大量程六维力传感器设计与标定研究

为提高大量程六维力传感器的灵敏度,设计了一种适用于机械臂末端的应变式传感器.该传感器采用十字梁式弹性体结构,通过优化应变梁结构和合理布置应变片等方式,使传感器在大量程条件下仍具有较高的刚度和灵敏度.使用有限元法分析验证了传感器应力分布的合理性,并根据最小二乘法标定原理对传感器进行解耦标定实验,实验结果表明:传感器静态性能良好,最小灵敏度为0.375 mV/N,满足使用要求.     

基于长周期光纤光栅的压力传感器计算机仿真研究

当前,传统的几种压力传感器存在机械结构复杂,不便于转换成电参数等缺点,设计仿真研制了一种基于悬臂梁差动结构的新型长周期光纤光栅压力传感器;该传感器测量精度高,结构简单,便于加工;其独特的差动结构克服了温度变化对测量的影响,在温度变化后不用再次标定;完成了差动结构方案的结构与工艺设计,对其机械工艺等方面进行了改进,为下一步的工艺标准化工作打下了基础;经过反复测试,在O一6MPa的测量范围内,温度变化25℃时,在不用重新标定的条件下,其测量精度仍保持在1%之内;实验结果表明,该传感器在将压力信号转换成电信号方面,比传统的几种压力传感器在线性度等方面具备很大优势.     

基于光电检测的振弦式应变传感器的设计与实现

设计并实现了一种采用单线圈电磁激振以及透射型光电传感器拾振的振弦式应变传感器,并进行了实验验证。另外,为方便进行温度补偿实验,在机械结构中加入应力施加单元,同时加入标准拉力传感器直接测量振弦所受应力,对实验进行验证。建立了阻尼作用下振弦自由振动的数学模型,并利用ANSYS进行了仿真,实验结果与理论计算以及仿真结果具有高度一致性。信号解算方法精度可达2με。     

基于机器人系统的线结构光视觉传感器标定新方法

在总结了已有线结构光视觉传感器标定方法的基础上,提出了一种应用机器人系统对线结构光视觉传感器进行标定的新方法。借助于一维光平面对准特殊设计的圆阵列平面标靶,实现对标定特征点的获取,不需要额外对光平面进行标定。在此基础上,还提出以线性化的两步标定方法来求解传感器模型参数,完成了线结构光视觉传感器的标定。该方法操作简单、效率高。实验结果证明:该方法切实可行,测量精度优于0.06mm。     

平面型薄膜热流传感器及其静态特性标定研究

针对用于径向传热测量的热流传感器及其标定方法研究较少的问题,基于一维圆筒壁传热模型,设计并制备了一种具有自标定特征的平面型热电堆式薄膜热流传感器,提出了一种基于激光加热和温度外推原理的传感器静态特性标定方法,建立了有限元仿真模型,开展了传感器温度分布规律分析,设计了静态特性标定装置,完成了相应的标定实验。仿真结果显示,传感器沿径向温度分布符合圆筒壁稳态导热模型。实验结果表明?在40℃ ~ 100℃范围内,所制备的热流传感器塞贝克系数为5.6μＶ/ ℃ ~7.0μＶ/ ℃,数值和变化趋势与标准金铂热电偶接近,所标定的塞贝克系数可直接用于小范围内热流测量,同时在冷端温度已知条件下,该标定结果同样适用于大热流测量,研究结果将对于平面型薄膜热流传感器的制备和标定具有指导意义。     

双层预紧式6维力传感器预紧力对精度影响分析

针对传统Stewart结构6维力传感器性能的不足,设计并研制了一种双层预紧式6维力传感器,并进行了精度分析与实验研究.首先,介绍了该6维力传感器的结构特点,基于螺旋理论建立了其数学模型以及预紧力的数学描述形式.为了提高传感器的测量精度,在分析预紧支路结构的基础上,通过增大预紧力来降低由于预紧支路结构变形产生的误差.其次,对不同预紧力下预紧支路的结构变形进行了有限元仿真.最后研制并开发了6维力传感器样机和标定系统,进行了不同预紧力情况下的标定实验.通过增大预紧力,传感器的最大Ⅰ类误差和Ⅱ类误差分别由满量程的2.73%、2.43%降低到0.41%、0.64%.实验结果表明,增大预紧力有效地降低了预紧支路变形带来的测量误差,提高了传感器的测量精度,从而验证了理论分析与仿真的正确性.     

基于RBF的LVDT输出标定研究

线性可变差分变压器(LVDT)式位移传感器是电感式位移传感器常见的一种结构形式,在设计研发LVDT的过程中需要对其进行输出标定.针对这一问题,以普通型交流非标准线性输出回弹式LVDT为研究对象,通过信号调理电路和单片机测量实验数据,利用径向基神经网络(RBF)为标定算法,对LVDT测量的输入与输出数据进行建模,然后将训练好的模型在Matlab中进行离线仿真,仿真结果表明,仿真数据和实测数据的误差在允许范围之内,本模型可以用在LVDT标定中.     

MEMS薄膜热流传感器研制

基于微加工技术设计制备了一种微机电系统(MEMS)薄膜热流传感器。采用COMSOL软件,对不同结构参数MEMS薄膜热流计进行仿真模拟,通过对仿真结果对比和分析,优化热流传感器的设计参数。根据优化的设计参数利用MEMS工艺制备薄膜热流计。搭建了标定系统,对所制备的MEMS薄膜热流计进行性能测试和标定。实验结果表明:薄膜热流计的电压输出响应曲线的变化趋势和仿真结果一致,此外,薄膜热流计的输出电压和热流密度呈良好的线性关系。     

长线磁致伸缩位移传感器的磁极化强度模型

长线磁致伸缩位移传感器是一种利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应及其逆效应实现位移测量的传感器.运用电磁学和铁磁学相关理论,构建了磁极化强度模型,讨论了该种传感器中扭转式弹性波的产生机理.通过建立有限元模型,使用ANSYS仿真平台进行了激励磁场的仿真模拟.理论模型对仿真结果数据的进一步计算获得了磁致伸缩线体内应力的分布特性.计算结果与实验数据的比较,证明了磁极化强度模型相关理论的合理性.为构建有效的弹性波信号,提高该种传感器检测精度提供了理论依据和实验数据.     

基于弹性膜片的薄膜溅射式拉力传感器研究

介绍了一种基于弹性膜片结构的拉力传感器,敏感元件薄膜电阻应变栅采用离子束溅射、光刻技术与弹性体结合成一体。文中给出了传感器的基本结构及零点补偿和信号转接电路,介绍了薄膜电桥的制备过程,并对弹性体进行了仿真与分析。实验结果显示,该传感器在满量程范围内能满足设计要求,其额定载荷为850 N,灵敏度优于0.01377 mV/N。且其安全过载系数约为6.62,为同类拉力传感器的2~3倍。对传感器的标定表明,该传感器的综合误差不大于额定输出的0.013%。     

环空间阵列扭矩传感器设计与原理分析

针对恶劣环境下机械转轴扭矩动态测量问题,利用交流电磁感应原理,采用环型空间阵列封装磁性钢球和专门的磁电式检测器,构造一种新型的非接触扭矩测量传感器.本文设计了传感器的结构并对测量原理进行了分析,建立了其动态扭矩测量的数学模型.通过环空间阵列作切割磁力线运动,引起磁通量的周期性变化,得到感应信号的周期性变化,从而实现了位...     

压磁式传感器的结构优化与静态标定

为了保证所研制的压磁传感器在安全工作条件下质量最轻,基于ANSYS14.0的优化平台,完成了对压磁传感器体积的优化设计,并进一步研究了各优化参数的敏感性;其次,对传感器的主要静态性能指标进行了标定;然后在不同预载荷,不同测力范围,不同励磁频率条件下对传感器的重复性,线性度和灵敏度进行了实验分析与研究,最后,工业应用验证了该传感器使用周期长,检测信号稳定不失真,检测精度高,为冷轧带钢板形闭环控制奠定了基础。     

单极板微位移电容传感器结构设计与优化

根据单极板微位移电容传感器结构优化设计的问题,提出了一种基于纵横推进法的电磁场仿真参数化建模方法。在建立合理的单极板电容传感器电磁仿真参数模型基础上,首先通过仿真实验选择保护环和绝缘层缺口的最优值。然后依据仿真得到的最优值,选择结构与最优值接近的电容传感器产品对比,取得了较好的研究结果,电容仿真值与实际测量值误差小于0.3%。最后对电容传感器极板倾斜对测量结果的影响进行了研究,极板倾斜2°时测量误差为1.6%。电容传感器结构优化结果满足实际工程要求。     

基于电磁耦合效应的位移传感器设计与实验研究

利用分离式电磁耦合效应设计了一台位移传感器。基于电磁耦合机构的磁路分析,讨论了所设计位移传感器的工作特性。设计了对该传感器实验装置并进行了实验研究,得到了传感器的位移定标曲线和不同位移（空气间隙）范围下的传感器工作性能曲线。实验结果与理论分析基本吻合。     

ZrO2氧传感器封接料开裂失效分析及改进

针对氧化锆(ZrO2)氧传感器封接料失效机理,提出了在传感器加热电路上增加预热功能,通过仿真和试验的方法验证了改进措施的有效性.仿真分析的结果表明:温度变化幅度为200℃时应力状态较温度变化400℃时的应力降低幅度约为40%.通过试验样件验证表明,传感器在进行了576次启动热应力试验后,封接料状态良好,未开裂,表明加热电路增加预热功能后降低了热应力冲击强度,增加预热电路后,传感器有效避免了使用中出现封接料开裂故障.     

船舶电力推进系统电磁环境虚拟暗室测试技术研究

针对船舶电力推进系统体积大,功率高,结构复杂,电磁干扰严重等特点,提出了一种船舶电力推进系统电磁干扰虚拟暗室测试技术。首先设计了多传感器同步测试电力推进系统的电磁干扰,克服单传感器分布测试时带来的时间差问题,并提出了时频同步技术保证多传感器测试的信号时间与频率同步,从而提高测试精度和应用范围。然后设计了基于独立分量分析的多通道盲源分离算法,利用源信号近似的统计分布先验知识分离出每个传感器的信号。最后建立了虚拟暗室测试系统进行试验验证,计算机仿真以及试验结果证明该技术准确而快速地测试出了电力推进系统的电磁环境,确定了电力推进系统的主要干扰源,保证电力推进系统的电磁兼容性,具有重要的工程应用价值。     

非等齿耦合位移传感器的研究

为了提高位移传感器的测量精度,在最大开槽数一定时获得更多的极对数。对原有时栅位移传感器进行改进,提出了一种新的位移传感器结构,介绍了传感器的工作原理和结构。该传感器在最大开槽数一定的情况下,可以得到较多的极对数和测头数,从而利于提高测量精度。通过实验得出以高精度光栅为基准时传感器的角位移测量误差为±6.5″。     

基于虚拟现实的传感器实验仿真教学系统

传感器实验,是测控技术与仪器专业学生所必须掌握的科目之一,但是通过对学生学习情况进行研究发现,现在传统的传感器实验课内容抽象,学生动手实践时间也比较短。针对这一情况,文章从虚拟仿真教学的角度出发,以传感器实验的实验设备为原型,使用3ds Max完成模型建立和优化,利用Adobe Premiere Pro和Adobe After Effects软件完成三维动画制作,基于Unity3D平台完成了传感器实验仿真教学系统的开发,实现结果表明,该系统实现了对实验原理、实验设备结构的介绍,并且学生可以对传感器实验的整个过程进行实操练习,具有很好的交互性,有助于提高学生的学习兴趣和专业水平。     

基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测方法

根据铁磁材料的逆磁致伸缩效应，研究了基于这一效应的磁各向异性四极探头型传感器检测铁磁材料残余应力的方法，并进行了20^＃钢压缩试件的典型实验，实验证明了这种方法是可行的。     

一种新型闭环式双铁芯霍尔电流传感器的建模与实现

提出一种新型的闭环式双铁芯霍尔电流传感器模型。选用的双铁芯,一个是带有放置霍尔器件的缝隙的、用于直流电流传感器的铁芯,另一个则是用于交流电流传感器的无缝隙铁芯。这2种铁芯的结构和材料借助于理论分析和仿真计算来确定。实验结果表明：这种新型的双铁芯电流传感器不仅能消除闭环霍尔电流传感器的频率特性中的台阶现象,并且还能保持较好的精度和线性度。