类磁栅液压缸集成位移传感器信号预处理方法

针对类磁栅液压缸集成位移传感器结构特点,为提高液压作动机构的液压缸位移测量精度,对类磁栅液压缸集成位移传感器信号预处理进行研究。首先,对包含直流分量、毛刺干扰、各次谐波分量等多种信号成份的响应信号进行描述;其次,对高通滤波器进行建模和仿真分析,得出了高通滤波器有效滤除直流分量的工作条件;最后,为克服已有脉冲滤除方法的缺点,提出了一种新型脉冲干扰在线滤除方法。实验表明:该方法可有效地提高类磁栅液压缸集成位移传感器信号预处理精度,对提高多种新型液压作动机构的液压缸位移测量精度具有实际的应用价值。     

伺服电动机驱动泵控缸的位移软测量方法

针对位移传感器在液压系统应用中存在的不足,提出了一种液压缸活塞杆的位移软测量方法。该方法基于泵控缸系统的伺服电机转速、转矩信号以及泵、缸、油液相关参数,建立其液压缸活塞杆的位移软测量模型。根据油液黏温、黏压特性补偿活塞杆的位移,以减少软测量位移误差,并在MATLAB/Simulink中建立伺服电机泵控缸系统模型和位移软测量模型。结果表明:所提出的位移软测量方法比位移传感器获取的位移精度略差,但响应速度快,是一种替代位移传感器来获取液压缸位移的有效方案。     

电容式测压微传感器的特性分析

本文主要对电容式测压微传感器的力学特性和电学特性进行分析。文中通过对测量电路工作过程和特性的深入探讨、仿真和验证,证明这种传感器的测量电路具有良好的线性度和稳定性。通过对传感器的敏感元件硅膜片的力学分析,建立了传感器的力学模型。分析的结果表明：传感器敏感元件和电容器的物理特性是影响传感器输出响应线性的主要因素。     

液压缸用外置式磁感应位移传感器设计

针对液压缸内置式位移传感器安装工艺复杂、检修困难的问题,利用隧道磁阻(TMR)元件设计了一款外置式磁感应位移传感器。首先,对传感器的构成、工作原理及信号电路进行了设计和说明,通过Ansoft Maxwell电磁仿真平台建立了传感器模型;然后,对永磁环运动时的磁场状态及磁阻元件的输出信号进行了分析,提出了通过多个磁阻元件有效线性工作区叠加来计算永磁环位移的方法,并研究了液压缸缸筒对计算方法的影响;最后,利用实验装置对传感器的各项性能指标进行了测试。研究结果表明：在不同缸筒磁导率和厚度下,磁阻元件有效线性工作区对应的位移区间长度相等,传感器可对不同缸筒材质与厚度的液压缸进行测量,磁阻元件实际输出曲线的线性度为2.39%,精度为0.16%,满足测量误差小于1 mm时4%的线性度要求,传感器分辨率为0.008 3%,且其重复性较好,其设计是可行的。     

基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器

针对现有磁场式直线时栅位移传感器行波磁场产生过程中,齿槽的存在影响行波磁场的匀速性,提出基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器。无齿槽的结构形式提高了行波磁场的匀速性,可实现大极距下的高精度测量。传感器将施加正交信号的两相励磁线圈相间排列形成平面线圈线阵,产生的行波磁场通过磁场拾取线圈感应出电行波信号,处理后得到位移量。通过电磁场分析软件对传感器进行建模仿真,根据仿真结果得到测量误差;通过理论分析对测量误差进行分析溯源,并根据分析结果对传感器结构进行优化。基于分析和优化结果研制出传感器样机,并进行了精度实验。实验表明,传感器在240 mm内测量精度为±1μm,实现了精密测量。     

基于摩擦及泄漏补偿的被动电液测力建模与实验研究

为提高液压系统静态下基于流体压力测量其负载的测量精度,基于弹塑性变形理论及流体力学连续方程和N-S方程,分别对液压缸摩擦及泄漏进行了分析,建立了液压缸活塞密封圈与内壁接触摩擦力方程及液压缸-活塞间油液泄漏剪切力方程,得到液压缸接触摩擦力与泄漏剪切力数学模型,利用Ansys与Fluent有限元软件分别对其接触摩擦力及泄漏流场进行仿真计算分析。在此基础上,搭建了被动静态电液测力实验系统,考虑活塞密封圈与缸内壁接触摩擦和液压缸-活塞间泄漏,基于建立的摩擦及泄漏模型,补偿得到了被动电液测力系统的测量精度,并将之与线性拟合法得到的测量精度进行了对比。实验结果表明,采用基于摩擦及泄漏补偿的被动电液测力测量精度比常规线性拟合法明显提高,从而为提高电液测力测量精度提供了一种新的思路与方法。     

位移传感器测量系统在线误差分析与调试

通过多年来对磁栅、光栅、球栅等线位移传感器的安装、调试、维修以及对数显系统精度大量检测,总结出在静态(计量室)和在线(车间)条件下准确检测调整线位移传感器细分误差的方法。以SONY磁栅传感器为例进行分析。     

基于真实载荷的挖掘机工作装置瞬态动力学分析

用有限元法对挖掘机工作装置进行瞬态动力学分析,以6 t小型挖掘机工作装置为研究对象,针对斗杆液压缸驱动铲斗撞击地面工况,用压力传感器、位移传感器测试出撞击过程各液压缸工作腔压力和位移变化曲线,以所获各液压缸位移变化曲线和最大理论撞击力为驱动,用动力学仿真软件ADMAs对挖掘机撞击过程进行仿真,得出各铰销点在撞击过程中所承受载荷的变化曲线,采用测试所得各液压缸的驱动力验证仿真结果的准确程度.进一步将各铰销点受力的仿真结果作为工作装置的负载,对工作装置进行瞬态动力学分析,对比仿真计算与应力测试结果表明,对应测点的应力变化趋势基本一致,误差在10%以内,可为结构优化设计提供依据.     

梭式止回阀阀芯位移磁电传感器的磁场分析

梭式止回阀作为管道非能动技术的重要组成部分,可以在无外加动力驱动下自动实现管道系统的安全保障作用,能有效降低事故的发生。研究了梭式止回阀阀芯位移磁电传感器阀体和阀芯永磁体的有限元模型建立的方法以及对永磁体进行了二维静态磁场分析。首先在ANSYS中建立阀体及永磁体的二维模型,然后对其定义材料属性、网格划分、施加边界条件,完成有限元模型的建立;然后对阀体及永磁体进行二维静态磁场分析,最终得出梭式止回阀阀芯位移磁电传感器的磁场分布及强度状态。通过ANSYS有限元仿真,验证了梭式止回阀阀芯位移磁电传感器磁路设计方案的可行性。     

长光栅数显表中5μm分辨率的实现

用数显表与不同的传感器相配,只要将传感器的输出信号做相应的处理,就可得到各种类型的精密位移测量系统.如在直线位移测量中可与长光栅尺、圆光栅尺、磁栅、感应同步器等相配合,组成各种精度不同的测量系统.其中以长光栅数显表的分辨率为最高,可达10μm、5μm、2μm、1μm,甚至还可更小.因此,长光栅位移传感器及数显表已成为瞩目的新技术.     

大间隙磁力传动系统驱动规律的仿真研究

针对已提出的大间隙行波磁场驱动的磁力传动系统,采用现代计算技术和数值计算中的有限元理论,运用ANSYS软件的磁场分析功能,建立了磁力传动系统的实体模型和有限元模型,通过模拟永磁体的角位移和电磁体线圈的通电状态,对系统工作过程进行了仿真;研究了系统永磁体在转动过程中的受力情况和各参数对系统驱动能力的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流、永磁体外径和永磁体磁化强度,减小电磁体和永磁体间耦合距离,将电磁体和永磁体的相对位置沿x方向两侧(左侧或右侧)置于5 mm～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩。     

永磁体对磁致伸缩位移传感器波导丝扭转应变的影响分析

为提高磁致伸缩位移传感器输出电压幅值,对波导丝的扭转应变进行研究.基于电磁学与理论力学相关理论建立了波导丝扭转应变的数学模型及三维有限元仿真模型,对波导丝扭转应变的影响因素进行分析.并进行实验,得出相对应的传感器输出电压变化情况.结果表明,传感器输出电压与波导丝发生的扭转应变量最大值变化趋势一致,两者均随着永磁体充磁、...     

基于磁敏元件的寄生式时栅传感器仿真分析

传统寄生式时栅位移传感器采用线圈传输电信号,不能保证线圈本身及绕线质量,导致寄生式时栅位移传感器体积大、灵敏度低、功耗大。根据寄生式时栅位移传感器的工作原理,选择一种基于磁敏元件代替绕制线圈的方法。用ANSOFT/Maxwell对磁钢和磁敏元件的气隙磁场、磁敏元件与被测齿轮之间的距离、磁钢大小和形状进行仿真,比较分析可知3mm×3mm×2mm的长方体磁钢在气隙为3mm的情况下能够满足磁敏元件的工作要求。     

永磁伺服电机嵌入式位置检测理论及误差分析

针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及线圈绕制不均匀增加误差的缺点,在此基础上,提出了一种基于隧道磁阻效应(TMR)和时栅技术的永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。在原理分析的基础上,根据行波表达式的理论推导,分析了单路和双路驻波幅值不相等所导致的误差规律,为检测结构的优化和进一步提高测量精度奠定基础。最后通过实验,验证了嵌入式位置检测理论分析的正确性以及检测方案的优越性,所提出方法的检测精度较绕制时栅线圈的检测方法提高了3倍,稳定性提高了5倍。     

胶囊机器人磁驱动力建模与测量

可吞式无线磁驱胶囊机器人在胃肠道内的诊疗效果与机器人受到的外部磁驱动力密切相关。本文建立了外部磁驱动力的理论模型,基于等效磁荷模型推导了两径向充磁环形永磁体相互作用的数学表达式,采用自适应递归式计算方法开展了数值计算。此外,发展了环形永磁体间磁力实时测量方法,并开发了磁力-间距同步测量仪器开展实验研究,且建立了3D环形永磁体有限元仿真模型。实验测量磁力-间距关系曲线与理论计算和有限元仿真结果吻合较好,误差小于4%,验证了理论模型和有限元仿真模型的准确性和可靠性。通过参数分析,揭示了胶囊机器人内置永磁体长度、厚度和体积对磁力的影响规律。研究结果为精准驱动胶囊机器人在胃肠道内运动奠定了理论基础。     

变耦型时栅位移传感器理论模型与误差研究

针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。     

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%。     

直线电机脉宽调制算法及仿真研究

为解决目前常规空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法存在的计算繁琐、难以数字化实现的缺点,在综合分析永磁直线同步电机(PMLSM)控制原理的基础上,提出了一种用于永磁直线同步电机的新型SVPWM快速算法。该算法通过永磁直线同步电机位移传感器的检测值完成扇区判断与开关工作时间的计算。最后,通过Matlab/Simulink建立了仿真模型。仿真结果表明,该算法效果良好,解决了常规SVPWM算法由于反正切函数运算而导致系统响应慢、控制精度低的问题,具有一定的实用性与可行性。     

基于磁热耦合仿真的筒式永磁调速器散热研究

针对筒式永磁调速器长时间运转发热严重的问题,利用磁热耦合分析方法,建立磁场、温度场分析的数学模型和有限元模型,通过Maxwell 3D和Steady-State Thermal模块联合仿真,得到铜环、永磁体温度场分布情况。通过对散热片进行优化仿真,显著降低了铜环和永磁体的最高温度。