相邻金属孔间壁厚现场检测系统关键技术的研究

相邻金属孔间的壁厚测量以往都是根据镗床加工过程中的进刀量计算得出,精度较低.本文提出了一种应用电容传感器对两个金属孔间壁厚在线检测的系统.基于电容传感器,研究了电容测头的电场边缘效应的影响及保护环的宽度选择,设计了测量孔壁的电容测厚传感器进行差动测量.系统由两个距离确定的电容差动测厚传感器、测量电路、A/D接口及软件组成的.对壁厚2 mm,孔径3 mm的相邻金属孔壁厚的测量实验显示,误差达到0.3 μm.系统属于非接触测量,无需修正测头及工件变形误差.此系统测量精度高,测量速度快,操作方便,全套仪器便携,是解决相关壁厚现场精密检测问题的好方法.     

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的特征尺寸测量

针对微小结构几何量测量的需求,通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统.在验证测头性能的基础上,完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验,在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.755 2 nm,6.05 μm,6.16μm,同时,在扫描实验中进程回程扫描差值的标准偏差为23.088 nm.     

用于靶球测量的激光共焦测头稳定性研究

为了解决微靶靶球在微靶装配体中的位置关系.介绍了一种基于动态主动调焦原理的光学非接触测头,这种测头能够测量具有强反射表面的高精度金属件和光学器件,解决了形貌检测领域的一个难题.微靶靶球是惯性核聚变中的关键部分,它的装配位置关系是否准确直接关系到"点火"的成败.由于微靶靶球的特殊性,利用共焦测头这种非接触测头对靶球中心位置进行检测,测量精度要求小于3 μm.根据共焦测头的原理,得出了被测面高度差和振动部件位移的数学关系式,并分析了音叉振动参数对测量结果的影响.试验结果表明:音叉振动频率波动对时间差的影响为0.14‰;音叉振动幅值波动对时间差的影响为6.8‰;时间差输出值的标准差为0.0044.能够满足测量微靶靶球中心位置的非接触,高精度和稳定性要求.     

微米级光学光斑测量系统设计

微米级测量光斑是激光非接触共焦法测量核聚变微靶的一项重要指标.要使测量精度达到1μm,测量光斑直径也应在微米级.根据激光高斯分布理论,设计加工了在GJ-Ⅳ共焦测头上实现微米级焦点光斑的光学系统进行了测量误差分析.通过实验和测试,激光测量光斑为10μm,工作距离为20mm,测量精度为0.04%.实验数据证明:设计的光学系统从测量范围、测量光斑尺寸、测量精度等方面均满足微靶球测量的要求.     

点阵测头成像视觉坐标测量系统的研究

柔性三维坐标测量在工业现场测量有较多应用.分析多目标点透视成像原理的基础上,提出了点阵测头成像视觉坐标测量的概念,给出系统完整的三种数学模型及求解方法.设计了一种实用测头,基于单台面阵CCD摄像机实现由三种类型测头组成的视觉测量样机.在距离摄像机1 000 mm,样机进行实际测量,并与三坐标测量机的检测结果进行比对.测试结果表明在摄像机成像面平行的两个方向的测量精度高于摄像机轴向测量精度.     

转子质心微位移精密调整装置

研制的陀螺动平衡调整装置通过协同调整转子质心在两个相互垂直方向上的位置实现质心任意方向的微调整.装置测量模块采用两个测头分别测量转子和壳体的位置,通过计算两者的位移差值与初始差值对比即可得到质心的调整位移量,从而消除弹性变形对测量结果的影响.调整时减小紧固螺钉旋紧扭矩可有效降低爬行现象的影响,提高调整成功率.为了控制调整方向,调整时在非调整方向施加一定的预紧力,可减小转子在非调整方向的位移量.采用上述调整策略可以达到±0.5 μm的调整精度,提高了调整的成功率,满足了设计要求.     

回转体内腔测量的虚拟防碰撞算法

由于工件的遮挡,无法直接观察回转体测量机内表面测量系统的运行情况。为防止非接触测头与工件在测量过程中发生碰撞,利用OpenGL建立了回转体测量机的虚拟三维运动仿真模型进行实时监测。同时,提出了虚拟环境下一种基于点面最短有效距离的防碰撞算法,通过软件监控关键点与待测物体表面的距离作为真实系统的防碰撞检测依据,并且将其应用于虚拟回转体测量系统中,作为防止测头与回转体工件碰撞的重要手段。实验证明测试点与工件内表面最小距离控制在误差允许的范围内,而且系统运行时能够在测头与工件碰撞产生前及时发出警报,停止当前的测量机运行,可以有效避免测头与工件之间的碰撞。该算法具有判断简单、响应快速的特点,对于非接触测量中测头的安全防护具有实际的工作意义。     

MEMS微探针及其在嗅粘膜神经递质检测中的研究

采用微探针电极阵列对大鼠嗅粘膜神经递质进行了在体检测.基于MEMS技术,制备了具有8通道电极阵列的微探针芯片.每一电极的传感器表面为16μm×120μm或0.3 μm×120 μm尺寸.采用循环伏安法,该探针可以检测到50 nM浓度的多巴胺.将探针固定于大鼠鼻腔嗅粘膜,对多巴胺等单胺类神经递质进行了在体检测.通过二氧化碳诱导的三叉神经刺激动物模型的研究,证明微探针适合于神经递质的多位点实时测量.     

三维扫描测头精确跟踪的摄影测量方法

针对传统三维扫描测量机器人依赖于机器人的定位精度从而难以实现高精度测量的问题,提出了一种三维扫描测头精确跟踪定位的摄影测量方法。首先,搭建由多个工业摄像机构成的测头跟踪系统,并在机器人的扫描测头上粘贴编码标志点;然后,对摄像机进行高精度标定,求解出摄像机内外参数;其次,多摄像机同步采样,对图像中的标志点依据编码原理进行匹配,并求出投影矩阵;最终,求解出编码标志点在空间中的三维坐标,实现三维扫描测头的跟踪定位。实验结果表明,标志点定位在距离上的平均误差为0.293 mm,在角度上的平均误差为0.136°,算法精度在合理范围之内。采用该摄影测量方法可以提高扫描测头的定位精度,从而实现高精度测量。     

基于CCD的玻璃厚度在线测量系统

浮法玻璃生产中需要对玻璃在高温区进行在线测量.研究了利用半导体激光和线阵CCD组成的在600℃高温条件下工作的玻璃厚度在线测量系统.系统采用循环水冷却方法使测头工作在正常条件下,利用软件对数据进行处理来克服高温气流等造成的随机误差.系统样机对玻璃厚度进行在线测量的精度达到15μm,测量范围为2～20 mm.     

A microfabricated wall shear-stress sensor with capacitative sensing

A silicon-based micromachined, floating-element sensor for low-magnitude wall shear-stress measurement has been developed. Sensors over a range of element sizes and sensitivities have been fabricated by thin-wafer bonding and deep-reactive ion-etching techniques. Detailed design, fabrication, and testing issues are described in this paper. Detection of the floating-element motion is accomplished using either direct or differential capacitance measurement. The design objective is to measure the shear-stress distribution at levels of O(0.10 Pa) with a spatial resolution of approximately O(100 /spl mu/m). It is assumed that the flow direction is known, permitting one to align the sensor appropriately so that a single component shear measurement is a good estimate of the prevalent shear. Using a differential capacitance detection scheme these goals have been achieved. We tested the sensor at shear levels ranging from 0 to 0.20 Pa and found that the lowest detectable shear-stress level that the sensor can measure is 0.04 Pa with an 8% uncertainty on a 200 /spl mu/m/spl times/500 /spl mu/m floating element plate.     

一种矿用皮托管式风速传感器设计

针对传统风速传感器因井下特殊环境常造成超声波探头性能减弱,不能正确反映环境风速值的问题,提出一种矿用皮托管式风速传感器设计方案,详细介绍了其原理及软硬件设计。该传感器采用S型皮托管测量风的压力,利用差压芯片计算差压信号值,并根据电信号、差压信号、风速之间的对应关系求取风速信息。实验结果表明,在0.4～15m/s风速范围内,该传感器测量误差低于±0.2m/s,且具有较好的温度稳定特性、贮存特性和防潮防堵性能。     

电容式微位移传感器设计及其应用研究

介绍了基于误差补偿的机器人系统原理,采用等电位环和驱动屏蔽电缆技术,设计了电容式微位移传感器及其信号调理电路。该电路包括改进型的电容运算放大器检测电路、精密全波整流电路和滤波电路等。试验结果表明:该电容式传感器的分辨力优于0.1μm,全量程非线性度小于0.2%;利用该电容式传感器测试偏摆误差,并进行偏摆误差补偿,机器人的性能得到提高。     

基于AD598的LVDT电路稳定性分析

介绍了LVDT传感器和AD598芯片的工作原理，指出了LVDT传感器电路在使用AD598芯片时常见的稳定性问题，通过波特图和公式计算的方法分析了工程应用中出现稳定性问题的原因。运用网络分析仪测试了使用AD598的LVDT传感器电路在带有不同容性负载时的幅频响应特性，实际测量了航空发动机控制系统中LVDT信号传输线缆的寄生电容分布情况，量化分析了寄生电容对传感器工作稳定性的影响。同时针对该类稳定性问题提出了一种易于实施的解决措施，通过试验验证了措施的有效性。LVDT传感器在航空发动机控制系统中应用广泛且十分重要，其信号稳定性的提升对于航空发动机的整体性能有着非常重要的意义。     

一种新型扭矩传感器的研制

介绍了一种以微小弹性扭臂的电桥法为基础的新型微小扭矩传感器。它利用4片等厚的弹性臂测量微小扭矩作用下的形变,通过计算机串口通信,实现了数据的记录与读出。经实验,该传感器能够在0～40mN·m的测量范围内,达到0.01mN·m的测量准确度。     

车用润滑油品质快速检测技术及实现

设计一款车用润滑油品质检测仪。鉴于评价润滑油品质的理化指标与润滑油介电常数密切相关，而介电常数又与电容量密切相关，将PCB铜箔同轴式电容传感器、CMOS施密特触发器结合为多谐振荡器，采用易于测量的频率信号反映微小电容量，从而通过频率信号表征润滑油品质。通过STC89C2051单片机实现频率测量，采用LED指示灯对润滑油品质进行指示。对不同使用时长的润滑油品质进行检测，LED指示灯点亮个数各不相同。车用润滑油品质检测仪携带方便、使用简单、检测快速、结果可靠，能够为车用润滑油的更换提供科学依据。     

基于内部阵列电极的电容层析成像系统

为了研究电容层析成像系统在测量高介电常数流体中的应用,设计了一套具有内部阵列电极的电容层析成像传感器,改善了传统传感器的灵敏度和非线性特性,拓宽了系统的测量范围。用蒸馏水作为连续相介质进行了数据采集和图像重建,并进一步研究了介质电导率对系统成像的影响。实验表明,该系统可以实现高介电常数介质的测量,并且可用来测量具有微弱导电能力的物体。     

基于边缘电场传感器的大范围位移测量方法

主要研究基于边缘电场传感器的位移测量方法,由于在测量位移时交叉指型传感器互导电容的变化具有周期性,因而可以实现大范围的位移测量.运用Ansoft Maxwell有限元仿真软件对边缘电场传感器的二维半波长模型进行了仿真分析,仿真结果表明当传感器工作区间内有物体移动时,会改变传感器的电场分布,使传感器互导电容发生周期变化.设计了一个简单的、低成本的调理电路,可以将电容变化转化为电压输出信号,得到边缘电场传感器输出电压与电容的关系.对电极尺寸为35 mm×30 mm×0.02 mm的边缘电场传感器进行了测量实验,实验结果与仿真结果吻合较好.     

Characterization of a capacitive tactile shear sensor for application in robotic and upper limb prostheses

This paper presents the characterization of a novel tactile sensor designed to measure shear forces. The sensor design is targeted for use in robotic and prosthetic hands, where haptic feedback or ability to detect shear forces associated with slip are critical. The presented sensor utilizes the principle of differential capacitance to measure the mechanical deflection of the sensor element. The dynamic range of the sensor can be varied by encapsulating the sensor terminal within silicone of varying hardness. The design features ease of mass production, low per-unit-cost, novel overload protection and low wire count, while still preserving the ability to achieve reasonable spatial resolutions and array densities. Mathematical and COMSOL multiphysics models of the sensor are presented, in addition to results from practical experiments. Sensors with a full scale displacement range of ±0.525 mm were produced and the differential capacitance was measured. Shear force transduction was characterized over the range of 0 N–4 N with the sense terminal encapsulated by silicone with a shore A hardness of 20. The effect of elastomer hardness on the sensor's dynamic range was analyzed. The differential capacitance, when measured at each fixed interval, was found experimentally to have a maximum standard deviation of 4.28e?16 F over a ±2 N range. A maximum standard deviation of 1.35e?15 F was measured across characterized full scale sensor range of ±4 N. The sensor design has a sensitivity of 1.967 fF/N of applied force and the sensor output was found to be approximately linear. The coefficient of determination, r², was found to be 0.941.     

基于信号注入法的电网电容电流测量方法研究

随着中压电网的快速发展,电网发生单相接地故障时对地电容电流越来越大,准确测量电网电容电流的大小对电网安全运行具有重要意义.本文就用信号注入法测量电容电流的原理进行研究,并通过MATLAB仿真实验,对理论分析的结果进行验证.用信号注入法测量对地电容电流,具有操作简单、测量精度高及测量范围较大的优点,可以使电网电容电流的测量更加准确、便捷.