柔性掌指关节运动角度光纤传感器

现阶段手部康复训练中的运动监测主要针对手肘手腕等大关节,且柔性不足,为解决难以监测手部掌指关节运动角度的问题,基于光纤的宏弯损耗原理,设计并制作了一款可穿戴掌指关节运动角度传感器。首先分析掌指关节角度测量原理,结合光纤宏弯损耗特性,制作传感硅胶模块。开展实验对传感硅胶模块进行标定与验证,制作穿戴装置形成运动角度传感器。实验结果表明该传感器的测量范围为0~80°,验证曲线的Pearson相关系数为0.9987,0~70°范围内最大测量误差为2°,测量准确度高。该传感器制作成本低,对温度不敏感,抗电磁干扰能力强,满足实际应用需求,对手部运动角度实时监测与预测和动作识别具有重要的实用价值。

提高CCD激光自准直测角精度的硬件方法

设计了一个CCD激光自准直测角系统。为提高系统的测量精度,对系统中的硬件参数进行了研究,包括小孔光阑的直径、CCD的积分时间、会聚镜头的焦距值、采集卡的亮度和对比度参数等。分别对各硬件参数进行分析,得出优化值并对系统进行了改进。对改进前后的系统进行对比实验,实验结果表明:改进后系统的测角误差由原来的5.0″提高到了1.0″,处理一帧图像的平均时间为0.417 s,满足实际要求。对CCD激光自准直测角系统中的硬件参数进行优化,可有效改善图像质量,提高系统的测量精度。

基于谐波修正法的高精度时栅位移传感器

在时栅位移传感器的研制开发过程中,为了用低精度的机械加工实现高精度的测量,提出了一种对传感器误差进行修正和补偿的方法——谐波修正法。该方法和FFT方法不同之处在于:它不是用于对测量结果事后的分析,而是用于传感器设计之前和制造之中。实践证明,此方法使用后使传感器精度得以大幅度提高,具有广泛的应用前景。

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。

时栅的波动方程分析与行波形成新方法

分析时栅位移传感器运动坐标系的产生机理。为了简化时栅结构使之更易于产品化,在分析其波动方程的基础上,明确磁行波和电行波的联系与区别,进而提出一种新的行波形成方法以及相应的机械结构,从而构成一种新形式的时栅传感器。初步的试验结果表明,传感器产生出正确的电信号,证明此方法是可行的。至此摆脱了采用传统模式的运动磁场产生方法,加工工艺大大简化。

基于偏振光的精密角度测量及传递技术

调制偏振光可作为方位信息的载体,实现方位角度信息沿角度矢量方向传递和精密测量,在精密计量、航空航天、军事、生物医药等领域具有广泛的应用前景。基于调制偏振光用于方位信息传递技术的实现原理,深入分析了磁旋光玻璃对传递和测量精度影响的作用机理,实现了优于1″的传递精度。介绍了利用调制偏振光进行三维方位信息传递以及精密角度测量系统的实现方案,并对主要的技术问题给出理论分析结果。

一种无机械连接的方位测量同步系统

介绍了一种基于偏振和磁致旋光原理的方位测量同步系统 ,该系统可用于实现两台无机械连接的仪器间高精度方位失调角测量或方位同步 ,工作距离可达 3～ 1 0 m ,工作范围达± 90°,同步标准偏差小于 3角秒 ,响应时间最大为 40 s.另外 。

无机械连接方位角测量系统中磁光调制的温度适应性研究

在无机械连接的方位角测量系统的研制中 ,通过对磁光材料的特性及磁旋光温漂的成因分析 ,采用直接读出解调和方位随动测角的方法 ,有效的降低了由Verdet常数变化引起的磁旋光漂移导致的方位失调角变化 使得系统可以在无需补偿和预热的情况下实时测量 ,方位测角精度 3δ小于 5″

圆感应同步器系统误差的动态提取与补偿

由于采用圆感应同步器的光电转台系统的精度取决于圆感应同步器的角位置测量精度,故对圆感应同步器的系统误差进行了研究。分析了圆感应同步器系统误差的产生机理;使用相关的实验装置对圆感应同步器的系统误差进行了动态的定量测量;最后,结合数据处理和误差机理,确立了圆感应同步器的动态误差模型,并结合误差模型对圆感应同步器的输出信号进行补偿。对补偿方法进行了实验验证,结果显示:实验中使用的720极12位圆感应同步器的动态角度测量精度由补偿前的11.25″提高到了1.17″,角速度估计精度由修正前的0.72(°)/s提高到了0.09(°)/s。这些结果表明提出的动态误差补偿方法能够显著提高圆感应同步器的动态测量精度,满足光电转台指向控制系统的精度要求。

计量圆光栅动态精度的检测技术

本文探讨了计量圆光栅的精度检测问题，提出了一种新的动态检测方法。它不同于目前普遍采用的标准多面棱体静态检测法，后者只能得到圆光栅静止于圆周内若干等分位置的静态误差，而前者采用频谱分析方法、借助计算机处理，实现对圆光栅动态地、连续测量，最终得到其误差函数Ｒ（θ）。本方法采用软件修正技术剔除安装偏心等系统误差，硬件系统使用了高精度的脉冲计数电路，使得检测系统的精度大为提高，并且排除了测量过程中，环境或人为因素对检测精度的影响。本文对这种光栅动态检测技术的原理及应用进行了研究。

基于双相机的计算机视觉坐标测量系统

为了解决单相机坐标测量模型中轴向定位重复性差的问题,研究正交双相机视觉坐标测量系统;系统由一支特制光靶标、两台正交放置的CCD摄像机和一台电脑组成。在单相机测量模型的基础上引入冗余算法,使得两个正交单相机系统相互补偿对方轴向测量误差,从而实现高精度的空间三维坐标测量;实验采用最简的共线三点测头模式搭建测试装置,在测量距离1500mm处各个方向分辨率优于0.2mm,与坐标测量机移动对比测量精度达到±0.15mm。

角度误差影响运动角锥棱镜反射特性的理论分析

角度误差对运动角锥棱镜反射特性有何影响 ,国内未见报导。本文根据矩阵光学理论证明了 ,角度制造误差将引起运动角锥棱镜反射光束空间方位的随机改变 ,但其改变属于高阶小量。这个结论对于将角锥棱镜作为He -Ne激光频率分裂位移传感器动镜使用 。

方波调制消除Wollaston棱镜非线性系数对空间测角的影响

建立了一种基于Wollaston棱镜偏振分束的空间测角模型。对于Wollaston棱镜出射光强对系统测角精度带来的影响做了简要的理论分析和仿真,仿真结果表明出射光强偏离马吕斯定律,出现了一定的非线性偏差,且Wollaston棱镜的非线性偏差对空间测角装置的测角精度影响很大,降低了装置的实用价值。提出了一种采用方波磁光调制提高测角精度的方法,该方法有效消除了Wollaston棱镜的非线性系数、磁光玻璃的调制度波动、电路增益差异及光强波动的影响,且该方法相对正弦磁光调制方法更容易实现。最后通过相关的对比实验,采用该方法系统在-8°^+8°范围内能够达到15″的测角精度。

基于面阵探测器的绝对轴角编码器的细分技术

为了解决码盘尺寸和分辨率之间的矛盾,提出一种基于面阵探测器的绝对式轴角编码及细分技术。该细分技术能够在不改变码盘现有编码方式的基础上提高编码器的分辨率,并且有利于码盘的安装和调节.码盘经过准直光束照明之后经过成像物镜放大,经光学放大后的码盘图像被面阵光电探测器接收,然后分别利用图像处理技术读取粗码和利用探测器像素的空间均匀性进行细分,得到由粗码和精码共同构成的角度信息.根据编码原理组建编码器系统并通过实验验证该细分技术的可行性.此外,对影响角度测量准确度的一些因素也进行了分析,分析表明,光照和对焦是2个影响测量的主要因素.实验中,系统可以将角分辨率由13位提高到18位.

塔式太阳能热发电站定日镜面形检测专用仪器的研制

对于塔式太阳能热发电系统的定日镜,其反射面法线倾角的精度是影响定日镜工作效率的主要光学因素,因此法线倾角也是面形检测的指标。据此,我们提出用基于激光束偏转法的定日镜单元面形检测方法和定日镜主镜安装误差在线检测的方法,研制了相应的检测设备和软件。检测了位于北京的1MWe太阳能塔式热发电示范电站的由55块1.8182m^2(六边形反射镜)定日镜单元组成的100m^2主镜,检测精度优于0.1m·rad。

高分辨率差线栅位移传感器研究

对提出的差线栅位移传感器进行了介绍,其发明思想来源于游标卡尺的细分原理。它利用相对运动的两套标尺刻线数之差,在相同刻线条件下,在栅线之间形成了更多的物理量变化特点,得到更多的原始脉冲信号,等效于脉冲倍频或插值,达到提高分辨率的目的。介绍了这种传感器的设计思想、工作原理、波形分析、精度分析和样机试验效果等。传统的栅线刻制时只要求均匀,而研究结果证明,差线栅刻线的粗细、稀密,差线数大小将直接影响信号的多少、大小、波形和精度,因此将对传统的栅式位移传感器技术产生重要影响。

高分辨力面阵图像式光电编码器的测角技术

为实现面阵图像式光电编码器的小型化及高分辨力,研究了面阵图像式光电编码器的码盘编码和基于图像处理技术的精码细分算法。首先根据光电编码器的性能指标要求设计相应的码盘尺寸;然后通过图像传感器采集随轴系转动的码盘图样;微处理器接收图像数据,通过图形识别算法得到粗码角度,并采用改进的基准线质心算法,计算亚像素级的精码角度信息。最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据。实验结果表明,设计码盘直径为45 mm的面阵图像式光电编码器,在不配备光学镜头的前提下,采用研究的精码细分技术,可实现4 096份细分,测角分辨力达到5″,角度误差峰峰值为61″。该面阵图像式光电编码器和精码细分技术可以提高编码器的分辨力,缩小编码器体积,减轻重量。适用于航空航天领域对小型化光电编码器的需求。

航空透明件光学角偏差测试仪的光学系统设计

光学角偏差为航空透明件的一个最重要光学性能指标。介绍了一种航空透明件光学角偏差测试仪,其光学系统采用LED光源、双光路、千兆网面阵相机等技术,实现了光学角偏差自动检测,并增加了分辨率检测功能。光斑位置检测为角偏差测试中的关键技术,其判断精度直接决定了仪器的精度。在模板匹配算法的基础上提出了一种新的检测光斑位置的亚像素算法,提高了仪器的测量精度。仪器的角偏差测量范围为±42.6′,测量的绝对误差≤±7″。

小角度测量的光学方法

光学方法是一种精确测量小角度的主要方法和重要手段.通过综述光学自准直法、内反射法、激光干涉法和环形激光法等测角方法的测量原理,给出典型实验装置,比较了各种方法的优缺点,并对它们的使用场合进行了探讨.

利用新型偏振器件实现方位角测量

为了实现偏振光信号发生单元起偏器光轴方位角的精确测量,介绍了一种采用磁光调制技术与利用直角棱镜和自准直仪来引出光轴方位角的装置及其工作原理,并指出采用普通检偏棱镜时存在的问题。为解决该问题,基于格兰-泰勒棱镜的工作原理设计了一种新型偏振器件,该器件采用三块材料参数完全相同的方解石晶体构成,位于两侧的晶体均可分别与中间的晶体形成一个格兰-泰勒棱镜,使其翻转180°前后均能实现检偏功能;详细介绍了该器件的工作原理及安装和工作方式,并系统分析了新组件在工作过程中可以实现棱镜制造及安装误差的消除,完成光轴方位角的测定。最后通过实验验证了该装置的测角精度为0.5″,且系统具有稳定性高、精度高、可操作性强等特点。