電渦流位移傳感器精度的研究

發(fā)布時間：2020-05-09 03:58

【摘要】：電渦流位移傳感器是根據(jù)動態(tài)變化的磁場中金屬導體的渦流效應制作而成,該傳感器的架構(gòu)簡明,制作成本低,對位移的敏感度較強,抗油污干擾能力高,不會損傷測量表面。因此電渦流位移傳感器被廣泛應用在航空航天,仿生環(huán)境等高精度要求的特殊領(lǐng)域。電渦流位移傳感器實際應用場景較為復雜,諸多惡劣環(huán)境因素對其測量精度和穩(wěn)定性提出了很高的要求。其中,周圍溫度在一定范圍內(nèi)的波動是影響電渦流位移傳感器精度的主要因素,導致其附加誤差較大,為了提高電渦流位移傳感器勘測的準確度,縮小溫度附加誤差,本文必須對此進行溫度補償,其主要的研究內(nèi)容如下:(1)闡述電渦流傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理,并對多元回歸分析,最小二乘支持向量機(LSSVM)和粒子群優(yōu)化的最小二乘支持向量機(PSO-LSSVM)等多種數(shù)據(jù)融合方法分別進行了初步討論。(2)針對電渦流位移傳感器工作狀態(tài)受溫度影響較大的問題,利用多傳感器融合技術(shù),對其進行溫度補償,其中以電渦流位移傳感器為主,以溫度傳感器為輔助進行二維標定實驗。根據(jù)標定的實驗數(shù)據(jù),求出未補償前的零位溫度系數(shù)為1.35x10~(-2)/℃,未補償前的靈敏度溫度系數(shù)為1.35x10~(-2)/℃,因為溫度產(chǎn)生的附加誤差為40.43%。(3)構(gòu)建多元回歸補償,LSSVM和PSO-LSSVM的溫度補償模型,對電渦流位移傳感器測量數(shù)據(jù)進行補償,并且比較幾個數(shù)據(jù)融合算法之間補償效果的差別。(4)本文采用一個STM32單片機,設(shè)計出帶有無線傳輸功能的實時位移測量系統(tǒng),其中包括信號采集,放大電路,A/D信號轉(zhuǎn)換,報警電路,nRF2401短距離無線通信傳輸以及LCD顯示。軟件部分包括核心的溫度補償算法和各個模塊子程序。在整個單片機系統(tǒng)設(shè)計結(jié)束后,對軟件和硬件進行不斷地調(diào)試,使各個模塊之間能夠相互配合,正常工作。研究結(jié)果是,在零位溫度系數(shù)上,二元回歸算法提升到8.181x10~(-4)/℃,LSSVM提升到6.958x10~(-4)/℃,PSO-LSSVM提升到1.81x10~(-4)/℃;在靈敏度溫度系數(shù)上,二元回歸算法提升到3.035x10~(-3)/℃,LSSVM提升到3.696x10~(-3)/℃,PSO-LSSVM提升到5.59x10~(-4)/℃;而在溫度附加誤差這一參數(shù)上,二元回歸算法提升到9.10%,LSSVM提升到11.09%,PSO-LSSVM提升到1.71%。經(jīng)過比較,三者都對電渦流位移傳感器的溫度性能有一定改善,但粒子群優(yōu)化的最小二乘支持向量機(PSO-LSSVM)算法對溫度的補償效果最好。
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電渦流位移傳感器精度的研究