基于等差相位构建的多读数头位移传感器信号处理及误差修正新方法研究

发布时间：2017-05-31 03:06

  本文关键词：基于等差相位构建的多读数头位移传感器信号处理及误差修正新方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高精度的传感器和仪器仪表对国民经济、科学研究、现代战争等方面都有着举足轻重的作用。当前所有位移(角位移和直线位移)传感器包括光栅、感应同步器、旋转变压器、时栅等,要想提高测量精度,都是通过增加栅线数和增加读数头数并依靠高精度母仪为基准,来实现误差的修正。但是,提高栅式位移传感器刻线密度和精度不可能永无止境;多读数头对安装要求高;依赖高精度母仪对传感器进行标定能提高传感器精度,但有时在现场没有母仪或无法安装母仪修正,或者传感器即使修正好了,在后来的使用过程中精度也会降低或丧失。本课题针对上述问题提出了一种基于等差相位构建的多读数头位移传感器。通过特定的绕线方式,以固定的相位差在定子上形成多个读数头。读数头分布在同一个定子上,又共用一个转子,从而具有较高的一致性,为传感器的误差处理带来了很大的方便。本课题依托于重庆市重点实验室,针对传感器信号处理和误差修正,开展了以下研究工作:(1)介绍传感器的基本机械结构以及多读数头的构建形式,阐述了传感器的测量原理以及构建多读数头的等差相位原理,通过ASOFT仿真验证了传感器用于测量的可行性。(2)对传感器的信号特点进行了研究,提出了信号处理系统的总体方案设计。对信号处理系统各个模块的功能及其硬件电路作了详细的说明。(3)结合传感器的机械结构和电气特性,分析了传感器存在的误差成份,根据传感器读数头一致性高的特性,有机的把各次误差分类为对读数头影响相同部分误差和对多读数头影响不相同部分误差,并探究了修正这些误差的方法途径。(4)对对读数头影响不相同部分的误差进行分析和建模,揭示其对传感器系统测量精度的影响规律,提出一种以DSP处理器为核心的位移解算器模型,以完成对多读数头影响不相同部分误差的修正。(5)针对对读数头影响相同部分的误差,在经过位移解算器模型进行误差的初步修正后,对测量数据进行预处理后,在不使用光栅、激光干涉仪等角位移测量基准的情况下,应用误差辨识理论方法,运用MATLAB软件建立误差特征参数辨识模型。以实现对传感器多读数头影响相同部分误差的特征参数的实时辨识,从而完成对对传感器多读数头影响相同部分误差的修正。(6)对信号处理系统的硬件电路进行了调试并搭建了实验平台。对位移解算器模型和误差特征参数辨识模型进行了实验验证,完成了对传感器误差的修正。本课题通过研究传感器的误差特征,针对对传感器多读数头影响不相同部分和影响相同部分的误差,分别建立了位移解算器模型和误差特征参数辨识模型,在实验中成功得到了应用。用位移解算器模型和误差特征参数辨识模型对原始误差进行修正后的读数头A和读数头B的测量误差峰峰值分别为4.2″和4.3″。该方法也可适用于容栅、感应同步器、旋转变压器和时栅传感器等位移传感器上。
【关键词】：等差相位 多读数头 信号处理 位移解算器 误差特征参数辨识
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景、来源和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 主要研究内容14-16
• 2 传感器结构与原理16-22
• 2.1 传感器结构与多读数头的构建16-17
• 2.2 传感器原理17-20
• 2.2.1 传感器测量原理17-18
• 2.2.2 等差相位原理18-20
• 2.3 ANSOFT仿真20-21
• 2.4 本章小节21-22
• 3 传感器信号处理系统硬件设计22-34
• 3.1 传感器的信号处理系统方案设计22-23
• 3.2 激励信号产生模块23-28
• 3.2.1 正弦波激励信号发生法23-24
• 3.2.2 正弦波激励信号电路24-28
• 3.3 信号处理模块28-29
• 3.3.1 仪用放大电路28-29
• 3.3.2 带通滤波电路29
• 3.4 数据采集和处理模块29-31
• 3.5 串行通信模块31-32
• 3.6 本章小节32-34
• 4 误差建模与修正34-52
• 4.1 传感器误差特性分析与修正途径34-37
• 4.1.1 传感器误差分析34-36
• 4.1.2 传感器误差修正的方法和途径36-37
• 4.2 误差分析与位移解算器模型37-44
• 4.2.1 误差分析与模型建立37-39
• 4.2.2 误差修正39-41
• 4.2.3 误差修正与角位移解算41-44
• 4.3 误差分析与误差特征参数辨识模型研究44-49
• 4.3.1 数据预处理44-45
• 4.3.2 误差辨识模型构建方法45-47
• 4.3.3 误差辨识模型构建与求解47-49
• 4.4 本章小结49-52
• 5 实验研究52-60
• 5.1 实验平台搭建52-55
• 5.1.1 硬件模块调试52-53
• 5.1.2 上位机软件调试53-54
• 5.1.3 实验平台搭建54-55
• 5.2 模型验证实验55-58
• 5.3 本章小结58-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果68

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