基于PSD的高精度激光位移传感器设计与分析

介绍了PSD器件的工作原理,对基于三角法测量原理的传感器主要结构参数进行了分析,给出了设计的传感器外形。并设计一种含有多种放大倍数的PSD检测电路,可实现测量中对环境变化的自适应能力。最后分析了影响传感器测量精度的各种因素,并讨论了消除的方法。

奥泰斯工业自动化：超高精度激光位移传感器CDX系列

业界最高等级线性精度±0．015％F．S．激光位移传感器CDX系列于2018年3月份成功上市，采用最新研发的ATMOS感光元器件，实现精度比以往增加2．7倍以上，成为目前世界上超高线性精度的激光位移传感器。CDX系列内置Ethernet通信功能，无需外接控制器，更不需要专用软件。产品主要专攻透明体表面／厚度测量，最适合玻璃、芯片等透明体和镜面体的测量，可测量的玻璃厚度最小为0．06mm。该产品主要在以FPD、半导体和电子部件行业为首的行业领域广泛使用。

快速反射镜位移传感器高精度采集电路设计与实现

对位移传感器高精度及低延时的数据采集是实现快速反射镜高精度和高带宽的关键。详细分析了复合轴中快速反射镜位移传感器采集电路的需求,并依此进行了硬件电路和软件设计。经过测试,采集电路有效分辨率可达17bit,数据频率为5kHz,信号采集延时200μs,能够实现对快速反射镜位移传感器信号的高速高精度采集,可有效提升控制带宽和控制精度。

基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器

为了实现大行程精密光学调焦组件的高精度实时检测,研究基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器。建立了长位移电涡流探头仿真模型进行线性度测试,搭建电涡流传感器测试系统进行精度实验,并将长位移电涡流传感器接入精密光学调焦组件。实验结果表明:在可测量位移达到24 mm的同时,线性度优于1%,分辨率优于0.5μm,精度优于1μm,高精度长位移电涡流传感器符合精密光学调焦组件的需求。

高精度双余度线性差动变压式位移传感器设计研究

差动变压器式位移传感器(LVDT)是用于测量位移变化的传感器。被测设备带动铁芯产生位置变化,改变初次级线圈之间的耦合,把被测位移转换为传感器的互感变化,并通过采集组件将位移信号转变为电信号输出。以其工作稳定可靠、线性度好、结构简单、灵敏度高、能够适应长时间的工作、可适应复杂环境考核等优点被广泛应用工业控制领域。本文首先建立传感器的三维模型,并将模型导入到Ansoft公司提供的电磁仿真软件中,建立边界条件并施加正弦激励,划分网格后分析次级线圈V_(a)和V_(b)的输出值、传感器的磁场、磁力线的分布。实际产品测试与仿真结果对比满足设计要求。

利用激光位移传感器高精度测量圆柱齿轮齿距方法

为了提高圆柱齿轮的加工生产质量,提出利用激光位移传感器进行高精度测量圆柱齿轮齿距的方法。采用激光位移传感器进行圆柱齿轮进行齿轮齿距图像采集,结合摄像机与激光器的相对方位获取其三维坐标,构建圆柱齿轮齿距的世界坐标系,利用线结构光视觉技术实现对圆柱齿轮的测量轴直径求解,根据发射的激光形状分析圆柱齿轮光条图像的特征点,通过编码技术对光条进行跟踪,检测光条特征点并计算侧头相对于齿轮轴心线的最大变动量,根据圆柱齿轮表面的光栅图实现高精度测量。测试结果表明,该方法进行圆柱齿轮齿距测量的偏差较低,精度较好,能够实现对圆柱齿轮齿距的非接触式高精度测量。

高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法。随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用。对激光三角位移测量系统进行概述和讨论。根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式。分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较。最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势。

基于激光位移传感器的厚度测量校准系统设计及应用

为了提高钢板厚度校准的精度和安全性,针对传统接触式测厚仪精度低和射线类测厚仪存在辐射风险的问题,设计了一种基于激光位移传感器的差分非接触厚度测量校准系统。该系统采用差分测量结构,将激光位移传感器分别放置在待测钢板的顶部和底部,通过对传感器数据的采样和计算,实现钢板厚度的准确测量。硬件电路方面采用了STM32核心芯片进行设计,系统软件部分进行了相应的优化设计。试验后,系统重复性精度可达±0.1%,测量允许误差优于±0.05%,同时测量漂移控制在钢板厚度的±0.1%范围内。该系统不仅显著提高了测量精度,同时有效降低了测量过程中的安全风险,在钢板生产和加工领域具有重要的指导意义和应用价值。

大量程高精度的新型弱光栅位移传感器研究

研发高精度、高灵敏度、大量程的传感器对于边坡、隧道、桥梁等工程结构的健康监测具有重要意义。该文基于杠杆原理,将弱光栅粘贴于基片上,并串联弹簧,形成上部传感单元,通过多种结构形式的比选,发现X型带上外拐加直立段为最优主体结构。基于上述传感结构,设计了一种构造简单、传力稳定,且具有大量程、高精度、高灵敏度的新型弱光栅位移传感器。从理论上推导了测量位移与弱光栅中心波长变化值的关系,并进行了标定试验和模型试验。结果分析表明,基于该结构的位移传感器可实现的测量范围为0~160 mm,灵敏度为24.4 pm/mm,且位移放大倍数可依据需要调整,由此展示了该传感器在结构大变形监测中的良好性能和广阔应用前景。

提高激光位移传感器精度的新方法

本文提出了一种新的提高激光位移传感器精度的方法 ,利用分光器对接收光强实时控制同时利用A/D转换器对像点的峰值采样 ,最大限度降低了被测物体表面给测量带来的误差 ,提高了传感器测量精度。

基于激光传感器和光栅尺的波纹管尺寸高精度测量系统的应用

该文设计了一种基于激光传感器和光栅尺的波纹管尺寸高精度测量系统,通过运动机构将被测波纹管的二维几何尺寸,分解成水平和垂直坐标,被激光传感器和光栅尺分别测量,最后将数据拟合到一起,形成波纹管几何尺寸模拟曲线,通过计算得到被测量波纹管的长度、波高、波距等参数,可满足于对波纹管外形几何尺寸的高精度测量。系统采用C#设计人机交互软件,通过通信接口把激光传感器和光栅尺实时测量数据采集到上位机,并控制PLC和伺服电机完成测量周期扫描,全程可自动完成测试,与传统人工手动测量相比,大大地提升了工作效率和测量的准确度,适合在波纹管的批量生产和测试过程中使用。

改进的Sage-Husa算法在提高激光位移传感器精度中的应用

激光三角法测距位移传感器因其具有非接触测量、测量速度快等特点,所以在测量与检测领域有广泛的应用。为了提高激光位移传感器的测量精度,从传感器测距原理入手分析影响系统测量精度的诸多因素,提出一种避免死循环的Sage-Husa滤波算法提高测量精度。最后结合LS—100CP型激光位移传感器与MATLAB进行实验仿真,同时与常规的Kalman滤波算法相比较,得出改进的Sage-Husa滤波算法精度较高且在激光三角法测量中的应用切实可行,有较好的实用价值。

透镜形式对激光位移传感器精度影响的研究

在试验研究基础上，分析了物镜形式对激光位移传感器测量精度的影响，讨论了图象处理的阈值确定方法．采用３σ准则和样本平均降低了光源不稳定对精确度的影响．认为在采用三次样条拟合定标曲线的前提下，可用单片透镜代替非球面透镜．

基于高精度位移传感器的机床主轴热变形实时测量

文章研究了高精度位移传感器在数控机床主轴热变形测量中的应用。考虑到数控机床主轴热变形在热误差研究中的重要性,文中利用基恩士公司生产的高精度CCD激光位移传感器和涡电流位移传感器,对数控机床主轴的热变形进行了实时测量。实验结果表明,所测立式铣床主轴热变形沿Y轴方向最大,在主轴转速5000 r/m in的条件下,约为41μm。

小型化高精度绝对式时栅角位移传感器

针对机器人关节臂、关节臂式测量机等设备中所用绝对式角位移传感器面临的高精度和小体积之间的矛盾，研制了一种基于电场式时栅传感技术的绝对式、高精度、小型化角位移传感器。采用内圈单对极粗测结合外圈多对极精测的方式，实现绝对定位功能；采用单排差动传感结构能有效抑制共模干扰的优点，保证测量精度；采用传感电极和电路元件的集成化设计，实现了小型化。使用PCB工艺制作了外径为φ=45mm的传感器样机，通过实验分析表明，内外两圈之间的交叉串扰导致了对极内的一次谐波误差。在此基础上提出增大两圈间隙和布置中间屏蔽地的优化方案，使最终测量精度达到了±5．5″。该传感器在具备低功耗、低成本、小体积等特点的同时，拥有巨大的产品化潜力。

高精度弓型光纤光栅微位移传感器

为了测量控机床结构件、微加工工作台的微小变形量,设计了一种高精度弓型光纤布拉格光栅(FBG)微位移传感器。将光纤布拉格光栅的栅区部分粘贴在弓型上下壁处,当弓形件发生变形时,可测出上下壁的应变值,从而测得位移值并进行温度解耦。实验结果表明,在量程为1mm时,传感器的灵敏度为2.02pm/μm,线性相关系数为0.998 3,实验的迟滞误差为4.08%,重复性误差为4.08%。在温度补偿实验中可以看出,当温度上升1℃,波长漂移量不到1pm。类似于弓型结构衍生出一种半弓型结构的位移传感器。两类传感器相比,弓型传感器的温度灵敏度比半弓型传感器小0.001 5pm/μm,温度补偿效果更好;但半弓型传感器的线性度为0.4%,线性度比弓型传感器好。两种传感器均满足测量值稳定可靠、精度高、抗电磁干扰能力强,温度不敏感等要求。

高精度位移传感器测量

利用高精度的F-P激光干涉仪,研制了一套用于高精度位移传感器的校准装置,可以校准示值误差为十几个纳米到几十个纳米的高精度位移传感器.测量原理是利用F-P激光干涉仪的灵敏度高、测量精度高等特点,将干涉仪和被测传感器同时测量放置在精密位移工作台上,通过比较激光干涉仪移动镜的位移量和被测传感器的位移量间的差异,得出被测传感器的线性,整个测量过程完全由计算机控制.该系统测量范围为0～25mm,测量不确定度为6 nm+l/2 nm(k=1).

美国邦纳发布“一机三用”LH系列高精度激光位移（及测厚）传感器

邦纳公司新推出一款LH高精度激光位移（及测厚）传感器，可以稳定的工作在高速、非接触的情况下，可靠地检测各种检测物体，如金属、木材、陶瓷、纸张和上漆等目标物。LH传感器可在多个传感器工业组网中稳固并且有效地进行最多可达32个LH传感器之间组网，组成多点厚度及位移测量网络。

神视在激光位移高精度传感器中追加中距离探头

日本神视（SUNX）公司在以高精度为特点的激光位移传感器“HL—C2”系列中．追加了测量距离更长的传感器探头“HL—C211C”和“HL—C211C—MK”，并已于2007年9月3日上市。测量中心距离由原来的30mm增至110mm．测量范围由原来的±5mm扩大至±15mm．这样能够检测段差较大的工件。

高精度绝对式差极角位移传感器

针对传统的大尺寸栅式角位移传感器在实现绝对定位的同时难以兼顾高精度测量的问题,在前期研究基础上设计了基于交变电场的大尺寸绝对式角位移传感器。传感器利用单列式传感结构实现高精度测量,设计内、外圈两圈结构在整周内刚好相差一对极以实现绝对定位。研制的传感器样机内径为100 mm、外径为154 mm,经实验测试并分析,其对极内呈现的二次谐波误差是由传感器不圆度所导致,四次谐波误差是因传感器结构缝宽比设计不合理而形成。为此,通过加长定尺极片、缩短动尺极片以削弱二次谐波误差,并设计缝宽比为1∶1以减小四次误差。优化后的传感器整周测量精度达到5″,对极内测量精度达到±1.5″。