光栅信号补偿及软件细分算法研究

光栅线性位移传感器作为精密测量的研究对象,其对栅距细分提高分辨率的研究具有重要地位。根据光栅信号的数学模型,提出了基于离散傅里叶变换预处理和最小二乘法椭圆拟合并根据输出信号各误差依次补偿的组合方法。对补偿后的信号提出了一种线性化处理的软件细分方法,该细分方法可以实现16倍的栅距细分。利用MATLAB软件对光栅信号的补偿算法和细分算法进行了仿真,验证了所提出算法的可行性。     

光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究

针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题,提出基于坐标旋转数字式计算机算法(CORDIC)的正交误差实时补偿方法。针对CORDIC算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题,引入向量模式双迭代方法抑制CORDIC算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差,并结合局部查表法消除信号峰值区间的角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构3个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差角度的实时补偿,采用CORDIC算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号,实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以FPGA为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果,实验表明信号在正交误差[1°,10°]时,相位检测误差在±0.04°以内;信号在不同频率不同相位差时,补偿后其相位最大误差在±1°以内,平均误差在±0.1°以内,均方差在0.5°以内,证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。     

钢圈反射式光栅信号的补偿

为了提高钢圈反射式光栅的测量精度,设计了光栅信号补偿系统,分别对光栅信号的幅值、直流电平和相位进行了补偿,补偿后两路光栅信号的正交性得到了改善.首先,根据钢圈反射式光栅提取信号的方式建立光栅信号电子学处理系统.然后,分别从幅值、直流电平和相位等3方面提出系统的补偿算法.以8 192 lp/mm的钢圈反射式光栅为平台,以...     

温度和应力迟滞自补偿型光纤光栅传感器的研究

采用四对称悬臂梁与光纤布拉格光栅传感机构的组合设计，将2个相同反射波长的光纤光栅对称粘接于悬臂梁的上下表面，组成光栅串，实现对外压力的双光栅波长差的调谐方法。研究结果表明，该系统能自补偿光纤光栅压力传感系统的弹性迟滞影响，还能自补偿温度对光纤光栅压力传感的影响，解决了光纤光栅对压力和温度交叉敏感的问题，改善了传感系统的线性特性和重复性。在0～6MPa的测压范围内，双峰波长差的调谐范围为0—6．6nm，压力调谐双峰波长差的灵敏度可达1．12nm／MPa，在15—110℃测温范围内，温度调谐双峰波长的灵敏度可达0．028nm／℃。     

电容称重传感器的迟滞性补偿

针对电容称重传感器存在的迟滞现象,提出了一种基于计算机的数字补偿方法。通过实验记录传感器的特性曲线,对在不同加载情况下的迟滞特性进行数学抽象和建模,给出了传感器典型曲线的拟合公式。提出了对迟滞现象进行处理的综合补偿算法,并给出了算法实现的流程图。试验结果表明：利用综合补偿算法的电容称重传感器的测量准确度有较大的提高。     

基于构造绝对值三角函数的光栅信号细分

为了进一步提高光栅传感器的测量精度,需要对信号进行细分,但光栅莫尔信号的细分精度取决于信号的质量。本文利用归一化并结合CORDIC的方法补偿了直流、幅值、相位等误差,利用补偿后的信号构造绝对值三角函数,实现一个完整周期信号的16倍细分,并通过MATLAB进行了仿真,验证了该方法的可行性。     

一种可弥补信号缺陷的细分方法

由于受到光栅制造、传感器设计和调试等技术的限制,光栅传感器不可避免地存在某些缺陷,如信号幅值不稳定、信号中心电平漂移等。这些缺陷直接影响到整个光栅测量系统的精度,成为光栅测量系统最普遍存在的误差源。本文详细给出了一种新的细分方法,使用此方法可有效地消除信号幅值不稳定和信号中心电平漂移对系统精度的影响     

基于软件理论的光栅信号可逆计数技术研究

在分析计量光栅工作原理的基础上,对光栅莫尔条纹信号的可逆计数技术进行了系统分析和研究。特别对软件辨向进行了研究,提出了基于Cohen-Sutherland编码理论的区域编码软件辨向算法,并设计了光栅信号数据处理的软件流程。在万能式齿轮测量机上实际使用结果表明,该软件计数技术能大幅度提高计数准确度,转换速度快,较基于硬件的辨向速度提高1~2倍。该算法设计灵活,可适用于长光栅和圆光栅的测量系统中。     

用频率调制法高倍细分光栅信号的新方案

本方案采用光栅信号调制一高频载波，用锁相倍频器对带有光栅位置信息的已调波脉冲串进行倍频，然后在脉冲同步对顶减法器中减去载波频率的倍频，即可将得到的光栅倍频信号输入数显系统进行位置显示。本方案既可显示光栅静态位置，又可显示光栅运动的实时位置，适用于长光栅和圆光栅的信号细分。     

一种具有空间迟滞特性的等间距信号发生器

讨论了一种具有空间迟滞特性的等间距信号发生器电路的原理,并提出几种具体的设计方案。这些电路可以对传感器的位移方向进行判断,并在位移方向改变时,对等间距信号的输出加上了适当的迟滞。借助于这种电路,可以基本上克服因机械振动引起光码盘抖动失控而导致数据采集系统误动作的问题。     

一种基于信号补偿的频率测量方法

提出一种通过对被测信号脉宽进行补偿处理以提高频率测量精确度的方法。采用多路单稳态脉冲信号作为补偿信号分别对被测信号脉宽补偿,各组补偿信号脉宽均匀递增且增量总和为一个基准信号周期,选取被测信号补偿后对应的基准信号计数值跳变时刻前后相邻的2组补偿信号脉宽平均值作为理想补偿信号脉宽,最后根据补偿后被测信号和理想补偿信号脉宽获得被测信号的频率。误差分析和测量不确定度评定表明该方法测量精确度由相邻补偿信号间的脉宽增量决定。实验数据证明该方法在保证测量速度的同时有效减小了频率测量中固有的1个基准信号周期的测量误差。     

增量式光学编码器 IAS 信号误差建模及补偿

增量式光学编码器在制造与安装的过程中不可避免的会出现刻线误差和细分误差,这些误差会降低角度测量的精度并导致瞬时角速度(IAS)信号波动,研究刻线与细分误差的补偿途径有重要意义,但现有方法存在误差补偿效率低,不易现场应用等局限。针对上述问题,本文首先对增量式光学编码器的刻线误差与细分误差进行分析并建立误差模型,揭示了刻线误差、细分误差与IAS信号波动之间的联系。在此基础上提出了一种使用IAS信号对增量式光学编码器刻线与细分误差进行补偿的方法,该方法具有效率高、无需对编码器进行改装等优点。通过仿真分析对本文所建立的误差模型的正确性与误差估计方法的可行性进行了验证,并在RV传动实验台上对伺服电机末端的增量式光学编码器进行刻线与细分误差补偿,最后使用光学旋转平台对增量式光学编码器误差进行测量,通过对比分析验证了本文所提方法的有效性。     

基于迟滞比较器的条纹计数细分电路研究

为了提高基于条纹计数的位移测量在存在强振动的情况的测量精度与可靠性,提出了一种基于迟滞比较器的条纹辨向、计数与细分电路。该电路用迟滞比较器将正弦信号变换为方波信号,并为上升与下降跳变设置不同的门限电压,屏蔽信号在零点附近抖动引起的高频方波的出现。波形变换之后得到的方波由微分器与逻辑电路进行辨向产生双向计数脉冲。由于高频方波在微分之前被屏蔽,则误计数脉冲也被屏蔽。实验证明,这种电路具有很强的抗干扰能力,适用于存在振动及频繁换向情况下位移测量的条纹计数与细分。     

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。     

超磁致伸缩驱动器建模及其迟滞补偿

本文提出了用超磁致伸缩材料与压曲放大机构相结合构成微位移驱动器的方法,建立了超磁致伸缩执行器的控制系统传递函数模型。文中对所建立的系统进行了相频和幅频特性的理论分析和实验,合理地解释了此系统的迟滞曲线随输入信号频率变化的原因。为了进行迟滞非线性补偿,提出了相位补偿与迟滞逆模型相结合来补偿迟滞特性的控制方法。实验结果证明了系统理论模型的准确性和补偿控制方法的有效性。     

激光测量几何误差补偿算法

激光技术作为重要的测量手段,已经被广泛的应用到精密运动控制系统中。激光测量误差直接影响到运动控制系统的控制精度,其中阿贝与余弦误差等几何误差对激光测量精度影响显著,在精密运动控制中必须予以补偿与校正。以精密运动台多维激光测量模型为基础,介绍了阿贝与余弦误差产生原因。在不考虑激光干涉仪的加工和安装误差的情况下,推导了运动台存在倾斜角度下的阿贝与余弦误差计算模型,在此基础上给出了激光测量数据误差补偿模型,以实现测量数据的实时补偿与修正。算法已经成功应用在实例中,表明该算法的有效性与可靠性。     

粗光栅信号全数字化处理法实现高倍数细分

针对在粗光栅软件细分中的信号误差影响细分数的问题,提出了按细分的主要误差来源分类进行数字滤波和补偿的全数字化处理法,以达到粗光栅高精度测量的要求。首先对光栅测量信号进行有针对性的数字滤波,使其波形接近于理想状态。然后根据误差来源进行数字补偿,通过对软件数字细分原理的分析,推导出了原始信号不正交、幅值不等、谐波失真等误差影响细分结果的表达式,并提出了与此相对应的数字补偿方法。最后用软件细分法对测量信号进行高倍数数字细分。滤波前后波形信号的仿真比较结果验证了基于严格线性相位的FIR数字带通滤波器可以有效地屏蔽光栅信号频谱中的高低频干扰和噪声。研究结果表明,在粗光栅满足一定质量的前提下,利用全数字化处理法能够满足500细分的精度要求。     

基于Preisach模型的磁致伸缩位移传感器迟滞补偿方法

迟滞是磁致伸缩位移传感器测量误差的主要来源之一,减小迟滞可以显著提高传感器的测量精度.根据铁磁材料的磁滞特性分析了位移迟滞的形成过程.针对磁致伸缩位移传感器在短行程中仍存在较大迟滞的问题,将传感器整体视为迟滞系统并通过Preisach模型描述其输入输出关系,然后在此基础上提出了一种软件层面上的迟滞补偿方法,将迟滞曲线分...     

时栅位移传感器误差动态采样与补偿模型研究

针对现有时栅位移传感器误差补偿模型补偿效果受标定实验台速度影响的问题,提出了一种基于三次样条插值-傅里 叶谐波合成的误差补偿模型。 首先,根据时栅位移传感器多测头信号感应原理与整周误差曲线等间距周期性分布特性,分析短 周期误差受标定实验台速度影响,引入传感器等间距采样的“错位”误差,该误差将直接影响构建的短周期误差补偿模型的补 偿效果;其次,利用三次样条插值法准确定位误差采样位置,精确重构短周期误差曲线;最后,通过重构的短周期误差曲线与傅 里叶谐波补偿法建立了短周期误差补偿模型,提高了时栅位移传感器误差补偿效果。 实验结果表明,采用本补偿模型后传感器 短周期误差峰峰值降至 1. 7″;本补偿模型短周期误差补偿效果优于传统基于傅里叶谐波补偿法构建的补偿模型,标定实验台速 度为 3 r/ min 时补偿效果可提高 56. 0% ,既能满足传感器动态标定的工作效率,也能满足传感器的高精度误差标定需求。