光栅信号自适应调理系统设计

实际光栅干涉位移传感器输出正余弦信号由于光路、电路、环境误差的影响,存在非正交误差、不等幅误差和直流漂移误差,进而影响到位移传感器的计量精度。为了提高传感器的计量精度,本文设计了一种由微处理器、ADC、数字电位器及运算放大电路等构成的光栅信号自适应调理系统,采用硬件电路配合算法来实现光栅信号误差的实时调理。试验证明,该自适应调理系统对光栅信号误差具有较好的调理效果,能够显著改善信号质量,提高传感器的计量精度。     

钻杆螺纹涡流探伤方法研究

为了检测钻杆螺纹根部缺陷,研究了利用涡流探伤原理检测其缺陷的方法,设计了通过监测涡流传感器检测线圈阻抗变化来评价被检工件缺陷的检测系统。系统由激励源、涡流传感器、信号调理电路、增益调整电路、幅相测量电路和数据采集与显示等部分组成。涡流传感器采集微弱的缺陷信号,经过信号调理,利用AD8302提取缺陷信号的幅值和相位信息,用计算机显示测量结果。实验表明采用涡流探伤方法能够检测钻杆螺纹的根部缺陷,检测结果重复性好,性能稳定可靠。     

基于构造绝对值三角函数的光栅信号细分

为了进一步提高光栅传感器的测量精度,需要对信号进行细分,但光栅莫尔信号的细分精度取决于信号的质量。本文利用归一化并结合CORDIC的方法补偿了直流、幅值、相位等误差,利用补偿后的信号构造绝对值三角函数,实现一个完整周期信号的16倍细分,并通过MATLAB进行了仿真,验证了该方法的可行性。     

钢圈反射式光栅信号的补偿

为了提高钢圈反射式光栅的测量精度,设计了光栅信号补偿系统,分别对光栅信号的幅值、直流电平和相位进行了补偿,补偿后两路光栅信号的正交性得到了改善.首先,根据钢圈反射式光栅提取信号的方式建立光栅信号电子学处理系统.然后,分别从幅值、直流电平和相位等3方面提出系统的补偿算法.以8 192 lp/mm的钢圈反射式光栅为平台,以...     

基于最小二乘法的光栅干涉传感细 分误差校正研究

针对纳米级分辨率光栅干涉传感中存在的细分误差问题,对光栅干涉传感的细分原理、传感信号中的噪声以及非线性误差等方面进行了研究。采用数字细分方式,对传感光电信号进行了数字滤波处理以降低噪声信号干扰,对传感信号中存在幅值波动、直流电平漂移以及相位非正交性等缺陷建立了非线性误差模型,并基于最小二乘原理提出了一种非线性误差修正方法;利用纳米二维定位平台对光栅干涉传感系统进行了测试。研究结果表明:在50 nm步距以及200 nm步距两组等位移量连续测量的测量列中,非线性误差修正后测量列的标准差较修正前均有显著的降低,说明光栅干涉传感信号经非线性误差修正处理后可以较明显地校正细分误差,提高细分精度。     

中国仪器仪表学会精密机械学会精密测试与控制专业第二届学术讨论会部分论文摘要

应用各态历经统计特征提高光纤传感器系统精度的分析文章论述了光纤式四端补偿网络传感器系统的工作原理。从理论角度阐明了应用各态历经统计积分处理方法及选用合理的信号识别和处理使这一新型传感器在用于透过率的精密测量时可获得所有误差的准全补偿,从而可消除或大大减小各种误差源,如光源波动、光纤随机弯曲损耗、光探测器灵敏度变化及零点漂移、放大器增益变化及零点漂移、背景光等对透过率测量的影响。重庆大学钟先信高精度长光栅动态检测系统中的专用接口电路文章介绍一种在IBM-PC计算机上实现高精度长光栅动态检测的专用接口。此接口能应用于最大长度1m的长光栅的检测中,被检光栅尺的最高运动速度为1m/min,最小测量     

光纤光栅技术在加速度传感器拾震结构中的应用研究

振动信号是表征各种机械设备、桥梁、建筑稳定性的重要因素。在重大工程结构的测量中,振动信号频率高,加速度值也较大,信号的采集、处理相对容易。而对于频率在50 Hz以下的振动信号,例如地震监测、地质勘探等,振动信号幅值小,有效信号易被忽略,一般的光纤光栅振动传感器不能满足低频信号的测量。该文针对低频振动信号的采集问题,对悬臂梁结构的光纤布拉格光栅加速度传感器进行阐述,与嵌入式结构、芯轴式结构的加速度传感器作横向比较,整理光纤光栅加速度传感器的发展历程,并对光纤加速度传感器的发展作进一步展望。     

基于差分吸收的H_2S气体浓度检测系统

石油和天然气开采过程中,H_2S气体浓度很低,很难精确检测,直接吸收检测H_2S的方法虽然容易实现,但是由于光源不稳定,检测精度偏低。文中采用差分检测系统检测H_2S气体浓度,并介绍该系统的基本原理,建立了H_2S气体检测的数学模型。整个系统采用LED作为光源,为提高检测精度,先将光源输出的光波进行滤波。然后采用差分吸收检测方法,用光纤布拉格光栅进行滤波和调制,得到2种不同波长的光源,通过锁相放大技术得到2个幅值信号。将2个幅值信号相除得到H_2S气体浓度检测的仿真结果。结果表明,光纤光栅滤波与差分吸收检测系统相结合的方式,减小了由温度不稳定、光源波动、光路强弱等引起一系列误差,提高了检测气体的精确度。     

一种新型纳米光栅传感器的理论研究

为了开发结构简单，抗干扰能力强的纳米测量精度光栅传感器，对基于二次莫尔条纹信号的纳米测量精度光栅传感器的测量原理进行了理论分析，通过仿真计算，其测量分辨力可达到5．40〉（10^10-10m，测量精度可达到纳米级。此外，对指示光栅和标尺光栅不平行时对二次莫尔条纹信号质量的影响进行了理论分析和仿真计算。     

基于啁啾光纤光栅的电压传感性能研究

电压的实时测量是电力系统稳定、安全的关键。提出了一种基于啁啾光纤光栅的电压传感器,利用压电陶瓷的逆压电效应带动黏贴在其上面的传感啁啾光栅发生形变,使传感啁啾光栅的波长发生漂移,通过检测传感啁啾光栅和参考啁啾光栅反射光包络的强度变化,获取被测电压的幅值和频率信息。理论分析了电压与光功率变化的关系,搭建了带温度补偿的双啁啾光栅传感系统,实验研究了传感器的静态和实时动态特性。实验结果表明,该传感器的相关系数R2为0.999 8,电压灵敏度达到0.048mW/V,既能直接检测直流电压,也能较好地检测交流电压及其频谱信息,为在复杂环境评估电能质量提供了参考。     

基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

嵌入式容栅传感技术及轴功率测试研究

针对旋转轴功率测试存在的传感器信号引线困难、安装空间受限、信号易受干扰的问题,设计了一种嵌入式容栅扭矩、转速传感器和测试系统.测试时在轴的两端分别安装容栅传感器,轴在受到扭矩时产生扭角,则两容栅的输出信号会产生一个相位差,通过测量相位差的变化得到扭矩.容栅传感器的差动结构提高了灵敏度减小了误差,容栅的嵌入式安装,将对被测轴的影响降到了最低.实验证明容栅传感器可靠性高,可以在环境要求严格的情况下长时间使用,并且无需通过滑环、无线或红外进行供电和信号的传输,克服了以上方式安装复杂、信号易受干扰的缺点.     

啁啾效应对Bragg波长匹配解调精度的影响与消除

介绍了光纤光栅Bragg波长的匹配解调原理,分析了传感光纤光栅和匹配光纤光栅的反射谱相关函数, 说明相关函数与光电探测器输出信号具有线性关系。指出基于最大相关原理(光电探测器输出信号极值判断法)的匹配解调只适用于两个光纤光栅具有相同的反射谱型。采用光电探测器输出信号峰值判读时,传感光纤光栅的啁啾效应会引起Bragg波长的解调误差。理论分析和实验研究表明,对光 电探测器输出信号进行去卷积运算处理可以消除传感光纤光栅啁啾效应对Bragg波长解调精度的影响。     

单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器

在双排结构纳米时栅位移传感器的研究基础上,提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号,解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题;采用差动感应极片来拾取信号,可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试,最终在200 mm的量程范围内取得了±150 nm的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器,这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高,并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程,因此在产品化的过程中更具有应用前景。     

基于ARM的直线式时栅传感器自动闭环控制系统设计

设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,并与上位机之间进行串口通信。实践证明:系统响应速度快,控制精度能达到0.1μm。     

基于Android的用于光纤光栅信号解调的OCM检测系统

在光纤光栅传感系统中能够使用一台操作直观、精度高、成本低廉并且携带方便的光纤光栅信号解调仪显得尤为重要。文中将一款光道检测仪OCM(Optical Channel Monitor)应用于光纤光栅的信号测量,并在操作系统方面采用了Google Android操作系统,使用了Android NDK(Native Development Kit)和SDK(Software Development Kit)分别对linux内核和Android应用程序进行开发,实现了一种基于Android操作系统的OCM通信和控制系统,能够对光纤光栅所反射的中心波长进行实时准确的检测。     

高分辨率差线栅位移传感器研究

对提出的差线栅位移传感器进行了介绍,其发明思想来源于游标卡尺的细分原理。它利用相对运动的两套标尺刻线数之差,在相同刻线条件下,在栅线之间形成了更多的物理量变化特点,得到更多的原始脉冲信号,等效于脉冲倍频或插值,达到提高分辨率的目的。介绍了这种传感器的设计思想、工作原理、波形分析、精度分析和样机试验效果等。传统的栅线刻制时只要求均匀,而研究结果证明,差线栅刻线的粗细、稀密,差线数大小将直接影响信号的多少、大小、波形和精度,因此将对传统的栅式位移传感器技术产生重要影响。     

直线式时栅传感器的自动定位闭环控制系统设计

为了实现直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率,设计了一套高精度自动定位系统。该系统采用ARM作为主控芯片,控制步进电机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,形成高精度闭环控制,并与上位机之间进行串口通信。系统定位精度达到0.1μm。     

通用型光栅信号处理系统的研制

为了实现基于光栅传感器的位移测量,设计了一种通用光栅信号处理系统。无论光栅尺的输出是方波信号还是正弦波信号,处理系统均可识别并处理。运用FPGA芯片对光栅信号进行四倍频细分、辨向以及可逆计数。计数得到光栅扫描测头的位移数据经由DSP预处理,然后通过ISA或串口传到上位机,并由液晶显示位移结果。实现了对光栅信号的测量处理过程,同时通用性得到了提高。     

光纤光栅型智能结构损伤识别的小波包分析

基于结构振动监测技术,采用小波包分析方法对采集的结构振动信号进行了小波分解。介绍了小波包分解技术,提出将小波包能量谱作为损伤指标用以表征结构的损伤状态。在相同损伤位置不同损伤程度、不同损伤位置相同损伤程度的两种情况下对试件进行了六种不同损伤工况的振动信号分析。数据分析结果表明,结构的损伤将导致结构振动信号小波包分解中特定阶数的能量增加,而所提出的损伤指标对结构的损伤程度、损伤距离及损伤位置与光栅传感器之间的角度均敏感,实验中能够识别12 g重物且距离光纤光栅传感器30 cm的损伤,表明对智能结构的在线损伤识别是可行的。