一种新型的光纤传感器的研究—对微位移的非接触测量

应用光纤传感技术设计一种新型光纤传感器。该传感器可用于表面粗糙度和微小位移的非接触测量。本文论述了其对微位移的测量。在该传感器特有的“零”工作点对信号采用差分放大处理,能实现对微位移的非接触测量,并具有纳米(10~(-?)m)级的分辨率。     

激光聚焦偏移测量微小位移方法研究*

非接触式纳米精度位移测量在科研和工业生产中有重要应用价值。本文阐述了一种基于激光聚焦偏移原理测量微小位移的方法,首先分析了此方法的测量精度、误差及在所选光学元器件下的量程,进而描述了实验装置,并利用该装置对一个平面反射镜的微小位移进行了测量,结果显示位移测量精度优于10 nm(1σ),与理论计算的结果吻合。实验结果表明,该方法对测量微小位移可达nm精度,可应用于工业生产中对主轴振动、轴承球圆度等的在线精密测量。     

应变式微型精密压电驱动器的一体化设计及其PID控制

基于有限元分析设计了一种利用应变片进行位移反馈的微型精密压电驱动器.该驱动器采用位移放大机构对微小应变进行放大,通过测量应变电桥的输出间接地测量出驱动器的微小位移.标定实验显示该传感器的精度为80 nm.虽然该应变反馈式压电驱动器是一种含有迟滞特性的复杂受控对象,但是在准静态条件下PID算法可以对其进行有效的闭环控制.分别进行了准静态的定位实验和跟踪实验,结果表明,PID控制算法对本驱动器的控制效果比较理想.在定位试验中,定位效果与开环相比有明显提高,定位误差不超过0.059 μm;单频正弦信号跟踪误差不超过0.085 μm;多频正弦信号跟踪误差不超过0.092 μm.实验证明了该方法在准静态条件下的有效性.     

降维测量微小位移的方法

论述了降维测量微小位移的原理,基于该原理,建立了微小位移降维测量系统,实现了用一线阵CCD接收器同时测量两维位移量这一测量方法,介绍了降维测量系统的组成、实现方法和检测结果。     

差动电容小位移传感器的研究

设计了一种差动电容式位移传感器,它可对微小位移进行测量.设计了传感器的机械框架以及信号处理电路,主要包括正弦激励电路、转换桥路、信号放大电路、精密整流电路和滤波电路.对传感器的工作原理进行了分析,对电路参数进行了计算.该传感器结构简单、使用方便、成本低.实验结果表明测量范围为0～0.6 mm,具有很好的线性度.     

液压微位移放大器响应频率的研究

研究了一种基于液压原理的微位移放大器,微小位移可通过液压放大可转化为具有实际应用价值的输出位移。对微位移放大器的动态特性进行了建模分析,将放大机构与压电叠堆执行器相耦合,得到了该微位移放大器系统的传递函数。讨论了两个弹簧刚度k₁和k₂对响应频率和放大倍数的影响,为实际设计研究提供理论支持。     

一种微小电阻测试系统的设计

为了精确测试微小电阻,基于开尔文四线检测法,设计了一种精度较高的微小电阻测试系统。设计方案为：微小电阻施加稳定恒流源信号后,通过采用AD8221为核心的一级放大电路、巴特沃斯二阶有源低通滤波和二级放大电路,获取放大、去噪、平稳的电压信号,经由ADC采集转换后显示被测电阻的阻值。采用最小二乘法拟合曲线对系统测试数据进行误差分析,显示误差小于0.2%,表明该系统测量精度高,可用于精准测量微小电阻以及微弱信号调理放大的场合。     

压电驱动微位移放大机构放大特性的研究

对于微小扭矩加载系统中的压电驱动微位移放大机构,建立了精确的有限元模型,对微位移放大机构在不同驱动力下的位移输出,利用有限元分析软件Nastran 2001进行了仿真分析,得到了较为准确的特性参数放大比,实验结果验证了仿真分析的准确性。     

全柔性微位移放大机构的设计与分析

微机械放大器中常采用全柔性微位移放大机构来实现输出位移的放大,且大多采用短臂柔性铰链连接各构件。设计了一种对称的长柔性杆微位移放大机构,结合弹性力学和Bernoulli-Eu-ler假设,推导出该放大机构的力位移计算公式及放大比公式。对影响该机构放大比的关键因素进行了分析,通过实例分析得到该机构中的长柔性杆角度与输出位移之间的关系。同时用有限元方法对该实例进行了仿真分析,并对两种方法所得结果进行了分析比较。     

一种微小挠性零件的自动化精密装配系统

为解决具有挠性结构微小零件精密装配的问题,将基于机器视觉的精密测量技术、高分辨率非接触激光位移测量技术等应用到精密装配系统的研制中.设计了用于微小零件夹持的装置,实现了对微小挠性零件拾取、搬运、放置等操作;根据视觉系统测量得到的微小零件与目标位置的偏差,对微小零件水平面内的位置和姿态进行了调整;提出了装配微小零件挠性结构的接触控制方法,该方法通过激光位移传感器非接触测量挠性结构接触变形所引起的微小位移变化,实现了装配过程中垂直方向的精密接触控制;通过在作业机械臂上集成标定模板,实现了装配系统的自动标定.简要介绍了所研制的装配系统组成,并进行了微小挠性零件的装配实验.实验结果表明,微小零件装配的平行度、同轴度误差小于10 μm,挠性结构接触控制偏差为0.6 μm ～0.8 μm,装配精度满足使用要求.     

高精度影像测量系统中图像的超分辨率重建

为了提高影像测量系统的测量精度,研究了基于微位移错位的多幅图像超分辨重建技术.考虑制作成本和制作难度,提出了一种不苛求精确微位移的超分辨率重建技术.首先,获取随机微位移图像序列;然后,利用被测对象中易于实现高精度提取的特征点或采用模板衬底中的特征点计算出图像序列间的准确位移关系;最后,根据本文提出的数学模型重建出高分辨...     

隧道传感系统微位移机构的主从关联优化设计

隧道传感系统是基于量子隧道效应,用以测量纳米级微小测量量的传感装置。其中微位移机构的设计对传感器的整体尺寸、量程、精度等性能具有重要作用。以往关于位移机构优化设计的研究主要是针对单一优化目标或普通多目标优化问题,而实际上机构不仅有多个属性需要优化,而且这些属性还可能具有不同的变量和约束,普通单层数学规划难以准确描述和解决。基于此,对隧道传感系统微位移机构的主从关联优化进行研究。根据传感系统的性能要求,对由压电陶瓷和六连杆柔性铰链机构组成的纳米级微位移机构进行初步设计。在此基础上建立柔性铰链机构空间尺寸和静态性能两个关键属性的优化模型,并构建其公共变量的协调层,形成具有主从结构的双层规划模型。提出一种面向工程背景,基于移动区间响应曲面拟合下层最优值函数的双层规划数值方法。最后对计算结果进行分析。     

基于LVDT和SGS的微定位嵌入式控制系统

针对纳米定位控制系统信号的微弱性、多样性特点以及实现纳米级检测需求,文中设计了基于LVDT(Linear Variable Differential Transformer)和SGS( Strain Gauge Sensor)传感器微定位嵌入式控制系统.该系统通过LVDT和SGS两种传感器来检测微小位移并转化成模拟电压输出,采用16位AD对输出电压进行采集,并利用ARM7对采集的数据进行处理,然后通过LCD显示位移,以及通过16位DA输出与位移成正比的电压.实验表明:该系统具有较高的采样率和采样精度,使用方便灵活,具有广阔的应用前景.     

采用刀具微位移补偿装置提高加工精度的技术研究

采用电致伸缩陶瓷微位移驱动器控制刀具进行实时误差补偿的方法明显提高轴类零件加工精度.阐明了微位移系统的补偿原理,描述出电致伸缩陶瓷的优点及蠕变特性,通过实验分析了电致伸缩陶瓷补偿系统在空载状态和轴向受弹性压力载荷时电压位移曲线的特性与差异,以此实现电致伸缩陶瓷驱动器的高精度开环微位移控制,在实际应用中亦有较高的实用价值.     

压电陶瓷微位移驱动器在精密工件台上的应用研究

以压电陶瓷微位移原理为基础,对精密驱动技术在精密定位工件台上的应用作了实验研究。一个是对工件台的微动台进行驱动,另一个是对导轨直线进行误差补偿。设计了一个包括高压精密可调电源、压电微位移驱动器、作为反馈元件的光栅干涉仪、以及由IBMPC机和几个8031单片机的主从控制系统.     

基于厚膜电容传感的微位移信号处理电路设计

设计了一种基于电容数字转换芯片AD7745和单片机C8051F040微位移检测信号处理电路,给出了电容式微位移传感器的设计制备原理、C8051F040软硬件设计、输出转换电路的设计, 阐述了微位移检测电路信号提取及转换过程.实验结果表明:设计的微位移信号处理电路提高了厚膜微位移电容传感器的稳定性及抗干扰能力,并使传感器在量程100 μm的范围内线性度由6.10%提高到0.67%.     

气动式微位移驱动器的结构设计及其性能分析

为便于精密机床的微进给控制,研究了一种新型的气压式微位移驱动器。根据微驱动器的工作原理,在简化模型的基础上,对驱动器进行了结构设计,用有限元方法分析了微驱动器与微驱动台的主要性能,并且采用实验验证了该设计的合理性。研究结果表明,该驱动器结构简单、可靠,具有良好的输入输出线性度,耦合位移很小,是一种良好的二维可控驱动方式,在精密加工与精密测量中有着广阔的应用前景。     

超精密无偏转弹性变形微位移机构设计

在普通横向弹性变形微位移机构基础上，通过另一弹性杆改变了为产生微位移所加力的方式，改变了位移输入和输出点的位置，保证了微位移输出点无偏转，提高了刚度，减小了相间干扰。采用的施力方式有固定铰支座型和固定端型两种，其中固定端型效果较好。这两种机构与其他驱动系统配合，可以达到超精密的分辨率和精度。     

智能微位移主动隔振模糊PID控制系统

为了解决精密加工设备的微位移隔振问题,研制了一种以压电陶瓷为作动器的智能微位移主动隔振系统。在现有数据采集系统和激振器的基础上搭建了相应的实验平台,提出将模糊-比例积分微分(fuzzy-proportional integral derivative,简称Fuzzy-PID)算法理论应用到微位移的主动隔振控制中,在实验室虚拟仪器工程平台(laboratory virtual instrumentation engineering workbench,简称LabVIEW)环境下开发了整个系统的算法控制程序,分别在扫频、随机和正弦激励信号下进行了微位移主动隔振实验。实验结果表明,受控后的振动位移大幅度降低,验证了该方法对微位移主动隔振的有效性。     

一种基于最小均方差算法的散斑图像微位移测量系统

为了满足微位移量的实时、非接触测量的需要,研制了基于散斑图像的一种嵌入式微位移测量系统,它是基于最小均方差法和DSP处理器(TMS320DM642)设计的.重点阐述软件系统和实验系统的设计与实现方法,并在不同运动速度和表面粗糙度的条件下,对其测量系统进行实验和数据分析.实验结果表明,该测量系统是可行有效的.