纳米测量精度光栅传感器研究综述

概括分析了光栅纳米测量中双光栅测量系统、炫耀光栅测量系统、基于误差修正技术的光栅纳米测量系统、基于二次莫尔条纹原理的纳米光栅测量系统的测量原理。介绍了纳米测量精度光栅传感器研究的关键技术。     

一种基于光栅扭矩传感器的测量系统设计

扭矩测量是研究机械系统主轴在各种载荷下动态特性的关键方法.根据国内外扭矩测量系统的发展现状和实际,提出了一种基于光栅传感器进行非接触扭矩测量的方法,阐述了光栅传感器的基本原理及实现方法,给出了整个系统及实验平台的设计.该系统具有测量的高精度、全光性、绝缘性、防爆性、抗电磁干扰、耐高温等特点,适合于在恶劣环境下测量细长轴的扭矩,可应用于大型机械传动系统在各种负载和工作环境下主轴的动态特性响应分析.     

通用光栅数显装置的研制

为了实现光栅传感器的位移测量,文中研制了一台通用光栅传感器数显装置.该装置通过差分放大器、比较器对输出模拟信号的光栅传感器进行信号处理,与输出数字信号的光栅传感器共用位移测量系统.运用阵列逻辑GAL实现光栅信号的四细分和辨向,利用单片机对GAL输出的细分辨向信号进行计数,通过数码管实时显示光栅传感器的位移测量结果.通用光栅传感器数显装置的研制实现了对模拟/数字信号的测量功能,提高了通用性.     

导爆管装药高度自动测量技术研究

介绍了导爆管装药高度自动测量装置,该装置主要由测量系统和机械系统两部分组成.测量系统采用几何光栅线位移传感器,通过对光栅常数进行细分提高测量装置的分辨率.机械系统的机构运动学设计应用阿贝原则,据此设计了定位机构和瞄准机构,提高了测量装置的精度和可靠性,从而实现了对导爆管装药高度的自动测量.     

基于光纤光栅加速度传感器的电梯制停距离测量

提出一种基于加速度测量的电梯制停距离测试方法,利用光纤光栅应变测量原理,设计并制作了光纤光栅加速度传感器,性能测试验证了光纤光栅加速度传感器应用于电梯制停距离测量的有效性。     

光栅振动检测系统中信号处理关键技术的研究

针对高频光栅振动信号的处理要求,设计了基于DSP的振动信号处理系统.采用状态机的方法克服了信号采集不同步的影响,并结合DSP软件细分算法实现了光栅振动信号的高倍细分.测试数据表明:该系统分辨率高、动态范围宽、实时性强,可集成光栅振动传感器应用于微位移、微振动的测量领域中.     

基于FPGA的光栅位移检测系统设计

本文介绍了用可编程器件FPGA对光栅传感器采集来的数字信号进行处理和控制的方法.利用光栅传感器把位移转换成电压脉冲的特点,同时利用在线可编程阵列FPGA高集成度、高性能、高效率和低成本的优点设计了一种用于机床位移测量与控制的数字系统,并阐述了该系统位移检测原理、总体方案实现和通信接口设计.可应用于光栅位移的数据采集、处理、控制及与上位机的通信系统中.     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度传感器在常温到400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为0.998 4,最大误差百分比为1.46%,均优于单光纤光栅温度传感器。     

滚珠丝杠螺纹磨床传动误差测量与误差补偿方法的研究

介绍了一种基于可编程定时/计数器8254的滚珠丝杠螺纹磨床传动误差测量与补偿系统。测量系统采用上下位机相结合的方式,以高精度圆光栅和长光栅作为位移传感器,具体介绍了滚珠丝杠螺纹磨床传动误差测量的基本原理、测量系统硬件电路以及软件部分的设计以及滚珠丝杠螺纹磨床步进电动机补偿系统的设计,并对测量系统的误差进行了分析。PC机界面采用VB6.0编程,可以对机床的传动误差进行实时显示。     

光纤光栅变压器绕组温度在线监测技术

对电力变压器的绕组温度在线监测进行了研究与探讨,利用光纤光栅设计了温度传感器,基于体积相光栅和嵌入式微控制器STM32构建了变压器绕组温度在线监测系统.该系统具有测温精度高、易于组成传感器网路等特点.在试验中,引入二等标准水银温度计与构建的温度监测系统进行对比.试验结果表明,温度监测系统的温度测量具有良好的准确性和稳定性.传感器温度响应灵敏度为10.2 pm/C,系统稳定性优于0.1℃,为电力变压器的温度实时监测提供了一种新的可靠手段.     

容栅位移传感器在喷油泵试验台中的应用

目前在柴油机电控调速系统中一般都采用美国Sychro-Start公司的0175-24A3LS1型号的比例电磁铁。传感器为电位计式，它与执行器合为一体。在使用时需要外加复杂的辅助电路，电路复杂，测量精度不高，不适于作测量用传感器。为此，提出在油泵试验台中采用RSJ-1型容栅位移传感器来测量位移的方法。介绍了容栅位移传感器的测量位移的优点、结构、工作原理，给出了计算机数据采集的实现方法。     

LS7266R1在双轴位置信号检测中的应用

在数控机床和加工中心等设备中,大多利用直线光栅或圆光栅编码器来测量直线位移或角位移,该传感器输出信号经放大、整形后转换为两路正交编码脉冲信号。针对闭环位置控制系统中的光栅编码器多轴位置信号检测装置,介绍和分析了双轴正交信号鉴相器LS7266R1的功能及内部结构,提出了基于LS7266R1的位置采集电路和软件设计,给出了在数控系统位置检测装置中利用LS7266R1芯片对多组数字信号进行检测的实例并证实采用该芯片不仅组态灵活,适用于多种应用场合,计数范围广、计数频带宽,而且可以简化系统硬件设计,提高系统的可靠性。     

寄生式时栅传感器测量不确定度的分析与评定

为了全面分析寄生式时栅误差和不确定度来源,提高寄生式时栅的测量精度,建立符合国际GUM规范检测结果的不确定度评定模型,以84对级的寄生式时栅为研究对象,根据其测量原理分析所测量角度的计算公式,进而将不确定度来源分为插补脉冲个数的误差、插补脉冲信号的量化误差、行波信号的周期误差和环境误差四大类,从理论上建立各不确定度分量之间的理论传递关系,应用现代不确定度理论,推导出合成测量不确定度计算公式。搭建实验平台,利用示波器等仪器的测量结果评定各不确定分量具体数值大小,计算被测角度的合成测量不确定度值。通过与寄生式时栅整圆周的实际测量误差相比较,可以看出利用该评定方法评定的传感器角度测量不确定度与实际误差相符,因此可以用于寄生式时栅传感器的实际评定。     

高精度非球面表面测量技术研究

追求更高制造精度一直是制造业的目标,制造精度的提高不但取决于机床、刀具和数控技术,而且取决于制造系统所采用测试手段所能达到的测量精度。在诸多非球面测量方案中,接触式光栅测量技术能够达到相对较高测量精度并具有广泛的适用范围。针对该技术在两个方面提出进一步的改进:第一,把原子力显微镜和用于位移精密测量全息光栅引入非球面制造系统,取代机械测头,以便对该系统所采用测试手段进行改进,进而提高该系统测量精度:原子力显微镜的工作模式采用轻敲模式。第二,全息光栅是光栅制造的最新发展,它的各种指标参数均优于刻划光栅,全息光栅位移精密测量技术也优于传统光栅位移测量技术;为进一步提高非球面表面测量精度,采用全息光栅取代普通光栅实现位移精密测量是非常必要的。     

基于ARM的直线式时栅传感器自动闭环控制系统设计

设计的自动闭环控制系统,是为了完成直线式时栅传感器数据的快速采样,提高测试效率。基于PHILIPS公司的ARM处理器LPC2214作为主控芯片,设计了控制电路,控制步进电动机驱动滚珠丝杠,带动直线式时栅传感器的动测头与直线光栅的扫描头同步运动,同时接收直线式时栅传感器的反馈信号,并与上位机之间进行串口通信。实践证明:系统响应速度快,控制精度能达到0.1μm。     

超精密双面抛光机控制系统的研究

介绍了超精密双面抛光机的控制系统,对其实现方法进行了研究,分析了控制系统的组成,提出并建立了基于微机统一控制系统的解决方案.采用Windows软件平台,图形化界面功能指示、高精度光栅传感器、压力传感器、数字阀组成电气联合控制系统,应用新型电气直接数字控制技术实现该机的自动加工.     

卧式数控车削中心小圆轨迹测试研究

采用光栅非接触式轨迹测头和平面光栅得到数控机床轨迹真实情况的数据，数控机床按编程命令走过轨迹的实际表现数据对于分析精度影响因素有重要的参考价值，所做的研究主要是对于不同直径的圆轨迹特点进行测试与分析，尝试分离数控机床误差并进行补偿的可行性。     

一种基于单片机的机床位移检测系统

介绍了一种以单片机8051为核心,采用直线光栅位移传感器,实现数控机床三坐标位移高精度动态检测系统的设计方法。     

CMOS光栅图像纳米细分技术研究

光栅技术已在长度测量、角度测量、位置测量、自动检测、自动控制等诸多领域广泛应用。采用长光栅作为检测元件,但对光栅的细分不用常用的电子学细分,而是采用CMOS显微成像系统读取长光栅,并随之对光栅图形进行细分。系统由光源、光阑和聚光镜、标尺光栅、显微物镜及CMOS电子目镜组成,光栅图像进入PC机,采用软件进行细分。试验获得的光栅图形清晰,从而为利用数字图像处理技术进行细分提供可靠依据,实验研究的细分分辨力为80nm。     

基于d-q变换的时栅位移传感器补偿算法研究

时栅位移传感器是一种新型的栅式位移传感器,它不依赖于空间等分性,通过对时间脉冲进行计数而间接实现位移测量,从而达到高精度测量。介绍了传感器信号变形的原因,将非理想信号分为幅度不均、相位偏移、谐波叠加、波形变形四大类;针对幅度不均的情况,将电机学中的d-q变换引入误差分析,推导出其对寄生式时栅位移传感的误差影响;同时在d-q变换原理的视角下重新审视了时栅传感器的测量过程。提出了一种基于变换空间下的误差补偿算法,d轴的差分项与q轴误差项变化趋势一致,利用变化规律对测量误差进行实时修正。在安装有寄生式时栅位移传感器的实验台上进行了实验并获取到不同情况下的误差曲线,实验结果表明,该补偿算法可以消除幅度不均带来的二次误差,误差压制量达到90%。这种算法完全利用信号本身的特性,无需复杂的运算,将误差部分进行了补偿达到了比较理想的效果,对于寄生式时栅位移传感器的实际应用具有重要意义。