便携式火车轮磨损检测仪

详述一种在线便携式踏面磨损检测装置,利用LVDT位移传感器测量参考点与踏面和轮缘之间的距离,并将与之相对应的电压值输出,再通过相关的公式,得到对应的磨损值,这样可以方便及时地了解车轮的擦伤状况。     

考虑应力波衰减特性的磁致伸缩位移传感器的输出特性与实验

为提高磁致伸缩位移传感器的测试量程,需要对传感器的输出特性进行研究,以期获得更大的检测信号。针对应力波在传播过程中的衰减直接影响检测信号幅值的问题,从声压强度与声波峰值的关系出发建立了含有传播距离的输出电压模型,确定了输出电压随传播距离呈指数衰减的规律。为了测试输出电压随传播距离变化的关系,提出通过应力波来回多次反射来得到衰减后的电压幅值的方法,去掉波导丝两端阻尼,永磁体和检测线圈的位置不变,可以避免波导丝的不均匀性对输出电压的影响以及较长波导丝所需激励电压过高的问题。搭建了传感器输出信号衰减测试平台,对线径为0.5 mm,应力波衰减系数为0.132 3 Np·m~(-1)的Fe-Ga丝进行测试,基于所提实验方法,测得应力波传播距离为0.312~4.266 m时,偏置磁场分别为7.5和10 k A/m对应的输出电压的变化范围分别为138~79.6 m V和172~99.5 m V。从实验上验证了输出模型的准确性,应用此模型可以对传感器的输出电压值和量程进行预测。     

压电陶瓷管微位移测量与非线性校正

介绍了一种用于原子力显微镜的压电陶瓷管X/Y方向微位移特性的测量与校正简易方法。采用涡流位移传感器测量微位移,通过100倍放大提高检测灵敏度;产生X/Y方向控制电压的D/A和采集微位移信号的A/D均为16位,最高位移分辨率计算值为0.4nm。根据原子力显微镜中压电陶瓷管的工作特点,利用测量得到的确定扫描范围下的位移-电压关系,通过对等间隔像素点施加所对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正,控制电压序列可依据像素点精度要求通过插值算法获得。系统采用LabVIEW虚拟仪器技术,扫描频率和扫描像素分辨率调节方便,校正前后的压电陶瓷管最大位移滞回偏差分别为10.1％和0.4％。     

压电陶瓷管的微位移测量与非线性校正

为了对原子力显微镜(AFM)中压电陶瓷管扫描位移进行非线性校正,提出了一种微位移测量与校正的简易方法.采用涡流位移传感器测量微位移,将其放大100倍以提高检测灵敏度;得到了压电陶瓷管的位移-电压曲线,其最高位移分辨率计算值为0.4 nm.根据AFM中压电陶瓷管的工作特点,确定扫描范围下测量得到的位移-电压关系,通过对等间隔像素点施加对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正,依据像素点精度要求通过插值算法获得控制电压序列.系统采用LabVIEW虚拟仪器技术,校正后压电陶瓷管最大位移滞回偏差从10.1%降为0.4%.实验表明:扫描频率和扫描像素分辨率调节方便,同时校正算法复杂度也有所降低.     

基于支持向量机的压电微操作平台非线性特性描述

压电驱动器的迟滞现象会使微操作平台出现非线性问题,严重影响了其运动精度和重复定位精度。为了解决该问题,提出了一种基于Preisach模型与支持向量机的联合建模方法来描述微操作平台的非线性特性。以一种一维微操作平台为对象,以压电驱动电压和所对应的平台输出位移为样本点,采用支持向量机理论建立反映平台非线性回归模型,利用该模型预测非样本点所对应的平台输出位移,结合Preisach模型可精确预测平台在任意电压序列作用下的输出位移。为了验证所建立模型的有效性,进行了实验研究,任意选取2组不同的输入电压序列,利用支持向量机回归模型和Preisach模型分别得到所选取的电压序列对应的输出位移的预测值,在相同的电压序列作用下进行实验得到其实测值,将实测值与预测值进行比较分析,结果表明,2组实测值与预测值之间的相对误差范围分别为0.6%～2.1%、0.02%～2.1%,预测位移与实测位移非常接近,说明所建立的模型能精确描述微操作平台的非线性特性,以实现其精确运动。     

基于MPX4105芯片的数字气压计设计

介绍基于气压传感器MPX4105的精密数字气压计系统的软、硬件实现方法。通过气压传感器MPX4105获得与大气压相对应的模拟电压值,并经过电压/频率(V/F)转换模块转换为数字脉冲,通过单片机对此脉冲序列的计数等处理后获得实际的气压值,并通过数码管显示电路显示。     

基于Bouc-Wen模型的压电执行器的前馈线性化控制器

本文提出并研究了利用Bouc-Wen模型构建压电陶瓷执行器的迟滞位移在线观测器的方法,并采用迟滞位移在线观测器构成前馈控制系统实现了压电陶瓷执行器的输出位移与输入控制电压之间迟滞关系的线性化。在此基础上设计了相应的数字控制算法,实现了一种基于数字信号处理器的前馈线性化控制器,建立了相应的实验装置并进行了实验验证。实验结果表明,当前馈线性化控制器的输入控制电压为频率0.5 Hz幅值5 V的正弦电压时(功率放大器放大倍数为20倍),压电陶瓷执行器输出位移的最大绝对误差和非线性度分别为1.25μm和2.37%;当前馈线性化控制器的输入控制电压为频率0.5 Hz幅值递增的三角波电压时,压电陶瓷执行器输出位移的最大绝对误差和非线性度分别为1.80μm和3.06%。采用DSP实现的前馈线性化控制器能够较好地实现压电陶瓷执行器输出位移与输入控制电压之间迟滞关系的线性化,而且由于是开环控制,成本较低。     

压电驱动微型精密夹持机构设计与实验研究

为了简化压电精密夹持机构的结构以及降低其加工制造难度,提出了一种基于柔性铰链和两夹持臂的压电微型精密夹持机构,并分析了该夹持机构的工作原理。利用压电材料的非线性应变关系建立了压电精密夹持机构的输出位移和受力模型,通过数值仿真分析了精密夹持机构的输出特性。搭建了实验平台,通过实验测试验证了压电精密夹持机构的输出性能以及理论模型的正确性。结果表明：两夹持臂的实验与仿真位移均存在迟滞现象,在120 V驱动电压下,两夹持臂的最大径向位移测试值分别为73.8 μm和68.6 μm;当驱动电压大于50 V时,夹持臂输出位移测试值与仿真值间的误差在10%以内;当驱动电压为120 V时,夹持机构最大切向和轴向摩擦夹持力的实验值分别为7.8 N和5.7 N。     

光纤干涉法测量压电陶瓷电压—微位移的相关性

本文提出了一种高精度、高灵敏度测量压电陶瓷电压-微位移相关性的新颖方法。本方法是通过压电陶瓷在外加电压作用下伸缩来改变激光器腔长,引起激光输出频率变化,用光纤干涉法能相当灵敏地检出这一变化,从而求出压电陶瓷对应于外加电压的微位移。实验结果表明在使用20米长光纤下可以精确测量出λ/240的位移量。文章同时还讨论了采用本法测量振动及压电体的频率-幅度响应。     

基于双线性插值法的比例方向阀死区补偿方法

为解决比例方向阀死区引起的流量非线性等问题,常常采用智能控制算法和死区补偿相结合的方法,这些方法往往都依赖于阀芯位移传感器和精确的比例方向阀模型,而对于无位移传感器的比例方向阀则无法应用,因此针对无位移传感器的比例方向阀,设计了能够不依赖位移传感器而进行死区补偿的双线性插值补偿策略。自研发的控制器采集压力传感器获取的进、出口压力值和输入电压值,进行双线性插值计算后输出校正后的电压值,以校正后的电压值代替输入电压值调节比例方向阀阀口开度以补偿死区,从而解决由死区引起的流量非线性等问题。试验结果表明,该死区补偿方法,可有效地减小无位移传感器比例方向阀的死区和滞环。     

基于单片机的直流稳压电源设计（英文）

设计了基于单片机的数控直流电压源。以单片机为主控制器,通过键盘设置直流电源的输出电压,经D/A转换后(DAC0832)输出模拟量,再经过运算放大器输出不同的电压。电压输出范围0-12V,步进值为0.1V,可由数码管显示实际输出电压值。电路结构简单、操作方便,可满足各类电子实验的要求。     

基于单片机的直流稳压电源设计

设计了基于单片机的数控直流电压源.以单片机为主控制器,通过键盘设置直流电源的输出电压,经D/A转换后(DAC0832)输出模拟量,再经过运算放大器输出不同的电压.电压输出范围0-12 V,步进值为0.1V,可由数码管显示实际输出电压值.电路结构简单、操作方便,可满足各类电子实验的要求.     

磁致伸缩位移传感器检测信号分析

实验研究了磁致伸缩位移传感器的探测电压信号,以便提高磁致伸缩位移传感器的检测精度。分析和验证了波导丝材料、驱动脉冲电流、检测线圈等参数对磁致伸缩位移传感器输出电压的影响规律。对检测线圈进行了优化设计,基于实验数据确定了传感器的各项参数值。实验发现磁致伸缩系数大、魏德曼效应显著的Fe-Ga材料作为波导丝,可明显提高电-磁-机械能的转换效率,获得较大的检测电压信号。研制了新型Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器样机,并与Fe-Ni波导丝传感器进行了性能对比。结果表明,与Fe-Ni波导丝相比,Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器的检测信号明显增强,信噪比显著提高,其检测电压信号幅值比Fe-Ni波导丝检测电压信号幅值提高了40mV,相应的传感器精度提高了2倍。     

VFC式绝对位移传感器研究

首次提出了一种“VFC式绝对位移传感器”,它采用电压—频率变换原理,利用分压电路的输出电压随电阻的变化而变化的特性,通过其对压控振荡器的输出控制,实现输出频率的同步变化,从而实现位移—频率的模数转换,通过对输出频率进行信号处理,实现对位移量的测量。这种传感器与分压电路的精度、压控振荡器的线性度有关,采用适当的分压电路时,可实现对直线位移和圆位移的测量。     

基于复参数估计的逆变器故障实时检测

逆变器故障主要表现为开关元件的不正常开通和关断.本文提出了一种基于复参数估计的逆变器实时状态监控方法.通过对逆变器输出电压信号的变换,得到逆变器输出电压信号的数字模型.利用复参数最小二乘估计方法获得了逆变器输出信号的基本正序对称分量和基本谱残差.提出了故障决策函数,通过观测故障决策函数值的跳跃变化,实现了逆变器的故障实时检测.仿真研究证明本文方法的有效性.     

一种新型电光晶体半波电压测量方法研究

本文通过分析晶体电光效应及折射率随电场变化规律,建立了电光调制数学模型并提出一种新的半波电压测量方法。该方法基于晶体两端所加电压幅值与系统输出波形之间数学模型,通过确定输出波形失真临界点推演晶体半波电压。为优化系统,分析了半波电压附近输出波形特性及光源、电源和时间分辨率与系统误差之间的关系并提出了两种优化方案——时间分辨率优化及对称优化。时间分辨率优化的方式通过放大单个波形细节可降低数据离散程度及误差。对称优化则是利用半波电压附近对应波形极值点对称特性,通过多次采样取平均或中值的方法降低误差。结果表明,临界值法是一种结构简单且有效的测量半波电压的方法,其优化方案在降低数据波动及误差方面效果良好。     

纯电力加载下压电陶瓷内环迟滞特性的实验研究

以典型压电陶瓷堆叠执行器为研究对象,对纯电力加载作用下压电陶瓷的内环迟滞行为进行了实验研究和分析。实验采用Sawyer-Tower方法获得了执行器的极化强度,利用高精度电容式位移传感器测量了执行器的输出位移,结合外围实验设备,通过计算得到了堆叠执行器在输入电压频繁折返过程中的电压-极化和电压-应变曲线。从压电陶瓷内部晶体的电畴转向角度出发,对其行为特性的产生机理进行了分析,给出了压电陶瓷堆叠执行器的建议工作区域。     

压电陶瓷驱动系统及控制方法研究

给出了一种压电陶瓷驱动系统的控制方法,利用VB中的Timer控件和压电陶瓷电源的DLL动态连接库函数,实现了控制电压的实时可编程输出。针对压电陶瓷驱动器的非线性和迟滞特性,应用MATLAB分别拟合出压电陶瓷驱动器在往返行程中电压与位移值的多项式拟合曲线,得到了电压与位移的关系式,为进一步修正和减少非线性及迟滞误差的影响、提高系统的定位精度,提供了分析的依据。     

面向柔顺机构输出微位移的田口方法优化设计

针对微位移放大特性难以实现的工程问题,将田口方法融合到柔顺机构微位移结构优化过程中,使微位移实现最大化的目标。筛选出柔顺机构输出位移的相关参数,对各参数进行分析得到输出微位移函数表达式,设计正交试验表,利用函数关系将各组合参数对应的输出微位移列于表中,通过信噪比分析和容差设计确定最优参数组合。结果表明,柔性铰链的宽度、柔性梁的长度、刚性梁的长度和机构的厚度对输出位移影响程度逐渐减小。优化结果表明输出微位移提高了390.56μm。     

动摩擦型压电叠堆直线电机定子的振动特性

为提高动摩擦非共振型压电电机的输出力,研究了该型电机定子的振动特性及其对电机输出力的影响。通过分析电机的总体结构和工作机理,建立了电机定子的纵向振动模型和伪刚体模型,给出了定子驱动端的振动微分方程,并获得了纵向位移函数和横向位移函数。从功能原理出发,推导了电机的周期平均输出力公式。利用数值分析法对电机的纵向振幅特性和推力特性进行了仿真。设计、制作了电机样机,对不同激励条件下定子驱动端的纵向振动位移和电机输出力进行了测试。仿真和试验结果验证了定子振动特性理论：电机输出力随纵向振幅的增加而增加,且近似成线性关系。测试结果表明：在激励电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,驱动端振幅最大可达0.92μm,样机输出力最大可达3.5 N。