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寄生式时栅角位移传感器动态误差分析与结构改进

发布时间:2018-04-19 01:12

  本文选题:寄生式时栅 + 不确定度评定改进方案 ; 参考:《安徽理工大学》2017年硕士论文


【摘要】:目前已有的寄生式时栅传感器不确定度评定方案没有建立传感器加工误差、安装误差以及多普勒效应与总不确定度之间的传递关系,寄生式时栅也没有建立高精度的动态测量误差修正模型,其结构只是依据实验经验设计,缺少指导结构优化设计的理论依据。为了建立更全面的寄生式时栅不确定度评定体系,本文对原有的寄生式时栅不确定度评定方案进行改进,建立传感器加工误差、安装误差以及多普勒效应与总不确定度之间的传递关系。为了建立高精度的寄生式时栅动态测量误差模型,本文以84对极寄生式时栅为研究对象,设计实验采集寄生式时栅整圆周动态误差,分析动态误差各个成分与误差来源的对应关系,选用插入标准值的贝叶斯预测算法建立寄生式时栅整圆周动态误差模型,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圆周动态误差建模,并与之对比。验证结果表明,贝叶斯插入标准值建模方法可在较短的时间以较少的数据量获得较高的建模精度。利用Ansoft Maxwell仿真分析传感器安装误差和多普勒效应对寄生式时栅测量精度的影响,并设计实验进行验证。从仿真和实验结果可知,测头与转子的间隙越小,传感器测量精度越高,实验确定的最佳安装间隙为0.2mm;测头的俯仰角和偏摆角变化对测量精度的影响规律复杂,故文中建立相应的误差补偿模型;随着转子转速增大,多普勒效应对传感器测量精度的影响越大。为了实时修正寄生式时栅安装误差引起的传感器测量误差,将涡流传感器结构耦合进寄生式时栅传感器结构中,利用三点法误差分离技术实时测量被测对象转角,实时补偿寄生式时栅因安装误差导致的测角误差,从而设计一种自补偿式寄生式时栅传感器,对其机械结构和处理电路进行设计,利用Ansoft Maxwell对传感器感应信号进行仿真分析。本文对已有的寄生式时栅不确定度评定方案进行了改进,建立了高精度的寄生式时栅整圆周动态误差模型,分析了安装误差与多普勒效应对传感器测量精度的影响。为了消除安装误差的影响,设计了一种自补偿寄生式时栅传感器。
[Abstract]:The existing methods for evaluating the uncertainty of parasitic time grating sensors have not established the processing error, installation error and the transfer relationship between Doppler effect and total uncertainty.The parasitic time-grid has not established a high-precision dynamic measurement error correction model, and its structure is only designed according to the experimental experience, and lacks the theoretical basis to guide the optimization design of the structure.In order to establish a more comprehensive evaluation system of parasitic time-grid uncertainty, the original evaluation scheme of parasitic time-grid uncertainty is improved in this paper, and the sensor machining error is established.The transfer relationship between the installation error and the Doppler effect and the total uncertainty.In order to establish a high precision dynamic measurement error model of parasitic time grating, 84 pairs of parasitic time gratings are taken as the research object in this paper, and the experimental data are designed to collect the whole circle dynamic errors of parasitic time gratings.Based on the analysis of the relationship between the components of dynamic error and the source of error, the Bayesian prediction algorithm with standard values is used to establish the dynamic error model of parasitic time grid.In addition, cubic spline interpolation and BP neural network are used to model the dynamic error of parasitic time grating.The results show that the Bayesian insertion standard value modeling method can achieve higher modeling accuracy with less data in a short time.The influence of sensor installation error and Doppler effect on the measurement accuracy of parasitic time grating is analyzed by Ansoft Maxwell simulation, and the experiment is designed to verify it.The results of simulation and experiment show that the smaller the gap between the probe and the rotor, the higher the measuring accuracy of the sensor, and the optimum installation clearance determined by the experiment is 0.2mm. the influence of the pitch angle and the yaw angle of the probe on the measurement accuracy is complex.Therefore, the corresponding error compensation model is established in this paper, and with the increase of rotor speed, the effect of Doppler effect on the measurement accuracy of the sensor is greater.In order to correct the sensor measurement error caused by parasitic time grid installation error in real time, the eddy current sensor structure is coupled into the parasitic time grating sensor structure, and the rotation angle of the measured object is measured in real time by using the three-point error separation technique.In order to compensate the angle measurement error caused by the installation error of parasitic time grating in real time, a self-compensating parasitic time grating sensor is designed, its mechanical structure and processing circuit are designed, and the sensing signal of the sensor is simulated and analyzed by Ansoft Maxwell.In this paper, the existing schemes for evaluating the uncertainty of parasitic time-grid are improved, and a high-precision dynamic error model of parasitic time-grating is established. The effects of installation error and Doppler effect on the measurement accuracy of the sensor are analyzed.In order to eliminate the influence of installation error, a self-compensating parasitic time grating sensor is designed.
【学位授予单位】:安徽理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212

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本文编号:1770921

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