁栅尺的设计和综合,对于霍尔元件的间隔以及永磁体高度问题进行了比较系统的分析,确定了其可行性,并在最后利用数控机床进行比较精确的采集。(2)分析设计磁栅尺的结构,确定采用建模的方法作为磁栅尺的输出,对采集的数据进行建模实现。在已知采集数据的情况下进行反向建模。在建模时给出模型的三个评估标准,一是回归模型的判定系数R,即拟合度;二是残差均方值RMSE;三是模型的输出值与实际值之间的绝对误差的大小。根据这三个标准,在分析偏最小二乘法进行反向建模的优势和不足之后,补充逐步回归法建模,从而得到比较精确的模型结构。(3)对于得到的模型在实际中进行测试,与目前市场上应用的比较广泛的产品进行了对比,验证了设计的磁栅尺在实际的应用中也能表现出比较好的性能,具有一定的通用性。同时分析磁栅尺产生误差,对于磁栅尺的精度和分辨率的问题进行了分析,给出了一些改进的想法和方案。本文基于静磁栅的结构,进行了新的磁栅尺的结构设计,并根据实际情况提出了新的磁栅尺输出的方式,即采用建立模型的方法。将采集到的值代入模型中,并与实际产品进行了结构和性能的测试分析和对比,说明了设计磁栅尺的可行性和市场价值。
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