精密位移测量技术作为位移测量领域发展的主流,广泛应用于高档数控机床、智能制造装备以及国防军工武器装备等领域。随着技术的进步,对角位移编码器的要求也越来越高,既要满足高精度测量,又要实现绝对位置测量,还要满足编码器小型化。目前市场上应用最多的编码器是绝对式光栅编码器,由于光栅编码器市场占有率高,而且编码技术和制造工艺复杂,光栅编码器一直代表高精度绝对式编码器的尖端领域,国内尚无能力研发制造,因此国内使用的光栅编码器大都是从国外发达国家进口。但掌握光栅精密测量技术的国外发达国家对我国在高精度绝对式角位移光栅产品上实行技术封锁,中低端产品上实行价格垄断,这严重影响我国的经济发展和国防安全。因此,小型化高精度绝对式角位移传感器的研发显得必要且迫切。作者所在课题组改变思路,提出一种基于“时空转换原理”的电场式圆时栅传感器,利用交变电场作为匀速运动参考系,将空间位移测量转换为时间差测量。本文在前期电场式角位移时栅传感器的研究基础上,开展了一种新型的小型化高精度绝对式圆时栅传感器研究,主要研究内容如下:1)介绍了电场式圆时栅传感器的测量原理,简要分析了电场式圆时栅由双圈结构到单圈结构的发展,并在单圈电场式圆时栅的基础上,提出了一种小型化高精度绝对式圆时栅传感器。采用差极结构来实现传感器的绝对定位;同时采用分时复用结构,既能消除两圈激励电极之间的串扰,保证测量精度,又减少了一圈传感电极,便于传感器的小型化;最后采用多传感器级联的方式,提高了传感器的分辨率,并且传感器由双边出线变成了单边出线,便于传感器的应用。2)根据电场式圆时栅传感器的测量原理,建立了传感器的误差测量模型,详细分析了信号幅值、相位以及存在谐波成分三个参数对对极内误差的影响,揭示了误差变化规律。分析了安装导致的偏心和动定子安装不平行对整周测量误差的影响,为传感器的安装应用提供了理论指导。3)设计了实验系统,搭建了实验平台。采用PCB工艺制造了外径Φ=57mm,内径Φ=35 mm的传感器样机,对传感器进行了性能测试。测试后对实验数据进行分析,找出了影响实验精度的原因,对传感器结构进行优化,进一步提高传感器测量精度。综上所述,本文研制的小型化高精度绝对式圆时栅传感器最终实验结果表明,在0°～360°范围内传感器的原始测量精度达到了±25",并且能够实现绝对位置定位,在同等尺寸下达到了国际先进水平。