光纤光栅干涉传感器位移测量误差高精度校准方法

在光纤光栅干涉传感器的位移测量中,受外界的振动或电磁等环境干扰因素的影响,对传感器的测量结果造成波动或误差。为了提高光纤光栅干涉传感器位移测量的效率,保证测量的准确性,提出光纤光栅干涉传感器位移测量误差高精度校准方法。通过分析光纤光栅干涉传感器的位移测量原理,获取位移测量数据;采用小波阈值方法,对位移测量数据去噪和平滑处理;利用反向传播(Back Propagation,BP)神经网络,对去噪后位移测量数据中误差数据高精度校准。实验结果表明,所提方法在降低误差校准计算复杂度的同时,能够有效提高误差校准精度、效率和运行稳定性。

磁导调制型时栅位移传感器测量方法研究

时栅位移传感器采用时空坐标转换理论,可在低加工精度条件下实现角位移的高精度测量,现已应用于高精度数控转台控制系统中。原有的场式时栅位移传感器借鉴电机结构,通过转子线圈感应旋转磁场产生电行波,再通过滑环引出。为了消除滑环结构,进一步降低成本、提高传感器抗干扰能力,通过磁导调制方法产生两路驻波并合成电行波,采用两路驻波磁路分离式结构,设计去除转子绕线的磁导调制型时栅位移传感器。利用电磁仿真软件对传感器的各项参数进行仿真优化,传感器仿真电行波幅值变化6.1%;采用光栅进行精度标定实验,测量精度达到-2.7″^+2.2″。

基于测量基准变换的增量直线式时栅传感器研究

针对目前绝对直线场式时栅无法满足全闭环数控系统要求的增量式直线位移反馈的问题,采用测量基准转换方式从时间域的角度处理绝对直线场式时栅的空间位移信息,运用时间序列算法分析绝对式时栅采样数据序列的内在相关性,建立自适应递推算法。通过时间触发采样将时栅传感器过去的测量数据作为样本集,递推时栅下一个采样时刻的位移,在下一个采样周期内将直线时栅的绝对位移代表的增量式时间脉冲通过脉宽调制的方式连续发出,实现绝对式直线时栅到增量式直线时栅位移传感器的转换设计。实验表明在76.604 mm的范围内增量式直线时栅位移传感器达到±2μm的测量精度。此研究可将原绝对式直线时栅位移传感器运用于全闭环增量式直线运动数控系统,具有重要现实意义。

光栅单色器中精密直线位移的测试与标定系统

在同步辐射光束线建设中,为达到单色器的光谱分辨率要求,对波长扫描机构的定位精度要求在μm量级。我们建立的由激光干涉仪、自准直仪组成的直线位移测试系统,可以对直线位移机构进行测试并对机构的直线位移编码器进行标定。该系统不但实现了直线位移的精密测量,还能对机构的直线性进行测量。应用该系统测出位移范围为160mm的直线位移机构的重复精度为1.0×10-3mm,分辨率达7.5×10-5mm,对光栅尺的标定精度达到RMS=3.0×10-4mm。

负温条件下激光位移传感器的标定

在使用激光位移传感器测试冻土位移中,由于测试现场环境条件恶劣,厂家给出的传感器线性度会降低,因此,需要对所有传感器在使用前应模拟使用时的环境条件重新进行标定.为验证激光位移传感器在冻土测试中的适用性,依据德国森萨帕特FT-50 RLA220型激光位移传感器的结构、使用特点、技术指标,设计了由控温箱、标定支架、激光位移传感器、量块及数据采集装置组成的标定的装置,进行了不同负温条件下对激光位移传感器标定,并依据标定试验结果进行拟合参数修正,得到不同环境温度下的试验结果的线性度和迟滞特性.试验结果表明:不同的环境温度下,两个激光位移传感器与标准厂家测试曲线存在差异,不同负温条件下标定的两个激光位移传感器的拟合优度R2分别为0.999和1;线性度最大值分别为0.88%FS和0.32%FS.

一种用于位移测量装置校准的LVDT模拟器

为了实现位移测量装置的自动化校准,根据线性可调差动变压器(LVDT)的工作原理,提出了一种基于D/A转换器的LVDT模拟器的设计思想。该模拟器以LVDT主线圈交流激励信号作为参考电压,利用参考电压和数字给定值的乘积关系,通过改变D/A的数字量得到幅值可变的LVDT副线圈输出电压,从而模拟铁心位置改变时LVDT副边信号的变化关系。试验表明:该模拟器具有0.024%的稳态精度和200Hz的动态带宽,可以高度逼真地模拟LVDT电气行为,完全满足LVDT类位移测量装置的维护和校准需要。相对于采用实际LVDT,利用该模拟器进行校准可省去高精度的运动机构,可以提供更大的灵活性,并可以实现校准过程自动化。

直线光栅尺的精度评价及标定方法研究

直线光栅尺栅距误差与累积误差是衡量直线位移基准及测量精度的两个核心指标,为提升光栅尺精度的标定评价方法及误差补偿的精准度,文章基于光栅尺曝光刻线原理分析了影响光栅尺精度的误差源,提出了一种光栅条纹的最小区域法的评定方法,基于10种典型的光栅条纹特征总结出了最小区域法栅距误差表达式,诠释了最小区域面积及平均线宽的栅距误差评定方法,并对累积误差和热膨胀系数的标定及评价方法进行了理论阐述,研究给出了直线光栅尺精度检测试验方法及流程;试验结果表明,1000mm长光栅尺的拼接误差±25nm,最大栅距误差<43nm,累积误差<1μm,验证了精度评价及标定方法的准确性,可用于工程应用。

具备自标定功能的绝对式时栅位移传感器

时栅位移传感器的绝对式实现方法主要采用单对极+多对极和多对极差一对极组合两种形式实现。对于两层传感器结构的单对极+多对极的组合形式,由于极对数相差较多、分辨力差别较大,不利于实现高精度。对于差一对极的组合方式,由于极对数较多,在传感器原始加工精度较差时,会产生位置解算困难、甚至无法正确解算的情况。为解决上述问题,提出对极数呈互质关系的两层传感器结构的新组合模式。该模式可实现自校正,有效提高产品精度。通过试验验证了该方法的可行性,获取的传感器精度为-4.5″-3.9″。

线位移传感器校准的一种新装置

在飞机系统综合试验中,线位移传感器的静态特性对保证试验数据的准确性、可靠性起着至关重要的作用。为此,我们研制了一种线位移传感器静态校准装置。本文主要叙述线位移传感器静态校准装置软、硬件组成及工作原理,并对其进行了测量不确定度分析。实践证明,该装置设计科学、合理,能够完全满足校准需求。

直线位移微机自动测量系统

为了在空间遥感详查相机研制工作中准确、有效地评价像移补偿系统的像移补偿效果，提出了采用分辨率为０ ．４μｍ 的光栅尺作为像移补偿片台直线位移的检测元件，采用微机实现直线位移自动测量的检测方法并给出了详细设计思路，包括系统的硬件设计和软件设计。系统具有手动采样、定时采样、外同步采样等多种位移数据读取方式，并可以实时计算出像移补偿片台的位移、速度和速度误差。在实际工程检测应用中实现了极限误差优于０ ．５μｍ 的检测精度。

一种直线位移通用校准装置的设计与实现

为了实现直线位移的量值溯源,设计并实现一种能对直线位移进行校准的通用装置。该装置采用光学玻璃的KA-300型直线光栅尺作为测量基准,由光栅尺、测量基座、固定附件、读数滑台、读数头靠尺、导轨和数显表等组成;为了实现校准与被校准装置同时工作在同一基座平台上,设计了用圆柱的轴向切线与被测件的基准端面进行动态接触式联接的耦合方式;分析测量误差来源,建立了安装被测件引起的误差分析模型。结果表明:该装置能延长直线光栅尺的寿命5倍以上,提高工作效率300%,用于长度测量时最大测量误差仅为-0.000 7%。

基于平面磁场的双列结构绝对式时栅传感器研究

针对绝对式位置传感器编码复杂和加工工艺要求较高的问题,本文提出了一种基于平面磁场的双列结构绝对式时栅位移测量新方法。研究采用两列不同极距的"几"字型结构定尺绕组产生运动磁场,通过动尺电磁感应方式构造两列空间位移信号,建立两列空间位移信号相位差与运动位移的线性映射关系,通过粗通道定位和精通道测量实现绝对式位移测量。通过理论推导和模型仿真分析证明了绝对式位移测量方法的正确性。制作了PCB传感器样机进行了实验研究,结果表明传感器通过修正后定位精度可达到±9.6μm。此绝对式时栅位移传感器不仅具有结构简单,成本低廉等优势,还有效克服了传统绝对式位置传感器编码复杂和加工工艺要求较高的问题,可应用于复杂机电系统实现精密绝对定位,具有重要应用价值。

增量式光栅编码器在激光扫描雷达的应用研究

在地面、空中、太空、海面、水下,激光雷达的应用十分广泛,并涉及到多个学科领域。提出了采用增量式光栅编码器作为激光雷达扫描系统的位置传感器,研究了增量式光栅编码器的工作特点,设计了测量电路,并对增量式光栅编码器的线性度和重复精度进行了测试、标定。实验结果表明:该增量式光栅编码器线性度达99.97%,重复精度可以达到18″,可以提供给激光雷达系统精确的位置信息。

基于时栅传感技术的带检测功能直线导轨

为了满足高速、高精度的直线进给运动中对精度的要求,需要采取具有闭环控制定位技术的直线导轨作为功能运动部件。提出了一种基于时栅传感技术的带检测功能直线导轨,以同时实现导轨的导向功能和位移检测功能。先后开展了传感原理分析、带检导轨模型建立、模型的有限元仿真分析等工作验证了原理、方案的可行性;通过傅里叶变换对仿真结果进行误差分析,根据分析结果对模型进行优化并进行仿真验证;依据优化后的模型制作实物并搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明,在200 mm测量范围内,导轨精度可达1.25μm,该方法的实现为时栅传感技术在带检测机床功能部件的研究提供了一种有效途径。

两米光栅—线纹自动测量仪(一)

描述了一台能够对长度达1m的线织尺和长度达2m的光栅尺（线位移传感器）进行测量的激光干涉仪，干涉议设计成了双干涉光路系统，以消除光栅尺安装引入的阿贝误差。这台测量仪采用干涉条纹计数原理，对光栅尺和线组尺的线值精度进行检测，并能对光机信号的质量进行评价。测量过程中，对空气折射率实现了实时修正。

大尺寸拉绳位移传感器校准方法

介绍一种大尺寸拉绳位移传感器的校准方法,此种位移传感器外形特异、测量范围大,对它的校准存在装卡困难、数据处理复杂等问题。本方法采用测长机做标准器,用Excel函数功能及最小二乘法线性回归分析功能进行数据处理。实验验证证明,此方法切实可行。

航天器狭窄封闭空间内间距测量方法

针对某型号总装过程中,两球面舱体装配之后形成的密闭空间曲面间隙测量,设计了一套基于直线位移传感器的测量系统,采用电阻值变化反映位移的方法,对该空间间隙进行精密测量。整个测量系统包括数据采集、存储和处理子系统。为了保证系统的精度,设计了标定系统。测量实验表明,整个测试系统能够对两球面舱体间隙进行测量,测量精度可达0.005mm。

线位移传感器计量建标方案探讨

依据计量标准考核的要求,通过对计量标准的工作原理,不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核。

基于半桥型电感测头的微位移检测技术研究

针对半桥型电感测头,设计了幅值稳定的正弦波激励信号产生单元和相应的输出信号处理电路;分析了影响测量精度的主要原因,设计了基于反馈原理的激励信号稳幅模块;通过标定实验,采用分段线性插值法进行数据处理,该电感测头在±1 mm的测量范围内,最大误差为1.2μm,线性度为0.06%,满足测量系统的要求。

一种几何参数随动校准装置的研究

为解决一些具备几何量参数的非标设备机械精度的现场校准难题,设计了一套集位移与角度一体的随动校准装置,进行了光栅信号采集测量系统设计和软件开发,通过大量不同条件下的现场对比试验,解决了旋转偏心等技术难题,验证了系统的可靠性和装置的有效性。通过对几何参数随动校准装置的研究,实现了随动校准技术在几何参数设备校准中的运用。