高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

纳米时栅传感器高精度激励信号源研究与设计

纳米时栅利用正交变化电场构建的运动参考系进行测量,激励信号精度直接影响运动参考系匀速性,进而影响测量精度。针对纳米时栅需要高精度激励信号的要求,设计了一种采用闭环控制结构的高精度激励信号源,该信号源采用单片FPGA实现总体控制,完成采集控制、数据处理和波形数据产生等功能,利用16位高精度数据转换器构建信号发生电路及反馈电路,保证了对信号的精确控制。测试结果表明：输出正弦信号幅值精度为0.01%,相位精度为0.1%,并将纳米时栅原始精度从1.4μm提高至0.9μm。     

基于声卡和幅度调制心电信号采集系统的研究

针对声卡只适合于声音频率范围内的信号(20Hz~20kHz)采集,而对含低频分量的心电信号采集效果并不理想的问题,提出了一种基于标准幅度调制原理与声卡采集频率相匹配的心电信号采集测量系统的设计方案。该方案通过幅度调制电路把低频的心电信号调制到高频载波上,由声卡对高频调幅波进行采集进入计算机,再通过解调模块将采集的调制信号解调还原为原始心电信号。实际应用结果表明,该系统可实现对心电信号的实时采集、显示和存储,而且性能可靠,工作稳定,成本又大大地降低。基于声卡的,尤其是声卡与虚拟仪器和调制相结合的信号采集技术在工程测试测量以及科研实验中具有广阔的应用前景。     

基于Matlab干涉型光纤水听器调制与解调仿真

该文概述了Mach—Zehnder干涉型光纤水听器两种相位载波调制（PGC）原理,着重分析直接调制半导体激光器的相位载波的信号解调,及在解调技术中伴生调幅的影响及解决办法,并根据直接调制光源的PGC零差检测方案电路系统,仿真搭建了Matlab的Simulink系统,通过改变载波频率、被测信号频率与被测信号幅度,用大量的Matlab仿真图形分析指出,直接调制光源实现相位载波技术中,载波频率、被测信号频率与被测信号幅度对系统解调输出结果的影响,实践证明该结果对水听器组阵具有很好的理论指导作用。     

线阵CCD在蒸馏仪体积测量中的应用

本文介绍了线阵CCD用于测量蒸馏仪回收液体积的工作原理.测量系统由平行光源、透镜、线阵CCD、驱动电路、预处理电路和二值化电路组成.文中详细介绍了线阵CCD的驱动电路设计,以及由未感光像元计算回收体积的方法.实验结果表明线阵CCD测量精度高,测量速度快,可以满足馏程仪对回收体积测量的要求.     

传感器装置及方法

描述了一种传感器，该传感器包括：激励线圈；信号发生器，它可操作地产生激励信号和设置成给激励线圈施加产生的激励信号；传感器线圈，它电磁耦合到激励线圈；和信号处理器，在由信号发生器将激励信号施加于激励线圈时，该信号处理器可操作地处理在传感器线圈中产生的周期电信号，从而确定被该出的参数的值。激励信号包括被具有第二频率的周期调制信号调制的具有第一频率的周期载波信号，第一频率高于第二频率。通过这种方式。该传感器很好地适用于使用数字处理技术。从而产生激励信号和处理在传感器线圈中感应的信号。在一个实施例中，该传感器用于检测两个部件的相对位匿。在另一实施例中，该传感器用于检测诸如温度和湿度之类的环境因素。     

绝对式容栅测量技术浅析

数显量具在各种制造业,尤其是传统机械制造业中,正以强劲的势头替代传统的机械量具和气动量具,成为生产现场主导测量器具.容栅数显位移传感技术和产品以其结构简单、对使用环境要求不高、测量速度快、能耗低等优点得到最为广泛的应用.介绍了相对式容栅数显量具的传感器结构、测量原理和相应的电路结构,指出相对式容栅测量系统使用过程中存在的问题,比较了绝对式容栅和相对式容栅的优缺点.介绍了绝对式容栅传感器和电路的结构,最后指出了国外绝对式容栅技术现状,以及国内绝对式容栅技术存在的差距.     

希尔伯特黄变换在调制超声激励-光纤光栅传感损伤检测中的应用

相比于线性超声技术,非线性超声技术在微小损伤检测中的优势已得到广泛的认可.采用调制超声激励法,并利用布拉格光纤光栅(FBG)取代压电片实现调制超声响应的传感,使得整个系统更容易实现分布式检测.以铝制平板为对象,研究了FBG对超声的传感特性,建立了一个振动超声激励-FBG传感系统.利用希尔伯特黄变换对缺陷导致的非线性现象进行了分析,证实其既是调幅信号也是调频信号,因此在今后损伤分析研究中需同时考虑损伤对幅值和频率的影响.     

用于丝杆导程精度检测的数据采集系统的研制

针对丝杆导程精度动态检测的需要,研制了一套高速同步采集模拟信号及光栅信号的数据采集系统,该系统利用FPGA作为核心器件实现数据采集,通过PCI总线完成硬件电路与计算机的通信,最终由计算机通过动态采集技术获得评价数据。数据采集系统可采集20 kHz的光栅尺输出信号,已经成功应用于某型号丝杆导程精度动态检测装置,该检测装置最高可测量4级丝杆,实现了预期的测量要求。     

CH4传感系统微弱光电信号处理电路的研究

为改善以CH4为目标气体的检测系统的信噪比,提高系统的检测灵敏度.基于微弱信号的锁定检测原理,以方波调制系统LED为光源,设计以锁相放大器为核心的微弱信号处理电路和计算机控制电路,将携带浓度信息的光强信号转换为直流电压输出.实验结果表明,电路输出电压与检测甲烷气体浓度呈线性关系.分析表明,理论上电路对甲烷浓度检测极限值为1.5×10-4.系统灵敏度可通过设计光源功率稳定电路和温度控制电路得到进一步提高.     

测量液体折射率与浓度的光纤光栅传感器

基于长周期光纤光栅的耦合模理论,从简化的三层光纤模型出发,研究了外界环境折射率变化时长周期光纤光栅传输谱的变化,并对氯化钠溶液的浓度和折射率进行了验证。实验结果发现,长周期光纤光栅的谐振波长与氯化钠浓度的变化近似成线性关系,而与折射率成二次曲线关系,这与数值模拟的结果一致。采用长周期光纤光栅测量液体的浓度和折射率的方法结构简单,且传感信号属于波长解调,避免了光强波动及光纤损耗的影响,整个传感系统全光纤化,能够实现对环境介质的在线、实时、快速、精确测量,还可用于特殊测量场合,实现远程遥测功能。     

TMR效应在时栅传感器中的应用

现有时栅主要还是利用变耦合系数变压器的原理,采用缠绕感应线圈于测头上的方法来提取测头与齿之间磁耦合系数变化的信号。但实验表明：这种方法所提取到的电信号相对较弱而且检测距离极小。为了解决上述问题,又提出一种基于隧道磁阻（ TMR）磁性隧道结的信号提取方法,TMR是一种对于微弱磁场变化有着极高灵敏度的磁阻效应,在实验中通过这种方法取得了良好的效果,提高了检测距离以及信号幅值。     

基于模拟退火算法下多位相型达曼光栅分束器的设计

针对传统达曼光栅分束器衍射效率与光强度均匀性低等问题,提出了一种基于模拟退火算法下多位相型达曼光栅分束器的设计方法。基于标量衍射理论,对多位相型Dammann光栅分束器的相位结构设计进行研究。在原二值型突变点坐标的基础上,使用模拟退火算法对光栅一个周期内的位相结构进行离散、调制,并合理的控制目标函数来对相位结构进行优化设计。其次,以9×9点阵Dammann光栅分束器的位相结构设计为例进行仿真分析,得到了衍射效率为85.3%、光强不均匀性为0.0952%、均方根误差为8.2×10-5的位相型分束光栅。最后,进行实验验证,得到衍射效率达到73.5%、光强不均匀性达到10.0%、均方根误差达到0.255。结果表明,该方法具有优越性和实用性,为实际应用中三维测量结构光的产生提供了理论基础。     

MEMS可编程光栅动态驱动电路的研制

MEMS可编程光栅的工作性能很大程度依赖于驱动电路的性能。本文根据MEMS可编程光栅的工作特点及结构参数,提取出光栅的等效电容值,并采用集成高压运放研制出一种新型的MEMS可编程光栅的动态驱动电路。为了避免自激振荡的发生,电路中采用了频率补偿和并联反馈电容的方法,有效提高了电路的稳定性。实际电路经过测试,其动态性能与PSPICE10仿真的结果非常吻合。该动态驱动电路具有高的电压输出范围(0~180V),较高的频率响应(10kHz),大范围容性负载能力(1~1000pF),完全能够满足MEMS可编程光栅动态复杂控制的需要。     

DDS在光栅传感器位移测量系统调试中的应用

针对光栅位移测量系统调试中直接用光栅传感器产生信号不方便的缺点,在研究光栅传感器输出信号机理的基础上,提出了采用直接数字合成（DDS）技术来模拟光栅传感器输出的两路同频严格正交信号,进行了DDS的原理分析,设计了相关电路,搭建了实验系统,完成了相关实验。实验表明：用DDS技术来模拟光栅传感器的输出信号,频率覆盖范围为0．1Hz-20MHz,频率误差和相位误差小于1％,整个系统电路设计简单,容易实现频率调整,能够满足实际需要。     

三维光栅位移测量系统的硬件设计与实现

为了检测机床刀具的三维位移、实时显示刀具的进刀量,提高工件的加工精度,研究并设计了一种基于光栅位移传感器的高精度三维光栅位移测量系统。分析了光栅位移传感器的测量原理,介绍了该系统的硬件设计,设计了光栅位移信号细分辨向电路、主控电路、显示电路及控制电路,制作了系统电路样板,搭建了实验系统并对系统进行了实验。实验结果表明:硬件电路工作正常,系统运行稳定、测量精准,可满足机床高精度测量的生产需求。     

基于光纤光栅PGCD的材料冲击试验研究

光纤光栅抗电磁干扰和易于构成分布式光纤传感网络,对设备健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试具有独特优势。波长编码信号解调系统的频率低是制约光纤光栅传感器在高频信号环境下使用的关键问题之一,采用M-Z干涉技术,设计了一套基于相位载波(PGC)的相位解调方法的光纤光栅高频解调系统,对正弦信号激励和冲击试验产生的信号进行了测试和分析,取得了比较理想的试验结果,实现了10 kHz频率范围内高频信号的检测。     

群聚型容栅测角传感器

该系统利用 36 0°封闭特点 ,全周提取信号 ,实现全方位补偿 ,将容栅系统的影响限制到最小 ,同时对极板装置的偏心带来的量测误差可大大减小 ,且该系统功耗极低 ,特别是适用于便携式数字测量系统。     

基于MEMS三相栅式位移传感器信号调理电路设计

根据基于微机电系统(MEMS)的三相栅式位移传感器测量原理和输出信号特点,设计了一种信号调理电路。该电路主要由差分前置放大电路、带通有源滤波器和波形变换电路组成。波形变换电路设计采用了非线性放大方法来提高信噪比和检测灵敏度。以此信号调理电路搭建的位移测量系统读数稳定性达到1″,表明该电路稳定性达到测量要求。     

提高容栅位移传感器精度的有效方法

为解决环境温度变化、尺体导轨加工误差以及边缘效应等因素对容栅位移传感器测量精度的影响,提出了三极板结构、周期比较测量以及分段采用正余弦极板分段数据处理的方案。三极板结构中动极板仅起屏蔽作用,可以降低对尺体导轨加工精度的要求;周期比较测量在提高系统温度稳定性的同时,由于采用了全数字电路的实现方式能有效降低专用集成电路的设计、制作成本;交替使用正余弦极板的读数避开边缘效应的影响。理论分析和实验结果证明了该方案的可行性。