利用声强比衰减原理探究角位移法声源定位系统

设计了一种利用声强衰减规律进行三维声源定位的实验方法,声源定位主要通过测量声源相对探源中心的距离、方向和高度实现。利用声强比呈对数衰减的原理,推导了声波强度在空气中的衰减规律与声源距离的关系式;设计了一种角位移法测量声源方向,并给出了角位移大小与声强比到达峰值时的时间之间的关系式;通过电控升降平台,测定了声源到参考平台水平面的高度。并制作了在1立方米范围内的三维声源定位实验装置,实验结果表明,本实验装置在二维平面内,声源距离测量的最大相对误差为2.3%,方位角测量的最大误差为1.6°;在三维空间内,声源距离测量的最大相对误差为2.9%,高度测量的最大相对误差为4.9%,方位角测量的最大误差为0.8°,通过实验证明了本实验系统定位效果较好。

基于光学编码成像的新型角位移传感器

传统光学角位移测量方法存在光路复杂、抗干扰能力弱等问题。为此,提出一种基于光学编码成像的新型角位移测量方法。首先,该方法借鉴格雷码转换成二进制的原理,在直径为50 mm的圆周面上均匀分布两圈红色、绿色、蓝色(Red、Green、Blue,RGB)色块,通过检测外圈目标点周围的颜色信息将其转换为与绝对位置对应的二进制数;然后,为降低噪声,利用高斯滤波与中值滤波对图像进行预处理,并使用霍夫圆算法定位跟踪目标点以获得其始末位置,从而计算出粗角度;最后,利用视频最后一帧目标点所处位置与最终位置之间的角度对粗角度进行补偿,实现角度测量。通过搭建实验平台与制作实物传感器,在光圈整周360°测量范围内,对实验装置进行精度测量与稳定性实验,实验结果表明,分辨力达到16位,测量均方差为0.23°。提出的新型角位移测量方法为角位移测量领域提供了新的思路。

单相激励电容式时栅角位移传感器研究

针对现有多相激励时栅角位移传感器在小体积时无法设置更多极对数进一步提升稳定性,导致精度和动态性能指标无法得到提升等问题,提出一种单相激励电容式时栅角位移测量方法。该方法采用单相激励耦合成四路空间正交的驻波信号,通过电路实现行波构造,从而实现角位移测量。文中介绍了多相激励时栅传感器存在的问题、单相激励时栅的测量原理,完成了传感器样机的研制,并通过实验验证该原理的有效性。实验结果表明,相同尺寸和相同电极数量情况下,单相激励传感器的精度和动态性能指标优于多相激励传感器,单相激励传感器精度为±20″,稳定性为10″,400 rpm转速下速度波动为±1.25%,跟随误差为±2.5″,满足直驱电机的使用要求。

变排量液压马达旋转驱动系统角位移控制技术

变排量液压马达旋转驱动系统具有效率高、响应快、高负载匹配性、低功率需求等优势,能够大幅提高飞机液压旋转驱动系统的效率。为实现对变排量液压马达旋转驱动系统的精确控制,需开展系统角位移控制技术研究。建立了系统的数学模型,搭建了AMESim仿真模型,分析了系统的运动特性及频域控制特性,提出了由排量回路、转速回路和角位移回路组成的三闭环串级控制方案,研究了不同控制参数对系统控制特性的影响。研究结果表明,双闭环控制无法满足旋转驱动系统的稳定条件,三闭环控制引入转速负反馈克服了双闭环控制中角位移对转速的正反馈效应,增大了位置回路的阻尼,能实现系统稳定控制。同时研制了原理样机并进行了测试验证,测试数据表明,三闭环控制方案能实现旋转驱动系统高精度位置控制,为变量马达在飞机液压旋转驱动系统中的应用提供了参考。

基于误差函数相位偏移的电场式时栅角位移传感器自标定

比对标定对于传感器测量精度的保持和提升具有重要意义,但其易受现场环境限制,且成本昂贵。电场式时栅精度不断刷新,寻找外部参考基准也变得日益困难。针对这一难题,提出了以圆周封闭原则为基准,利用傅里叶级数的平移定律,将电场式时栅的误差序列值以2π/n角位移值进行移相,利用具有不同移相次数的误差序列值进行频谱分析,互相补偿缺失的谐波分量,最终利用各次谐波分量重构传感器误差函数的自标定方法。并据此设计、搭建了相应的自标定实验平台。实验结果表明,该自标定方法对于电场式时栅角位移传感器中所包含的周期性误差补偿效果显著。对极内,使用该自标定方法与用光栅作为参考基准所获得的标定精度基本相当,两者误差为0.05",对极内误差下降67%;整周范围内,两者误差为0.15",整周误差下降80%。该自标定方法相比于传统的比对标定法在效率、应用范围及标定成本方面均拥有显著优势。

一种仅用单相绕组的新型绝对式角位移传感器

绕组结构是影响旋转变压器精度的关键因素之一,而VR旋转变压器的感应绕组和励磁绕组之间存在寄生电容,容易干扰信号。针对上述问题,在VR旋转变压器的基础上,设计了一种仅有单相绕组的定子和叶片形转子,结合电桥测量及自感原理的新型绝对式角位移传感器。通过切换电路改变绕线方式,实现精机和粗机绕线的切换,进而实现传感器的绝对测量。采用有限元仿真验证了分析的可行性,得到传感器精机和粗机结构仿真误差峰峰值分别为55.8″和5291″。搭建实验平台,设计传感器样机并进行测试,验证了所提出的传感器结构设计的有效性,在0~360°的采样范围内误差峰峰值约为0.104°。

串联式齿轮传动大量程角位移传感器设计

旋转差动变压器式角位移传感器在机载领域具有广泛的应用,采用齿轮传动的方式可实现其量程的扩展。分析了传统并联式齿轮传动结构存在的不足,设计了串联式的齿轮传动结构。该结构相比于并联式具有结构紧凑、质量轻、成本低等优点。采用该串联式方案研制出了某型航空发动机双余度喷口角位移传感器,进行环境试验前、后的产品性能测试及产品质量测量。测试结果表明,传感器内部齿轮传动机构可实现角度的准确、可靠传递。串联式齿轮传动传感器在-65°~65°范围内具有优异的输出特性,与并联式齿轮传动结构的传感器相比,约减重32%。

电容式角位移传感器输出信号噪声大原因探析

对电容式角位移传感器原理及结构进行分析,论述多台电容式角位移传感器并联使用时输出信号噪声大的可能原因,并从原因入手进行试验验证。经验证,通过消除或减少寄生电容的影响,可有效解决多台电容式角位移传感器并联使用时出现的输出信号噪声大问题。

结构参数约束下的磁场补偿式双层时栅角位移传感器研究

时栅角位移传感器广泛运用于数控机床、工业机器人等领域中的角度测量。针对双层时栅角位移传感器测量过程中时变磁场分布不对称问题,提出了一种磁场补偿驱动方案,该方案通过对双层平面线圈分层分幅值激励来提高时变磁场的对称性。首先建立了传感器时变磁场参数化数学模型,根据磁场补偿思路确定了两层激励信号幅值比与传感器结构参数的关系;然后构建了仿真模型,并搭建了传感器实验系统;最后,进行了原有驱动方案与磁场补偿式驱动方案的对比仿真与实验分析。仿真数据表明,磁场补偿驱动方案优化了磁场分布,有效地减小了传感器节距内互补位置的感应电动势幅值差,双层时栅角位移传感器节距内测量误差减小了37.4%;实验数据表明,磁场补偿驱动方案使节距内测量误差降低至(-20.8″,12.6″)。仿真与实验数据的对比验证了磁场补偿驱动方案的有效性。

经验模态分解算法在角位移传感器信号去噪中的应用

当多个角位移传感器工作在多个电平时,线路间的串扰会导致内部噪声,影响传感器信号输入和输出。设计了角位移传感器线间串扰信号的多层分解去噪方法。在计算角位移传感器信号线间的串扰电压后,分别计算电容耦合和电感耦合的总串扰电压。利用经验模态分解算法对传感器信号进行逐层分解后,得到一定量的残差项和信号分量(IMF),并将其相加生成新的信号。重复分解计算产生新的信号,然后计算信号分量(IMF)中包含的串扰信号,并根据硬/软阈值消除串扰噪声。仿真结果表明,所设计的方法可以有效地消除角位移传感器线间串扰信号噪声的影响,使传感器采集的角位移测量电路的电压信号更接近无串扰的电压信号,从而保证角位移传感器信号的有效性。

基于AKF滤波器的时栅角位移动态误差抑制方法

动态测量下的谐波误差成分是制约高精度、高分辨率的时栅角位移传感器在动态测量领域运用的主要原因之一。针对动态测量下时栅角位移传感器中的谐波抑制难题,首先简述了时栅角位移传感器的系统模型,其次建立了时栅角位移传感器的动态误差数学模型,之后解释了传感器的动态误差产生机理,阐述了自适应卡尔曼滤波的基本原理,最后构建了基于自适应卡尔曼滤波的时栅角位移传感器的动态误差抑制模型。通过仿真分析证明了时栅角位移传感器在匀速和变速运行情况下,经自适应卡尔曼滤波后,动态误差均降低了约70%,且随着传感器转速的提高,对谐波误差的抑制效果越明显。在实验运用中,该滤波算法对时栅角位移传感器的测量值有很好的实时预测性,传感器能够更快速且稳定运行,在100 r/min的转速下测量误差降低约80%。结果证实了自适应卡尔曼滤波在时栅角位移传感器的动态谐波误差抑制中有着显著的作用,能极大地提高传感器的动态测量精度。

互补式双层时栅角位移传感器研究

针对当前研制的双层时栅角位移传感器感应信号幅值小、时变磁场的均匀有效面积利用率低等问题,在原有“八”字形半正弦结构的基础上提出了一种双层互补式时栅角位移传感器设计方案。根据双层时栅位移传感器的特点,建立了其空间磁场分布模型,验证了双层时栅角位移传感器的互补式结构在构成行波上的优势;根据激励线圈的磁场分布规律进行建模,得到该参数状态下双层平面激励线圈的间距为0.235 mm。最后进行了有限元仿真分析和实验验证。仿真分析表明:采用互补式结构能有效增大感应信号强度,传感器的短周期误差峰峰值显著降低,能够有效抑制角度误差中的1次谐波和4次谐波。实验数据表明:传感器短周期原始误差为(-13.61″,13.30″),修正后误差为(-3.01″,0.78″);传感器长周期原始误差为(-19.60″,21.96″),修正后误差为(-2.62″,3.30″);相比单层“U”字形结构,1次误差减小了66.3%,4次误差减小了25.3%。

基于二次调制原理的多层结构绝对式角位移传感器

为了在传感器径向尺寸不变的前提下,保持良好的测量精度和分辨率,以适应小型化需要的工业场合,提出了一种利用多层结构实现信号二次调制的圆时栅角位移传感器。传感器为3层结构,利用轴向空间,使内外环分别通过多层结构完成信号的二次调制,其中内环作为粗测环经二次调制后用于实现传感器的绝对定位,外环作为精测环经二次调制后,提高了传感器分辨率。采用PCB工艺制造了外径Φ=100 mm,内径Φ=50 mm的传感器样机,初步实验表明内外环同时施加激励时,内外环将分别受到对方产生的串扰影响,因此进一步提出分时施加激励的优化方法避免信号串扰的影响以提升测量精度。最终实验结果表明传感器能够实现绝对定位且分辨率提升了1倍,原始测量精度达到了±4.1″。

一种对极数互质的高精度绝对式角位移传感器

提出了一种对极数互质的高精度绝对式时栅角位移传感器。在N对极的单圈增量电场式时栅角位移传感器的基础上增加一个M对极的传感器,实现组合测量,其中,2个增量式传感器对极数N和M为互质数,对极数多的作为精测部分,保证传感器的测量精度;对极数少的作为粗测部分,利用2个增量式传感器输出行波相位差和空间角度对应关系实现传感器的绝对角位移测量。采用差动感应电极结构消除共模干扰以保证测量精度,这种对极数互质组合测量传感器既能够较容易实现绝对定位,又能够保证传感器的高精度。采用印制电路板技术制造了外径154 mm、内径100 mm、厚度2 mm的传感器样机,搭建了实验平台进行测试,测试结果表明:该传感器的整周测量范围原始精度可达±1.8″。

多场耦合绝对式时栅角位移传感器误差分析及优化

针对传统绝对式角位移传感器过度依赖编码技术以及超精密加工方法的问题,利用“定位+测量”的组合方式,提出一种多圈结构的多个物理场共同耦合作用的角位移传感器。通过理论误差推导、对极内仿真误差分析以及实验误差研究对该传感器进行误差特性分析,提出传感器结构优化方案;通过PCB工艺制作传感器优化前后2套样机并进行实验,结果表明:优化后的传感器系统测量误差由±16.5″降低至±6.2″。该结构可充分发挥磁场式时栅抗干扰能力强和电场式时栅精度高的优势,具有重要应用价值。该传感器通过测量时间量实现对空间量的测量,性能优良,特别适合在复杂工况中使用。

一种直升机操纵杆角位移测量的方法

为满足测试需要,设计一种基于霍尔角度传感器的非接触式角位移测量系统。给出了测量系统的硬件和软件总体设计,系统以MLX90316霍尔角度传感器为核心,对直接与操纵杆连接的旋转轴角位移进行实时测量。结果表明该方法成本低,易改装,分辨率高,误差小。

霍尔角位移测量精度分析与应用

非接触式磁电角度测量装置在工业复杂环境领域获得广泛应用。针对阀门行业复杂恶劣的应用环境以及测角精度在4°内的要求,开发了赫姆霍兹线圈驱动的霍尔传感器测量角度测量装置,理论分析了磁场不均匀性、线圈空间安装位置以及垂直误差、传感器灵敏度、霍尔器件通道非线性度、两通道相对非线性度、通道信噪比、安装角度偏差等因素对角度测量误差的影响,推导出误差上界等于等效安装角度误差与等效相对非线性度之和,两通道相对非线性度对误差影响极大。通过仿真和实验数据验证了上述分析的正确性,实测角位移的标准偏差为±0.4°,与理论预测值接近,满足工程应用需求。

某型角位移传感器信号抖动故障分析

某型角位移传感器在飞机外场维护过程中故障率高,主要故障现象为传感器输出的角位移电压信号抖动,影响飞参记录数据的判读。本文首先简要介绍了近年来内外场反馈的角位移传感器故障问题、返厂后的检查情况,以及研制厂家的改进措施,然后结合故障树和故障机理分析,探讨了导致信号抖动现象的可能故障原因,提出了理论仿真与地面复现测试的技术途径,为实现问题的技术归零提供了有益的借鉴。

某型角位移传感器振动频率分析与验证

针对某型角位移传感器输出角位移电压信号抖动的装备无故障发现(NFF)问题,本文首先介绍了该问题的具体情况,并针对故障分析中提出的振动原因进行了论证,采用有限元分析对该型传感器的固有振动频率进行了仿真计算,搭建了振动测试环境,根据分析结果设定振动参数,进行了试验验证,测试结果有效支撑了故障论证过程,并明确了下一步故障排查思路。

动载体成像系统底座无角位移减振器的设计

详细分析了由动载体振动引起的角位移和线位移对成像系统的影响。角位移是影响成像质量的主要因素。对成像底座减振系统的要求既要满足减振效率,又要控制减振过程中产生的角位移。设计了一种三向等刚度无角位移减震器,它既能满足减振要求,又能控制减振过程中产生的角位移,从而提高了动载体摄像系统的清晰度,同时又不影响视轴的指向精度,是一种比较理想的减振器。