线结构光传感器的静态性能测试研究

针对线结构光传感器各项静态性能参数对其测量精度影响的问题,设计了一套线结构光传感器静态性能测试方案。在高精度移动平台上使用二级量块、纳米定位台和激光干涉仪,对传感器的重要静态性能参数,如稳定性、重复性和线性度进行了分析,量化了各项静态性能参数对传感器测量精度的影响;以二级量块的工作面作为传感器测试试验的测量表面,结合高精度移动平台实现了传感器全测量区域的测试;使用激光干涉仪对移动平台的定位误差进行了补偿,提高了测量结果的可信度。研究结果表明:传感器需1 h的时间进行稳定来保证测量精度,其测量区域的中部重复性最佳,该区域重复性均值为0.418μm;传感器线性度对其测量精度影响最大,由传感器非线性引起的误差最大为11.2μm。     

红外线温度传感器的设计与实现

本文介绍一种新型的红外线温度传感器。其基本工作机理是利用高精度红外位移传感器测量热膨胀系数较大的有机玻璃长度。用灵敏度为0.001℃的高精度石英温度计对其校准,证实这种仪器的温度测量精度可达10-5℃数量级,比较市场上现有的温度传感器,其灵敏度和线性度都有较大优势,具有广泛的应用前景。     

PCB型Rogowski线圈电流传感器检测电路设计

介绍了PCB型Rogowski线圈的工作原理及特点,详细分析并设计了该传感器的信号处理电路,对该线圈电流传感器进行了线性度和灵敏度测试,实验结果表明:该传感器测量时线性度好,准确度较高,能满足测量要求。     

基于STM32的铯光泵磁力仪数据采集系统

文中针对铯光泵磁力仪,设计了一种基于STM32F103ZET6处理器和现场可编辑门阵列(FPGA)的数据采集系统,实现了对输出信号采集后的高精度测量,并且利用传感器实现了对铯光泵磁力仪的探头姿态检测。文中简要介绍了铯光泵磁力仪的基本原理和系统结构。重点针对数据采集系统的要求,介绍了该系统软件设计思路和具体细节。经过实验验证,系统样机基本工作状态良好,达到设计要求。     

PCB型罗氏线圈电流传感器的设计与试验研究

介绍了罗氏线圈的工作机理,根据高精度罗氏线圈设计原则,优选参数,设计了一种基于PCB骨架的罗氏线圈。制作并调试好符合要求的信号检测电路,其按顺序依次为放大、积分、滤波环节。当被测电流大小在0~600A范围内变化时,对PCB型罗氏线圈电流传感器进行了试验验证。结果表明:该传感器线性度好,灵敏度高,能达到2.2353m V/A,输入、输出信号准确,可满足测量要求。     

微纳米级差压式气针传感器的研制

提出一种基于差压式气路的微纳米级分辨力气针传感器的设计和工作原理,并对其静态特性进行了理论分析和实验研究.分析出不同输入压力、不同主喷嘴和测量喷嘴孔径对传感器灵敏度和线性范围的影响大小,从而可获得高灵敏度和大线性范围气针传感器的各参数值.该传感器的测量范围为80 μm,分辨力为0.01 μm,测量不确定度小于0.3 μm,适合于高精度微纳米级非接触尺寸测量场合.本文研究内容可以为高精度气动传感器的设计提供理论和实验依据.     

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器设计

电流互感器作为一次侧电流的常用计量设备之一,它在电力系统的交流电测量、继电保护、电力设备检修控制等相关领域均具有十分重要的地位。针对传统电流互感器存在的线性度低、抗干扰能力差及精度低等问题,尤其在工频小电流精确测量这一难题方面更是捉襟见肘。鉴于此,本文提出一种基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器。该互感器利用电流经过电阻所产生的焦耳热改变光纤中的光信号特征,从而引起马赫-曾德干涉仪的输出信号变化,然后通过光电探测器完成对干涉仪的光信号捕捉,并将其转换为电信号输出,完成工频小电流检测。结构上通过采用PCB型罗氏线圈作为感应取电装置,并利用MATLAB完成其动态响应分析。另外针对信号采集、传输、处理过程中所出现的噪声信号,设计了基于FPGA技术的信号处理系统,以提高信噪比。最后通过实验对工频小电流进行测量,线性度为0.996 1,检测精度可达到0.14%。实验结果表明提出的光纤电流互感器相较于传统光学电流互感器相比,具有更高的线性度和测量精度,为基于热效应的电流互感器发展提供了新的思路,也为工频小电流的测量提供了一种新的方法。     

泄漏电流测量用高精度电磁式微电流传感器的研制

普通小电流传感器由于测量精度较低,难以实现μA级泄漏电流的精确测量。基于电磁感应原理研制了一种用于在线监测泄漏电流的高精度微电流传感器,并通过微弱信号调理电路增强测量抗干扰性。基于LabVIEW的误差测量结果表明,电流传感器测量下限可达到20μA,比差准确度达到0.5级。实验证明,该传感器可以准确地测量μA级泄漏电流。     

红外线温度传感器的设计与实现

本文介绍了一种新型的红外线温度传感器的测量原理．设计制作和实验结果。其基本机构是利用高糈度红外位移传感器测量随温度的变化热膨胀系数较大的有机玻璃长度．我们通过运用灵敏度为0．001℃的高精度石英温度计对其校准．这种仪器的温度测量精度可以达到℃数量级，比较市场上现有的温度传感器，其灵敏度和线性度都有较大的优势，具有广泛的应用前景。     

磁悬浮分子泵用Hartley涡流传感器

工业领域的磁悬浮分子泵用位移传感器除了要具有良好的静态特性外,还应具有高动态响应特性,同时其体积大小还影响着磁悬浮分子泵的抽速、真空度和压缩比。针对高真空磁悬浮分子泵,提出了一种基于Hartley原理的电涡流位移传感器设计方法,将传感器对称探头接入同一振荡电路作为工作电感。对传感器的动态特性进行了分析,并提出了对其动态响应特性在不影响灵敏度和线性度等静态性能的情况下进行补偿的方法。实验结果表明,在-0.4~0.4mm内,传感器的线性度为±1.17%,灵敏度为9.901mV/μm,分辨率为0.25%,动态响应带宽达到了10.2kHz,两径向四路位移信号测量集成电路板体积仅为π×4~2 cm~2,大大减小了传感器体积,满足了磁悬浮分子泵面向更高抽速和更高真空度的发展需求。     

基于非晶带GMI效应新型弱磁场传感器

利用退火处理后的Co66.3Fe3.7Si12B18非晶带作为敏感元件,研制出一种基于非晶带GMI效应的弱磁场传感器。分析了传感器的工作原理,设计了该传感器的信号处理电路,并对传感器的测量范围、线性度等性能进行了标定。传感器可应用于地球磁场、环境磁场等微弱磁场检测领域。     

基于原子体系的量子惯性传感器研究现状

惯性传感器的性能直接决定了惯性导航系统的精度。基于原子体系的量子惯性传感器有望在更小体积和更低成本下达到传统惯性传感器的性能,且理论上可以获得比现有技术更高的测量灵敏度和长期稳定性。近些年随着量子精密测量领域的快速发展,量子惯性传感器的实用化和工程化方面研究进展显著,未来通过替代传统加速度计和陀螺仪,有可能形成高度集成、低功耗和低漂移的量子惯性导航系统。文章简要介绍了基于原子体系的量子惯性传感器的基本原理,总结了以原子干涉陀螺仪、原子自旋陀螺仪、原子干涉加速度计、原子干涉重力仪和重力梯度仪为主的量子惯性传感器研究现状,并对有待解决的关键技术问题进行了梳理和分析,可为量子惯性传感器的发展提供参考。     

SERF原子磁强计自适应参数标定方法研究

由于串扰、AC-Stark效应等因素的影响,导致SERF原子磁强计的空间位置(三维坐标以及灵敏轴指向)以及增益系数发生偏差,直接影响磁源定位的精度。针对以上问题,提出了一种自适应的SERF原子磁强计参数标定方法。基于磁偶极子模型设计了标定装置,装置由24个精密加工的圆线圈组成,用来施加标定磁源。提出了一种改进的自适应精英遗传算法,以同时标定磁强计的相关参数。实验结果表明,算法拟合得到的实际磁场曲线和理论磁场曲线之间的平均相关系数为99.55%,x轴坐标值漂移最明显,平均绝对偏差为2.63 mm,灵敏轴的平均绝对偏差为8.21°,这意味着在磁源定位前,需要对传感器参数进行准确测量。提出的标定方法对于提高磁源定位精度具有一定的参考意义。     

电涡流传感器性能优化关键技术

电涡流传感器因具备无损检测、非接触测量等优异特性,广泛应用于工业生产等各领域中的微量位移测量、导电介质缺陷检测以及设备运行状态监测。然而,受限于线圈结构参数优化、检测电路创新设计和测量误差动态补偿等技术瓶颈,现有电涡流传感器普遍存在灵敏度欠佳、线性度不足、突变温度场下检测精度亟待提升等突出局限,直接制约着其在各类极限环境下高精度检测领域的推广应用。为此,在深入剖析和系统总结国内外电涡流传感器研究与应用现状的基础上,聚焦线圈结构、检测电路以及误差补偿方法,重点探讨了优化其核心性能的基本原理与关键技术,并对相关研究的发展趋势进行了初步构想与展望,以期为多维度提升传感器性能、根源促进其发展应用提供有效借鉴。     

K原子磁力仪的发展

评述了近十几年来K原子磁力仪的研究进展,介绍了K原子磁力仪的工作原理、优缺点,以及相关的应用。提出了一种新型的脑磁图检测装置以及一种全新的基于K原子磁力仪的脑磁场检测方法。最后,在综述K原子磁力仪的基础上,对其应用前景进行了展望。     

变耦型时栅位移传感器理论模型与误差研究

针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。     

基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

类磁栅液压缸位移传感器工作机理及仿真分析

由于类磁栅液压缸位移传感器在定量分析困难及测量精度不高等方面的不足, 使其独特的结构优势无法得到充分发挥。在充分分析其结构的基础上, 利用电磁场相关理论, 采用分子电流假说建立了永磁体数学模型, 通过Ansoft Maxwell软件对所求模型进行仿真并验证了所求模型的准确性。详细介绍两种磁敏感元件的工作原理和响应模型, 依托对敏感元件响应模型本身及工作过程仿真数据的分析, 得到霍尔元件更适合作为传感器的敏感元件及类磁栅液压缸位移传感器的测量精度与永磁体表面形状等几何尺寸密切相关等结论, 为该传感器高精度测量提供理论支撑。     

基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器复用系统

提出一种基于虚拟仪器的光纤MEMS法-珀压力传感器的空分复用系统,实现了多个光纤F-P传感器的准分布式实时测量。利用虚拟仪器技术,对传感器的反射信号进行采集和相应的处理,从而解调出传感器所受到的压力。传感器的反射信号以及所受压力值都能在图形界面上实时显示并保存。实验结果表明,该系统具有良好的线性、灵敏度和精度,复用能力强,能实现压力的准分布式测量,操作方便,响应速度快。