电磁式MOEMS扫描光栅微镜驱动系统优化设计

基于工农业发展对微型近红外光谱仪的需求,对用于微型近红外光谱仪的电磁式微光机电系统(MOEMS)扫描光栅微镜的驱动系统进行优化设计,从而解决扫描光栅微镜驱动信号大、扫描角度小等问题。通过对构成其驱动系统的线圈匝数、线圈间距等参数进行仿真分析,得到最优参数:驱动线圈在内圈、角传感线圈在外圈且以差分形式排布在驱动线圈两侧,驱动线圈匝数为21匝,角传感线圈匝数为2匝,线圈间距为0.020 mm。实验结果表明:驱动频率为604.4 Hz,驱动线圈电阻为114.537Ω,两端角传感线圈电阻分别为404.820和404.970Ω;驱动电流为5 mA时,偏转半角达到6.321°,机械偏转角达到12.642°,并且角传感器灵敏度为1.4425 mV/°。因此,电磁式MOEMS扫描光栅微镜具有驱动信号小、偏转角度大和灵敏度高的特点。研究结果对于扩大近红外光谱仪的光谱检测范围以及提升检测精度具有实际应用价值。

新型光纤光栅扭转传感器研究

报道了一种新型光纤光栅扭转传感器的基本原理和传感结构 ,推导了扭转测量的理论公式 ,该传感器的扭角与光纤光栅中心波长的变化呈线性关系 .在± 40°扭角范围内 ,技术上实现了灵敏度为 1 0 .71 5°/nm的扭转传感 .

架空输电线路覆冰监测光纤光栅拉力倾角传感器的研制

输电线路覆冰危害电网安全稳定运行。为解决现有输电线路覆冰在线监测系统需要现场电源,易受电磁干扰,不能分布式测量,使用寿命短等缺点,开发基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的输电线路覆冰在线监测系统。基于光纤光栅传感技术,提出一种抗电磁干扰的光纤光栅拉力倾角一体化传感器。在该传感器中,通过设计双闭环U型槽结构形成了高精度抗偏载能力强的拉力传感单元;基于等强度梁易形变的特点研制了高分辨率小型化的倾角传感单元;采用增设不受力光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感问题。实验表明,所研制的光纤光栅传感器拉力倾角测量单元线性度高,传感器的灵敏度和分辨率较好,测量误差较小。基于该传感器的监测系统可实现准分布式测量,其测量范围可达100 km。

圆光栅角度传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和粒子群算法提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高圆光栅角度传感器的测量精度。使用光电自准直仪和金属多面体对圆光栅角度传感器的测量误差进行了离散标定,通过对标定数据的频谱分析,发现传感器测量误差主要由几种不同频率的正弦函数信号组成,由此提出了一种基于正弦函数的圆光栅角度传感器误差补偿模型。补偿模型中包含7个待定常量,本文采用粒子群算法求解这7个待定常量以克服最小二乘法无法收敛的问题。以待定常量为粒子位置坐标,以平均误差为适值函数,建立了一种基于粒子群算法的参数辨识模型,并根据参数辨识模型求出最优的待定常量。应用补偿模型对关节臂式坐标测量机的6个圆光栅角度传感器测量误差进行了补偿,结果表明:补偿后各角度传感器的平均测量误差减小了约398～1102.5倍,大大地提高了传感器的测量精度。

寄生式时栅安装误差对传感器测量精度的影响

为了提高寄生式时栅行波信号的质量和传感器的测角精度,研究了离散式测头安装误差对传感器测角精度的影响。介绍了寄生式时栅的结构组成和工作原理,建立了三维仿真模型,应用Ansoft Maxwell仿真软件对测头与转子不同间隙、测头的俯仰角和偏摆角大小变化对传感器测角精度的影响进行了仿真实验分析,同时应用84对级的寄生式时栅搭建实验平台进行了实际实验验证。仿真和实验结果显示:安装误差中的间隙、俯仰角、测头的偏摆角等因素变化对传感器测量精度均有影响。间隙变化对测量精度的影响具有规律,可通过建模进行修正。实验所用的84对级的寄生式时栅最佳安装间隙大小为0.2mm。俯仰角、偏摆角的变化对测量精度的影响规律变化较复杂,故文中建立了相应的误差补偿模型。本文的研究结果可用于指导传感器的结构优化设计、测头的安装和误差精确补偿,进而提高传感器的测角精度。

时栅角位移传感器在线自标定系统

为解决时栅角位移传感器在实际应用中的在线标定问题,提出了一种定角平移自标定方法并设计了相应的自标定系统。该方法首先把圆周封闭的自然基准转换成定角基准,在时栅内部建立了自标定基准。然后,根据傅里叶级数的性质,将定角基准平移到傅里叶变换的幅值和相位中,建立了测量值之差与误差之差的函数关系。通过对测量值之差进行傅里叶分析,重构了时栅角位移传感器的误差函数。最后,讨论了影响自标定精度的误差来源,并设计了传感器的零点纠错算法。为了检验自标定效果,利用激光干涉仪实验装置与自标定系统进行了对比试验。结果表明:定角平移自标定精度为1.9″,与理论计算的自标定误差(1.5±0.5)″的结论相符。提出的自标定方法在解决时栅自身标定基准的同时,满足了精密测量领域对时栅精度和可靠性的要求。

灵敏度可调型光纤FBG倾角传感器研究

提出了一种基于等截面梁弯曲变形原理的灵敏度可调型光纤布拉格光栅（FBG）倾角传感器，通过FBG光栅感受因结构倾角改变而引起的等截面梁弯曲变形，进而实现对结构倾斜角度的测量，并构建了灵敏度可调型光纤FBG光栅倾角检测系统。实验结果表明，该FBG倾角传感器测量范围为±35°，最高灵敏度达到56．93pnO（°），测量精度为0．02°。该传感器可通过改变等截面梁的宽度还可实现对倾角检测灵敏度的有效调节。

位置伺服系统中角速度检测方法综述

位置伺服系统中先由位置给定量与反馈量的差值经过位置调节器的调节产生速度给定量 ,再由速度给定量与速度反馈量的差值经过速度调节器的作用最终实现准确的定位。由上述位置伺服系统的工作过程可见位置伺服系统中角速度的检测是非常重要的一个环节 ,而角速度的检测是由各种角速度传感器来完成的。正是基于速度检测在位置伺服系统中的重要性 ,本文介绍了位置伺服系统中常用的几种速度检测传感器 :测速发电机、测速桥、光栅等的结构、原理及其信号处理电路。

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和快速傅里叶变换提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高时栅角位移传感器的测量精度和标定效率。使用激光干涉仪对时栅角位移传感器的误差进行标定,在整周采样36个对极点和对极内采样240个点。通过对标定的误差数据进行分析,由此提出一种基于傅里叶级数变换的误差补偿模型,在对极点对8个参数与对极内20个参数分别进行参数辨识。实验结果表明:补偿后时栅角位移传感器的测量误差减小为原误差的1/38.4,显著地提高传感器的测量精度和标定的效率。

新型平板光电池式精密位移传感器的研究

传统的栅式位移传感器大都采用机械刻线的方式来对空间量进行细分,存在成本较高、系统复杂等缺点。提出了一种新型平板光电池式精密位移传感器,采用高分辨率的AD器件对与空间位移量所对应的平板光电池输出的光电流进行细分,从而达到对空间位移细分的目的,并在实验中验证了这种方案的正确性和可行性。

基于MSP430F6638的数字象限仪设计

为实现火炮射角的数字化测量,设计了一种数字象限仪。以MSP430F6638单片机为处理器,与圆弧式光栅传感器组成倾角测量系统,给出了系统硬件电路设计方案,在分析光栅信号四倍细分原理的基础上,结合MSP430单片机的超低功耗特性,给出了系统软件程序设计方案。采用软件解码的方法完成光栅倾角信号的辨向、细分与计数运算,具有测量范围大、精度高、功耗低等特点。经试验验证,设计实现了0.25密位测量分辨力,能长期待机工作,适合野外作战环境下使用。

精密光栅角位移传感器的设计

本文论述了一种精密光栅角位移测量系统,它体积小、重量轻、精度可达±1 5秒.并以此测量系统为例,介绍光栅角位移传感器的用途及测量原理,论述其结构设计及选型原则,并对光栅角位移传感器的误差进行了仔细分析.

小型高精度角度传感器的设计

本文给出了一种小型高精度光栅角度传感器的设计方法。

位移传感器中空间细分的新方法

通过在光敏元件输出的电信号与其空间位移之间建立一一对应的关系,提出了一种空间位移细分的新方法。其原理简单、可行,使栅式位移传感器的研究思路得到进一步的拓宽。

一种倾角及温度同时测量的光纤传感器

叙述了一种用于倾斜角及温度同时测量的传感器。该传感器由光纤锥和光纤布拉格光栅构成,当传感器倾角发生改变时引起光纤锥的通光损耗改变,通过测量通光损耗的变化而测量倾角,通过测量光纤光栅的反射波长的变化而实现温度测量,此外光纤布拉格光栅还有提高倾角测量灵敏度的作用。

基于光纤传感的输电线路悬垂绝缘子风偏角监测研究

由风偏引起的输电线路故障在电网运行中占有很大的比例,为了实时监测输电线路绝缘悬垂绝缘子串风偏角的变化,通过研究悬垂绝缘子风偏的荷载模型,应用光纤传感技术,搭建悬垂绝缘子风偏角在线检测系统,实现了云南电网昭通地区某110 kV杆塔悬垂绝缘子串风偏角的在线监测。由监测数据可得,悬垂绝缘子串风偏角的变化与理论计算模型的变化趋势相符,变化范围大致在-4°^+4°。结果表明,该光纤传感的风偏角在线检测方法在实际运用过程中准确可靠,为输电线路安全运行提供了一定程度的参考。

输电线路绝缘子串偏角的光纤监测研究

输电线路绝缘子串风偏之后使得绝缘子串下端带电结构、输电导线距离杆塔较近,当距离小于最小空气间隙时,将造成放电跳闸。绝缘子的风偏严重影响和威胁着电网系统的安全运行,也将造成巨大的经济损失。根据输电线路绝缘子串的风偏原因及结果,设计并研制出一种基于光纤Bragg光栅的倾角传感器,重锤与等强度悬臂梁相连接,等强度悬臂梁中间部位两侧分别粘贴一个光纤Bragg光栅。将研制的倾角传感器进行封装并确保密封完好,并通过抱箍式夹具组合的方式与光纤Bragg光栅称重传感器共同安装于绝缘子串的顶部。对云南电网某110 kV输电线路30#杆塔的绝缘子串进行风偏监测并与风速数据结合进行分析,得到风偏角随风速变化的特点,为输电线路的安全运行提供了参考。

倾斜光纤光栅传感器研究进展

倾斜光纤光栅传感器(TFBG)作为一种较为特殊的光栅传感器受到了广泛的关注,它除了光纤光栅本身具有的优点外,还具有环境折射率敏感度高、可解决温度-应变交叉敏感问题等其他光纤光栅传感器无法比拟的优点。文章首先概述了TFBG的工作原理,随后从倾角、应变、温度及环境折射率测量等方面阐述了当前TFBG主要研究方向以及研究现状,最后给出了TFBG的研究发展趋势。

基于光纤阵列的气流传感方法研究

提出了一种基于光纤光栅阵列的光纤气流传感器。单模光纤光栅的栅区长度为10 mm,将三根光纤光栅均匀环绕布设于硅胶基体。传感器外界环境温度以及气流流速的改变都会引起传感器反射谱的变化。通过监测反射谱可以实现对外界物理量的测量。实验分析可知,硅胶基体与光纤光栅有着很好的耦合效果,通过改变硅胶基体的长度使得传感器的传感特性得到有效改善。实验研究结果表明,在正常室温情况下,传感器的中心波长漂移量与流速成二次函数关系且传感器具有方向传感特性。本文提出的光纤阵列气流传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。

光纤光栅传感器中磁场测量稳定性研究

为了减小光纤光栅磁场传感器中线性双折射和入射起偏角对系统稳定性的影响,提高测量系统的准确性,提出一种减小线性双折射和起偏角大小对系统输出影响的设计方案。研究了基于法拉第效应的光纤光栅磁场传感器系统,得出系统输出电压与磁场的关系式,并通过降低线性双折射和确定入射起偏角改善了系统的输出特性。仿真表明:该方法可以有效抑制测量过程中线性双折射造成的非线性关系,从而提高磁场测量的稳定性。