非接触式活塞环梯形角测量系统的设计与验证

活塞环梯形角是评价活塞环加工质量的关键参数,随着技术与工艺的进步,传统的接触式梯形角测量方案已不能满足现代的生产需求。分析接触式梯形角测量方案存在的问题,提出了基于光谱共焦位移传感器的非接触梯形角测量方案,并从传感器的选型、组合测量头的设计和夹紧机构的设计3个方面展现了全新的测量系统设计方案。通过对测量系统进行误差分析和可行性验证,证明了新的设计方案具有可行性,为研制新型非接触式活塞环梯形角测量仪提供了全新、有效的思路。

一种新型的电容式角度位移测量仪

本文设计了一种新型的可以测量角度以及位移的变极板正对面积式的差动电容测量仪。其中电容部分是由四块内极板以及一块外极板按照一定的方式安装形成的。当测量仪进行角度位移测量时,待测物体带动外极板旋转平移,外极板与四块内极板所形成电容的电容值发生变化;之后利用差动电容测量电路对这一变化进行测量,进而得出测量电路输出与电容值变化的关系,从而得到角度和位移的变化量,实现角度和位移的测量。

非接触三点内径测量法中角度安装误差的校准方法研究

由于操作简便,非接触三点内径测量法常用于工业现场测量。为提高工件内径测量精度,对在安装中无法避免的位移传感器角度安装误差进行分析建模,提出了一个新的考虑角度安装误差的非接触内径测量模型及一种基于多观测位置联立方程的误差校准方法。通过仿真分析了模型中观测位置数、工件内径尺寸与其他参数的设置对校准结果的影响,确认了在观测位置数大于4时即可实现对误差的校准。最终,使用激光位移传感器构建内径测量系统并开展实验,验证了角度安装误差校准方法的有效性,圆工件的内径测量的绝对精度与重复性精度分别在0.6μm与0.4μm以下。

桩腿位移量在线监测系统在海上某平台的首次应用

中海油海上石油平台是从事海上油气勘探开发作业的大型钢架结构体,桩腿插入大海的海底泥面以下,桩腿站立在海床上。桩腿在使用过程中,长年持续不断地受到高腐蚀、高浸泡,风载荷、冰载荷、波浪载荷、海洋流载荷、甲板设备载荷等综合作用,导致桩腿在平衡位置附近循环震荡、晃动,从而产生随时间变化的各方向的应变量、应力、剪切力等综合受力,导致桩腿很容易产生疲劳、形变、松动、裂纹,并产生一定的损伤,严重威胁钻井平台的安全。采用高精度、高性能、高可靠性的桩腿位移量在线监测系统,对桩腿位移量、角度量的运行状态进行实时在线监测,及时发现故障并进行针对性的预防,为海上石油钻井平台持续安全和持续生产保驾护航。

光纤传感器在带传动参数测量中的应用

提出一种用光纤传感器测量高速旋转构件微小位移量的新方法,实现了非接触式高速、高精度的位移测量。在介绍光纤传感器测量原理的基础上,得出光强与测距之间关系式。将光强转为电压信号,建立电压商值与测距之间的拟合公式。设计V带参数测量实验台,对V带稳定运转时其在轮槽中的径向位移进行测定,进而得出V带在带轮中的轨迹,测量出滑动角的大小。针对原有V带滑动角计算公式中的不足进行优化,得出新的滑动角计算公式。对比实验结果,新公式更接近实验结果,误差更小,为V带的精确设计提供理论依据。

激光位移传感器在角度测量中的应用

激光位移传感器因其较高的测量精度和非接触测量特性,可应用在很多方面,将其用在测量工件的角度上能够实现角度的高精度测量。通过步进电机带动激光位移传感器扫描二面角的2个面,然后对测量的数据采用Matlab程序做最小二乘拟合,得到二面角两边的斜率,从而求出角度。实验中采用的位移传感器分辨率为0.3μm,导轨和步进电机重复定位精度高于3μm,则测量角度的精度高于1″。

新型大量程X-Y-θ三自由度栅式电容位移传感器设计

提出实现大量程X-Y-θ三自由度位移测量的栅式电容位移传感器设计并分析其测量特性。考虑偏航角误差影响,建立典型直线型栅式电容位移传感器偏航角误差模型,分析偏航角误差对线性位移测量精度的影响。并依此提出X-Y-θ三自由度位移测量新方法,通过和差化积解耦算法分离偏航角误差对X-Y线性位移测量的影响,同时输出偏航角位移量。实验结果表明,所设计的传感器偏航角位移θ为0.2°,0.4°,0.8°和2.0°时,X-Y线性位移信号的非线性度维持在0.24%-0.62%之间,拟合输出偏航角位移信号的最大误差量不超过0.01°。三自由度位移量解耦效果明显,测量稳定性得到显著改善。

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。

测量扭转刚度的高精度角位移传感器

介绍陀螺仪扭杆扭转刚度自动测试仪中专用高精度角位移传感器的设计。该传感器采用电感式传感器测试原理，采用小角度范围内弧线位移折算的方法实现角位移的测量。解决了非接触测量、无测量力影响和传统测角方法与结构不便安装的问题。实验证明，所研制专用传感器满足设计要求，达到设计指标，且具有合理的性能价格比。

一种可同时测量位移和角度的电容式传感器设计

提出了一种可同时测量位移和角度的变面积式差动电容传感器的设计方案。位移测量范围为-50～50mm,准确度可达0.2mm,角度测量范围为0～180°,准确度可达0.5°。通过在结构上采用介质差动法,该传感器克服了边缘效应的影响,具有测量范围宽、线性度良好、受温度影响小等优点。

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。

基于差商法的嵌入式角位移传感器自标定

为了摆脱对高精度基准器具的依赖实现对嵌入式角位移传感器的现场标定,结合传感器的结构特点提出了一种利用单个读数头测量值差商的方法实现自我标定。该方法利用傅里叶逼近模型将读数头的误差分离为多次谐波的叠加,采用测量值向前差商的方法获取标定模型的中间变量,运用泰勒展开对差商方法进行了误差估计,并通过提高差商阶数降低模型误差,为了保证标定精度,结合最小二乘算法对标定参数进行了寻优。运用自标定方法对两台不同对极数的嵌入式角位移传感器进行了标定实验,并与传感器常用的比较标定方法进行了对比实验。实验结果表明,两台传感器的误差分别从标定前的±30″和±25″,降低至±2.6″和±2.2″,精度得到了大幅度提高,最终的标定参数与传感器实际的误差成分相吻合,标定精度与比较标定的精度基本相同,能够满足嵌入式角位移传感器的高精度、高效率标定要求。

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。

直接反馈线性化(DFL)的理论体系研究

本文对直接反馈线性化理论进行了系统化的总结、归纳，使之成为完整的理论体系，并由系统的状态方程出发，建立了直接反馈线性化理论在实际系统中应用的规范化途径．

光纤角位移传感器的设计与应用

利用分叉光纤束和特殊设计的金属温度自补偿旋转杆件作为传感器的核心元件。当受力产生扭转矩 ,驱使杆件敏感变形 ,反射镜系统端面与光纤端面之间产生扭转角位移 ,光通量变化。经后续信号电路系统的技术处理 ,即可获得角位移的线性输出、显示。

交流电桥法测相对位移和转动角度

通过自制传感器将交流电桥实验与测量相对位移、转动角度结合起来,既加深了学生对交流电桥原理的认识,又让其体会到力学量电测法的具体运用。

智能化中压开关柜的监测和传感技术(一)

文章综述了用于中压开关柜监测、测量的两大类传感器:电流和电压测量保护用传感器,非电量数值传感器。新型的电流和电压传感器优越性明显,在解决了细节及接口问题后,将逐渐安装使用。非电量数值传感器技术是将开关柜“定期”维护转变为“按状态”维护的关键技术,有很好的应用前景。

基于霍尔效应的车用角位置传感器线性化研究

线性度是传感器的重要性能指标之一。基于霍尔效应的霍尔角位置传感器的霍尔输出电压可表达为:UH=KHBIcosθ,霍尔输出电压与被测角度θ之间的关系是非线性的。针对角位移变化引入的非线性变量cosθ使得普通的磁场结构难以实现霍尔角位置传感器较大范围线性输出的问题,本文提出了一种改进的车用霍尔传感器磁场结构,通过对改进后的磁场结构用有限元仿真计算和实验测量均得出改进后的磁场结构能够实现霍尔角位移传感器的霍尔输出电压与被测角度之间呈线性变化。

智能化中压开关柜的监测和传感技术(二)

文章综述了用于中压开关柜监测、测量的两大类传感器:电流和电压测量保护用传感器;非电量数值传感器。新型的电流和电压传感器优越性明显,在解决了细节及接口问题后,将逐渐安装使用。非电量数值传感器技术是将开关柜“定期”维护转变为“按状态”维护的关键技术,有很好的应用前景。

光电编码器的原理与应用

位置检测装置作为数控机床的重要组成部分,其作用就是检测位移量,并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较。光电编码器就是一种旋转式位置传感器,在现代数控伺服系统中广泛应用于角位移或角速率的测量。目前生产和使用的数控机床大多采用的是半闭环控制方式,大多数的系统生产厂家均将位置编码器内置于驱动电机端部,间接测量执行部件的实际位置或位移。