时栅位移传感器中激励信号引入误差的分析与修正

针对在时栅位移传感器测量过程中激励信号所引入的误差问题,提出一种基于激励信号误差分析的误差模型,以及针对该误差模型的修正方法。通过对传感器感应信号进行建模分析,确定激励信号引入幅值误差、正交误差和相移误差,并分别建立3类误差模型。采用数值分析法研究3类误差的特性、来源及相互关系,基于误差之间相关性低这一特性,采用基于加窗函数的误差修正方法处理幅值误差,按误差源分步补偿正交误差,结合迭代最小二乘拟合法修正相移误差。实验结果表明:经误差修正,72对极圆型场式时栅位移传感器的整周测量误差由±119.6″降低至±1.84″,单对极范围内的测量误差由±117.7″降低至±1.54″,所提出的误差修正法可大幅度地降低测量误差,有效提高传感器的测量精度。

差动结构的平面二维时栅位移传感器

为了解决采用两套高精度一维传感、装置测量二维位移时存在的测量系统复杂、检测同步性难保证和解耦运算复杂等问题,提出了一种基于差动结构的二维感应信号直接解耦方法,用于研究一种平面线圈型二维时栅位移传感器。立足于传统电磁式时栅技术,构建了二维位移直接解耦测量模型,并设计了传感器的基本结构。利用ANSYS Maxwell建立了传感器三维结构模型并进行了电磁仿真,并对仿真结果进行误差分析和溯源。基于此研制了传感器样机并进行了实验。实验结果表明:样机在79.2 mm×79.2 mm测量范围内,X方向误差为91μm,Y方向误差为74μm,可实现二维位移同步检测和直接解耦测量,且测量系统结构简单、体积小,对研究更高性能的二维时栅具有重要参考价值。

基于μC/OS-Ⅲ和LwIP时栅位移传感器多模式网络接口设计

针对时栅位移传感器网络化通信的要求日益提高,提出了一种基于μC/OS-Ⅲ和LwIP时栅位移传感器多模式网络接口设计方案。根据时栅位移传感器的特点,该系统采用基于Cortex-M4内核的微控制器STM32F407ZGT6硬件平台,利用μC/OS-Ⅲ实时操作系统和LwIP轻量型网络协议栈的特点,选择以太网、Wi-Fi、4G作为互联网通信多模式网络接口,建立各传感器之间的联系,完成时栅位移传感器产品的后台服务终端。实验结果表明,该设计能够实现远程故障诊断和校验,提高时栅位移传感器智能化和数字化水平,促进时栅产业化。

基于组合模型的时栅信号处理系统健康状况预测

为了保障时栅传感系统稳定性、提高测量精度,提出一种基于ELMAN神经网络和灰色模型组合预测的时栅信号处理系统健康状况预测方法。采用克朗巴哈系数法分析确定激励信号幅值、相位为预测参数。基于ELMAN神经网络及灰色模型,结合加权-比例-平均思想实现了组合模型建模。根据系统运行实际,以幅值和相位的相对误差为指标,制定健康诊断标准。实验结果表明,组合模型预测结果的相对误差、预测均方差和相对系数分别为0.101 6、0.011 9和0.988 5,预测误差小、相关性高。经健康诊断标准判定,健康状况预测结果与电路实际相符。该健康状况预测方法预测精度高,且明显高于单一模型,满足提前准确获悉电路系统健康状况的要求。