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时栅传感器气隙磁导正弦规律变化的调制方法

传感技术学报 2022年第10期35卷 1363-1367页

作者：张天恒王宇梁敏吴灼鲁进重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054

针对时栅传感器输出信号近似于正弦波中包含各次谐波成分的三角波,提出一种传感器气隙磁导正弦规律性变化的调制方法,来解决谐波成分的干扰、绕组短路等问题对精度的影响。应用微分法对这种新型传感器的数学模型进行计算,构建转子外圆... 详细信息

针对时栅传感器输出信号近似于正弦波中包含各次谐波成分的三角波,提出一种传感器气隙磁导正弦规律性变化的调制方法,来解决谐波成分的干扰、绕组短路等问题对精度的影响。应用微分法对这种新型传感器的数学模型进行计算,构建转子外圆柱面齿形曲线函数f_(1)(θ)和f_(2)(θ),通过电磁场仿真,验证了设计方案的可行性和正确性。分析结果表明,f_(1)(θ)和f_(2)(θ)型传感器的输出信号能更好地抑制谐波成分和提升正弦波规则性,在0°~6°测量范围内,仿真误差为±25″,对时栅传感器的设计具有重要的借鉴意义。

关键词：时栅传感器气隙磁导正弦规律齿形曲线函数调制方法

变耦型时栅传感器及测头姿态对测量误差的影响

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光学精密工程 2016年第9期24卷 2271-2282页

作者：鲁进陈锡侯汤其富武亮重庆理工大学电子信息与自动化学院重庆400054 重庆理工大学时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054

根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究... 详细信息

根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究了不同测头姿态下传感器的位移误差特性,并对其进行了谐波分析,得到了不同测头姿态对位移测量误差各次谐波的影响规律。根据传感器模型制作了传感器并开展了验证实验。仿真和实验结果均表明:不同测头姿态对位移测量误差的影响主要体现在对测量误差的1次、2次和4次谐波上,且俯仰姿态引入的附加误差最大,其余测头姿态下引入的位移测量附加误差均较小。若保证较佳的测头姿态,传感器在定尺和动测头间气隙厚度为0.3mm时的原始误差约为±18μm。实验分析结果与仿真结果基本一致。

关键词：时栅传感器位移测量测头姿态安装误差测量精度

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寄生式时栅传感器动态测量误差的贝叶斯建模

光学精密工程 2016年第10期24卷 2523-2531页

作者：杨洪涛章刘沙周姣费业泰彭东林安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009 重庆理工大学电子信息与自动化学院重庆400054

为了提高寄生式时栅传感器的测量精度,分析了它的工作原理和动态误差组成,得到其主要误差分量为常值误差、周期误差和随机误差等。针对寄生式时栅误差特点,建立了寄生式时栅动态误差高精度预测模型,并与其他建模方法进行了比较。选用插... 详细信息

为了提高寄生式时栅传感器的测量精度,分析了它的工作原理和动态误差组成,得到其主要误差分量为常值误差、周期误差和随机误差等。针对寄生式时栅误差特点,建立了寄生式时栅动态误差高精度预测模型,并与其他建模方法进行了比较。选用插入标准值的贝叶斯预测模型,以实际测量的传感器第一个对极动态误差数据进行建模,在后续对极特定位置插入部分实际误差测量数据,建立误差预测模型,预测了传感器后83个对极的动态误差。另选用三次样条插值和BP神经网络建模方法对寄生式时栅整圈动态误差建模,并与建立的误差模型进行了对比。验证实验表明,三次样条插值建模时间最短(0.62s),但其建模精度不高(16.050 0″);贝叶斯动态模型建模时间(0.86s)略长于三次样条插值,但建模精度最高(0.415 3″);BP神经网络建模时间最长(32min),但建模精度最低(19.680 2″)。同时贝叶斯插入标准值建模方法所需数据点(69395个)远少于三次样条和BP神经网络建模数据点(235526个),节省了大量的标定时间和建模数据量,因此可用于寄生式时栅传感器的动态测量误差高精度建模修正。

关键词：寄生式时栅时栅传感器测量误差贝叶斯原理标准值插入误差建模

基于平面磁场的双列结构绝对式时栅传感器研究

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传感技术学报 2021年第4期34卷 463-469页

作者：陈自然卜敬赵有祥黎锡冯曦颉重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054

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... 详细信息

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。

关键词：绝对式直线位移测量时栅传感器双列结构

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时栅传感器动态自动测试与标定系统

仪表技术与传感器 2010年第2期 95-97页

作者：高忠华陈锡侯彭东林刘小康王先全郑方燕重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程中心重庆400054

时栅传感器误差曲线的动态自动标定工作,在保证精度的同时,大幅度减少了标定所需的时间。同时,利用软件实现卡尔曼滤波方法,进一步提高了动态标定精度。文中主要介绍了系统工作原理及动态标定的方法,使用结果表明:动态自动测试效率和标... 详细信息

时栅传感器误差曲线的动态自动标定工作,在保证精度的同时,大幅度减少了标定所需的时间。同时,利用软件实现卡尔曼滤波方法,进一步提高了动态标定精度。文中主要介绍了系统工作原理及动态标定的方法,使用结果表明:动态自动测试效率和标定精度达到了预定的指标。

关键词：时栅传感器卡尔曼滤波动态测试自动标定

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时栅传感器在数控系统中的应用

制造技术与机床 2005年第12期 100-102页

作者：王彦刚彭东林石永福吴崇咸重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆工学院电子信息与自动化学院重庆400050

在分析时栅传感器的输出信号特点和数控系统的测量接口的基础上,给出了时栅传感器与数控系统的接口电路设计方案。

关键词：时栅传感器数控系统接口电路输出信号

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时栅传感器远程监控系统研究与实现

时栅传感器远程监控系统研究与实现

作者：李明重庆理工大学

学位级别：硕士

时栅传感器作为一种高精密传感器,已应用于工业生产和国防建设中,经过多年研究和技术创新,取得了重大突破。在国家政策和工业生产驱使下,机械制造业正迈向智能化、信息化和自动化方向发展。基于市场需求反馈,智能化时栅研究已经提上日... 详细信息

时栅传感器作为一种高精密传感器,已应用于工业生产和国防建设中,经过多年研究和技术创新,取得了重大突破。在国家政策和工业生产驱使下,机械制造业正迈向智能化、信息化和自动化方向发展。基于市场需求反馈,智能化时栅研究已经提上日程。本文的研究内容就是时栅传感器远程监控系统网络化关键技术和系统开发,为智能化时栅走向市场打下了坚实基础。在高精密测量领域,由于不同传感器的特点和参数差别较大,开发监控系统要针对传感器本身而设计,才能满足实际的工况需求。时栅传感器的核心是激励信号的产生和匀速坐标系的构建,本文通过对时栅原理的介绍和信号特性的分析,首先对底层硬件电路进行改进,以实现网络化接口设计,然后基于信号特性分析,开发一套具有对时栅健康状况预测功能的监控系统,该系统实时性好、可靠性高、标准化开发、可移植性强。基于此,本文开展时栅传感器远程监控系统研究工作,主要研究工作内容如下:(1)通过对场式时栅传感器的测量原理介绍,着重分析了时栅激励信号特点,并对激励信号的幅值不相等或相位不正交分析,推导得出有二次误差产生,最终会导致感应信号相位差产生误差,造成测量误差,影响传感器精度。(2)针对理论分析,确定特征参数的选取,对时栅信号处理系统各模块产生的激励信号幅值、相位进行采集,分析各模块电路与激励信号相关性,提出基于激励信号数据驱动的电路健康状况预测,采用BP神经网络和RBF神经网络确定诊断标准。(3)基于数据趋势预测以达到预诊断目的,在离散小波变换的基础上,采用自回归预测模型、灰色预测模型、BP神经网络模型和RBF神经网络模型四个算法对采集的时栅激励信号进行趋势预测分析。本文以功率放大模块输出的激励信号幅值为例,采样500个点,用多个模型对采样点数据进行曲线拟合,然后根据拟合函数对激励信号幅值变化趋势进行预测,通过预测值与实际值进行比较,并分析四个算法的优缺点。(4)时栅传感器监控系统软硬件设计。网络化硬件平台的设计,主要包括激励信号产生模块、信号调理模块、数据采集模块和以太网模块等设计。软件系统设计,主要包括数据库设计、服务器设计、协议包设计、预警功能设计和监控界面开发等。(5)利用实验室硬件环境,测试监控系统性能,并进行功能的验证和优化。综上所述,本文基于网络化技术,结合时栅信号特点,开发了一套时栅远程监控系统,可实现对时栅运行状态和电路健康状况进行监测,推动了智能化时栅发展进程。

关键词：时栅传感器监控系统激励信号健康状况预测趋势预测

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时栅传感器环节误差分析及检验标准的建立

时栅传感器环节误差分析及检验标准的建立

作者：郑方燕重庆工学院

学位级别：硕士

时栅位移传感器是一项原始性创新成果,研究时栅位移传感器是一项开创性的工作,具有深远的意义。与光栅等传统栅式位移传感器相比,时栅位移传感器除了原理与传统栅式位移传感器不一样以外,它还因工艺简单、成本低、分辨力高、抗干扰力强... 详细信息

时栅位移传感器是一项原始性创新成果,研究时栅位移传感器是一项开创性的工作,具有深远的意义。与光栅等传统栅式位移传感器相比,时栅位移传感器除了原理与传统栅式位移传感器不一样以外,它还因工艺简单、成本低、分辨力高、抗干扰力强、智能化程度高等显著优势,具有很好的市场前景。在时栅从实验室研究成果到市场化的产品推广应用中还存在的一些不可避免的实际问题,一方面是面对小批量、多品种需求而进行的大量实验验证导致的人力财力的消耗,另一方面是在草拟《时栅传感器》《时栅数显回转工作台》产品标准时遇到的对产品的一些性能指标因时栅传感器与其他传感器不一样的原理而无法准确确定问题。在此背景下,本文作者在一项自然基金的资助下,开展了《时栅位移传感器环节误差分析和检验标准的建立》的研究。主要研究内容如下: 1.介绍了“时空坐标转换”思想和基于此思想而发明的时栅位移传感器的结构及组成原理。 2.重点分析了时栅位移传感器各误差项,并对各主要误差项对时栅位移传感器精度的作用原理和影响量作出了具体论述和定量分析。 3.根据误差分析结果做了如下工作: ①设计了时栅多测头误差分离的实验方法和误差验证方法,搭建了实验装置,并对实验验证结果进行了分析,验证了误差估计的基本正确性。 ②设计了电源幅值和相位差变化对时栅精度影响的实验方法并在搭建好的实验装置下进行了实验研究,并以实验结果对电源幅值和相位差变化对时栅精度的影响量做出了定量分析。 ③根据时栅特点,确定了时栅位移传感器的主要性能指标分辨力、重复性、分度误差的检验方法和数据处理方法,并确定了对时栅位移传感器的示值误差(分度误差)进行不确定度评定的方法。综上所述,本文通过对时栅位移传感器的误差分析,明确了影响时栅位移传感器精度的主要因素和时栅位移传感器误差的特点,并提出了影响时栅精度最主要的误差项——定子和测头的制造新方法。在分析时栅位移传感器各误差项的基础上,确定了时栅的主要性能指标和对各指标进行检验的方法,并把它应用于《时栅传感器》和《时栅数显回转工作台》的产品标准中。

关键词：时栅传感器时栅精度误差分析检验方法

运用FPGA+ARM的直线式时栅传感器的数据采集系统设计

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现代制造工程 2015年第1期 53-58页

作者：张天恒王阳阳王先全凌旭重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054 湖南天雁机械有限责任公司衡阳421005

利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,借鉴国际上先进的位移测量技术手段,设计直线式时栅传感器高速实时数据采集系统。通过先进的RISC机器(Advanced RISC Machines,ARM)对现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA... 详细信息

利用时空转换思想,以时间基准测量空间位移量,借鉴国际上先进的位移测量技术手段,设计直线式时栅传感器高速实时数据采集系统。通过先进的RISC机器(Advanced RISC Machines,ARM)对现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行管理控制,利用嵌入式操作系统Linux软件编程,在FPGA上构建正弦信号发生器、NIOS_II软核处理器,完成高速数据采集,使系统具有更好的可靠性与实时性。实验表明:采用所设计的高速实时数据采集系统,最小分辨时间为2.44ns.解决了直线式时栅传感器处理速度和数据采集不匹配的问题,实现了直线式时栅传感器的实时误差修正与补偿,为高精度直线式时栅传感器的研制提供了技术支持。

关键词：嵌入式现场可编程门阵列主控制器ARM 时栅传感器误差修正与补偿