激光多普勒离面位移测量系统的光路结构设计

本文提出了一种应用于激光多普勒离面位移测量系统的新型参考式光路结构,能够较好地完成产生多普勒频移和拾取该信号的功能,采用相位兴栅作为光学混频元件,提高了测量的信噪比并充分利用光能。本文阐述了实现差拍应满足的条件及方法,实验表明,方佻路结构能有效实现被测物的离面位移测量,并,可获得高的测量精度。     

利用希尔伯特变换处理爬行信号

本文提出一种处理爬行信号的新方法。利用光栅爬行测量仪拾取反映进给系统爬行的谐波信号,经电压放大后送入微机,然后对它进行希尔伯特变换。把变换后的信号与原始信号构成解析信号,并且取出其辐角,通过对辐角和位移换算即可获得描述进给系统爬行的位移信号。     

齿轮跳动检查仪电动测量的改造

采用Inventor三维设计软件,对仪器新增机构进行了三维建模设计、模拟装配、多方案比较选优等工作。采用TWX小型位移差动式传感器采集被测信号,经AD7705进行模数转换;计算机与单片机和机械部分控制的实现,以及测量结果的显示、输出均采用的是"组态王"软件。改造后的仪器,对测量技术教学有较好的示范作用。学生们可以较为直观地了解检测系统信号拾取、信号处理、显示记录等各构成部分的主要内容。     

基于线阵CCD的小幅角位移测量

本文研制了用单片机系统拾取CCD信号的装置,在Windows XP环境下利用VB强大的可编程能力、良好的人机界面以及其携带的串行通信控件MSComm,使得上位机对下位机传输的数据能够实时处理,从而实现了在±5°范围内微小角位移的非接触在线测量     

汽车离合器盖总成检测试验台设计

设计了汽车离合器盖总成检测试验台并对其测试原理进行了分析,试验台由伺服电机提供工作动力,利用工业控制机和PLC实现系统的自动控制,位移和载荷信号由传感器拾取送到测量系统,并用VC开发了简洁但功能强大的用户界面,实现了离合器盖总成负荷特性和分离特性各参数的测试。该试验台能够模拟汽车离合器盖总成实际工况,并在一定范围内满足不同规格工件的测量。实际应用结果表明,试验台运行稳定,系统控制精度较高,满足了设计指标要求。     

变耦型时栅位移传感器理论模型与误差研究

针对现有高精度位移传感器栅距小导致对制造和使用环境要求苛刻的问题,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准,可在大极距条件下实现高精度、大量程直线位移测量的变耦型时栅位移传感器。传感器通过在交变电磁场中改变励磁线圈和磁场拾取线圈的耦合状态建立以时间差反映位移变化的行波信号,实现精密位移测量。通过有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真,根据仿真结果得到传感器仿真模型的测量误差,并对其进行了谐波分析;根据误差特点和变化规律对主要误差进行了溯源,并对模型进行了优化。根据优化模型制作了传感器实物,开展了验证实验。实验结果表明:根据仿真结果对传感器进行优化设计,在200 mm的测量范围内,传感器精度达到±500 nm,且系统成本低廉,极易制造。为时栅位移传感器在恶劣环境中的应用提供了解决方案和理论依据。     

基于ARMCortex—M3的位移测量仪设计

本系统以ARMCrotex-M3为控制核心,利用线性可变差动变压器完成微小位移测量,系统主要包括正弦信号激励源、差动变压器、信号测量、数据采集和位移控制4个部分,辅以相应的模拟电路,能实现较精确的位移测量功能。     

连通管式位移测量系统的小波信号处理研究

在连通管式位移测量系统中,液体振荡影响系统的位移测量精度。由于位移信号与液位振荡在时域和频域内均相互交叠,采用时域或频域分析方法都不能有效消除液位振荡的影响。为此,建立了连通管式位移测量系统输出信号的模型,结合液位振荡信号的特点,提出了针对确定性干扰信号去噪的小波阈值法。该方法的基本思想是：根据液位振荡的频率范围确定小波分解的尺度,在不同尺度上设定不同的阈值,以小波重构信号与原始信号的相关系数为目标来优化液位振荡频率所在尺度的阈值。通过对实际系统输出信号的小波分析表明,针对低频位移信号改进的小波阈值去噪方法非常适合于连通管式位移测量系统的信号分析,能够有效地消除液位振荡的干扰。     

一种远距离大目标微位移测量系统设计

测量系统包括了接收、发射和反射3个部分.发射系统发出单频无线电波信号,通过反射器反射后,接收系统接收该无线电波信号.在接收端,利用信号反射波相对于发射信号的相位变化,可以对室外远距离大型监测目标的微小位移进行测量,这种微位移测量系统可以用于山体滑坡和桥梁变形等监测,从而预防自然灾害发生.本文介绍了微位移测量的基本原理,同时给出了反射系统和收发系统设计方法.具体系统可以分为模拟和数字2种不同体制.     

2.4GHz无线振动测量系统的研制

针对桥梁、精密仪器等工程结构的低频振动监测问题,研制了一款短距离无线测量系统。利用MEMS器件实现了低频振动信号拾取。利用nRF24E1无线SOC单片机实现了振动信号的无线传输。利用Visual C++编写了PC机数据采集程序。实验表明该无线振动测量系统对于5 Hz以下的低频振动信号分辨力为0.2 mg,视距无线传输距离为30 m.     

光纤传感测量系统在超导转子旋转装置中的应用

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2K低温下进行了转子悬浮旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10μm,转子转速达到了1013rpm。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。     

新型密封式精密钢带光栅线位移传感器的研制

研制了一种新型的密封式超长精密钢带光栅线位移传感器.该传感器采用了反射式精密超长计量钢带光栅尺作为测量基准尺,实现了大量程,并且依据激光光电扫描器拾取光栅莫尔条纹光电信号,提高了光栅付工作间隙量和测量的精度.实验的结果表明:传感器量程为3 m,10 m,50 m时,其测量精度可以达到±5 μm/m,±10 μm/m,±20μm/m.     

煤矿顶板位移测量装置的开发

本文介绍了对于煤矿安全生产有着非常重要作用的顶板位移测量装置。该测量装置采用一种新型的测量方法,整个测量系统采用以单片机为核心的数字系统。系统为降低成本采用89C52、X5045、8253等传统芯片。根据系统的应用环境,通讯部分包括两大部分:RS 485通讯总线和采用频率信号传输检测到的位移信号。     

自混合干涉微位移传感器

有许多测量微位移的光干涉方法 ,然而难以实现结构紧凑、价格低的测量系统 ,因为这些传统干涉方法都需要许多光学元器件。提出用激光自混合干涉术测量微位移 ,分析和讨论了自混合干涉信号的产生和处理方法 ,用快速傅立叶变换(FFT)相位探测技术分析自混合干涉信号 ,可提高相位测量精度。提出的传感器可以用于亚微米级位移的测量和控制 ,并给出了 PZT位移的实验结果     

基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器

针对现有磁场式直线时栅位移传感器行波磁场产生过程中,齿槽的存在影响行波磁场的匀速性,提出基于平面线圈线阵的直线时栅位移传感器。无齿槽的结构形式提高了行波磁场的匀速性,可实现大极距下的高精度测量。传感器将施加正交信号的两相励磁线圈相间排列形成平面线圈线阵,产生的行波磁场通过磁场拾取线圈感应出电行波信号,处理后得到位移量。通过电磁场分析软件对传感器进行建模仿真,根据仿真结果得到测量误差;通过理论分析对测量误差进行分析溯源,并根据分析结果对传感器结构进行优化。基于分析和优化结果研制出传感器样机,并进行了精度实验。实验表明,传感器在240 mm内测量精度为±1μm,实现了精密测量。     

线性调频激光自混合干涉双通道微位移测量方法研究

为了满足工程中一些特殊二维位移测量需求或提高位移测量效率,建立了结构简单紧凑的激光自混合干涉双通道位移测量系统。首先,基于三镜法-珀腔模型给出自混合干涉系统的数学方程。其次,在弱反馈条件下施加线性电流调制,依据自混合信号频率和外部物体距离的线性关系,当两个物体到激光器距离不同时,频域会呈现两个独立的谱峰,分别对其进行相位解算,从而实现自混合双通道位移测量。然后,数值模拟生成了双通道激光自混合信号,根据全相位频谱分析技术对自混合信号两个谱峰的相位进行估算,重构了两个物体位移曲线,给出了仿真验证。最后,搭建了实验系统,进行了自混合干涉双通道位移测量实验,并给出实验测量结果。实验结果表明,该系统可以完全区分两个运动物体,位移测量相对误差优于8.42%。线性调频激光自混合干涉可以实现任意运动规律的双通道位移测量,通过继续分光其测量通道数仍可进一步增加。     

基于电涡流传感器的微位移测量系统的设计

针对金属物体微位移测量困难的问题,设计了一种基于电涡流原理的位移测量系统。文中使用一种新型桥式结构设计了系统的硬件电路,完成金属物体的位移量到电压量的转换;使用软件拟合的方法对传感器信号进行非线性补偿和温度补偿,提高传感器的测量精度以及稳定性。测试结果表明,在0～2 mm量程范围内电涡流传感器位移测量系统的线性度小于0.75%,最小仅有0.25%,满足金属物体微位移测量的要求。     

单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器

在双排结构纳米时栅位移传感器的研究基础上,提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号,解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题;采用差动感应极片来拾取信号,可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试,最终在200 mm的量程范围内取得了±150 nm的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器,这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高,并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程,因此在产品化的过程中更具有应用前景。     

大型建筑的有源微波相位雷达位移测量方法

为满足大型建筑全天候、高精度、远距离、低成本等位移测量需求、突破主要结构位移监测方法的局限,研究了微波相位雷达在位移监测中的优点与问题,针对问题详细分析了发射机泄漏、多路径回波等干扰信号降低雷达测量精度、限制工作距离的原理,据此提出了有源微波相位雷达位移测量方法,即在目标处采用有源反射器使雷达发射信号和回波信号频率不一致,进而有效消除发射机泄漏等干扰的影响,利用降频技术和频谱分析测相方法实现高精度位移测量,还采用有源反射器增大回波功率以扩大雷达工作距离。最后,选用2.4/2.5 GHz成熟频段、低成本器件搭建实验系统,实验结果表明,测相单元测量标准差可达0.012°,且系统在120 m工作距离下,位移测量精度为0.1 mm,整套系统成本低廉,可为大型建筑位移监测提供解决思路。     

通用型光栅信号处理系统的研制

为了实现基于光栅传感器的位移测量,设计了一种通用光栅信号处理系统。无论光栅尺的输出是方波信号还是正弦波信号,处理系统均可识别并处理。运用FPGA芯片对光栅信号进行四倍频细分、辨向以及可逆计数。计数得到光栅扫描测头的位移数据经由DSP预处理,然后通过ISA或串口传到上位机,并由液晶显示位移结果。实现了对光栅信号的测量处理过程,同时通用性得到了提高。