精密測量技術(shù)在衡量一個國家的工業(yè)競爭力和制造業(yè)水平是一個非常重要的指標(biāo),被廣泛應(yīng)用到航空航天、國防裝備制造、超精密加工等國家重大工程方面。在精密位移測量領(lǐng)域,針對傳統(tǒng)測量技術(shù)依賴高精密刻線問題,作者所在團隊研制出一種以時鐘脈沖為位移測量基準(zhǔn)的時柵位移傳感器,其最大特點是不依賴空間精密刻線實現(xiàn)高分辨力與高精度的位移測量。本課題以磁場式時柵傳感器為研究對象,研究時柵誤差函數(shù)模型及誤差補償算法,研究時柵傳感器自適應(yīng)信號處理方法并進行系統(tǒng)設(shè)計,以提高傳感器的測量精度和穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容包括:（1）基于時柵傳感器基本傳感理論,進一步研究磁場式時柵測量原理,分析誤差來源、確定誤差成分、分析各參數(shù)對誤差的影響,建立誤差函數(shù)模型,通過仿真分析與驗證傳感信號在測量系統(tǒng)中的傳感機理。（2）研究時柵傳感器自適應(yīng)信號處理方法,首先通過通帶增益與系數(shù)補償進行粗處理,再通過自適應(yīng)信號處理（壓控變?nèi)菡瓗V波、測頻、辨識等）的細處理,以保證信號受系統(tǒng)影響的增益誤差和信號中心頻率不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)誤差得到控制。（3）基于自適應(yīng)信號處理方法,設(shè)計針對時柵傳感器的自適應(yīng)信號處理系統(tǒng),并對整個系統(tǒng)進行分析、設(shè)計和參數(shù)驗證。利... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２容柵和磁柵尺??

???１．２時柵傳感器信號處理方法研究現(xiàn)狀??現(xiàn)有時柵傳感器信號處理系統(tǒng)主要為兩種方案，第一種是在利用嵌入式??ＳＴＭ３２Ｆ４Ｘ系列微控制器為主控芯片進行信號處理的方案，該方案中微控制器的主要??功能是控制激勵信號的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)處理、和信號通訊傳輸給上位機，時間差測量（包??括相位差測量、整周期時間差測量和非整周期時間差測量）的數(shù)據(jù)接收、ＤＳＰ數(shù)字信??號處理等模塊；除此之外，還有激勵信號放大模塊、時柵位移傳感器本身機構(gòu)、感應(yīng)??信號調(diào)理、基準(zhǔn)信號等模擬信號處理部分，系統(tǒng)框圖如圖１．３所示該信號處理系??統(tǒng)主控芯片為基于ＡＲＭ的Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ４的ＳＴ?（意法半導(dǎo)體）公司開發(fā)的??ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６，該信號具有ＡＲＴ功能，集成了?ＤＳＰ數(shù)字信號和ＰＦＵ浮點運算等??功能，因此在信號處理場景使用非常合適，具有極大優(yōu)勢。該激勵信號由主控芯片驅(qū)??動ＤＡＣ模塊產(chǎn)生兩路信號正弦信號，頻率分別為１０ｋＨｚ和２０ｋＨｚ。ＤＡＣ芯片為ＡＤＩ??公司的１２位ＤＡ芯片，四通道輸出，每個通道可以獨立設(shè)置信號頻率、相位和幅值，??其靈活和功耗低的優(yōu)點可以極大滿足系統(tǒng)的設(shè)計需要［１８］。??ＤＩ，?Ｔｌ?激勵信號放大????Ｉ?ＡＤ５３４４?［功率放大??時鐘脈沖?一？?定時＾?￣｜?麵信號１?ｒ＼?，?，麵信號２??????頻率?１０ｋＨｚ?”?＾?頻率２０ｋＨｚ??｜平面＾維時柵位移傳感器????感應(yīng)信號１?Ｃ＼?感應(yīng)信號２??ＮＶＩＣ?主率?１０ｋＨｚ主率２０ｋＨｚ????＾應(yīng)信號調(diào)ｉ??ＤＭＡ?］?｜整形｜?｜濾波｜丨放大丨??ＤＳＰ??Ｊ?ｉ?１?Ｊ???ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＺＧＴ６

?周期￣ｉｔ１?Ｉ???＋?□?出?Ｉ?出：Ａ?ＵＡＲＴ??動測頭？?Ｕ?周Ｉ相ｉ?：?輸出??感應(yīng)信Ｉ差信?過光??１?期丨位丨光差１?丨?顯：??分號濾Ｉ零稱非?相位?■？茳：茳柵修?－？示Ｉ??定測頭？放合波比隔門ｑ??１?位正ＴＩＷ?，?�。�??堇進＾大成丨較離?＾?ｉ?ｉ移?＝，Ｕ??＿＿?＿?＿＿?＿ＩＩ＿ＩＩ＿＿??！?移?ｉ?位??信號調(diào)?ｇ?電路?ｌ＾ＥＥＥｒ?Ｎｉｏ＾－ｉｉｃｐｕ￣￣???ＦＰＧＡ???圖１．４基于ＦＰＧＡ的時柵信號處理系統(tǒng)框圖??該系統(tǒng)設(shè)計方案為現(xiàn)在時柵位移傳感器信號處理方案的主要方式，此方式具有功??耗孝性能高、體積孝通用性強、可靠性高、動態(tài)性好等特點［２（）］。本課題的時柵自??適應(yīng)信號處理系統(tǒng)就是在第二種方案基礎(chǔ)上進行設(shè)計和優(yōu)化，對于該系統(tǒng)自身特點和??該系統(tǒng)的自適應(yīng)優(yōu)化方法將在第三章進行詳細介紹與分析。??１．３位移傳感器誤差分析研究現(xiàn)狀??１．３．１誤差來源??對于誤差來源的研宄，首先要從誤差的本質(zhì)進行分析，按照定義：誤差即測量值??與真值之差（真值永遠是未知的）；因此誤差的存在是無法避免的，只能通過標(biāo)準(zhǔn)儀??器測得與真值接近的約定真值［２１］。通常將傳感器的誤差可劃分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差、??粗大誤差［２２］。隨機誤差，即偶然因素引起的誤差，表面上（有限數(shù)據(jù)量）無規(guī)律可循，??但是隨著測量次數(shù)的增加和測量數(shù)據(jù)的增多，往往在數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的技術(shù)下可以解析和??呈現(xiàn)出一定的內(nèi)在規(guī)律；系統(tǒng)誤差即按照一定規(guī)律變化，而且具有單向性和重復(fù)性，??存在于儀器系統(tǒng)內(nèi)部的某一固定因素；對于測量過程中小概率事件存在的超出預(yù)期的??

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于單個時柵讀數(shù)頭冗余采樣的自標(biāo)定方法[J]. 茍李,陳錫侯,彭東林,武亮,湯其富.  儀器儀表學(xué)報. 2018(03)
[4]線性啁啾光柵的分段變跡優(yōu)化和基于自適應(yīng)遺傳算法的光柵重構(gòu)[J]. 孫瑞霞,趙發(fā),李煒.  光電子·激光. 2018(01)
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[7]基于非線性磁場耦合的寄生式時柵位移測量方法[J]. 武亮,彭東林,陳錫侯,魯進,湯其富.  儀器儀表學(xué)報. 2016(09)
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[9]基于雙測頭的時柵位移傳感器自標(biāo)定方法[J]. 魯進,陳錫侯,彭東林,官云麗.  儀表技術(shù)與傳感器. 2015(02)
[10]LRC串聯(lián)諧振電路中Q與R關(guān)系的實驗研究[J]. 劉竹琴.  電子測量技術(shù). 2014(04)

博士論文
[1]基于時變磁場精確約束方法的時柵位移傳感器研究[D]. 湯其富.重慶大學(xué) 2015
[2]高精度絕對式光柵尺測量技術(shù)研究[D]. 喬棟.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2015
[3]基于時柵傳感器的精密蝸輪副動態(tài)檢測技術(shù)研究[D]. 鄭永.合肥工業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于MEMS的小型化圓時柵傳感器研究[D]. 但敏.重慶理工大學(xué) 2017
[2]磁場式時柵位移傳感器的誤差分離與抑制方法研究[D]. 王斌.重慶理工大學(xué) 2017
[3]雙致變型時柵位移傳感器[D]. 官云麗.重慶理工大學(xué) 2015



本文編號：2935310