基于线阵电荷耦合元件静态光场式时栅位移传感器研究

延续前期关于磁场式和电场式时栅位移传感器的研究基础,根据时栅传感器的设计思想,提出并分析光场式时栅传感器的测量原理及实现方案。探索性地提出在静态光场下,用时序驱动的光电探测器构成匀速扫描测量方式,实现将被测对象的空间位移测量转换为时间差的测量。为了验证方案的可行性,用多个线阵电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)构成圆阵列,实现CCD时栅原理样机设计。将相邻CCD输出信号的时间差变化量与匀速扫描的速度值相乘,经过适当的转换便可得到转轴的角位移大小,并可以判断位移的方向。所研制的原理样机,通过与精度为±1″的圆光栅(ROD880)对比测量,在整周范围内,测量误差控制在±6°以内。为光场式时栅的进一步研究,提供了可靠的理论和实践依据。     

图象式位移传感器

本文开发一种用于空间自由曲面测量的图象式位移传感器,图象的变化与位移量成线性比例,数字环形滤波器有效地消除了激光散斑造成光环图象的辐射状结构给图象测量带来的影响,灰度加权平均和最小二乘法拟合实现了亚象素分辨力。该传感器的测量范围为4mm,分辨力为2μm,当目标面（漫反射面和金属等镜面反射面）倾斜角为±85°时,仍能保证20μm的测量精度。     

光电六维振动位移传感器的设计

根据光学反射原理，采用光线转换器件和六个线阵CCD光电探测器件，设计了一个六维振动位移测量传感器系统，讨论了六维振动位移的同步测试问题，该传感器系统采用新颖的光线转换器件被物体的位置信息转化为投影光曲线的形状信息，线阵CCD器件将光线位置信息转化为电信号，由数据采集板送往计算机处理，得到被测物体的位移信息，该系统采用了新型的光线转换器，无需复杂，精密的光学系统，即可进行一定范围内的六维位移测量。     

基于线阵 CCD传感器的道路划线自动检测系统

针对目前公路划线机手工喷涂的诸多缺点,提出采用TCD1206线阵CCD图像传感器作为标线测量器件,对已知标线进行实时测量,并反馈给寻迹系统,并与检测光路及单片机P89 V51 RD2的控制下构成标线闭环检测环节,检测偏差大小和方向,完成寻迹与纠偏工作。     

面阵图像传感器在位移测量中的应用研究

在位移测量中,探索采用普通面阵ＣＣＤ取代线阵ＣＣＤ显得具有重大实用价值。本文将讨论微型ＣＭＯＳ电视摄像机作为图像卖座器在实时光电位移测量时的处理生能分析。理论和实际测试结果表明,在体积、成本、测量精度和抗干扰能力等方面,面阵图像传感器都优于线阵ＣＣＤ。     

基于线阵CCD的微位移测量系统设计

提出了一种新的微位移测量的方法,该方法采用多次反射光学放大法对微小位移进行放大,用线阵CCD实现对物体位移前后光斑位置的采集,通过计算机将数据处理即可得到微小位移量。理论分析表明,该方案的测量精度可以达到2.8nm。     

线阵CCD器件的应用

作者近年来在线阵CCD的实际应用方面,作了些尝试性的工作。其中有铁路客票的张数计量、线径测量及铁路车辆车轴轴径的测量等。本文将分别对应用实例的测量原理作简要的叙述。     

光电式位移,倾斜度传感器

目前,在许多场合越来越需要同时测量多个参数,以便于确定物体所处的状态。例如,物体运动时,不仅要求知道其位移量,而且还要求测量出物体的倾斜量。这是因为物体的移动往往不是单纯的平移,只有同时把其位移量和倾斜量测出,才能正确地知道该物体的运动状态。而现在大多数的测量技术只能采用多个传感器的测量方法,这就增加了测量设备的复杂     

差动式SAW精密位移传感器的研究和设计

介绍一种利用ＳＡＷ器件构成的差动芪精密位移传感器的设计方案，分析了它的工作原理、信号处理方法和静态特性。研究结果表明，ＳＡＷ位移顺具有灵敏度和分辨率高，性能稳定；对外界温度变化不敏感，信号数字量输出等特点。当ＳＡＷＬ中心频率为４０ＭＨｚ时，传感器可以得到为３００μｍ的最限和４０Ｈｚ／０．０１μｍ的位移灵敏度。     

改进型差动变压器式线位移传感器的分析研究

针对一种具有的精度高、体积小、行程大的改进型差动变压器式线位移传感器,分析研究其结构特性,推导出位移-电压转换关系.实验结果表明,采用该结构所设计的传感器具有较大的测量范围和较高的线性度,可以得到较好的推广和应用.     

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。     

线阵传感器在弹性元件冲击位移测量中的应用

讨论了线阵传感器在舰船动力装置弹性元件冲击位移测量中的应用情况.首先阐述了应用线振传感器进行弹性元件冲击位移测量的原理及测量方法的技术特点.并结合某型舰用弹性联轴器冲击位移测量的实例,验证了该测量方法的可行性,指出了测量方法工程应用前景.研究成果可应用于橡胶隔振器、弹性联轴器、挠性接管等舰用弹性元件冲击位移测量.     

基于线阵CCD的小幅角位移测量

本文研制了用单片机系统拾取CCD信号的装置,在Windows XP环境下利用VB强大的可编程能力、良好的人机界面以及其携带的串行通信控件MSComm,使得上位机对下位机传输的数据能够实时处理,从而实现了在±5°范围内微小角位移的非接触在线测量     

基于激光位移传感器的面角度测量技术研究

针对面角度现场测试需求,利用激光位移传感器的漫反射测量特性,搭建了面角度非接触测量装置,提出了一种结合三坐标测量机和位置敏感探测器对激光位移传感器进行空间坐标化标定的方法,从而构建出精确的面角度测量模型;采用蒙特卡洛法对面角度非接触测量装置的不确定度进行评定,在±25°测量范围内其结果为U=0.044°~0.046°(k=2);通过性能验证试验、重复性试验和稳定性试验对装置的性能指标进行考核,在±25°测量范围内其绝对测量示值误差不超过0.036°,重复性不超过0.004°,稳定性不超过0.021°;实验结果表明该基于激光位移传感器的面角度非接触测量装置准确可靠,具备开展面角度现场测试应用的前景。     

基于平面线圈的高分辨力时栅角位移传感器

针对现有时栅角位移传感器采用漆包线绕制工艺加工线圈,导致线圈布线不均且容易随时间发生变化进而影响测量精度的问题,提出一种基于PCB技术的新型时栅角位移传感器。该传感器通过在PCB基板的不同层上布置特定形状的激励线圈和感应线圈,形成两个完全相同并沿圆周空间正交的传感单元;当在两传感单元的激励线圈中分别通入时间正交的两相激励电流后,通过导磁定子基体和具有特定齿、槽结构的导磁转子对传感单元内的磁场实施精确约束,使两传感单元的感应线圈串联输出初相角随转子转角变化的正弦感应信号;最后通过高频时钟脉冲插补初相角实现精密角位移测量。利用有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真。根据仿真模型制作了传感器实物,开展了验证实验,并对实验中角位移测量误差的频次和来源进行了详细分析。经过标定和补偿,最终获得了整周范围内误差在-2.82″~2.02″的时栅角位移传感器。理论推导、仿真分析和实验验证均表明,该传感器不仅能实现精密角位移测量,还能在激励线圈和感应线圈空间极距和信号质量不变的情况下,将位移测量的分辨力从信号源头提高1倍,且结构简单稳定、极易实现,特别适用于环境恶劣的工业现场。     

CCD分段测量的光学位移测量系统

为了高精度地实现大量程的位移测量,采用传统激光三角法的测量原理,提出一种基于虚拟探测器的激光三角法来测量位移。该方法基于3个CCD分段测量的思想,将3个CCD互相独立且沿光轴均匀分布,以此扩大传统方法测量的范围。使用平面反射镜作为虚拟探测器进行探测,当成像光束经平面镜反射后在CCD上成像时,系统相当于增加了一个CCD,扩展了测量量程。由准直系统、偏振片、光阑组成准直滤光系统,缩小探测器光敏面上像点的直径,减小被测表面非理想光点对测量精度的影响,从而实现了较高精度下的大位移测量。最后通过实验验证了方法的可行性。     

基于测量基准变换的增量直线式时栅传感器研究

针对目前绝对直线场式时栅无法满足全闭环数控系统要求的增量式直线位移反馈的问题,采用测量基准转换方式从时间域的角度处理绝对直线场式时栅的空间位移信息,运用时间序列算法分析绝对式时栅采样数据序列的内在相关性,建立自适应递推算法。通过时间触发采样将时栅传感器过去的测量数据作为样本集,递推时栅下一个采样时刻的位移,在下一个采样周期内将直线时栅的绝对位移代表的增量式时间脉冲通过脉宽调制的方式连续发出,实现绝对式直线时栅到增量式直线时栅位移传感器的转换设计。实验表明在76.604 mm的范围内增量式直线时栅位移传感器达到±2μm的测量精度。此研究可将原绝对式直线时栅位移传感器运用于全闭环增量式直线运动数控系统,具有重要现实意义。     

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。     

基于线阵CCD的光谱仪定标研究

光谱仪是一种基本光谱检测和分析仪器,以线阵CCD为探测核心是设备微型化的重要手段,CCD各光敏像元输出信号与待测光谱波长及光谱辐射通量之间对应关系成为定标的主要内容.研究了常规线性拟合方法,应用校准结果测量发现有时误差较大,利用低压汞灯特征谱线为基准,采用最小二乘法曲线拟合完成波长定标,计算出拟合曲线的3阶校正参数;利用辐射标准灯完成光谱辐射定标,解决了光束经过光学系统传输损耗及线阵CCD光谱响应灵敏度测量的困难,并对定标方案进行了数学推导证明.对大量实验数据进行分析表明,该定标方法是切实可行的,并成功应用到微型光谱仪器的生产过程.