微波叶尖间隙传感器信号校准研究EI北大核心CSCD

利用微波雷达传感器测量叶尖间隙时,传感器存在信号泄露、背景回波叠加、电路元器件不平衡以及空间滤波效应等问题,根据这些问题的来源及影响机理,提出了一种具有环境适应性的传感器误差模型,通过将模型从空间域变换到频率域并优化误差提取算法,建立了一套提高传感器线性度、减小测距误差的校准方法。同时,选用小型24 GHz雷达传感器构建了模拟叶尖位移测量平台,使用该校准方法后,传感器线性度由±13.79%提高到±1.57%。拟合标准距离与测量值后,量程内最大测距误差下降到0.021 3 mm,最大标准差下降到0.019 7 mm。该方法有利于提高微波叶尖间隙测量精度。     

基于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法

针对在高温等恶劣环境下,航空发动机高转速下涡轮叶尖间隙测量稳定性差、易受干扰、精准度低等问题,提出一种基 于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法。 首先,提出基于三镜 F-P 腔模型的自混合干涉模型,并以此 为基础构建测速和测距的数学模型;其次着重研究了涡轮叶片转动下动态自混合干涉信号的处理,将采集到的信号依次经过带 通滤波以及小波降噪处理,再用 FFT 进行处理得到频率,由此求得叶尖间隙值;之后分别进行静态和动态激光自混合干涉测距 实验进行验证;最后探讨影响动态测量的误差源,并对测量系统以及算法进行优化补偿。 实验结果证明,该方法可以有效地提 高涡轮叶片转速与叶尖间隙的同步测量的稳定性及精度,测速相对误差为 1% ,叶尖间隙测量误差为 23 μm。     

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。     

基于迁移学习的铣削机器人定位误差补偿方法

空间网格补偿法是提高机器人定位误差的有效方法之一,然而由于所需采样位姿多导致误差测量环节非常耗时,为提高机器人定位误差补偿效率,提出了一种机理分析与数据驱动的铣削机器人定位误差补偿方法,基于迁移学习来预测机器人工作空间内不同区域的定位误差。首先建立机器人刚柔耦合误差模型,研究立方体与柱体工作空间内不同区域的误差分布特性;之后,考虑误差区域相似性将机器人工作空间分为源域空间与目标域空间,在源域空间基于分级采样策略将完备的机器人采样位姿及误差测量数据作为源域数据,对于目标域空间只需要将少量的采样位姿及误差数据作为目标域数据,源域数据与目标域数据均用于训练高斯过程回归模型,通过基于加权拟合误差的子空间对齐和自适应权重迭代方法提升迁移学习模型预测精度,根据指定机器人位姿参数预测并补偿机器人定位误差;最后,使用KR160铣削机器人系统进行了误差补偿试验以验证该方法的可行性和有效性,试验结果表明,经过补偿后机器人定位误差1.499 mm降低到0.182 mm,所需机器人采样位姿数目减少了70%,使用铣削机器人加工法兰孔,其轮廓误差和位置误差达到0.269 mm和0.331 mm,该方法可以提高补偿...     

涡轮叶片三维叶尖间隙光纤检测系统

航空发动机涡轮叶片叶尖间隙呈三维变化特点,传统光纤式叶尖间隙检测系统的测量结果受维间耦合影响精度差,信息源单一。本文利用一种沿直角等腰三角排布的三路双圈同轴式光纤传感基元组成的传感探头,通过BP神经网络解耦方法,实现了从传感器输出到叶尖端面径向间隙、轴向倾角和周向倾角三维参量的解耦。设计加工三维测量光纤传感器和后续调理电路并对检测系统进行了静、动态实验验证。实验结果表明:该系统径向间隙静态测量的最大误差为47μm,标准差为10μm,轴向和周向倾角的静态测量最大误差分别为0.49°和2.32°,标准差分别为0.13°和0.36°。系统具有良好的重复性和可靠性,径向间隙的动态测量标准差小于18μm,轴向和周向倾角的动态测量标准差小0.2°和0.5°,能够满足航空发动机涡轮叶片叶尖间隙三维参量快速实时检测的需求。     

考虑叶尖间隙变化影响的高速旋转叶片监测技术研究

叶尖定时技术因其非接触性、全面监测性及低成本等众多突出优点使其成为当前高速旋转叶片在线监测领域中的研究热点,但传统基于电涡流传感器的叶尖定时测试中未考虑因叶尖间隙变化引起的叶片振动幅值测量误差,导致系统测量精度不足,测量结果中存在误差较大。针对该问题通过对叶尖间隙变化及脉冲响应的关系进行了实验研究,并在此基础上提出了一种提高基于电涡流传感器的叶尖定时系统测量精度的信号处理方法,通过耦合脉冲信号上升沿时刻与脉冲响应幅值来提高系统的测量精度。最后通过高速风机叶片进行了实验验证。结果表明,该方法在叶尖间隙波动的情况下可以保持较好的叶片振动测量精度。     

用于雷达回波仿真的小型化微波光纤延迟线

针对高分辨率雷达回波信号仿真对带宽、线性度和延时性能的要求,设计了X波段雷达测试与校准应用的小型化微波光纤延迟线。分析了雷达回波模拟源对距离延迟单元的性能要求,根据系统指标,研制了用于宽带雷达信号线性电光转换的关键器件—直接调制分布反馈(DFB)激光器。基于光纤反射镜,设计与实现了一种小型化的反射式延迟线结构。最后,利用矢量网络分析仪对系统的微波传输性能进行了测试分析。结果表明:直接调制DFB激光器的-3dB模拟调制带宽高达21GHz。基于该激光器的微波光纤延迟线,针对X波段雷达测试应用可提供40、80、120μs不同延时的目标回波模拟,其带内幅度平坦度小于±0.5dB,相位非线性小于10°,同时线性动态范围大于60dB,满足雷达回波仿真与校准过程对于信号附加幅频误差和相频误差的要求。     

基于频谱的篦齿轴向窜动与叶尖间隙测量方法

航空发动机低压涡轮带冠叶片篦齿和机匣之间的叶尖间隙参数以及篦齿轴向窜动参数的在线高精度测量是保证涡轮发动机安全运作和气动效率的关键。传统的电容式叶尖间隙测量系统对噪声敏感度大,且不能对篦齿的轴向窜动参数同时进行测量。因此研制了一种“人”字形电容传感器,提出了一种基于频谱的篦齿叶尖间隙参数和轴向窜动参数的提取方法。建立了“人”字形电容传感器测量模型。仿真分析了测量信号的幅度谱特征并提出了一种最优谱线选择方法。提出了基于转速和信号特征频率估计的自适应频域滤波,信号整周期等角度采样,幅度谱估计以及二元多项式曲面拟合相融合的信号处理方法,实现了叶尖间隙参数和轴向窜动参数的动态测量。在实验室环境下搭建了篦齿叶尖间隙参数和轴向窜动参数测试实验平台,完成了标定和测量实验。实验结果显示,篦齿盘工作在1 900 r/min以下时,测量系统在0.5～1.5 mm叶尖间隙及±1 mm轴向窜动范围内,叶尖间隙测量精度达18μm,轴向窜动测量精度达30μm。     

高分辨率转子叶尖间隙测量传感器的设计及验证

航空发动机旋转机械的叶尖间隙对其性能和安全具有重要意义。为了通过主动间隙控制系统准确控制涡轮叶尖间隙,需要通过高分辨率的测量传感器实现叶尖间隙的精确测量。由于电涡流式非接触测量方法具有良好的抗干扰性、响应速度和灵敏度等优点,基于电涡流感应原理,设计一种适用于微小间隙动态测量的高分辨率传感器。通过静态标定分析和动态测量实验,验证设计传感器的性能,结果表明设计的传感器分辨率可达10μm,量程可达3 mm,满量程范围测量重复性在0.5%以内。同时,用该方法测量了转子在12 000~15 000 r/min下的叶片长度变化。研究结果表明设计的电涡流传感器的分辨率能够反映间隙动态变化情况且具有良好的动态响应,验证了其在转子叶尖动态间隙测量中应用的可行性。     

基于单测头误差相位偏移法的嵌入式角位移传感器自校准研究

针对嵌入式角位移传感器长期使用出现精度损失问题,结合传感器结构特点提出一种基于单测头误差相位偏移法的自校准方法。首先,依据圆周空间封闭性原则,基于傅里叶变换分析传感器误差特性;然后,以起始测量值序列作为误差偏移起始基准,根据误差特性等间隔变换误差序列并解算误差与起始基准的函数关系,构建传感器误差模型;最后,搭建在线校准实验平台进行验证实验。实验结果表明,单个对极内误差结果与测量误差特性一致,整周测量误差大幅度降低,误差峰峰值由127.80″降低至5.90″;该方法校准效率相比于比较校准法提升了80.69%,校准后误差分布集中,同时具有良好的测量稳定性。本文所述自校准方法在不依赖高精度基准器具前提下,有效解决了传感器精度损失问题,对实现嵌入式角位移传感器自校准具有重要的应用意义。     

风速传感器回归方程的不确定度评定方法研究

风速传感器线性回归方程的不确定度是进行计量确认的重要参数。文章根据测量不确定度评定理论,详细分析了风速传感器线性回归方程测量不确定度的误差来源,提出了基于最小二乘法评定风速传感器线性回归方程不确定度的方法,并介绍了评定步骤。为了清楚展示评定过程,列举了气象用风速传感器线性回归方程测量不确定度的评定实例,得到校准结果为V=-(0.56+0.99V′)m/s,U=±0.74m/s。结果表明:基于最小二乘法评定风速传感器线性回归方程的不确定度是可行的,此方法也可扩展到线性测量系统的不确定度评定。     

在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器安装位姿标定方法。建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。考虑了机床定位误差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。采用半径为35 mm的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标定后圆孔测量误差为0.051 6 mm,测量精度提高了约96%,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。     

基于组合模型的悬浮间隙传感器齿槽效应补偿

齿槽效应是影响高速磁浮列车悬浮控制系统稳定性的重要因素,分析了悬浮间隙传感器齿槽效应产生机理,提出采用组合预测的方法建立传感器齿槽特性逆模型进行齿槽误差补偿,根据传感器齿槽特性分别建立RBF神经网络和LS-SVM齿槽补偿系统模型,通过齿槽位置检测线圈提供的补偿参考信号对传感器进行齿槽误差补偿。仿真结果表明组合模型能够较好地拟合齿槽逆特性,组合补偿模型的输出不受齿槽位置的影响,全量程最大误差为0.09 mm,在工作间隙范围内误差小于0.06 mm,且组合模型的补偿误差优于单一RBF或LS-SVM补偿效果,该方法可以有效地消除齿槽效应并提高传感器的检测精度,补偿后的传感器能够满足高速磁浮车悬浮控制系统运行要求。     

基于ARM处理器的双加热湿度传感器设计

为消除地面气象探测领域中湿度传感器的温漂误差与沾湿误差,设计了一种双加热湿度传感器。利用24位低噪声模数转换器和电容-数字转换器实现温度和湿度的低噪声、高线性度测量,以Optidew Vision冷镜式露点仪作为标定仪器并结合遗传算法拟合修正温漂,使用交替加热的方法抑制沾湿误差。实验结果表明,该传感器的相对湿度测量精度可达±1%,并在6 min内将10%量级的沾湿误差降低至±1%。     

激光跟踪仪多基站转站精度模型与误差补偿

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量,本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题,提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式,阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式;其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上,建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明:当激光跟踪仪的长度测量误差为0.5μm/m,角度测量误差为5μm+6μm/m时,最大转站误差为0.174 7mm,补偿后最大转站误差为0.04mm,转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明:直接转站测量时最大转站误差为0.054 2mm,补偿后转站误差为0.033 1mm,转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。     

反射式光纤位移传感器的实验与研究

为了解决在检测工件表面时,某些工件不宜接触测量的问题,设计了一种基于光纤位移传感器的非接触测量装置。该装置根据光纤反射调制原理,采用精密微调平台作为位移调整工具,利用电子电路和软件对传感器的输出信号进行二次处理,经计算后得出输出量与位移量的关系,从而实现零件表面位移量的非接触测量。实验表明:该光纤位移传感器性能稳定、测量精度高、线性度良好,在1 mm范围内其输出基本与位移成线性关系,线性度可达±3.06%,迟滞可达±1.15%,适于非接触的各种位移量的测量。     

基于2D激光测量技术的矿用通风机叶尖间隙测量方法研究

针对矿用通风机叶尖间隙测量方法存在精度和自动化水平低等问题,对间隙测量技术、表征及评价方法等进行了研究,提出了一种基于2D激光测量的矿用通风机叶尖间隙测量方法。采用LS-100CN激光轮廓测量传感器采集了叶尖间隙几何信息,然后通过投影变换、特征提取等技术实现了叶尖间隙的高精度测量;采用叶片形位偏差、机壳形状偏差、综合叶尖间隙等参数,综合地表征和评价了通风机叶尖间隙的实际几何状态,得到了更全面、更科学的评价结果。研究结果表明:该方法具有精度高、非接触等特点,显著提高了测量的效率、精度和智能化水平。     

基于DBSCAN-3σ的雷达去噪算法研究

为了解决雷达探测数据中噪点过多的问题,提出了结合基于密度的噪声聚类算法(DBSCAN)和拉依达准则(3σ)的去噪方法。以雷达实际测量的目标运动信息为实验数据,运用DBSCAN算法进行聚类,剔除数据中的离群噪点,再通过拉依达准则去除影响较大的奇异值。实验结果表明,去噪之后雷达测距的线性误差由12 mm减少到0.36 mm,性能优于经典的半径滤波算法,可为实际雷达测量提供参考。     

电阻式传感器智能感知节点误差校准方法研究北大核心CSCD

针对电阻式传感器智能感知节点设计中阻值宽范围和高精度的测量需求,提出了一种增益自动调节型大范围高精度比例式电阻测量电路的测量误差校准方法。节点的电阻测量范围设计为10Ω~22 kΩ,搭建了节点误差校准系统,并在整个测量范围内选取了5个标准电阻对节点校准前后的测量误差进行评估。实验结果表明:提出的误差校准方法可使全部被测标准电阻的测量误差降低90%~99%,校准后节点的测量误差低于±0.01%,满足了电阻式传感器智能感知场景中兼顾宽范围和高精度的测量需求。     

基于CAV444的电容式液位传感器设计与优化

文中介绍了电容式液位传感器的测量原理,提出了一种基于CAV444线性电容-电压转换芯片的电容式液位传感器设计与优化方案。该方案根据所测液位范围对应的电容值变化范围对调理电路的输出电压进行了变换,以提高传感器的灵敏度,并根据被测信号的带宽设计了低通数字滤波器,提高了传感器的抗干扰能力。测试结果表明,该传感器性能稳定,最大非线性误差为0.75%,测量结果线性度好;引用误差为1.13%,测量准确度高,能够满足大多数工业现场实际的液位测量需求。