增量式时栅位移传感器原理及试验研究

介绍了一种新型的增量式时栅位移传感器原理。通过设计传感器信号处理电路实现了其从原理到试验的转变,并且在增量式时栅位移传感器原理试验台上进行了测量试验。在分析测量数据的基础上验证了增量式时栅位移传感器原理的可行性。     

柱栅传感器位移检测

柱栅是一种新型数字式直线位移传感器。对栅式测量的基本方法—鉴相法进行了静态测量和动态测量的数学模型分析。采用单片机系统对该鉴相法进行实现并对柱栅传感器的位移检测信号进行数字化处理。使用双单片机系统构成双坐标位移检测系统,增强系统检测的实时性,定时/计数器8254与D触发器构成该检测系统的鉴相电路。最后讨论了增量式栅式测量的数据处理原理和过程。     

光栅接长技术研究

长光栅位移传感器是一种高精度测量装置,其关键件为长光栅尺。本文对光栅接长技术加以研讨,着重讨论接长光栅对测量精度、位相等的影响,对大量程的长度测量具有实用价值。这一研究已获得成果。     

基于电容栅编码传感器的液位测量系统

针对同心圆柱电容式液位传感器的不足之处,设计了一种新型的测量液位的电容栅编码传感器,介绍了该传感器的基本原理。并在此基础上设计了一套液位测量系统,详细介绍了电容检测以及编码电容栅分组原理。该液位测量系统能满足一定条件下液位的测量需求。     

时栅位移传感器在构造场中的耦合特性研究

为了进一步溯源时栅位移传感器磁场耦合过程引起的误差,对时栅位移传感器在构造场中的耦合特性进行研究,并研制了一种基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器。建立传感器工程构造磁场的数学模型,分析传感器耦合间隙对线圈耦合平面磁场分布的影响,研究不同形状平面线圈的耦合特性;根据传感器的耦合特性,构建了一种新型直线时栅位移传感器测量模型,对该模型进行了电磁场有限元仿真和仿真误差分析,得出该结构最佳感应间隙为0.4 mm;对传感器的结构误差进行了溯源分析,进一步优化传感器的结构;搭建实验平台,利用双层PCB绕线工艺加工传感器定尺和动尺,对优化前后的传感器样机开展对比实验。实验结果表明,设计的基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器可以有效抑制传感器的四次误差,新研制的传感器样机的原始测量精度在原有的基础上提高了45.8%。     

容栅位移传感器在喷油泵试验台中的应用

目前在柴油机电控调速系统中一般都采用美国Sychro-Start公司的0175-24A3LS1型号的比例电磁铁。传感器为电位计式，它与执行器合为一体。在使用时需要外加复杂的辅助电路，电路复杂，测量精度不高，不适于作测量用传感器。为此，提出在油泵试验台中采用RSJ-1型容栅位移传感器来测量位移的方法。介绍了容栅位移传感器的测量位移的优点、结构、工作原理，给出了计算机数据采集的实现方法。     

单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器

在双排结构纳米时栅位移传感器的研究基础上,提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号,解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题;采用差动感应极片来拾取信号,可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试,最终在200 mm的量程范围内取得了±150 nm的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器,这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高,并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程,因此在产品化的过程中更具有应用前景。     

柱栅传感器定滑尺绕组连续化设计

柱栅是一种新型直线位移数字式传感器。柱栅传感器经过了柱栅概念样机的研制阶段，证实了其可行性。新颖的结构设计使得该传感器具有许多比标准型直线式感应同步器优越的特性。讨论了传统的直线式感应同步器的不足，着重介绍柱栅传感器样机绕组的结构设计与运行机理，对柱栅传感器的绕组结构提出了全连续化的改进。     

时空坐标转换方法的增量式实现与增量式时栅位移传感器研究

在分析时栅传感器结构和信号特点的基础上，提出了基于时空坐标转换方法的增量式时栅位移传感器设计方法，分析了控制系统中控制信号的增量式实现及其特殊性。通过对几种传感器信号特点的比较，解决了增量式时栅位移传感器的关键技术难题。     

关于带型长磁栅的精度问题——激光录磁接长技术

在第八届中国国际机床展览会上，我所展出了改进设计后的5m长的带型长磁栅，引起了广大用户和同行的普遍关注。参观者对该产品最感兴趣的是它的精度和价格。精度是线位移传感器的一个极其重要的技术指标，本文对我所生产的带型长磁栅的精度问题作一介绍。     

超声波远距离振动信号检测系统的设计

在机械设备状态监测与故障诊断中,振动信号是一个重要的状态参量。本文针对压电式、电涡流传感器等常规的振动测量方法和仪器在特殊环境中的局限性,提出了基于超声波的非接触式检测方法,研究并设计了系统检测装置。该检测装置主要由超声波发生模块、超声波接收模块和基于LabVIEW的数据采集/处理3个部分组成,利用该装置对振动对象进行远距离测量,并同时用传统测量仪器(电涡流位移传感器)作对照实验,得到较理想的检测结果,验证了该超声波振动检测装置的有效性和可行性。     

全连续绕组的柱栅传感器结构

根据柱栅的总体构思,提出了一种柱栅传感器绕组的全连续化结构设计方案.该方案采用圆柱面内外螺旋线方式制作定滑尺绕组,既可消除类似于感应同步器中分段绕组的端部效应影响,又能充分发挥螺旋线加工手段的技术优势,精度高、工艺简单、易于实施.同时,还描述了该全连续绕组的一种可行的实际结构.     

基于平面线圈的高分辨力时栅角位移传感器

针对现有时栅角位移传感器采用漆包线绕制工艺加工线圈,导致线圈布线不均且容易随时间发生变化进而影响测量精度的问题,提出一种基于PCB技术的新型时栅角位移传感器。该传感器通过在PCB基板的不同层上布置特定形状的激励线圈和感应线圈,形成两个完全相同并沿圆周空间正交的传感单元;当在两传感单元的激励线圈中分别通入时间正交的两相激励电流后,通过导磁定子基体和具有特定齿、槽结构的导磁转子对传感单元内的磁场实施精确约束,使两传感单元的感应线圈串联输出初相角随转子转角变化的正弦感应信号;最后通过高频时钟脉冲插补初相角实现精密角位移测量。利用有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真。根据仿真模型制作了传感器实物,开展了验证实验,并对实验中角位移测量误差的频次和来源进行了详细分析。经过标定和补偿,最终获得了整周范围内误差在-2.82″~2.02″的时栅角位移传感器。理论推导、仿真分析和实验验证均表明,该传感器不仅能实现精密角位移测量,还能在激励线圈和感应线圈空间极距和信号质量不变的情况下,将位移测量的分辨力从信号源头提高1倍,且结构简单稳定、极易实现,特别适用于环境恶劣的工业现场。     

基于光敏阵列直接调制的单栅式时栅位移传感器

针对传统叠栅形式光栅存在制造难度大、安装要求高等缺点,提出了一种用时间细分空间的单栅式时栅位移传感器。从光的粒子性出发,分析了用正交变化的光场信号合成光场电行波的方法;用点阵发光二极管(LED)模块作为交变光源,用空间正交的光敏阵列直接耦合光强信号获取了反应空间位移的电行波信号;最后,通过检测电行波信号与激励信号过零点之间的时间差,实现了对空间直线位移的测量。研制了原理样机,采用普通机械加工方法对其进行了实验验证。结果表明,在440mm测量范围内,样机的测量精度可达±2μm。该单栅式时栅位移传感器减少了叠栅式传感器对安装工艺的要求,提高了抗干扰能力;采用的测量技术避免了传统粗光栅技术存在的精度难以提高、动态特性差等缺点,为光学位移测量提供了一种不通过精密机械细分来提高测量精度的方法。     

偏振光位移传感器原理与方法研究

本文提出了基于马吕斯定律的偏振光直线位移传感器。对其检测原理与方法以及各主要构成环节进行了讨论。给出了使角度差与直线位移成正比的“同速差动”结构。介绍了消除光学系统非线性的线性化电路方案。此传感器具有光机电结合、量程大、灵敏度高、非接触传感等特点,为直线位移测量提供了新的方法与手段。     

基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

A miniaturised sensor for deep hole diameter measurement

A miniaturised displacement senor for deep hole measurement is reported in this paper. By exploiting the induced eddy current effects detected by chip coils, the sensor generates a ’digital’ signal. The sensor chip coil can be manufactured by the similar processes to those used for manufacturing a printed circuit board (PCB) which allows them to be miniaturised. The paper elaborates on the construction and mechanism by which the displacement is directly transferred to a frequency output. It also reports on the transducer, which uses two contact probes for transmitting the displacement to a noncontact sensing element. Experimental results demonstrate the stability, linearity, measurement range and accuracy of the sensor system.     

Non-contact optical probing sensor — applying optical feedback effects in laser diodes

The possibility of a non-contact optical distance/displacement sensor, making use of optical intensity variations caused by optical feedback effects in laser diodes, was investigated. A compact sensor system and a simple signal processing technique were proposed to realise the sensor system. The experimental results indicated that the resolutions were of sub-mm order in distance measurements and about 40 nm in displacement measurements. The allowable maximum speed of displacement can be improved up to several cm/s. The influence of temperature variation on the measurement accuracy was discussed and the advanced sensing technique utilising a synthetic wavelength of laser diodes was proposed. These methods are applicable even to an object with rough surfaces.