可抑制端部效应的平面磁场式直线时栅位移传感器

针对前期研制平面磁场式直线时栅位移传感器存在的端部效应致使匀速运动坐标系均匀度降低的问题,提出了一种抑制平面线圈端部效应的方法,构建均匀性更高的交变磁场,并研制出了一种可抑制端部效应的新型平面直线时栅位移传感器。建立了平面线圈励磁数学模型,分析端部效应对均匀磁场的影响程度,提出了双层互补式激励线圈结构抑制端部效应方案;建立了新型平面直线时栅位移测量模型,采用空间正交的双列激励单元,实现了行波信号的合成并通过仿真验证了方案的有效性;建立了仿真模型,分析端部效应对传感器测量精度的影响,并优化传感器参数;基于PCB工艺制造了量程为228 mm的新型传感器样机并与传统传感器样机展开了对比实验,实验结果表明,新型平面直线时栅位移传感器能够有效地抑制传感器的端部效应,提高测量精度,传感器对极内原始测量精度从±20μm提高到±10μm。     

一种液压油多污染物微检测传感器设计及研究

基于微流体芯片技术提出了一种液压油微传感器。微传感器由内嵌硅钢片的平面电感检测线圈与对置硅钢片构成。电感检测模式下对金属颗粒进行检测,电容模式下检测水滴与气泡,实现了对油液中铁磁性颗粒、非铁磁性颗粒、水滴、气泡4种污染物的区分检测。通过实验证明新型结构的微传感器在电感模式下对金属颗粒检测精度的提高,并可以检测到油液中28μm的铁颗粒与85μm的铜颗粒;在电容模式下验证了微传感器在激励电压为2 V、激励频率为0.9 MHz时检测效果最好,并能检测到油液中95μm的水滴和160μm的气泡。该研究在对液压系统的故障预测和故障诊断有着十分重要的意义。     

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%。     

厚膜电容微位移传感器的非线性误差分析

分析了用于PZT形变-力传感-位移量传递模式实时检测的厚膜电容位移传感器的非线性问题,对传感器弹性膜片产生挠性形变以及位移检测带来的非线性问题做了系统的分析并给出了在小挠度形变情况下电容计算公式.仿真结果表明:在电容极板间隙为50μm、膜片厚度为0.55 mm、工作半径为10 mm、膜片中心偏移量为5 μm的情况下,与普通极板电容计算公式相比,采用小挠度形变电容计算公式可使位移检测精度提高4.74%.     

电涡流传感器测量旋转齿盘位移的特性研究

基于造纸业关键装备盘式磨浆机磨浆间隙测控的精确和实时性的需要,讨论了磨浆盘齿结构与运行间隙特点;首次研究了用电涡流传感器测量旋转齿盘动态位移的特性和最佳特性曲线拟合方程.研究表明:对于通常磨浆盘齿参数齿高2～7 mm、齿宽2.4～4.5 mm和槽宽1.5～4.0 mm范围内,恰当的电涡流传感器的电涡流效应与齿宽和槽宽有关,而齿高参数的影响很小.直径为11 mm、灵敏度为2 V/mm、线性范围为5 mm的电涡流传感器对不同齿形齿盘的输出电压(U)-盘间隙(X)特性曲线其本一致,且均比无齿盘明显平行上移;当齿盘的盘间隙值相同、测点线速大于172 m/min(实际生产中为1200～1500 m/min)时,输出电压测量与显示值可靠.这为电涡流传感器用于旋转齿盘动态位移的新的测量用途和实现实时、精确测量磨浆间隙提供了理论依据.     

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。     

电感式位移传感器输出特性仿真分析

电感式位移传感器因其结构及电磁感应特点,不可避免地出现输出非线性与温度漂移的问题,影响其测试精度。针对这一问题,在分析电感式位移传感器结构特性与工作原理的基础上,建立了其输入/输出关系数学模型,并运用Matlab软件进行了仿真分析;探讨了输入/输出参数之间的变化规律。研究结果表明:电感式位移传感器存在一个近似线性工作区域±δmax,其线性度误差受线圈匝数与半径的影响;在其他参数一定的情况下,线圈半径与线圈匝数分别为定值、依次改变线圈匝数与线圈半径时,存在铁芯位移x,且当x≤│δmax│时,传感器输出特性近似成线性关系,线性度好;当x≥│δmax│时,传感器输出特性为非线性关系,线性度差。     

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。     

基于电涡流的多周期双极直线位移传感器

传统的基于电涡流的多周期位移传感器由于输出信号的周期重复性,难以解决断电重启后的绝对位置识别问题。 提出 一种基于电涡流的新型双极直线位移传感器。 经过理论与仿真分析,验证了随着滑片的滑动,接收线圈中感应电压的幅值呈现 正余弦变化。 设计了双极敏感结构,通过上极多周期接收线圈保证位移的精确测量。 下极布置单周期接收线圈对上级所处周 期进行识别。 通过感应信号偏移及幅值归一化处理算法提高精度,在实验室搭建传感器样机,以高精度电控平移台进行测试。 经测试,新型多周期双极电涡流直线位移传感器可以实现绝对位置测量,在 0~ 60 mm 量程内测量误差为 30 μm,最大非线性为 0. 08% 。 突破了传统多周期涡流式位移传感器绝对位置无法识别的局限。     

一种新型三维表面形貌测量仪的研制及应用

介绍了一种新型的基于直线相位光栅干涉三维表面形貌测量仪,该测量仪具有高分辨率、大量程、低成本的特点.该三维表面形貌测量仪由基于直线相位衍射光栅干涉原理的微位移传感器、X-Y二维工作台、立柱、光电探测器以及信号处理电路、计算机及数据处理软件组成.该轮廓仪工作台的工作范围为50 mm×50 mm,最小步距为0.2μm,工作台计量系统的分辨率为0.05μm,微位移传感器理论垂直分辨率可达到0.12 nm,实际测量量程为2 mm,通过更换测杆可以达到6 mm的测量量程.