光纤光栅在结构健康监测中的误差分析

光纤光栅传感器已广泛应用在土木结构的应变测量中,但测量的误差是必然存在的。本文研究了传感器在安装过程中产生的误差、光纤信号在传输过程中的损失产生的误差以及温度产生的误差等因素对测量数据的影响程度。结果表明:焊接位置偏差带来的误差较大,同时温度场偏差也是影响应变测量误差的主要因素,必须进行温度补偿,在温度补偿时温度场的选取要保证温度与应变传感器所处温度场一致,当应变和温度变化不是太大时,交叉灵敏度所引起的相对温度和应变误差可以忽略。     

FBG传感器应变监测温度效应分析

光纤Bragg光栅(FBG)在土木工程健康监测中得到广泛应用。依据光纤光栅Bragg方程,从理论上分析了光纤光栅应变和温度传感的工作原理,阐述了光纤光栅应变和温度双参量共同作用时引起交叉敏感的物理机理;并结合济南奥体中心体育馆钢结构健康监测中应变监测的相关数据,分析了温度效应对应变测量的影响。结果表明:在应变测量中,温度场偏差是影响应变测量误差的主要因素,温度补偿时温度场的选取要保证温度与应变传感器所处温度场一致,一阶温度灵敏度系数对Bragg中心波长漂移的影响几乎是应变灵敏度系数的10倍;但应变和温度的交叉敏感效应及其二阶项效应的影响一般可以忽略。     

同时测量折射率和温度的光纤传感器

为了实现折射率（RI）和温度的同时测量, 提出了一种双长周期光纤光栅(LPG)结构的光纤传感器. 该传感器由两段LPG组成, 两段LPG所激发的包层模阶数不同, 且两段LPG的包层直径也不同. 理论分析了该传感器实现折射率和温度同时测量的原理, 两段LPG对折射率具有较大差异的灵敏度, 而温度灵敏度也略有不同, 利用灵敏度矩阵可以同时得到折射率和温度的变化. 实验中, 采用两个不同的周期使得两个LPG分别激发不同阶的包层模, 利用化学腐蚀方法使激发高阶模的LPG包层直径减小, 利用不同折射率的液体作为样本进行实验测量. 实验结果表明, 该传感器能实现折射率和温度的同时测量, 并具有高灵敏度和好的线性度.     

应用Origin软件研究非平衡电桥实验

用非平衡电压电桥测量在不同比率k值下Cu50电阻随温度变化关系.利用Origin软件,从不同角度研究非平衡电压电桥的特性,实验结果和理论值一致,k值越大,非线性误差越小,电桥灵敏度越低.     

具有温度补偿的高精度单参量光纤传感器理论分析

分析了几种具有温度补偿的光纤应变传感器测量应变的误差来源及缺点,由此加以推广,提出了具有温度补偿的高精度单参量光纤传感器的思想,根据椭圆纤芯离双折射光纤的温度,应变,径向压力,静水压力的灵敏度公式和双折射与波长的关系曲线,从理论上证明了具有温度补偿,结构简单,高精度的光纤应变,压力传感器的可行性,并对其优点进行了讨论。     

“DWY-1多点温度-应变智能测试仪”研制成功

我校电子机械系曾余庚副教授主持研制的“DWY-1多点温度-应变智能测试仪”是一部高性能的多功能电子测量仪器,能测量单点温度、温度场、应变场,也可同时测量温度和应变,而且可用于现场监视,并推广到报警系统或微弱电压测量等领域。它充分发挥了计算机的特点,用软件替代了一些难以实现的硬件,使仪器灵敏度高、测速快、可靠性     

基于Mach-Zehnder干涉仪的温度与位移传感器的传感特性

基于Mach-Zehnder干涉仪光纤温度与位移传感器的理论、方案和相关技术,利用光谱漂移直接测量的信号检测方法,实现了温度和位移的传感.实验结果表明:温度传感器其传感臂的有效长度大于0.49 cm时,灵敏度随传感臂在温度场中长度的增加而增加,且二者具有很好的线性关系.在位移传感器的传感测量中,灵敏度与传感臂有效长度有线性变化关系,在有效归一化位移量大于a.u./6.5时,其灵敏度达到饱和.     

一种红外测温的误差建模与补偿方法

为了降低红外相机测量目标温度时观测距离导致的测温误差,本文研究了红外相机测量结果距离补偿方法,测量了不同观测距离下黑体的温度值.通过指数模型、高次曲线模型、分段二次曲线模型构建测量模型,对不同模型进行误差补偿,通过对比多项式和指数拟合函数的相关系数,提出了温度-距离的分段二次曲线分布模型.实验结果表明:红外热像仪的测温...     

基于虚拟仪器技术的轮荷测量仪电测系统开发

依据电阻应变测量原理,应用机电一体化技术,开发测量汽车轮荷的测量仪电测系统.该系统由数采硬件电路和上位机车辆轮荷测量系统软件组成.应变传感器测得的电压信号,先后经过调理电路、A/D转换电路和光电隔离电路,传输给MCU.通过串口通信协议,MCU与上位机轮荷测量系统间进行指令和数据的传输,数据经过存储和运算处理后,通过上位机系统面板把轮荷值传达给用户,并将结果储存到PC机中.采用砝码加载,在可倾斜卡具上对测量仪进行了实验标定.根据实验数据算得测量仪的非线性误差为±0.72%,重复性误差为±1.37%,迟滞性误差为±1.47%,灵敏度误差为±1.67%,最终得到综合误差为±2.71%,满足轮荷测量仪预期设计的测量精度和功能要求.     

矩阵条件数应用于FBG传感器多参数测量研究

建立并确定了基于FBG传感器多参数同时测量系统数学模型,提出用矩阵条件数结合测量公式导出矩阵条件数与温度、压力测量公式间的矩阵的关系式,利用该关系式可以去除病态矩阵参数并可以找出最佳镀层材料及厚度以此来提高FBG传感器的测量精度.实验表明,当镀有不同厚度铜,且r2≤0.4mm时FBG测量温度和压力都具有较高的灵敏度.     

Orthogonality of inductosyn angle-measuring system error and error-separating technology

0　INTRODUCTIONRoundinductosynhasadvantagesofhighprecision ,goodreliabilityandassemblingconveniently[1,2 ] .Itsangle measuringerrorsincludemainlythefirst orderlong period(36 0°)harmonicerror ,thesecond orderlong periodhar monicerror,thefirst ordershort periodharmonicerrorandthesecond ordershort periodharmonicerror .Aimingata36 0 poleroundinductosyn[4 ] ,Ref.[5 ]putsforwardamethodofhardwarecompensationforthefirst ordershort periodharmonicerrorandthesecond ordershort periodharmonicerror.T…     

梳状音叉MEMS陀螺非随机误差分析

研究了一种典型结构的梳状音叉MEMS陀螺的非随机性误差特性。综合考虑梳状音叉MEMS陀螺质心偏移、硅的非等弹性等因素,分析该陀螺中的非随机性干扰力矩;从二阶欠阻尼控制系统的角度,讨论了干扰力矩在陀螺内调制、解调环节下对输出的影响;推导出开环灵敏度随温度、比力和角速度的变化关系。在一定近似条件下,得到梳状音叉MEMS陀螺非随机性误差模型的形式。     

基于特殊悬臂梁的光纤Bragg光栅应力传感器

分析了悬臂梁的结构特性及引起Bragg反射中心波长变化的基本原理,设计了具有不同区域应力灵敏度的悬臂梁。利用悬臂梁不同区域光纤Bragg光栅(FBG)的Bragg反射中心波长差实现了一种简单方便的增敏方案。该方案利用这种特殊悬臂梁的自身结构可使测试灵敏度提高将近一倍,而且成功地解决了温度应力交叉敏感的测量难题,消除了温度变化引起的应力测量误差,实现了利用光纤Bragg光栅对应力单参量的测量。     

基于蒙特卡洛模拟的机床关键几何误差溯源方法

为了溯源对加工误差影响最大的机床几何误差,提出了一种基于蒙特卡洛模拟的灵敏度分析方法.运用多体系统理论建立五坐标龙门加工中心加工误差生成模型,并建立了S形样件的直纹面数学模型.推导刀具轨迹到切削点的映射关系,建立了切削曲面模型.根据蒙特卡洛模拟采样机理,对机床加工误差模型进行全局灵敏度分析,获得影响机床加工误差的关键几何误差参数.按照灵敏度分析结果排序,获得影响z向加工误差最大的5项几何误差参数为δ_z(x)、δ_z(y)、δ_z(z)、δ_z(c)、δ_z(b).实验结果表明:5项关键误差参数共同作用对分析区域平均z向加工误差的影响度达88.2%,5项误差参数对机床z向加工误差影响最大,可以为提高五坐标机床的加工精度和设计精度提供指导.     

Strain rate sensitivity of tensile properties in high Nb containing TiAl alloys

The effect of strain rate on the yield strength of high Nb containing TiAl alloy was studied. The results show that the strain rate sensitivity varies with the test temperature, and the yield strength is not sensitive to the strain rate at room temperature but significantly sensitive to the strain rate at high temperature. An increase of the strain rate or a decrease of the temperature results in an obvious change of fracture mode. It is found that the strain rate sensitivity of this alloy varying with temperature is due to the dislocation climb generated at high temperature.     

Cross-coupled controller design for triaxial motion systems based on second-order contour error estimation

The cross-coupled control(CCC)is widely applied to reduce contour errors in contour-following applications.In such situation,the contour error estimation plays an important role.Traditionally,the linear or second-order estimation approach is adopted for biaxial motion systems,whereas only linear approach is available for triaxial systems.In this paper,the second-order contour error estimation,which was presented in our previous work,is utilized to determine the variable CCC gains for motion control systems with three axes.An integrated stable motion control strategy,which combines the feedforward,feedback and CCC controllers,is developed for multiaxis CNC systems.Experimental results on a triaxial platform indicate that the CCC scheme based on the second-order estimation,compared with that based on the linear one,significantly reduces the contour error even in the conditions of high tracking feedrate and small radius of curvature.     

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。     

Interpolation-based contour error estimation and component-based contouring control for five-axis CNC machine tools

High accuracy contour error estimation and direct contour error control are two major approaches to reduce the contour error. However, two key factors make them complex for five-axis machine tools: the nonlinear kinematics and the coupling between the tool position and orientation. In this study, by finding the reference point nearest to the current actual position, and interpolating the point with two neighboring reference points and using the distance ratio, a new contour error estimation method for five-axis machine tools is proposed, which guarantees high accuracy while depending on only the reference points. By adding a weighted contour error on the tracking error in the workpiece coordinate system, and specifying a desired second-order error dynamics based on the error variable, an effective contouring control method is proposed, which can alleviate the problem: when the contour error components are introduced into the controller, the contour errors increase instead in some regions of the tracking trajectory. A series of experiments are performed on a tilting-rotary-table (TRT) type five-axis machine tool. The results reveal that the proposed estimation method has high accuracy, and compared with the case without contour error control, the proposed control approach can reduce the contour error along the whole trajectory.     

无人机皮托-静压管测风误差分析

空中三维风速的测量一直是试验靶场气象测量中的一个重点和难点。在分析现有测风方法的基础上,探讨了无人机(unmannedautomaticvehicle,UAV)皮托 静压管(Pitot statictube)测风方法的误差。该方法是通过将测量的静动压转化为空速,再根据风速、空速和航速之间的矢量关系解算风速。在风速测量的诸多误差中,空速的测量误差是主要因素。应用空速误差模型,采用仿真方法研究了误差敏感度,确定静压误差是空速误差的主要来源;在分析静压误差来源的基础上,给出了工程设计中减小误差的建议,对测风设备的研制具有指导意义。     

一类摩擦非线性系统的PID控制和摩擦补偿控制的实验比较研究

研究一类高度非线性摩擦特性影响下的控制系统的定位控制问题 .针对负载扭矩变化而造成摩擦特性的变化 ,采用PID控制和摩擦补偿控制对阀控液压马达控制系统的定位控制进行实验对比分析 .实验结果表明 ,常规比例控制由于受摩擦的影响产生较大的稳态误差 ,而积分控制的引入可减小稳态误差 ,但却引起系统产生极限环振荡和较长的调节时间 ;简单的定摩擦补偿在恒定的负载扭矩下可以有效地减小稳态误差 ,但是当负载扭矩大范围变化时 ,稳态定位精度将大大降低 ;基于误差和误差变化的动态摩擦补偿 ,在负载扭矩大范围变化的条件下均获得了高精度的定位控制 .