基于矢量调制法的矢性物理量测量仪器

依据调制解调原理和线性系统理论，矢量调制法使用机械转动方法，将输入信号在进入传感器之前调制成为正弦波，由于线性传感器的频率保持性和叠加特性，对传感器输出信号解调，将得到准确的输入响应，由此去除常见的传感器偏置、偏置的漂移、干扰与噪声。基于矢量调制法原理，开发了一套使用矢量传感器构造的新原理测量仪器，并详细叙述了该仪器的物理实现方法和算法原理，对影响测量精度的主要因素给出量化分析结果。作为应用实例，说明了VMM测量仪器在寻北仪、三维矢性物理量测量中的原理和方法。理论分析和实验测量表明，矢量调制法物理意义明确，操作方便简单，抑制测量误差效果明显。VMM测量仪器显著地提高了矢性物理量的测量精度，可以广泛用于矢性物理量的精确测量。     

可用于半径测量的数显卡尺的开发

利用传感器技术、微计算机技术和集成电路技术设计的可用于半径测量的数显卡尺 ,是一种具有高科技含量的新型半径测量工具 ,它具有体积小、手持式测量的特点 ,用LCD显示测量结果 ,可用于生产现场。本文详细分析了传感器精度和机械精度对测量结果的影响 ,并给出了量程与弦长及精度的关系     

一种新型平面组合传感器的误差建模与分析

设计了一种新型三自由度位姿测量平面组合传感器装置，用于完成对平面运动的两个移动自由度和一个转动自由度的动态测量。介绍了传感器的机构构成和测量原理，利用微分法原理建立了误差模型，对误差产生原因进行分析，得出了机构误差对测量精度的影响曲线，试验和仿真验证了新型平面组合传感器机构的合理性。新型平面组合传感器机构简单，测量精度高，适用于特定环境下的高精度平面运动位姿测量。     

FBG传感器应变标定方法

为了提高光纤光栅应变传感器测量精度,针对光纤光栅传感器工程应用情况,提出了一种光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感器应变特性标定方法。通过理论分析和实验标定了封装式光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,对传感器理论与实验灵敏度系数误差进行了分析。实验结果表明,该方法简单、易行,用于光纤光栅传感器使用前的标定,可以提高基于光栅光栅传感器的测量精度和准确性。同时,该方法为光纤光栅传感器的工程推广应用奠定了基础。     

柔性轴径测量仪的研制

提出一种通过调节定位及测量部件测量多种规格轴径的方法,基于该方法研制了一种用于实时在线测量的柔性轴径测量仪。介绍了该测量仪的工作原理和结构设计,并对测量所用传感器的测量精度进行了实验验证。     

高压压差传感器的研究

本文介绍了我们研制的一种新型压差传感器,该传感器可用于高基础压力下压力差的测量。本文首先叙述了压差传感器的基本原理和计算方法,然后给出了对该压差传感器在0～51MPa压力范围内进行标定的结果。实验表明,该压差传感器具有较高精度,可以满足实际测量要求。     

浅析状态维修与在线监测(下)

三、在线监测１．传感器技术故障诊断技术的发展首先决定于能否获取尽可能多的有用信息，这是数据处理和诊断决策的基础。为了提高故障诊断水平，各种新型传感器便成为电力界的研究热点。原来用于军事的传感技术，也有一部分移植到电力设备的状态监测上来。例如，用于锅炉管道高温应变测量的光纤传感器，是带有内部谐振腔的光导纤维，可直接贴在被测管道上。用于测量锅炉燃烧室中温度的传感器，是用氧化铝保护的铂电阻，其测量精度优于１％。美国电力研究院已开发出一种直接测量分析油中气体的半导体传感器，可在线直接测量和分析油中的四种…     

非接触三点内径测量法中角度安装误差的校准方法研究

由于操作简便，非接触三点内径测量法常用于工业现场测量。为提高工件内径测量精度，对在安装中无法避免的位移传感器角度安装误差进行分析建模，提出了一个新的考虑角度安装误差的非接触内径测量模型及一种基于多观测位置联立方程的误差校准方法。通过仿真分析了模型中观测位置数、工件内径尺寸与其他参数的设置对校准结果的影响，确认了在观测位置数大于4时即可实现对误差的校准。最终，使用激光位移传感器构建内径测量系统并开展实验，验证了角度安装误差校准方法的有效性，圆工件的内径测量的绝对精度与重复性精度分别在0.6μm与0.4μm以下。     

二维光纤位移传感器

本文介绍了一种新型强度补偿型二维光纤位移传感器。这种传感器的测量探头由３根呈正三角形分布、型号相同的光纤组成，其中两根光纤用于测量探头位置，另外一根光纤提供功率补偿。利用这种传感器，不仅可以测得探头正三角形中心相对于照明光纤中心的位移，还可以进一步给出二维坐标（ｘ，ｙ）。除此而外，这种传感器还可以消除光源功率波动对测量的影响，提高测量精度。     

监测空气污染的传感器

本文阐述了用于测量空气污染中有毒气体、无毒气体和微粒排放物的各类传感器的技术基础及这些传感器的适用范围和测量精度。     

基于LS-SVM的油气两相流空隙率测量方法的研究

利用12电极电容层析成像系统电容传感器获取的66个电容测量值,基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）算法,提出了两相流空隙率在线测量的新方法。该方法用LS-SVM来建立空隙率测量模型。在实际测量时,首先归一化ECT获取的电容测量值,然后将归一化电容值输入已经建立的空隙率模型即可计算出空隙率。实验结果表明：该方法是有效的,避免了复杂耗时的图像重建过程,测量误差在6%以内,测量时间小于0.08 s。     

基于变耦合系数变压器原理的时栅位移传感器设计

原有的时栅传感器设计中采用了电机绕组产生旋转磁场的方案，但是电机定子绕组分布不均带来了误差。原有的差线栅传感器中采用了齿栅的结构，但实验表明它对齿的加工精度太敏感。本文提出了一种新的行波形成方法，实验表明，按此方法设计的新的传感器，可以解决上述2个问题。     

提高嵌入式时栅传感器精度的测头设计方法

为了提高嵌入式时栅传感器的测量精度,结合传感器自身的特点,从布置方式和数据处理方式两方面设计了特殊的测头结构。首先利用谐波分析确定传感器误差的主要频次,然后分别针对长短周期的误差采用多组测头对径和间隔特定空间角度的测头布置方式,测头之间采用数字量相加的数据处理方式,最后通过实验验证了这种测头结构和数据处理方式的有效性。结果表明,与单测头结构相比,这种方式将长周期误差降低了75%,短周期误差降低了83.6%,更有效地提高了嵌入式时栅传感器的测量精度。     

轴向等距分布式外科手术多维力传感器设计

为了精确采集手术机器人的多维作用力,提出了一种轴向等距分布式多维力测量传感器及其解耦方案,根据三条光纤布拉格光栅(FBG)的受力情况通过最小二乘法进行初步解耦,鉴于多种外部因素所造成的传感器输入与输出数据的非线性关系,基于前馈神经网络实现传感器的最终解耦.实验结果表明,所提出的传感器测量精度较高,解耦方法切实有效,能够...     

Self-calibration and compensation of setting errors for surface profile measurement of a microstructured roll workpiece

Microstructured roll workpieces have been widely used as functional components in the precision industries. Current researches on quality control have focused on surface profile measurement of microstructured roll workpieces, and types of measurement systems and measurement methods have been developed. However, low measurement efficiency and low measurement accuracy caused by setting errors are the common disadvantages for surface profile measurement of microstructured roll workpieces. In order to shorten the measurement time and enhance the measurement accuracy, a method for self-calibration and compensation of setting errors is proposed for surface profile measurement of microstructured roll workpieces. A measurement system is constructed for the measurement, in which a precision spindle is employed to rotate the roll workpiece and an air-bearing displacement sensor with a micro-stylus probe is employed to scan the microstructured surface of the roll workpiece. The resolution of the displacement sensor is 0.14 nm and that of the rotary encoder of the spindle was 0.15r~. Geometrical and mathematical models are established for analyzing the influences of the setting errors of the roll workpiece and the displacement sensor with respect to the axis of the spindle, including the eccentric error of the roll workpiece, the offset error of the sensor axis and the zero point error of the sensor output. Measurement experiments are carded out on a roll workpiece on which periodic microstructures are a period of 133 i~m along the circumferential direction. Experimental results demonstrate the feasibility of the self-compensation method. The proposed method can be used to detect and compensate the setting errors without using any additional accurate artifact.     

基于驻波调制方法的新型时栅位移传感器

现有的时栅位移传感器利用三相电机绕组方式形成行波磁场,再通过切割磁力线感应出行波电场,最后通过比相得到位移量.为了摆脱时栅位移传感器的三相电机绕组方式,简化测量工作机理,进行了磁路分析并设计了新的机械结构,采用驻波调制方法直接得到行波电场.实验表明按该方法设计的传感器达到了较高的测量精度,简化了制作工艺,降低了成本,推进了时栅进一步发展.     

自适应滤波协同图优化导航方法研究

针对传统图优化导航方法中传感器测量协方差不准确导致估计精度下降的问题，本文提出了一种自适应滤波协同图优化导航方法。首先，构建INS/GNSS/e-Compass组合导航系统的因子图模型；然后，利用测量方差自适应滤波对传感器测量信息进行预估，在滤波过程中更新相关传感器的测量协方差矩阵，并将预估结果作为变量节点加入因子图；最后，通过滑动窗口控制优化范围，对窗口内的变量节点进行非线性优化并输出最终的导航状态。仿真和实验结果表明，所提出的方法对传感器测量协方差的不匹配问题具有自适应性，能够在不同场景下实现高效可靠的导航定位。相比于传统图优化方法，该方法的定位精度提升了30%,计算效率提升了12%。     

基于分时方法的高精度反射绝对式 纳米时栅位移传感器设计

本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A与传感器B相位作差实现绝对位移测量。采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器A和传感器B施加激励信号,并把不工作的电极接地。实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在400 mm范围内,补偿后实现了±300 nm的测量精度。     

电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。     

大量程柔性铰六维力传感器静态解耦的研究

为提高大量程六维力传感器的测量精度,提出了一种新型的六维力传感器非线性静态解耦方法,该方法结合混合递阶遗传算法和小波神经网络的优点,采用递阶遗传算法与最小二乘法分别对小波神经网络隐层结构参数以及输出层权值进行优化,再将优化后的小波神经网络模型用于六维力传感器非线性解耦.建立了基于混合递阶遗传算法和优化小波神经网络的六维力传感器非线性解耦模型,设计了基于混合递阶遗传算法的小波神经网络结构及参数优化算法,给出了六维力传感器非线性解耦的具体实现流程.以最新研制的6-UPUR大量程柔性铰六维力传感器为对象进行实验,结果表明,采用该方法六维力传感器的Ⅰ类误差和Ⅱ类误差分别为1.25％和2.59％,比采用BP和RBF神经网络方法的测量精度高.