压电阵列式模态传感器的实验研究

以简支梁为例,用一组压电PVDF阵列式传感器测量结构的模态坐标,在简支梁表面均匀粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜,然后通过设计这组PVDF传感器输出的加权系数,得到各阶模态坐标.研究表明,这种传感器设计方法与简支梁的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关.实验结果表明,这种模态传感器的设计是可行的.     

利用高分子压电薄膜设计位移传感器

以一端固定、另一端为任意边界条件的振动梁为例,文中提出通过分部积分方法设计特定形状的PVDF薄膜测量其结构位移.这种分部积分方法得到的PVDF位移传感器形状不但与外激励力的性质(如激励力类型、位置以及频率等)无关,而且不需要振动梁的模态信息.实验结果表明:这种位移传感器的设计是可行的.     

通过压电式传感器阵列测量简支梁的声辐射模态

采用一组PVDF(polyvinylidence fluioride)阵列测量了简支梁声辐射模态,在简支梁表面粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜作为传感器,通过设计这组PVDF输出的加权系数,得到各阶声辐射模态的幅值。研究表明,PVDF的加权系数与辐射体表面上的外激励力无关;实验结果表明,这种声辐射模态传感器的设计是可行的。     

基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性,通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值,并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合,从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。     

振动功率流测量方法的研究

研究梁结构中功率流的测量中分别用加速度传感器和PVDF传感器进行功率流测量.通过压电加速度传感器与PVDF传感器测量进行实验比较,结果表明,设计制作的正弦形状和余弦形状传感器是适用可行的.     

局部模态传感器的设计

以振动梁为例,提出在振动梁的局部表面粘贴特定形状的PVDF薄膜作为传感器测量结构的模态坐标,并通过勒让德多项式推导得到所需的PVDF模态传感器的形状函数。数值计算表明这种模态传感器的设计是可行的,并且这种传感器设计方法与振动梁的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。     

基于PVDF的拉伸状态下平板结构表面裂纹损伤检测实验研究

针对处于拉伸载荷作用下的平板结构表面裂纹,提出一种利用PVDF(polyvinylidene fluoride)压电薄膜测量结构表面裂纹深度的实验方法.首先,从无限体埋藏裂纹表面法向位移间断的解析解入手,推导结构表面裂纹张开位移和深度之间的关系表达式,并通过三维有限元数值分析对表达式进行验证.其次,将PVDF压电薄膜直接粘贴在表面裂纹上,采用非接触式静电电压表测量薄膜表面因裂纹张开位移产生的感应电压,从而反推出裂纹张开位移量,并进一步根据已建立的关系表达式计算表面裂纹深度.最后制作一个表面半椭圆片状裂纹模型,通过实验对提出的测量方法的可行性及精度进行验证.文中提出的方法目前只能应用于平板结构表面裂纹在均匀拉伸状态下的深度测量,因为该方法的理论基础是基于均匀拉伸载荷作用下的埋藏裂纹表面法向位移问断的解析解,并只对平板结构形式的边界效应系数进行研究.     

阶梯结构微梁传感器优化设计

为了实现微悬臂梁传感器的自驱动自感知功能,设计了嵌套式阶梯结构微悬臂梁传感器。采用有限元分析的方法对其微梁的自由端弯曲位移和固有频率进行了仿真,研究了阶梯结构对微悬臂梁传感器性能的改善,确定了微悬臂梁传感器的阶梯结构参数。结果表明,经优化设计后的微梁传感器,微悬臂梁自由端弯曲位移可达566 nm,提高了2倍;固有频率可达385 k Hz,提高了1. 45倍。阶梯式微梁的成功设计为传感器的集成与小型化奠定了基础。     

基于矩形永磁体磁场信息的6自由度微位移精密测量

利用矩形永磁体自身有规律分布的磁场信息,提出一种使用霍尔传感器阵列作为传感检测模块的非线性计算测量方案。该方法可实现空间六自由度的微位移精密测量,并能保证测量轴间的严格数学正交特性。此方案利用矩形永磁体分布磁场与空间位置间的对应关系,建立永磁体的磁感应强度空间分布数学关系B(X),作为测量模型,并设计均匀布置的霍尔传感器阵列检测空间磁感应强度B。然后,基于运动连续性原理,采用顺序求解法对测量模型B(X)进行快速解算。通过高斯白噪声条件下的500次蒙特卡洛仿真验证了此方案的可行性。试验结果表明,在微位移10 mm测量范围内,XY平动测量误差标准差小于80μm,Z向2 mm垂直位移范围内测量误差标准差小于10μm,转动?/6范围内测量误差标准差小于5 mrad。     

一种用于振动测量的新型PVDF传感器

PVDF(Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙烯)是一种新型压电高分子聚合物材料，它具有独特的压电效应，近年来应用十分广泛。通过设计正弦和余弦形状PVDF传感器，用来测量结构的振动参数，并以一维悬臂梁结构位移和功率流的测量为例进行了验证，实验结果表明：这种新型PVDF传感器测量方便、数据精确，同时还可以测量角位移、弯矩、剪力等其他振动量，功能齐全、应用广泛，具有重要的理论研究和应用推广价值。     

基于PVDF传感器的高速圆度测量系统

针对机械加工行业圆度测量高速高效的要求,设计了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的压电式位移传感器的高速圆度测量系统,利用此传感器高频响、高灵敏度、高信噪比的优势,通过与电荷放大器相结合,实现高速圆度测量.通过实验可知PVDF传感器测量频率响应在1200Hz以上,谐振峰频率在3000 Hz左右,解决了电感传感器在高速圆度测量中测量结果出现失真的问题.测量数据分析结果表明,此系统圆度测量误差可达到1 μm以内.多次测量证明,该系统测量结果重复性好、可信性高.     

步进电机非线性阶梯电流控制细分及其应用

本文提出了一种步进电机非线性阶梯电流控制细分的方法,并用这一方法与常用的步进电机细分控制方法(线性阶梯电流控制、正弦阶梯电流控制)所测得细分步距角结果进行相互比较,提出其可用作微小角位移(或线位移)的控制和测量,以及伺服跟踪。     

微偏振片阵列红外成像非均匀性产生机理及其校正

集成微偏振片阵列红外成像系统的偏振度图像对非均匀性高度敏感,不经非均匀校正的偏振度图像存在较大误差。为了校正微偏振片阵列红外成像的非均匀性,以入射光Stokes矢量形式,建立了光电转换基本过程的偏振像素模型,基于入射激励和辐射响应数据,分析了微偏振阵列与红外焦面联合作用下非均匀性产生机理。提出一种基于多次辐射测量的矩阵形式的非均匀性校正方法,该方法通过构造多组测量方程,求解偏振像元的增益矢量,由相邻四像元增益矢量组成超级像元的增益矩阵,结合Stokes矢量提取矩阵,逆向求解重构点的校正矩阵。实验数据表明:该方法比两点法降低非均匀性约5%~20%,有效改善红外偏振度图像质量。     

集成双光栅干涉微梁位移测量方法

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测。利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元。利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映。实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650nm。     

光谱共焦位移传感器镜头设计研究

光谱共焦位移传感器是一种高精度、非接触式位移传感器。本文讨论了光谱共焦法用于位移测量的基本原理,用Zemax光学设计软件完成了一个镜头组的设计,并给出了光谱共焦位移传感器镜头组的设计方法以及像差分析。该镜头组采用密接透镜结构,工作波段为486.13nm-656.27nm,测量范围约为91μm,轴向响应FWHM优于5μm。通过线性回归分析得出波长与位移间判定系数为0.99523,在测量范围内,位移与波长间的线性关系较好。     

基于磁敏元件的双重纠错绝对式编码油缸设计

一维磁敏元件阵列的数字式位移测试方法,测量结果不能跨越两个完整码区,所以不能进行码值的逐位纠错;采用二维微功耗集成霍尔元件阵列,设计了一种基于以上基础的双重纠错编译码油缸,通过编码过程的码区填充和译码过程的逐位纠错,提高了测量系统的分辨率,可靠性以及抗干扰能力。     

多参数协同调制的高分辨力直线时栅位移传感器

为了解决高精度的直线时栅位移传感器依赖空间超精密刻线和刻线不均匀等问题,提出一种采用多参数协同调制的新型直线时栅位移传感器.该传感器通过在PCB基板上布置阵列的激励线圈和特定形状的感应线圈,通过调制感应的面积和线圈的参数,感应出电行波信号,经过整形后用高频时钟脉冲插补得到位移量.通过仿真分析设计与样机实验,得出实验结果...     

Interferometric displacement measurement of microcantilevers based on integrated dual gratings

介绍了一种基于集成双光栅干涉和CCD图像测量的微梁位移测量方法,并利用相位差约为π/2的一组光栅实现了扩量程位移检测.利用表面牺牲层工艺制作敏感芯片,在玻璃基底上刻蚀深度约为入射激光波长1/8的凹槽,凹槽上下的两组光栅与正上方对应的梁分别构成两组相位敏感集成光栅单元.利用1级衍射光将集成光栅单元成像在CCD靶面上,梁的位移变化通过CCD图像上对应光斑的灰度值变化来反映.实验结果表明,虽然玻璃凹槽腐蚀深度的误差导致光栅之间的相位差偏离π/2,但所制作的集成双光栅结构实现了多周期的扩量程位移检测,通过接近π/2相位差的两个光栅得到的光强信号的错峰使用,避免了干涉法正弦位移检测信号的峰谷不灵敏位置,实验测得微梁的位移变化为650 nm.     

基于脉冲磁化的阵列磁桥式位移传感器

针对热轧钢管和在役油井管等铁磁性工件的表面无损检测的应用需求,提出一种阵列磁桥式位移传感方法和传感器,实现在一定空间分辨率下针对表面形貌缺陷的磁成像检测.其中传感器与被测工件共同组成磁回路,并采用特定的紧凑型阵列磁化结构,而具体参数设置较灵活可以获得较好性能.首先通过分时激励减小相邻测点间的互扰,并对阵列中单个位移测量...     

基于FPGA的光栅位移检测系统设计

本文介绍了用可编程器件FPGA对光栅传感器采集来的数字信号进行处理和控制的方法.利用光栅传感器把位移转换成电压脉冲的特点,同时利用在线可编程阵列FPGA高集成度、高性能、高效率和低成本的优点设计了一种用于机床位移测量与控制的数字系统,并阐述了该系统位移检测原理、总体方案实现和通信接口设计.可应用于光栅位移的数据采集、处理、控制及与上位机的通信系统中.