光栅直线位移测量技术研究进展与展望

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作者 赵志财 于海 +2 位作者 万秋华 赵长海 李勇杰 《电测与仪表》 北大核心 2025年第2期51-61,共11页

直线位移测量技术在机械精密制造领域扮演着至关重要的角色,是保证加工精度的关键。与其他直线位移测量技术相比,光栅直线位移测量技术具有测量精度高、抗干扰能力强,易于实现大量程测量等优点,已成为当下研究热点之一,为进一步开展光... 直线位移测量技术在机械精密制造领域扮演着至关重要的角色,是保证加工精度的关键。与其他直线位移测量技术相比,光栅直线位移测量技术具有测量精度高、抗干扰能力强,易于实现大量程测量等优点,已成为当下研究热点之一,为进一步开展光栅直线位移测量技术研究,文中分析了三种光栅直线位移测量系统的测量原理,归纳整理了三种光栅直线位移测量的研究进展,并总结现有研究的优点与存在的不足:基于莫尔条纹的光栅直线位移测量技术受限于衍射极限的影响,分辨力难以进一步提高,基于衍射光栅的直线位移测量技术难以实现绝对位置测量,基于图像处理算法的直线位移测量技术存在集成化程度较低、测量范围有限等缺点,展望了光栅直线位移测量技术的发展方向。为开展光栅直线位移测量技术研究提供依据。 展开更多

关键词 光栅直线位移测量 高精度 高分辨力 大量程 研究进展 展望

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基于球面光投影成像的直线位移测量系统

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作者 赵志财 于海 +3 位作者 万秋华 梁立辉 张红鑫 曾琪峰 《光学精密工程》 北大核心 2025年第4期532-541,共10页

基于图像识别算法的图像式位移测量具有较高的鲁棒性和容错性,是一种新型数字化位移测量技术。为了减小测量系统体积,同时实现高分辨率直线位移测量,设计基于球面光投影成像的直线位移测量系统。首先,采用球面光投影的放大作用,设计球... 基于图像识别算法的图像式位移测量具有较高的鲁棒性和容错性,是一种新型数字化位移测量技术。为了减小测量系统体积,同时实现高分辨率直线位移测量,设计基于球面光投影成像的直线位移测量系统。首先,采用球面光投影的放大作用,设计球面光投影成像放大光路,并根据光波平面模型对图像传感器采集到的像素灰度值进行补偿。接着,为了在单码道上实现绝对位置测量与编码元素区分,设计伪随机序列的编码方式及基于宽度阈值的译码方法。然后,为实现亚像素级直线位移测量并提高系统精度,设计直线位移细分算法与多质心融合算法。最后,设计实验装置对所提出的方法进行实验验证。所设计的实验装置测量光路高度仅有5 mm。实验结果表明,所提出的方法能在250 mm的量程范围内,实现理论分辨力为5 nm,误差范围为-3.3~3.6μm,补偿后误差范围为-0.6~1μm的直线位移测量。所做的研究,可在减小系统体积的同时实现高分辨力直线位移测量,为开展高分辨力直线位移测量研究提供技术依据。 展开更多

关键词 球面光投影成像 图像式直线位移测量 高鲁棒性 高容错性 高分辨力

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变面积孔板流量计活动锥体设计与研究

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作者 周艳 徐旷宇 +1 位作者 朱宁 李宁 《计量学报》 北大核心 2025年第2期184-189,共6页

通过对变面积孔板流量计的研究发现,活动锥体的表面形状是流量计的线性度和量程比的关键因素。设计了一种新型锥状体,使得变面积孔板流量计的流量与差压成线性关系。推导出了新型锥状体表面曲线的一种函数关系式,其主要影响因素为锥体... 通过对变面积孔板流量计的研究发现,活动锥体的表面形状是流量计的线性度和量程比的关键因素。设计了一种新型锥状体,使得变面积孔板流量计的流量与差压成线性关系。推导出了新型锥状体表面曲线的一种函数关系式,其主要影响因素为锥体表面加工精度和流量计的β值;比较了新型锥状体与普通圆锥体的流量和差压的线性关系,实验表明新型锥状体的线性范围更宽,其量程比大于150∶1。 展开更多

关键词 流量计量 变面积孔板流量计 活动锥体 差压 线性曲线 锥体位移

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基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器误差分析及抑制方法研究 被引量：1

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作者 吴玉龙 武亮 李佩林 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2024年第3期14-20,86,共8页

基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器具有结构简单、分辨率高、响应速度快和抗干扰能力强的特点。相比于增量式直线位移传感器,该类型的传感器不仅不受断电的影响,还能实现更加快速和精确的绝对定位。但是,传感器制造、安装及电信号... 基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器具有结构简单、分辨率高、响应速度快和抗干扰能力强的特点。相比于增量式直线位移传感器,该类型的传感器不仅不受断电的影响,还能实现更加快速和精确的绝对定位。但是,传感器制造、安装及电信号处理等环节处理不理想会产生无效电动势,带来对极内的1次、2次和4次误差。针对上述问题,使用信号补偿的方式抑制1次和2次误差,采用空间移相的方式消除感应信号中的3次谐波,以此抑制4次误差。对优化后的传感器进行误差抑制实验,验证了误差来源分析的正确性以及抑制方法的有效性。实验表明:误差抑制后的传感器节距内误差峰峰值由32μm优化为6μm,性能大幅度提升。 展开更多

关键词 绝对式测量 电涡流 直线位移传感器 误差分析

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激光回馈双通道位移测量创新实验平台设计

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作者 寇科 连天虹 +2 位作者 王错 王萌 邵伟 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第5期32-35,110,共5页

针对激光回馈技术中多目标同步检测以提高测量效率的问题,提出了一种基于线性调频的测量通道拓展方法。在线性电流注入下,激光器输出的光频率近似线性变化;2个被测物体到激光器距离不同时,回馈信号的频谱中出现分别对应2个物体的独立谱... 针对激光回馈技术中多目标同步检测以提高测量效率的问题,提出了一种基于线性调频的测量通道拓展方法。在线性电流注入下,激光器输出的光频率近似线性变化;2个被测物体到激光器距离不同时,回馈信号的频谱中出现分别对应2个物体的独立谱峰,通过全相位频谱分析方法在2个谱峰处进行相位解算可以重构2个物体的运动曲线。基于Python语言构建的仿真模型和相应的双通道位移测量实验系统均证实了该方法的有效性,2个通道的位移测量相对误差小于5%。 展开更多

关键词 激光回馈 双通道位移测量 线性调频 全相位频谱分析

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光纤位移传感器的研制与应用 被引量：10

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作者 陈玉 王幼民 许德章 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2007年第9期1-3,共3页

讨论了通过控制实现位移的测量和显示,运用单片机作为中央处理器处理数据以及控制系统动作,采用随机型光纤位移传感器和半圆型光纤位移传感器,使用电子线路对光纤位移传感器的信号进行处理和线性补偿,扩大了传感器的测量范围。利用反射... 讨论了通过控制实现位移的测量和显示,运用单片机作为中央处理器处理数据以及控制系统动作,采用随机型光纤位移传感器和半圆型光纤位移传感器,使用电子线路对光纤位移传感器的信号进行处理和线性补偿,扩大了传感器的测量范围。利用反射式光纤位移传感器的工作原理,通过对反射光强信号的检测,提出了一种用于轧辊磨损度在线非接触检测的光电检测法。 展开更多

关键词 光纤 传感器 补偿 线性化 位移测量

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高线性非接触式电容位移传感器 被引量：8

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作者 张建雄 孙宝元 +1 位作者 戴恒震 胡旭晓 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2006年第1期6-7,17,共3页

设计一种新型电容式微位移传感器,给出了检测电路。原理为20 kHz的正弦信号加在传感器上,传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比。电路包括正弦信号发生电路、精密全波整流电路、滤波电路和信号放大电路。实验证明:该传感器... 设计一种新型电容式微位移传感器,给出了检测电路。原理为20 kHz的正弦信号加在传感器上,传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比。电路包括正弦信号发生电路、精密全波整流电路、滤波电路和信号放大电路。实验证明:该传感器线性度小于3%,分辨率优于0.01μm. 展开更多

关键词 电容 传感器 微位移 高线性 检测电路

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基于测量基准变换的增量直线式时栅传感器研究 被引量：5

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作者 陈自然 刘小康 +1 位作者 杨继森 李钢 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期91-96,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 增量式 时栅 直线式位移测量 测量基准

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集成激光位移传感器和编码器的曲面仿形测头研究 被引量：12

9

作者 袁江 邱自学 邵建新 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2488-2493,共6页

为实现对大量程自由曲面的高精度仿形测量,提出了一种利用闭环运动控制技术集成激光位移器和线性编码器的新方法。采用线性编码器和精密线性机构以及运动控制卡组成Z向位移量伺服随动系统,步进电机自动调整激光位移传感器位置使其工作... 为实现对大量程自由曲面的高精度仿形测量,提出了一种利用闭环运动控制技术集成激光位移器和线性编码器的新方法。采用线性编码器和精密线性机构以及运动控制卡组成Z向位移量伺服随动系统,步进电机自动调整激光位移传感器位置使其工作在中心范围(95～105mm)内,线性机构位移量可由线性编码器测量得到,自由曲面的起伏变化可通过激光位移传感器和线性编码器的输出而得到。与激光位移传感器进行了线性度、示值误差以及重复性等精度参数对比实验,结果表明系统在扩大测量范围的同时具备较高的测量精度。 展开更多

关键词 自由曲面 激光位移传感器 线性编码器 测量精度

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基于电容位移传感器的金属线胀系数测量 被引量：13

10

作者 刘崧 钟双英 李鸿 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2013年第1期30-32,共3页

针对由微小位移测量误差引起金属线胀系数测定实验精度降低的问题,介绍了一种传感器测量金属线胀系数的新方法。变极距式电容位移传感器在有效的线性工作范围内输出电压与极板间隙的变化具有良好的线性输出关系,能极大地提高金属受热膨... 针对由微小位移测量误差引起金属线胀系数测定实验精度降低的问题,介绍了一种传感器测量金属线胀系数的新方法。变极距式电容位移传感器在有效的线性工作范围内输出电压与极板间隙的变化具有良好的线性输出关系,能极大地提高金属受热膨胀时微小位移的测量精度。利用变极距式电容位移传感器替代千分表测量金属线胀系数,不仅操作简单,实验测量误差大幅降低,而且能实现数据采集和处理的一体化。 展开更多

关键词 电容位移传感器 线胀系数 微小位移

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多圈光电轴角编码器在直线位移测量中的应用 被引量：6

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作者 张世轶 韩旭东 艾华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第z1期76-80,共5页

多圈光电轴角编码器是一种适用于大量程轴角位移精密测量的光电数字测角仪,其测量范围可超过整周(360°)的几百倍,甚至上千倍。利用多圈光电轴角编码器具有分辨力高、精度高、体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了由高精度齿... 多圈光电轴角编码器是一种适用于大量程轴角位移精密测量的光电数字测角仪,其测量范围可超过整周(360°)的几百倍,甚至上千倍。利用多圈光电轴角编码器具有分辨力高、精度高、体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了由高精度齿轮同步带传动机构与16位多圈编码器组合而成的直线位移测量系统,并对系统的测长精度进行了检定。实验结果表明,修正后的系统测长误差低于0.065 mm,可满足中低精度的工业测量要求。 展开更多

关键词 多圈编码器 轴角编码器 直线位移 长度测量

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集成激光位移传感器与线性编码器的自由曲面测量方法及系统 被引量：5

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作者 王菽芳 邱自学 +2 位作者 袁江 邵建新 吴静雅 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第7期4-6,9,共4页

利用激光位移传感器在小测量范围内精度高和线性编码器大量程高精度、动态测量的特点,研究开发了一种大量程自由曲面非接触测量系统。分析了激光位移传感器和线性编码器的测量原理和特点,并对其进行了相关实验标定。以LabVIEW为系统软... 利用激光位移传感器在小测量范围内精度高和线性编码器大量程高精度、动态测量的特点,研究开发了一种大量程自由曲面非接触测量系统。分析了激光位移传感器和线性编码器的测量原理和特点,并对其进行了相关实验标定。以LabVIEW为系统软件平台,采用改进多项式自动跟踪算法对一球体截面进行了测量。实验结果表明:该系统测量稳定可靠,可对测量倾角≤±45°的自由曲面进行高精度测量。 展开更多

关键词 自由曲面 非接触测量 激光位移传感器 线性编码器 LABVIEW

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低渗透油藏CO_2非混相驱替特征曲线研究 被引量：9

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作者 吕成远 王锐 +3 位作者 赵淑霞 伦增珉 崔茂蕾 王欣 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期111-114,共4页

目前普遍沿用水驱特征曲线对气驱特征进行描述,尚未形成标准的气驱特征曲线及数学描述方法。针对低渗透油藏CO_2非混相驱替特征,通过理论推导,建立累积产气量与累积产油量的分段关系式,形成适用于低渗透油藏CO_2非混相驱的气驱特征曲线... 目前普遍沿用水驱特征曲线对气驱特征进行描述,尚未形成标准的气驱特征曲线及数学描述方法。针对低渗透油藏CO_2非混相驱替特征,通过理论推导,建立累积产气量与累积产油量的分段关系式,形成适用于低渗透油藏CO_2非混相驱的气驱特征曲线。结合室内实验和矿场生产数据分析,验证累积产气量与累积产油量呈双对数分段线性关系,表明气驱特征曲线能够较好地描述CO_2非混相驱替特征。通过拟合可确定分段关系式中的常数,能够有效预测CO_2非混相驱油效果。另外,应用气驱特征曲线还能够确定气窜发生的时机,并对CO_2非混相驱调整措施的有效性进行快速判断。腰英台油田低渗透油藏CO_2非混相驱矿场试验结果表明,CO_2注入12个月后,气窜发生。根据气驱特征曲线,实施水气交替注入,气窜段斜率显著下降,气窜受到一定抑制。 展开更多

关键词 低渗透油藏 CO2非混相驱 气驱特征曲线 气窜时机 分段线性关系 调整措施

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基于光纤传感技术的金属线胀系数非接触测量 被引量：10

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作者 俞世钢 潘日敏 许富洋 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第2期66-67,共2页

针对传统金属线胀系数测试方法存在的缺陷,介绍一种新颖的金属线胀系数实时非接触测量方法。该方法是利用反射式光纤位移传感器输出特性曲线的线性区实现微位移测量的原理,从而实现对金属线胀系数的测量,实验给出了测试结果:黄铜棒的线... 针对传统金属线胀系数测试方法存在的缺陷,介绍一种新颖的金属线胀系数实时非接触测量方法。该方法是利用反射式光纤位移传感器输出特性曲线的线性区实现微位移测量的原理,从而实现对金属线胀系数的测量,实验给出了测试结果:黄铜棒的线胀系数为 18. 81×10-6 /℃,铁棒的线胀系数为11. 69×10-6 /℃。该方法无论是操作过程还是测量精度都优于传统测量方法。 展开更多

关键词 光纤位移传感器 线胀系数 非接触测量

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基于磁阻原理的高速直线运动位移测量系统 被引量：2

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作者 徐照平 常思勤 +1 位作者 施昕昕 刘梁 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第3期89-91,共3页

针对高速直线运动控制系统的位移测量需要,设计了一种基于磁阻原理的非接触式位移测量系统。系统以TMS320F2812数字信号处理器为核心构建,设计量程为70 mm,最高采样频率为50 kHz,并实现了以太网接入。介绍了该测量系统的工作原理、结构... 针对高速直线运动控制系统的位移测量需要,设计了一种基于磁阻原理的非接触式位移测量系统。系统以TMS320F2812数字信号处理器为核心构建,设计量程为70 mm,最高采样频率为50 kHz,并实现了以太网接入。介绍了该测量系统的工作原理、结构组成以及数据分析方法。测试结果表明:系统能够对8 m/s的直线运动进行准确测量。 展开更多

关键词 高速直线运动 磁阻传感器 位移测量

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直线光栅尺的精度评价及标定方法研究 被引量：8

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作者 任东旭 李彬 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2020年第6期54-56,60,共4页

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,... 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。 展开更多

关键词 直线位移测量 玻璃光栅尺 精度标定 栅距误差 最小区域法

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基于磁致伸缩位移传感器原理测量波导丝泊松比与线膨胀系数 被引量：3

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作者 孙英 陈铮 +1 位作者 郑岩 翁玲 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期22-27,共6页

波导丝是磁致伸缩位移传感器的核心元件,为快速测量波导丝泊松比与线膨胀系数,基于磁致伸缩位移传感器原理,提出了波导丝线膨胀系数与泊松比的测量方法。根据应力波传播特性以及应力波波速受温度影响的特性,构建了波导丝线膨胀系数、泊... 波导丝是磁致伸缩位移传感器的核心元件,为快速测量波导丝泊松比与线膨胀系数,基于磁致伸缩位移传感器原理,提出了波导丝线膨胀系数与泊松比的测量方法。根据应力波传播特性以及应力波波速受温度影响的特性,构建了波导丝线膨胀系数、泊松比与波速的数学模型;利用传统的磁致伸缩位移传感器结构,测量了波导丝在25℃、50℃时的扭转波波速;设计了波导丝纵波激励结构,测量了波导丝中扭转波、纵波在传播距离相同时的传播时间;计算了波导丝线膨胀系数与泊松比。实验结果表明:实验中Fe-Ga波导丝的泊松比约为0.302,线膨胀系数约为18.70×10^-6/K。本文旨在深入探索波导丝弹性参数的新型快速测量方法,为传感器中波导丝的选型提供新思路。 展开更多

关键词 波导丝 磁致伸缩位移传感器 参数测量 泊松比 线膨胀系数

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一种用于位移测量装置校准的LVDT模拟器 被引量：10

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作者 兰峰枫 张天宏 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第3期68-70,73,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 位移测量装置 线性可调差动变压器 校准 传感器模拟 模拟器

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基于组合测量方式的新型磁场式时栅位移传感器 被引量：4

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作者 陈自然 张桁潇 +2 位作者 刘小康 陈鸿友 余海游 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期107-115,共9页

针对数字化精密机械加工装备和测量仪器中的关键功能部件——位移传感器测量精度过分依赖高精度加工的难题,提出基于组合测量方式的新型位移传感新方法。利用在平面上均匀分布的激励绕组产生交变磁场,构建运动参考系,建立位移和时间基... 针对数字化精密机械加工装备和测量仪器中的关键功能部件——位移传感器测量精度过分依赖高精度加工的难题,提出基于组合测量方式的新型位移传感新方法。利用在平面上均匀分布的激励绕组产生交变磁场,构建运动参考系,建立位移和时间基准之间的映射关系。通过控制感应绕组的形状实现磁场精确约束,从原理上抑制谐波误差。采用差分排布的感应绕组式及组合测量方式增强抗干扰性,提高位移测量精度。通过电磁仿真验证,进行测量误差分析,优化结构参数。研制了传感器样机并进行实验验证,结果表明在144 mm测量范围内,测量误差为±2.25μm,分辨力为0.15μm。不同于传统高精度位移传感器严重依赖高精度光刻制造加工,此方法通过对磁场的精确约束和传感原理创新实现精密位移测量,具有结构简单,成本低等优势具有重要学术和工程应用价值。 展开更多

关键词 直线位移 组合测量 时栅传感器 交变磁场

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基于LVDT的微小位置测量系统设计 被引量：11

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作者 郭敏 李月贞 《现代电子技术》 2010年第7期151-153,共3页

给出一种基于线性可调差动变压器(LVDT)的微小位移测量系统。系统以DSP为核心处理器完成对差动变压器输出数据的采集,并对数据进行数字滤波处理和分析得到待测微小位移。测试结果表明本设计的测量精度达到0.1 mm,满足测量铜钢复合钢板... 给出一种基于线性可调差动变压器(LVDT)的微小位移测量系统。系统以DSP为核心处理器完成对差动变压器输出数据的采集,并对数据进行数字滤波处理和分析得到待测微小位移。测试结果表明本设计的测量精度达到0.1 mm,满足测量铜钢复合钢板国标标准的要求。系统适当修改便可应用于旋转式小型、线形、薄片形精密零件的非接触式无损位移测量。 展开更多

关键词 线性可调差动变压器 传感器 数字信号处理器 微小位移测量

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