基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法及新型栅式智能位移传感器研究

论文题目: 基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法及新型栅式智能位移传感器研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 刘小康

导师: 彭东林

关键词: 几何量,测量,时间,位移传感器,误差修正

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 精密计量技术是保证产品质量的重要手段,也是进行科学研究的重要工具。计量测试是科技、经济和社会发展的重要技术基础,其水平高低已成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。传统几何量计量中一般以空间量作为基准量,被测量与基准量之间是空间对空间的关系。传统栅式位移传感器和码盘式传感器要实现高精度测量,都需要一个高精度的空间基准量——刻线尺。刻线尺的栅线既要求刻划均匀,又要求刻划细密,其精度取决于精密机械制造技术。在栅线数不能满足要求的情况下,还需要对基准量进行细分。因此,传统栅式位移传感器制造工艺复杂,加工要求很高,相应地制造成本也很高。在此背景下,本文在三项国家自然科学基金项目和一项重庆市自然科学基金重大项目资助下,开展了基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法及三种新型栅式智能位移传感器的研究。主要研究内容与创新如下: ① 提出了一种基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法。测量的精度不是取决于加工精度和安装精度,而是取决于电气跟踪制导和误差修正的精度。 ② 阐述了以时间测量空间、运用电气手段解决机械问题的学术思想。以时间量作为空间量的测量基准,将空间位移的测量问题转换为时间量的测量问题,彻底回避掉机械高精密刻线的传统工艺,以期摆脱对精密加工技术的依赖,从而大幅度地降低制造成本。 ③ 利用上述新方法和新思想开展了三种新型栅式智能位移传感器研究。主要包括: 1) 论述了精密位移测量中的“时空坐标转换理论”和场式时栅传感器的工作原理。 2) 论述了利用“游标插值”的信号细分新方法,研制差线栅传感器的新思想。 3) 首次提出了一种基于电子跟踪制导技术和圆分度多信息融合技术的新型激光栅传感器的研究思想,其精度取决于自动控制精度而不是机械加工精度和安装精度。 ④ 研制出了一套TG-E1时栅角位移传感器实验系统,在该系统上开展了大量实验研究,成功研制出首台高精度时栅角位移传感器样机,探索出了一套系统的实现高精度时栅的方法。国家法定计量检定机构——中国测试技术研究院对时栅的检定结论为:任意(0°～360°)范围内示值误差±0.8”。研究成果“时空坐标转换方法与时栅位移传感器”通过了国家自然科学基金委员会组织的技术鉴定,鉴定意见主要结论为“…该传感器特点在于无需高精度机械加工即可实现高精度,…本项目

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1．1 本文研究的背景、来源和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 位移传感器技术的发展

1．4 市场前景分析

1．5 本文研究的主要内容

2 基于电气制导与误差修正的几何量计量新方法

2．1 传统几何量计量方法概述

2．2 位移传感器计量原理

2．2．1 光栅传感器

2．2．2 感应同步器

2．2．3 磁栅式传感器

2．2．4 容栅传感器

2．2．5 码盘式传感器

2．3 几何量计量新方法

2．3．1 电气制导与电子校正

2．3．2 圆分度全息误差修正

2．3．3 计量基准补偿

2．4 本章小结

3 几何量计量误差理论

3．1 误差的基本性质与处理

3．1．1 误差定义、来源及分类

3．1．2 随机误差

3．1．3 系统误差

3．1．4 粗大误差

3．2 误差的合成

3．2．1 随机误差的合成

3．2．2 系统误差的合成

3．2．3 不同性质误差的合成

3．3 微小误差取舍准则

3．4 本章小结

4 三种新型栅式智能位移传感器研究

4．1 引言

4．2 时栅位移传感器

4．2．1 时空坐标转换理论

4．2．2 时栅工作原理

4．3 差线栅位移传感器

4．3．1 研究思想

4．3．2 测量中的放大测微、插值与细分

4．3．3 差线栅工作原理

4．4 激光栅位移传感器

4．5 本章小结

5 高精度时栅智能位移传感器实验研究

5．1 引言

5．2 实验系统设计

5．3 高精度三相交流稳压电源研制

5．3．1 电源频率选择与数论

5．3．2 电源设计

5．4 硬件电路设计

5．4．1 电路原理

5．4．2 信号调理电路

5．4．3 数字信号处理电路

5．4．4 数码显示电路

5．4．5 电磁兼容设计

5．5 软件设计

5．6 提高传感器性能的方法

5．7 传感器非线性自修正技术

5．7．1 查表法

5．7．2 曲线拟合法

5．7．3 函数神经网络法

5．8 稳定性实验

5．8．1 自补偿实验

5．8．2 单测头与多测头测量对比实验

5．8．3 量化误差与随机误差分析与实验

5．8．4 提高稳定性算法研究

5．9 精度实验

5．9．1 电子校正实验

5．9．2 多位置测头误差分离与傅氏级数谐波修正实验

5．10 误差来源分析

5．11 时栅精度

5．12 本章小结

6 时栅新产品研制

6．1 引言

6．2 高精度时栅智能位移传感器

6．2．1 硬件电路设计

6．2．2 DSP软件设计

6．3 时栅数显圆分度转台

6．4 时栅闭环数控回转工作台

6．5 自动修正系统

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录:

1．作者在攻读博士学位期间发表的论文

2．作者在攻读博士学位期间参加的科研项目

3．中国测试技术研究院对 TG-E1时栅角位移测量系统的测试报告

4．国家自然科学基金委员会组织的技术鉴定会专家鉴定意见

5．主要研制人员名单

6．国家自然科学基金委员会组织的技术鉴定会鉴定委员会名单

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-11-07

参考文献

[1].新型时栅位移传感器研究[D]. 陈锡侯.重庆大学2007
[2].基于预测理论的精密角位移动态测量及其实验研究[D]. 陈自然.合肥工业大学2012
[3].基于双纵模双频激光干涉测量的位移传感器自动检定系统的研究[D]. 田云辉.四川大学2003

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