由于当前我国制造业正处于转型升级阶段,而智能化和自动化是制造业发展一大趋势,导致对闭环控制系统的要求会越来越高。而作为闭环控制系统的核心部件之一的位移传感器,其工作性能在一定程度上影响整个控制系统的工作效果。一些控制系统的工作环境非常复杂,而电磁式位移传感器由于其具有抗干扰性强,可靠性高等优点,所以经常被选用做系统的位置反馈元件。电磁式位移传感器是通过扰动激励磁场得到感应电信号方式进行位移测量的。因此,激励磁场分布特性对传感器的测量精度影响很大,为了减小传感器的测量误差,一般采取软、硬件补偿的方式,例如:开斜槽,正弦绕组法,建立误差修正模型等。然而,这些方式一方面受到制造成本的制约,另一方面由于在励磁信号的源头上已经引入了较大的测量误差,所以难以再进一步提高传感器的测量精度。鉴于此现状,本文开展了基于微平面阵元的位移传感机理研究。本文的主要研究内容和成果如下:1通过总结分析当前典型电磁式位移传感器中的感应同步器和电磁场式时栅位移的传感机理,深入开展了测量所需磁场分布的研究,指出基波脉振磁场就是测量所需的磁场分布,并研究了通过多匝方形线圈组成的微平面阵元构造出无限接近于基波脉振磁场的磁场分布,继而提出了一种以微平面阵元为核心,融合了电磁场式时栅传感机理的位移传感机理。2根据基于微平面阵元的位移传感机理,设计新型时栅位移传感器,并进行仿真分析,仿真结果不仅表明了基于微平面阵元的位移传感机理从励磁信号源头上减小了时栅的原始误差,而且验证了微平面阵元和新型时栅位移传感器结构上的可行性。3搭建传感器样机的实验平台,实验验证新型时栅位移传感器的可行性。实验结果表明:基于微平面阵元的位移传感机理和新型时栅位移传感器是可行性,且在0mm~130mm范围内,新型时栅较现有时栅的原始误差减小了55%,经过误差修正后测量精度可以达到±3.6um。4为了满足微平面阵元结构要求,采用了PCB(Printed Circuit Board)技术,通过多层结构设计,不仅减小了传感器结构尺寸及自身重量,而且获得较传统加工方式和装配工艺更加高的精确性和一致性,有效减小对极内的误差。由于PCB技术的加工成本低廉且适用于批量化生产等特点,在较大程度上提高了生产效率,对时栅的产业化进一步发展起到了很大的促进作用。