液压缸行程测量系统的零点漂移补偿

　　引 言

　　目前对液压缸行程测量的装置很多，测量原理不尽相同。 在以活塞为标尺的测量方法中，对活塞杆按照一定节距进行刻槽加工并喷涂陶瓷涂层，将测微传感器如电涡流传感器、霍尔元件传感器或磁阻传感器等置于液压缸活塞杆进出口端。 活塞杆每移动一个刻度槽，传感器将输出一个周期的正弦信号，转换后对应一个脉冲信号。 用计数器对该脉冲进行计数，代表一个槽距距离。 这样当活塞杆伸缩运动时，根据计数器输入脉冲个数便可检测出活塞杆的相对位移量。

　　为了提高测量精度，在不改变活塞杆标尺的前提下， 可对传感器输出正弦信号进行细分处理，使得正弦信号变化一周期可输出多个脉冲信号。 同时，为了识别活塞运动方向，要将两个同一出厂的传感器在活塞杆上相距四分之一槽距布置 (图 1)。这样活塞杆运动时， 传感器输出相位差为 90°的两路正弦信号。 经过细分电路处理后产生一系列等间隔的 n 个脉冲信号(图 2)，使分辨率提高到原分辨率的 1/n。

　　1 零点漂移

　　在实际测量过程中发现，传感器输出信号通常为准正弦信号且伴有零点漂移现象(图 3)。 这主要是因为：

　　(1)活塞杆与传感器之间的传动间隙变化会引起输出信号发生漂移。 测微传感器利用与活塞杆凹凸槽之间的距离变化完成测量，并转化为周期性正弦信号输出，传动间隙改变势必造成正弦信号幅度和中心线改变。

　　(2)活塞杆标尺的加工质量引起的槽深误差是引起测量信号漂移的一个因素。

　　(3)环境温度变化引起测微传感器性能发生改变。 在磁敏测微传感器如霍尔元件或磁阻传感器中，测量元件一般使用半导体，温度变化造成其性能发生改变，引起测量误差。 对电涡流传感器来说，温度变化会引起线圈品质因数发生改变，导致传感器的输出随温度变化而发生漂移。

　　零点漂移产生之后将导致细分电路输出脉冲间隔发生变化(图 4)，影响测量精度。 严重的零点漂移会造成部分脉冲丢失，导致计数和辨向失真。 采用自动调零技术，自动连续地对零漂信号进行跟踪补偿是一种有效的处理方法，自动调零一般可分为模拟式和数字式两种类型。 数字式调零装置通过微处理器对采样数据进行处理，从而补偿零漂。

　　2 补偿系统

　　活塞杆运动过程中，补偿系统动态跟踪传感器输出信号的极大、极小值，计算求得实时漂移量并反馈到减法运算电路以消除漂移量。

　　伴有零漂的准正弦信号 S1 经由 A/D 转换模块采样，采样数据送入微处理器进行处理后，经 D/A转换输出补偿信号 S2。 原信号 S1 经与补偿信号 S2通过减法运算电路处理后便可得到所需要的细分辨向电路输入信号 S， 表述为 S=S1-S2， 如图 5 所示。