精密测量技术在衡量一个国家的工业竞争力和制造业水平是一个非常重要的指标,被广泛应用到航空航天、国防装备制造、超精密加工等国家重大工程方面。在精密位移测量领域,针对传统测量技术依赖高精密刻线问题,作者所在团队研制出一种以时钟脉冲为位移测量基准的时栅位移传感器,其最大特点是不依赖空间精密刻线实现高分辨力与高精度的位移测量。本课题以磁场式时栅传感器为研究对象,研究时栅误差函数模型及误差补偿算法,研究时栅传感器自适应信号处理方法并进行系统设计,以提高传感器的测量精度和稳定性。主要研究内容包括:(1)基于时栅传感器基本传感理论,进一步研究磁场式时栅测量原理,分析误差来源、确定误差成分、分析各参数对误差的影响,建立误差函数模型,通过仿真分析与验证传感信号在测量系统中的传感机理。(2)研究时栅传感器自适应信号处理方法,首先通过通带增益与系数补偿进行粗处理,再通过自适应信号处理(压控变容窄带滤波、测频、辨识等)的细处理,以保证信号受系统影响的增益误差和信号中心频率不稳定造成的系统误差得到控制。(3)基于自适应信号处理方法,设计针对时栅传感器的自适应信号处理系统,并对整个系统进行分析、设计和参数验证。利用FPGA对高精度DAC-AD5766和电子控制开关CD4066进行驱动,以控制可变电容器LXRW19V201-058的容值,对LXRW的非线性电压-电容(V-C)曲线分段函数拟合,利用可变电容-谐振中心频率(C-f0)进行二叉树算法的逼近,使分段函数设置更加合理,控制精度更高。(4)基于时栅传感器误差数学模型,建立基于遗传算法的误差参数辨识模型,对模型进行仿真研究、模型验证与优化设计,并对辨识结果进行分析、讨论。针对误差参数辨识结果进行误差补偿方法研究,建立误差补偿数学模型,利用误差补偿模型进行误差结果补偿,并对补偿结果进行分析和讨论。(5)搭建实验平台且实验表明,采用自适应信号处理方案的时栅感应输出行波中心频率f0从9.98kHz～10.02kHz缩小到9.96kHz～10.04kHz,输出电压Uvot从3.95V～4.08V缩小到3.98V～4.02V。采用基于遗传算法的时栅误差参数辨识与补偿方法可有效减少二次和四次误差,减少量分别为66.67%和54.05%,并且采用该方法可以有效降低传感器整周测量误差,磁场式时栅传感器的原始信号误差峰峰值从57.3"减少到17.3"。综上所述,本设计提出的磁场式时栅传感器自适应性信号处理方法和误差补偿算法提高了磁场式时栅的测量精度,在时栅的信号处理和误差补偿算法研究方面进行了一定的科学积累。