一种柔性X-Y-Z-θz四自由度位移传感器的设计与实验

现有多自由度位移测量大部分是通过多个位移传感器组合而实现的,致使其多轴累积误差过大。针对这一问题,提出一种基于单个弹性体感知元件来实现X-Y-Z-θ_z四自由度位移测量的新方法并进行了实验验证。其中,弹性体采用大应变柔性材料,依据其移动端位移与固定端应变的对应关系,并通过设计应变片布片方案及电桥连接方式,获得了完善的四自由度位移测量方案,且较好地解决了四个被测参数之间的耦合问题。实验结果表明:X、Y、Z、θ_z四个位移量单独测量时,其测量误差分别为2.86%、2.57%、2.33%、1.08%;同时测量多个位移参数时,传感器也能准确地实现每个位移量的测量,且平均测量误差低于4%。     

一种柔性X-Y-Z-θｚ四自由度位移传感器的设计与实验

现有多自由度位移测量大部分是通过多个位移传感器组合而实现的,致使其多轴累积误差过大。 针对这一问题,提出一种基于单个弹性体感知元件来实现X-Y-Z-θz 四自由度位移测量的新方法并进行了实验验证。其中,弹性体采用大应变柔性材料,依据其移动端位移与固定端应变的对应关系,并通过设计应变片布片方案及电桥连接方式,获得了完善的四自由度位移测量方案,且较好地解决了四个被测参数之间的耦合问题。实验结果表明:X、Y、Z、θz四个位移量单独测量时,其测量误差分别为2.86%、2.57%、2.33%、1.08%。同时测量多个位移参数时,传感器也能准确地实现每个位移量的测量,且平均测量误差低于4%。     

基于电涡流传感器的温度位移智能检测方法

在现有的温度位移检测方法中,绝大部分仅适用于单变量测量。即使有能够同时测量两个变量的方法,测量范围也较窄,无法解决一些高温、腐蚀环境中大范围测量的问题。因此,本文提出了一种基于电涡流传感器的温度位移智能检测方法。首先,基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Networks, LSTM)建立电涡流传感器探头线圈的等效电感L、激励频率f、品质因数Q与被测对象的位移x和温度T的模型。然后利用离线数据对该模型进行训练,再利用训练好的模型对位移x和温度T实现在线测量。最后利用仿真对该温度和位移检测方法的有效性进行验证。实验结果表明,与传统的BP、RBF、MOSVR相比,本文方法可以有效地对被测对象的位移x和温度T实现同时检测,并且优于其他方法。同时本文将该检测方法在单片机系统上进行了实现,以验证其解决实际工程问题的有效性。     

基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器

提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3. 5 mm ×3. 5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量.介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅( SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术.成功研制出传感器原理样机,研究了微型二维电场传感器的标定方法,开发了用于电场二维标定的测试装置,并在室温常压下对传感器进行了二维标定.实验结果表明:该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰,测量误差优于7. 04%,线性度可达到1. 25%.     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统;利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度;该系统在FPGA内基于NiosⅡ软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率;实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960 MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为士1.3",实现了时栅的高精度角位移测量.     

纳米三坐标测量机模拟接触式探头的标定

三坐标测量机的高精度模拟接触式探头在计算探头球尖位移与传感器输出的关系时需要空间坐标转换模型与标定参数。标定方法基于自己研发的模拟接触式探头,该探头由带有光纤球头的的金属丝悬浮机构,二维角度传感器,小型迈克尔逊干涉仪组成。通过空间坐标转换,矩阵计算模型和标定实验的建立,重点描述了一种特定的标定方法与标定了模型的未知参数。实验结果表明三坐标测量机在x、y、z三方向上测量的标定值与实际值的位移误差的标准差小于30 nm,证明该方法具有一定的可行性与有效性。     

近场源DOA、距离、极化参数及频率联合估计算法

文章研究了近场情况下多信源到达角(DOA)、距离、极化参数及频率的四维参数联合估计问题,建立了近场源在极化域的参数估计模型。文中所考虑的极化敏感阵列由和坐标轴方向一致的偶极子对构成,分别感应x轴方向和y轴方向的电场分量。该算法不需要谱峰搜索,直接给出各参数的闭式解。由于使用了四阶累积量,因此该算法适用于任意高斯噪声环境。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

一种互补耦合型电磁感应式直线位移传感器的研究

由于现有直线位移传感器通常为单面耦合型,即动尺只在定尺一侧安装,所以传感器的测量性能不免受动尺与定尺间的间隙变化、平行度差等装配问题的影响。为了使传感器达到较高的测量性能,传感器的安装和运行轨迹直线度往往需要满足苛刻的要求。针对该问题,开展了一种互补耦合型电磁感应式直线位移传感器的研究。动尺对称式地位于定尺两侧,使激励线圈与感应线圈互补耦合。介绍了传感器的仿真实验和样机实验。仿真实验结果显示,的互补耦合型传感器输出的信号质量明显优于单边耦合型传感器。样机的实验结果显示,传感器在互补耦合结构下的测量误差比单面耦合结构下小90%,且受动尺与定尺之间的间隙变化影响较小。提出的互补耦合结构,不仅弥补了单面耦合结构的不足,而且为直线位移传感器的研究提供了一种新的思路。     

大量程纳米位移传感器的微纳加工制造

针对解决大量程纳米位移精度测量难度大的问题,提出了新型纳米时栅传感器。就大量程、高精度位移传感器的亚微米精度加工而言,宏观尺度范围内周期性结构单元一致性制造是保证位移传感器可靠性和高精度测量的关键所在。对上述提出的问题,采用高精度自动拼接曝光技术加工并实现了大量程标尺的图形转移,结合微纳加工方式实现时栅传感器亚微米级精度的制造。通过实验验证所加工出的样机能够达到预期目标,并且测量误差峰值在500 nm以内。     

基于光栅传感器的高精密直线位移测量及误差分析

为实现快递自动存取装置直线角位移的精密测量,基于光栅传感器,本文详细分析了实现高精密位移测量的基本原理及实现方法,设计了四倍频辨向电路及相应的模拟电路,包括光栅传感器计数和结果显示模块。为实现纳米级的位移测量,以51单片机作为控制核心设计了相应的软件系统,实现了光栅信号的实时显示及处理。最后,本文分析了系统误差的来源,并进行了详细的位移测量误差分析。实验结果显示,系统能够实现精密位移测量,并可以有效地应用于以位移测量为主的精密测量仪器中。     

高温电容位移传感器的设计与实验研究

为了精确测量航空发动机中的轴承座与外部机匣之间的相对变形量,应用高温合金、氧化铝陶瓷以及耐高温电缆等研制了可用于高温环境的特种电容位移传感器。将其安装于机匣的承力支板中,即可实现该相对变形量的测量。传感器采用双层屏蔽结构,并应用驱动电缆技术减小干扰信号的影响。本文首先对所设计的传感器进行了仿真分析,以验证其结构合理性,然后搭建实验平台完成了传感器的标定与性能测试,并进行了高温验证实验。实验结果表明,本文所研制的高温电容位移传感器能够在0~2.0 mm的范围内实现位移的精确测量,测量误差小于0.02 mm,并且能够在室温~500℃的温度范围内稳定工作,因而可以满足使用要求。     

线结构光视觉传感器结构参数优化分

为实现线结构光视觉传感器的优化设计,建立了线结构光视觉传感器的像面点与被测空间物体上对应点之间的数学模型,该模型反映了空间被测点与传感器结构参数之间的相互关系.然后基于此模型对线结构光视觉传感器的测量误差进行了分析,得出了线结构光传感器各参数与测量精度之间的关系.在对各设计参数综合分析的基础上,提出了线结构光传感器最优结构参数判据,并给出了优化线结构光传感器结构参数的实例.     

双F-P型高温/应变复合光纤传感器

针对机电设备多状态监测的需求,提出了一种新双F-P腔光纤温度/应变复合传感模型。该光纤复合传感器采用纯石英光纤作为材料,通过化学腐蚀法及使用准直毛细管制作了双F-P腔,分别用以温度和应变测量,并对制作的传感器进行了传感性能的模拟仿真和实验验证。实验结果表明:该双F-P腔光纤复合传感器测量的最高温度为1 000℃,温度灵敏度为10.998 pm/℃,满量程温度测量误差小于2%;该双F-P腔光纤复合传感器测量的最大应变为10 000με,应变灵敏度为3.268μm/με,应变测量误差小于2%。所提出的双F-P腔温度/应变光纤复合传感器实现了温度和应变的同时测量,可用于机电装备同一位置的温度、应变测量。     

基于Laguerre多项式的LVDT位移传感器非线性校正

针对线性可变差动变压器(LVDT)位移传感器输出电压值与位移量之间存在非线性的问题,建立了基于Laguerre多项式的位移特性曲线模型.采用递推最小二乘法对标定样本数据进行拟合,以确定位移特性曲线的模型参数.该方法根据LVDT位移传感器输出电压的测量值即可高精度计算出相应的位移量.仿真结果表明:绝对测量误差不超过0.1mm,具有明显的非线性校正效果,在位移检测领域具有重要的理论和应用价值.     

Kinect深度传感器误差模型研究

针对现有Kinect误差模型没有考虑像素点位置对误差的影响,通过对Kinect深度传感器分别在x、y、z方向上的误差研究,考虑像素点对误差的影响并提出新的误差函数模型.首先,通过Kinect和激光雷达获得深度方向(z)的误差;水平(x)和垂直(y)误差通过提出的三维棋盘格测量获得.结果表明,Kinect深度传感器的误差与像素点的坐标和深度值有关,分别为x、y、z方向建立了误差函数模型,同时将所提出的模型与现存的误差模型比较,分析表明所提出的误差模型能够更加精确地表征Kinect传感器的误差分布情况.     

基于激光位移传感器的铁路轮对测试设备

设计了一种基于激光位移传感器的轮对几何参数自动测试设备,对其主要结构和测试方法作了分析,并对其测量误差和测量效率进行了详细分析。该测试设备充分利用了激光位移传感器无磨损、测试精度高、以及采样速度快的特点,可实现工件的自动、批量化检测,它对于解决目前轮对测量手段落后、测量误差大、劳动强度高等问题具有一定的实际意义。     

六维力传感器的结构设计分析

为了改善现有六维力传感器的动态性能，提出了一种新型的六维力传感器弹性体结构。建立了结构模型，并采用有限元方法进行了静力学分析以及模态分析，分析了该传感器弹性体在各工况下的应变分布特征；随后对弹性体的关键尺寸参数进行了详细的设计，基于响应面分析法对数值计算结果进行拟合，建立了各工况下响应值与弹性体关键尺寸的回归方程。分析结果表明，该传感器具有良好的动态性能，其一阶固有频率高达3196.3 Hz，各个力分量的灵敏度均有提高，其中x方向力的灵敏度提高了26.09%。通过实验验证了该设计方案的可行性，该传感器的研制为高速作业机器人用多维力传感器的发展奠定了基础。     

具有高位移增幅特性的柔顺并联式x-y-θ微动平台

考虑到微装配和微操作任务对微动平台高位移增幅比、多自由度和低输出耦合比的要求,结合柔顺放大机构和复合平行四边形机构,设计了一种并联式x-y-θ微动平台．首先根据伪刚体方法得到了微动平台的静、动力学模型,然后采用有限元仿真分析了平台的输出位移、转动角度、共振频率和输出耦合比,最后搭建实验测控系统验证了微动平台的开环性能．实验结果表明：微动平台在x和y轴方向的位移增幅比分别为8.1和8.3;当输入位移为20μm时,平台的行程为162.2μm×165.6μm×2547.1μrad,x、y平动方向的1阶共振频率为224.6 Hz和227.7 Hz,x与y轴方向平动时的输出耦合比分别为0.86%和0.91%．位移增幅比和1阶共振频率的实验结果与有限元仿真之间的相对误差分别小于27.2%和6.4%,故而实验测试验证了理论模型和有限元仿真分析的有效性．     

新型光学对中自动测量装置的设计

针对光学对中器采用面阵电荷耦合器件或者黑白线阵电荷耦合器件作为图像传感器的不足,设计了一种新型光学对中自动测量装置。测量装置由N型自发光目标、光学镜头、彩色线阵电荷耦合器件、处理电路、FPGA和电源模块组成。利用彩色线阵电荷耦合器件和N型自发光目标协同工作进行二维位置测量。通过实验,验证该装置在露天环境下工作,反射光等强干扰时,能区分有用目标信号和干扰信号。论文着重介绍了彩色线阵电荷耦合器件图像传感器的优点和N型自发光目标的尺寸设计。最后,对新型光电对中器的测量精度进行了实验验证和误差分析。在本设计中,图像传感器的选择分别采用黑白线阵CCD和彩色线阵CCD进行实验验证, X轴方向测量精度: ±0.649mm≤1.597mm;Y轴方向测量精度：±1.176mm≤3.940mm。实验结果表明：采用彩色线阵电荷耦合器件作图像传感器时,抗干扰性强,测量结果精确、稳定。     

大位移磁致伸缩传感器的弹性波建模与分析

磁致伸缩位移传感器是一种测量精度高,测量位移大的新型位移传感器.传感器设计涉及多学科交叉,难以建立统一数学模型.以FeGa材料作为磁致伸缩位移传感器的核心波导丝,建立了波导丝材料磁致伸缩弹性波振动模型,波导丝磁机耦合模型和信号检测模型;同时分析了弹性波信号的受限因素,信号衰减特性.在数学模型基础上,搭建磁致伸缩位移传感器系统,设计了扭转波信号检测电路.实验结果表明信号的输出随着传感距离的增加而减小,该模型对大位移磁致伸缩传感器研究有积极意义.