振动传感器自动标定装置

本文提出的振动传感器自动标定装置由IBM—PC微机、专用测控箱和一系列软件包组成。与低频标准振动台、功率放大器和激光测振仪配合,成功地实现了高精度程控扫频信号输出,低频和超低频振动信号计量与失真度分析,振动台定运动量控制和振动传感器的绝对、相对法标定。为一些要求经常进行大量振动传感器标定的部门提供了一种快速、准确和实用的手段。     

XL-80轻巧型激光干涉仪测量系统

在超精密的测量和校准方面,激光干涉仪始终扮演着极为重要的角色。2007年4月12日,畅销全球多年的ML10 Gold激光干涉仪计量产品世家Renishaw公司推出又一力作——XL-80轻巧型激光干涉仪。XL-80轻巧型激光干涉仪提供4 m／s最大的测量速度和50kHz记录速率。即使在最高的数据记录速率下,系统准确性可达到±0．5ppm (线性模式)和1nm的分辨率,这些改进意味着工程师仍能使用可溯源性激光干涉     

微机电系统压电振动台迟滞补偿方法研究

微机电系统（MEMS）压电振动台作为加速度传感器现场标定平台的新秀,能够提供片上物理驱动环境,为加速度传感器的快速重新标定提供持续稳定的加速度信号,然而用于压电振动台驱动的压电材料具有明显的迟滞特性,严重影响平台振动信号的稳定性和连续性。基于上述振动台振动特性,建立基于多项式拟合的压电迟滞模型,采用前馈控制和反馈控制相结合的复合控制方法对压电振动台进行控制和加速度滞后补偿。实验结果表明,在10 V（317 Hz）正弦电压激励下,MEMS压电振动台提供的简谐振动信号的加速度最大误差从1.3g降到了0.05g。     

时栅传感器直驱式误差自动标定与修正系统

针对研制时栅位移传感器过程中的误差标定环节,常规光栅传感器精度不满足要求的问题,采用激光干涉仪作为误差标定基准,自主研制了基于激光干涉仪的直驱式时栅角位移传感器误差自动标定与修正系统。利用时栅角位移传感器的多测头结构与误差曲线等间距周期性分布的特性,以一个对极的误差曲线重构传感器整周的误差曲线,采用多项式拟合算法构建了时栅角位移传感器的误差修正模型。实验结果表明,误差自动标定与修正系统可以快速、准确地对时栅角位移传感器进行自动误差标定与修正,修正后的时栅角位移传感器的整周误差达到±0.43″。     

车辆电容称重装置研制

针对传统车辆称重装置存在的不足,开发了一种车辆电容称重装置,利用电容称重传感器输出电压来反映车辆载荷.该装置安装于车辆上,采用四相检测电荷转移式微电容测量电路测量电容传感器输出电压,利用基于USB接口的电容称重传感器特性测试系统采集数据,采用实验方法测量称重系统的静态特性并进行静态标定,同时从速度、加速度、振动等因素影响方面对动态特性作了测试与分析.结果表明:该装置不仅适用于静态测量,同时适用于动态测量,具有较好的应用和推广价值.     

MEMS压力传感器性能测试系统设计

设计了一种基于51单片机的MEMS压力传感器的测试标定装置,该标定装置由3部分组成:压力容器泵体部分、测试控制电路部分、微型真空气泵部分。利用该测试装置对实验室设计制作的微压力传感器样品进行初步性能测试,并选取其中部分MEMS传感器实验样品进行系统标定。测试实验结果表明测试装置实际可行,为以后的微传感器测试工作提供了理论参考和实验依据。     

基于PSD的电振动台特性检测系统研究

详细介绍了基于位置敏感传感器的电振动台特性检测系统的研究。该系统采用自准直光路原理,利用PSD对位置的高分辨能力特性,对电振动台微小角扭动进行精密测量。数据经高速AD采样后送入计算机,通过分析即可获得电振动台在各种振动模式下角速率时域频域特性。对系统存在的各误差分析得出,该系统200H z频率处角速率分辨力为19.8×1-0 3(°/s)。     

某角振动台的散热设计分析

角振动台是产生回转式振动激励的装置,其设计制造的关键问题是激磁磁场的产生,但电磁线圈会造成大量的损耗,由此产生的热量会影响被校传感器的测量精度。本文采用有限元分析软件ANSYS,对某角振动台的电磁部分产生的热源进行了分析,验证了振动台的发热达标情况,整个分析的结论为台体散热设计提供依据。     

快速成型制造的新生力量

世界计量领域的领先者之一的雷尼绍公司,在此次中国国际机床工具展览会上推出了一系列新型产品,包括Equator多功能比对仪、PH20全自动五轴旋转测座、XL-80激光干涉仪、XR20-W无线型回转轴校准装置以及QC20-W无线球杆仪等。但其中最吸引笔者眼球的,无疑是其激光熔融快速成型系统。     

回转进给轴回转运动误差检测系统开发

对于数控机床回转进给轴动态回转精度目前还缺乏有效检测手段,笔者提出了回转进给轴动态回转精度的评价准则并给出了一种基于激光干涉仪的动态回转精度检测系统。该系统以直驱电机作为反转装置驱动元件,以圆光栅作为反转装置位置闭环反馈及角位置检测元件,以激光干涉仪的同步触发功能实现直驱电机转角和激光干涉仪误差数据的同步采集。对圆光栅的误差进行了标定并给出了基于分段三次样条的误差特性描述模型。该系统也适用于回转进给轴静态回转角度的误差检测。     

超低频振动校准自动控制系统的研究

针对超低频振动校准过程中测试时间长且效率较低的问题,设计了一种基于个人计算机及虚拟仪器技术开发的超低频振动校准自动控制系统.该系统由超低频标准振动台、功率放大器、激光测振仪、位移传感器、信号发生器、频比计数器、数据采集卡、计算机与测控软件等组成.通过线性逼近与逐步移频相结合的算法,精确控制振动台在超低频时迅速到达设定振...     

低温环境下MEMS动态测试系统

研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统.对低温环境的产生及其关键问题、低温环境下的激励方法、信号检测方法,及高速数据采集方法进行了初步研究.采用半导体冷阱产生低温环境,为防止低温下结霜对测试精度造成影响,测试在真空环境中进行.研制了基于压电陶瓷的底座激励装置,用于低温环境下对微器件激励.采用2种方法用于低温环境下微器件振动响应信号的检测,一种是采用内置敏感元件的方法,被测微器件受到激励后自身输出信号,经高速数据采集单元采集进入计算机;另一种是采用激光多普勒测振仪在低温环境外部进行检测.以LabVIEW为平台开发了测试系统控制软件,实现了微器件激励、数据采集、存储自动化.对系统的总体设计、硬件组成、系统功能、实验研究等方面作出了详细阐述.     

对准误差对半球谐振陀螺仪输出精度的影响

通过误差机理分析以及在单轴速率转台上的标定试验,分析了半球谐振陀螺仪的激励器和位移传感器对准误差对输出精度的影响.利用环形谐振子的运动方程,得出了在对准误差的情况下谐振子的径向振动方程.根据半球谐振陀螺仪闭环检测原理,计算了陀螺仪输出角速率的误差.计算结果表明,对准误差将产生与角速率平方项有关的误差,导致陀螺仪输出非线性.在单轴速率转台上进行了标定试验,验证了输出中存在与速率平方项有关的误差,并针对克服此项误差进行了一些探讨.     

高温环境下微悬臂梁谐振频率温度特性及测试技术研究

对单晶硅微悬臂梁在高温环境下的动态特性进行了理论分析,研制了高温环境下的MEMS动态特性测试系统,采用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,设计了一个可动的机构,解决了压电陶瓷在高温环境下使用的难题;通过激励装置进行冲击激励,使用激光多普勒测振仪对微悬臂梁的振动响应进行检测,对微悬臂梁受冲击后的时域信号进行分析,获得微悬臂梁的谐振频率。利用研制的高温环境下MEMS动态特性测试系统,在室温至300℃的温度环境下对单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试,结果表明随着温度的升高其谐振频率会有轻微的减小,验证了理论分析的结果。     

六自由度振动测试新方法

提出一种对六自由度振动参数进行测试的新方法,借鉴无陀螺捷联惯导的相关技术,基于加速度传感器按一定位置安装组成的阵列,以发生线振动、角振动耦合的复杂振动的机械系统为研究对象,进行三维线加速度与三维角速度参数测试,有效地解决了复杂振动环境下六自由度参数难于测试的问题。以一种九加速度传感器阵列方案模型为例,在推导原理算法的基础上,通过对该模型的计算机仿真,着重分析了角速度的测试结果,从而验证了本方法是准确可靠的。     

光反射法微摩擦测试仪

为研究MEMS的微摩擦需设计一种能够测量微米尺度样品摩擦特性的专用仪器,尤其是能进行微机构摩擦力和正压力测试的大范围、高灵敏度的微摩擦检测装置。给出了一种基于光反射法的微摩擦测试仪的设计方法,介绍了该仪器的设计原理、测力传感器的结构设计、仪器的标定方法。硅测力传感器采用MEMS工艺制作,具有变形量大、线性度好、灵敏度高等优点。实验结果表明,该测试仪能满足微机电系统微摩擦测试的需要。     

激光投射式位移计在线校准方法与系统设计

激光投射式位移计(LDM)是桥梁形变监测的常用传感器,为解决其现场工作状态下的在线校准问题,提出了一种在线比较校准方法。首先,以经过溯源的位移传感器作为参考传感器,在共源随机激励条件下,同步采集RS及待校准激光位移计的现场测量数据;然后,利用基于特征点的分段匹配算法对2传感器数据序列进行匹配,解决因激励源变化和传感器响应特性差异所导致的错位问题,从而获取2传感器对同一输入量的对应测量结果;最后,对匹配后的数据序列进行统计学分析,输出校准结果。依据现场环境,设计并搭建了在线校准模拟系统,并在系统中引入激光干涉仪作为参考数据源,以验证所提方法的有效性。实验结果表明,所提出的在线校准方法与采用激光干涉仪进行同步比较校准的结果高度吻合,且具有在桥梁结构监测现场进行在线校准的可行性。     

光栅传感器正交信号自动实时补偿技术研究

为提高光栅尺的测量精度和分辨率,对光栅位移传感器输出信号的自动实时处理方法进行研究。分析了光栅尺输出信号中存在的误差因素,根据Heydemann误差补偿模型修正信号中的非正交误差、直流误差和不等幅误差,利用CORDIC算法对修正后的信号进行细分。处理过程在LabVIEW环境下进行,利用FPGA模块实现信号实时处理,并与XL-80干涉仪比对验证该处理可有效补偿信号中的各类误差,且测量相对误差不超过±2μm。     

低温环境下MEMS微构件的动态特性及测试系统

研究了微机电系统(MEMS)微构件的谐振频率等动态特性在低温环境下的变化规律,从理论上分析了改变环境温度对微悬臂梁谐振频率的影响,并对低温环境下微构件的动态特性测试技术进行了研究。研制了低温环境下MEMS动态特性测试系统,采用半导体冷阱实现低温环境,利用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,通过底座的冲击激励,使微悬臂梁处于自由衰减振动状态,使用激光多普勒测振仪对微悬臂梁的振动响应进行检测,从而获得微悬臂梁的谐振频率。利用研制的测试系统,在-50℃～室温的环境下对单晶硅微悬臂的谐振频率进行了测试,结果表明,随着温度的降低,微悬臂梁的谐振频率略有增大,其谐振频率的温度变化率约为-0.263 Hz/K,与理论分析的结果基本一致。该测试装置能够有效地完成在-50℃～室温环境下微构件的动态特性测试。     

基于有限元的单激励超声椭圆振动切削装置特性研究

设计了一种具有复合梁变幅杆的单激励超声椭圆振动切削装置。基于有限元分析方法,对具有不同结构参数复合梁变幅杆的单激励超声椭圆振动切削装置进行了结构动力学分析,总结了单激励超声椭圆振动切削装置的频率变化规律、振幅变化规律、X、Y、Z向振幅分量变化规律等,得出了对该单激励超声椭圆振动切削装置的加工制作具有重要指导意义的曲线和参数,并使用阻抗分析仪、激光测振仪、示波器、数据处理系统对单激励超声椭圆振动切削装置样机进行了阻抗和振动特性测试。最后对该单激励超声椭圆振动切削装置的切削性能进行了普通切削和椭圆振动切削的对比实验,验证了有限元分析方法对该装置设计的指导意义和单激励超声椭圆振动切削装置的切削性能。