光纤传感器的神经网络光强补偿及非线性校正

为实现光纤位移传感器的光强补偿及非线性校正,确立并构造了两输入单输出的BP神经网络。讨论了基于L-M优化算法的BP网络的优点,说明了神经网络的权值修正方法及网络的具体训练步骤,阐明了用神经网络实现光纤位移传感器光强波动补偿及传感器非线性校正的原理。最后使用Matlab实现了神经网络,并将该网络应用于实际测量,结果表明该网络很好地实现了传感器的光强补偿及非线性校正。     

偏振光位移传感器原理与方法研究

本文提出了基于马吕斯定律的偏振光直线位移传感器。对其检测原理与方法以及各主要构成环节进行了讨论。给出了使角度差与直线位移成正比的“同速差动”结构。介绍了消除光学系统非线性的线性化电路方案。此传感器具有光机电结合、量程大、灵敏度高、非接触传感等特点,为直线位移测量提供了新的方法与手段。     

非接触型磁力压电式位移传感器的研究与应用

针对特殊、恶劣且具有高精度测量要求的工作环境,在磁体同极排斥和压电效应相结合的工作原理下,研发了非接触型磁力压电式位移传感器。确定了该位移传感器的总原理方案,并完成了机械结构和电路的设计。在中型卡车上架设实验平台,通过对理论值进行一元非线性回归分析,拟合出了传感器的标定曲线,在此基础上进行多次实验,检测相对误差小于0.5%。实验表明该传感器实现了特殊环境下位移的高精度测量,满足工业使用要求。     

Matlab6.5在智能传感器非线性校正中的应用

智能传感器系统中,输入—输出特性经常呈现非线性,曲线拟合法是非线性校正技术常用的方法,但是数据处理繁琐。应用Matlab软件处理数据,则语句简单、易读、运算效率极高。文章以Hull-Allen结构光纤位移传感器为例,说明Matlab6.5在智能传感器非线性校正中的具体应用。     

一种基于磁光效应原理的智能化电流传感器

本文提出了一种利用磁光效应原理进行工作的新型光纤大电流传感器,它具有很强的电气绝缘和抗电磁辐射干扰能力,结构简单,量程大,适用于高压电网的工频大电流测量.本文主要介绍了传感器的检测原理、方法和系统结构,并探讨了温度补偿、非线性校正等方面的问题.     

等效非线性阻尼控制的准零刚度振动传感系统

为准确测量移动平台的绝对振动位移并进一步扩展测量频带,采用等效非线性阻尼控制方法设计了一种准零刚度（QZS）传感器。为使QZS传感器具有准零刚度特性,建立了传感器的动力学模型,并对其结构和静态特性进行分析;讨论了在不同预压缩量下传感器的幅频特性和相频特性,分析了不同等效非线性阻尼和激励对测量信号的精度影响。结果表明,等效非线性阻尼控制有效拓宽了准零刚度传感器系统的测量频带范围,该系统能够精确测量移动平台的绝对位移,满足工程实践要求。     

基于反拟合法的电容称重传感器非线性校正

本文针对电容称重传感器电容检测电路的输出电压值与载荷质量之间的非线性特性,在测试系统中增加了非线性校正环节,利用多项式拟合法,求取传感器反非线性特性,进行曲线拟合实现非线性校正,并给出逼近多项式系数的最小二乘求解方法。实际应用表明,其测量载荷的精度可以达到要求,非线性校正效果明显,具有良好的应用和推广价值。     

齿轮表面倾斜对测量精度的影响及校正

为了满足应用激光位移传感器进行位移测量时的精度要求,分析了齿轮表面倾斜对激光位移传感器测量精度的影响。根据探测器信噪比与输出灰度值成正比,提出了光斑分布非线性加权和线性插值联合的重心校正算法,使高灰度值像素在光斑重心定位的贡献总体增大,其增长规律具有非线性特征。经量块组合实验表明:当物面粗糙度Ra小于0.4μm时,本校正法相对于传统的灰度重心算法,在物面倾斜角小于35°时位移测量精度能提高40%以上,在物面倾斜角为47°~75°时位移测量精度能提高30%以上,有效地减小了物面倾斜引起的位移检测误差。     

电涡流传感器动态响应特性研究

为了提高磁悬浮轴承高频电主轴控制系统中电涡流传感器的动态响应特性,针对恒频调幅式电涡流位移振动传感器,分析了电涡流传感器的基本结构和工作原理,建立了电涡流传感器检测电路数学模型,分析了电涡流传感器动态响应特性与检测线圈谐振回路品质因数 Ｑ 的关系,提出了对电涡流传感器动态响应特性在不影响灵敏度和线性测量范围的情况下进行线性校正的方法,从而使电涡流传感器幅频响应带宽提高一倍甚至几倍以上,相位角的滞后量也可以大大减小,充分满足了对磁悬浮轴承高速转子进行位移和振动的非接触性监测的需要。     

压电陶瓷管的微位移测量与非线性校正

为了对原子力显微镜(AFM)中压电陶瓷管扫描位移进行非线性校正,提出了一种微位移测量与校正的简易方法.采用涡流位移传感器测量微位移,将其放大100倍以提高检测灵敏度;得到了压电陶瓷管的位移-电压曲线,其最高位移分辨率计算值为0.4 nm.根据AFM中压电陶瓷管的工作特点,确定扫描范围下测量得到的位移-电压关系,通过对等间隔像素点施加对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正,依据像素点精度要求通过插值算法获得控制电压序列.系统采用LabVIEW虚拟仪器技术,校正后压电陶瓷管最大位移滞回偏差从10.1%降为0.4%.实验表明:扫描频率和扫描像素分辨率调节方便,同时校正算法复杂度也有所降低.     

一种新型滚动轴承表面形貌测量仪

介绍了一种新型的滚动轴承表面形貌测量仪,它采用一种全新的能越过陡峭表面的二维位移传感器和垂直扫描三维工作台组成一个闭环控制系统,将传统的触针移动扫描方式改变为工作台移动扫描方式。在测量工件时,二维位移传感器的测量杠杆总是不断地回到平衡位置,因此即使增大量程,由杠杆转动所引起的测量非线性误差也非常小。该仪器不仅可进行二维轮廓测量,还可进行三维形貌测量,具有大量程、高精度、小测量力和更多测量参数等特点。     

Development of an air servo displacement sensor

This paper introduces a new type of displacement sensor called an “air servo displacement sensor.” The sensor’s piston automatically follows a measured object using a pneumatic servomechanism with a nozzle-flapper that acts as a detecting device. Because the piston is supported by an aerostatic bearing, it experiences almost no friction. An optical linear scale mounted on the piston is used to measure the displacement of the measured object because the gap between the nozzle and the measured object is maintained at a constant level. As a result, this new sensor can successfully perform non-contact displacement measurements over a much longer measuring range, when compared to the traditional air micrometer. The optimal parameters for the sensor structure were obtained using simulations and experiments. Performance accuracy tests with a micrometer showed a repeatability error below ±0.5 μm and a linearity error below ±2 μm, with a measuring range beyond 10 mm. It has been verified that that the sensor exhibits a sufficient level of accuracy for the operational requirements.     

单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器

在双排结构纳米时栅位移传感器的研究基础上,提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号,解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题;采用差动感应极片来拾取信号,可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试,最终在200 mm的量程范围内取得了±150 nm的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器,这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高,并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程,因此在产品化的过程中更具有应用前景。     

光强正交调制型位移传感器的数学模型与误差分析

针对传统光学位移测量方法对环境要求高和制造精度难以提高等问题,提出了一种以交变光场为测量媒介的新型线性位移检测方法。基于提出的方法,设计了一种光强正交调制型位移传感器。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号,通过对行波信号时间先后的测量实现空间位移的测量。为了深入理解传感器的传感机理,推导了传感器的测量模型,分析了与传感机理相关的关键因素对测量误差的影响。根据测量原理和测量模型的理论分析,研制出传感器原理样机,通过实验测试了各种关键因素对测量误差的影响,并进一步优化设计了传感器结构与参数。实验显示,优化后的传感器在108mm测量范围内的测量精度达到±0.5μm,是一种新的无需精细刻划的位移检测方案。     

New approach for examination of the displacement sensor characteristics

An unconventional low-cost method for determining characteristics of sensors measuring displacements is presented. The method does not require any length reference instruments. It is based on examination of the harmonic contents in the sensor output signal when the measured signal is a regular sinusoidal wave. The generator of the input signal consists of an element that has a precisely round cross-section profile (e.g. an accurately manufactured shaft) eccentric to the axis of rotation and of a plunger with rectilinear tip. The eccentricity of the round element should be slightly smaller than half of the sensor measuring range. During rotation the element causes periodical sinusoidal displacements of the plunger. Coefficients of an algebraic polynomial that approximates the sensor’s characteristics are connected with harmonics of the output signal and they can be calculated on the grounds of equations presented in the paper. It allows numerical compensation of the sensor’s non-linearity.     

滑动式光纤布拉格光栅位移传感器

为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的传力介质弹性系数易改变、滑块易产生偏移等对测量精度的不利影响,提出了一种滑动式位移传感器。楔形滑块的滑动面和限制面的采样互相垂直、等强度梁的变截面和一体化、滑动面圆弧化等特殊设计,使传感器具有抗滑动干扰性、梁挠位移测量的高灵敏性、长期往复测量的耐磨性等优点。阐述了传感器测量原理,加工制造了传感器原型,并开展了全面的性能测试。测试结果和误差分析表明:传感器在0~100mm的量程中,灵敏度为20.11pm/mm,精度达到0.099 5%F.S,具备良好的微位移测量能力;重复性误差和迟滞误差分别仅为0.705%和0.403%,且抗蠕变性能良好,可满足机械装备、土木工程等重大设施的结构健康监测对位移、变形测量的精度和长期稳定性要求。     

A displacement sensor combining cavity tuning of a laser with a piezoelectric transducer's subdivision technique for a bidirectional sampling on the rising and falling flanks

A displacement sensor combining cavity tuning of a laser with a piezoelectric transducer's subdivision technique is presented. Because of the low gain, the measuring range of the displacement sensor based on the orthogonally polarized dual-frequency He-Ne laser at 633 nm is limited. The gain coefficient is proportional to the cube of the wavelength, so the He-Ne laser at 1.15 μm is adopted in research. A subdivision technique using a piezoelectric transducer enhances the resolution and the bidirectional sampling of the actuated voltage on its rising and falling flanks effectively amends the hysteresis and nonlinearity effect. The displacement sensor achieves the resolution of 10 nm in the range of 100 mm.     

激光三角法扫描测头特性的研究

在分析了激光三角法位移测量原理的基础上,以ＩＢ－１２型激光三角法位移传感器为实例,研究了激光三角法位移传感器的使用特性,补偿非线性误差、倾斜角误差,提高了测量精度,使其能够作为非接触式扫描测头用在三坐标测量机上,完成空间自由曲面的非接触扫描测量。     

一种新型电感式位移传感器

提出一种结构简单轻巧，驱动及测量电路简单,性能较好的新型电感式位移传感器，可用于机械直线位移及位置的测量，给出了传感器的结构和测量电路的原理图，对工作原理进行了分析，并讨论了温度补偿的方法，该传感器已应用于高档轿车的电子无级变速系统中，使用效果令人满意。