本文關(guān)鍵詞：精密機(jī)械系統(tǒng)中的嵌入式時(shí)柵傳感新技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)是“四化”—柔性化、靈捷化、信息化和智能化,智能化是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和最終目標(biāo)。智能機(jī)械的精髓是集成,基于精密機(jī)械系統(tǒng)集成融合所逐步構(gòu)成的集成科學(xué)理論體系,是國(guó)家未來(lái)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要的重大科學(xué)問(wèn)題之一。檢測(cè)技術(shù)與被測(cè)系統(tǒng)的集成,是智能機(jī)械發(fā)展的根本保證,越是柔性化、智能化程度高的系統(tǒng),越需要集成化的傳感器和機(jī)電產(chǎn)品。這種集成化的實(shí)現(xiàn)主要依靠?jī)煞矫娴募夹g(shù)進(jìn)步：一是傳感器越做越小,例如溫度、振動(dòng)、噪音等傳感器,已經(jīng)能夠做得非常小而不受影響地嵌入到被測(cè)體之中實(shí)現(xiàn)其功能。二是發(fā)展了例如光纖傳感材料、壓電陶瓷等許多自身具有感知和轉(zhuǎn)換功能的新型材料,直接嵌入或粘結(jié)在被測(cè)體內(nèi)部使用。在精密機(jī)械系統(tǒng)中,由于受到工作環(huán)境惡劣和自身結(jié)構(gòu)緊湊的限制,一般的位移傳感器無(wú)法直接嵌入到系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量,尤其是精密和超精密的測(cè)量,這就嚴(yán)重制約了機(jī)械系統(tǒng)真正和全面實(shí)現(xiàn)智能化。作者所在課題組研制出了一種以時(shí)間脈沖作為測(cè)量基準(zhǔn)的位移傳感器一時(shí)柵,經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,磁場(chǎng)式時(shí)柵技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。在此背景下,本文延續(xù)前期的研究基礎(chǔ),開(kāi)展了嵌入式時(shí)柵傳感技術(shù)的研究。根據(jù)時(shí)柵傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)尤其是只需機(jī)械等分即可實(shí)現(xiàn)計(jì)量等分的特點(diǎn),將機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件作為傳感器的一部分,實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的“嵌入式位置檢測(cè)”,徹底打破了同軸安裝獨(dú)立角位移傳感器的傳統(tǒng)模式,其具有體積小、重量輕、不受空間限制等一系列優(yōu)點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)了人們對(duì)將位移測(cè)量嵌入到機(jī)械系統(tǒng)的長(zhǎng)期追求。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1)從測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)空轉(zhuǎn)換理論出發(fā),闡述了嵌入式時(shí)柵位移測(cè)量的關(guān)鍵是構(gòu)建一種勻速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地總結(jié)了實(shí)現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)的三種方式：機(jī)械運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造行波和自然行波。對(duì)比分析了自然行波與構(gòu)造行波的產(chǎn)生機(jī)理、特點(diǎn)以及在位移測(cè)量中的應(yīng)用,對(duì)嵌入式時(shí)柵傳感機(jī)理進(jìn)行了深入研究,提出了嵌入式時(shí)柵電行波形成的新方法。2)提出了測(cè)頭與轉(zhuǎn)子齒槽的一般對(duì)應(yīng)關(guān)系,設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)形式的嵌入式時(shí)柵角位移傳感器樣機(jī)：雙層繞組式和三層繞組式。進(jìn)行了電磁場(chǎng)仿真驗(yàn)證,分析了這兩種傳感器的工作原理,設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)測(cè)量用的電氣系統(tǒng)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。3)設(shè)計(jì)和搭建了嵌入式時(shí)柵角位移傳感器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),針對(duì)兩種結(jié)構(gòu)形式的傳感器開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,雙層繞組式嵌入式時(shí)柵穩(wěn)定性達(dá)到了0.5",重復(fù)性0.6",測(cè)量精度±2.4"；三層繞組式嵌入式時(shí)柵穩(wěn)定性為0.8",重復(fù)性0.6",測(cè)量精度±3.4"。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)傳感器的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析,討論了長(zhǎng)周期誤差和短周期誤差來(lái)源以及對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,提出了與傳統(tǒng)方法不同的特殊多測(cè)頭法,大幅度地降低了傳感器的系統(tǒng)誤差。4)根據(jù)嵌入式時(shí)柵角位移傳感器的結(jié)構(gòu)和誤差特點(diǎn),提出了雙測(cè)頭定角平移法(FAS)和單測(cè)頭測(cè)量位差商法(DQM)兩種自標(biāo)定方法。對(duì)這兩種方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)建模,并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。最終結(jié)果表明,采用FAS自標(biāo)定方法最終精度達(dá)到了±3.5",接近于比較標(biāo)定的精度,采用DQM自標(biāo)定方法最終精度為±4.4"。為傳感器的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定和精度保持提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。5)將嵌入式時(shí)柵傳感器應(yīng)用到大型轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的角位移檢測(cè)上,研制開(kāi)發(fā)了的帶角位移檢測(cè)系統(tǒng)的大型轉(zhuǎn)臺(tái)軸承YRTM460。詳細(xì)分析了測(cè)量原理、加工方式和測(cè)頭設(shè)計(jì)方法。搭建了測(cè)試平臺(tái),對(duì)YRTM460的基本性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,這種帶檢軸承穩(wěn)定性達(dá)到了0.4",重復(fù)性0.5",最終精度±3.5"。通過(guò)與哈爾濱量刃具集團(tuán)的合作,該產(chǎn)品已于2015年4月在“第14屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)”上向全社會(huì)正式推出。同時(shí)與洛陽(yáng)鴻元軸承科技有限公司正在洽談合作事宜。綜上所述,本文在延續(xù)課題組前期時(shí)柵傳感器的研究基礎(chǔ)上,開(kāi)展了嵌入式時(shí)柵傳感技術(shù)的研究,以時(shí)柵位移傳感器的測(cè)量模型為基礎(chǔ),分析了實(shí)現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)的三種方式,提出了嵌入式時(shí)柵傳感器電行波的形成方法,研制出了兩種結(jié)構(gòu)形式的嵌入式時(shí)柵角位移傳感器,并開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)和誤差特點(diǎn),提出了能夠使傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定和精度保持的兩種自標(biāo)定方法。為今后更深入地開(kāi)展其他形式的嵌入式時(shí)柵傳感技術(shù)的研究提供理論和實(shí)踐研究基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：精密機(jī)械系統(tǒng) 嵌入式時(shí)柵 角位移傳感器 自標(biāo)定 帶角位移檢測(cè)功能轉(zhuǎn)臺(tái)軸承
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 致謝8-9
• 摘要9-11
• ABSTRACT11-21
• 1 緒論21-31
• 1.1 精密機(jī)械系統(tǒng)中的位置檢測(cè)方式21-24
• 1.2 傳感器嵌入式檢測(cè)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀24-25
• 1.3 時(shí)柵位移傳感器簡(jiǎn)介及發(fā)展過(guò)程25-27
• 1.4 本文的背景、來(lái)源及意義27-29
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容29-31
• 2 嵌入式時(shí)柵傳感理論研究31-49
• 2.1 測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)空轉(zhuǎn)換理論31-35
• 2.1.1 時(shí)空轉(zhuǎn)換思想實(shí)驗(yàn)31-32
• 2.1.2 時(shí)空轉(zhuǎn)換理論32-35
• 2.2 自然行波與構(gòu)造行波35-40
• 2.2.1 自然行波35-37
• 2.2.2 構(gòu)造行波37-39
• 2.2.3 自然行波與構(gòu)造行波的異同點(diǎn)分析39-40
• 2.3 嵌入式時(shí)柵行波形成方法40-47
• 2.3.1 時(shí)柵中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)41-42
• 2.3.2 時(shí)柵電行波形成方法42-44
• 2.3.3 嵌入式時(shí)柵行波形成方法44-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 3 嵌入式時(shí)柵角位移傳感器設(shè)計(jì)49-65
• 3.1 引言49
• 3.2 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49-53
• 3.2.1 測(cè)頭與轉(zhuǎn)子齒槽對(duì)應(yīng)關(guān)系49-50
• 3.2.2 兩種結(jié)構(gòu)的嵌入式時(shí)柵50-52
• 3.2.3 原理性仿真52-53
• 3.3 工作原理53
• 3.4 硬件設(shè)計(jì)53-62
• 3.4.1 正交激勵(lì)模塊53-56
• 3.4.2 信號(hào)處理模塊56-57
• 3.4.3 時(shí)間測(cè)量模塊57-60
• 3.4.4 數(shù)據(jù)處理模塊60-62
• 3.5 軟件設(shè)計(jì)62
• 3.6 本章小結(jié)62-65
• 4 嵌入式時(shí)柵角位移傳感器實(shí)驗(yàn)研究65-91
• 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)65-66
• 4.2 行波形成實(shí)驗(yàn)66-68
• 4.3 性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)68-75
• 4.3.1 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)68-70
• 4.3.2 精度實(shí)驗(yàn)70-74
• 4.3.3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)74-75
• 4.4 誤差來(lái)源分析與處理75-89
• 4.4.1 系統(tǒng)誤差76-88
• 4.4.2 隨機(jī)誤差88-89
• 4.5 本章小結(jié)89-91
• 5 嵌入式時(shí)柵角位移傳感器自標(biāo)定新方法及技術(shù)91-115
• 5.1 引言91
• 5.2 傳感器標(biāo)定概述91-92
• 5.3 傳感器自標(biāo)定發(fā)展現(xiàn)狀92-93
• 5.4 自標(biāo)定原理分析93-105
• 5.4.1 EDA自標(biāo)定原理93-95
• 5.4.2 PFD自標(biāo)定原理95-99
• 5.4.3 TDR門標(biāo)定原理99-105
• 5.5 嵌入式時(shí)柵角位移傳感器自標(biāo)定原理105-110
• 5.5.1 FAS自標(biāo)定原理105-107
• 5.5.2 DQM自標(biāo)定原理107-110
• 5.6 嵌入式時(shí)柵角位移傳感器自標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究110-114
• 5.6.1 FAS自標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究110-112
• 5.6.2 DQM自標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究112-114
• 5.7 本章小結(jié)114-115
• 6 帶角位移檢測(cè)功能大型轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的研制115-123
• 6.1 引言115-116
• 6.2 帶角位移檢測(cè)功能轉(zhuǎn)臺(tái)軸承測(cè)量原理116
• 6.3 帶檢測(cè)功能軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)116-119
• 6.3.1 齒柵加工方式117-118
• 6.3.2 時(shí)柵測(cè)頭設(shè)計(jì)118-119
• 6.3.3 電子系統(tǒng)119
• 6.4 性能測(cè)試119-121
• 6.4.1 測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介119-120
• 6.4.2 性能指標(biāo)測(cè)試120-121
• 6.5 本章小結(jié)121-123
• 7 總結(jié)與展望123-125
• 7.1 總結(jié)123-124
• 7.2 展望124-125
• 參考文獻(xiàn)125-131
• 攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況131

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙永林,藺增金,馬鳳英,高見(jiàn);偏光式角位移傳感器[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2001年S1期

2 ;求購(gòu)信息[J];傳感器世界;2001年06期

3 張濤,鐘秀賢,李敏雪,徐英;智能化差動(dòng)電容角位移傳感器的研究[J];儀表技術(shù)與傳感器;2003年09期

4 張可鑫,吳永紅,王利革,毛毳;角位移傳感器校準(zhǔn)方法及不確定度分析[J];航空計(jì)測(cè)技術(shù);2004年05期

5 邸亞洲;秦永元;尚希良;周玉平;李萬(wàn)泉;;飛參數(shù)據(jù)在角位移傳感器維護(hù)中的應(yīng)用研究[J];測(cè)控技術(shù);2008年11期

6 劉榮先;;一種非接觸式角位移傳感器的設(shè)計(jì)[J];內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年06期

7 張?jiān)ｃ?鮑亞子;張貴珠;尹成竹;;高精度大量程角位移傳感器設(shè)計(jì)[J];機(jī)械與電子;1993年06期

8 張之圣，白花珍，王聰修，王文生;精密角位移傳感器及其可靠性研究[J];壓電與聲光;1996年04期

9 葛林,周文華,徐航;一種新型車用角位移傳感器的研究與應(yīng)用[J];機(jī)電工程;2000年05期

10 馬軍山,楊永才,張世宙,清野慧;納弧度分辨力角位移傳感器及平均靈敏度標(biāo)定[J];光學(xué)技術(shù);2003年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 趙永林;藺增金;馬鳳英;高見(jiàn);;偏光式角位移傳感器[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第三屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2001年

2 杜玲玲;王海英;張曉勇;丁穎;常飛;;一種角位移傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)新裝置[A];2010航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

3 徐英;張濤;李敏雪;楊波;;電容式角位移傳感器電場(chǎng)有限元仿真研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)論文集[C];2004年

4 趙輝;張海波;陶衛(wèi);;激光三角位移傳感器分辨率不均勻性分析與參數(shù)優(yōu)化[A];高精度幾何量光電測(cè)量與校準(zhǔn)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

5 朱小波;;光柵角位移傳感器在鐘罩標(biāo)準(zhǔn)裝置中的應(yīng)用[A];江蘇省計(jì)量測(cè)試學(xué)術(shù)論文集[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 呂軍;勇于創(chuàng)新進(jìn)取的科研帶頭人[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2004年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 高忠華;時(shí)柵角位移傳感器自標(biāo)定與誤差修正方法及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2014年

2 孫世政;精密機(jī)械系統(tǒng)中的嵌入式時(shí)柵傳感新技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 劉金川;比例測(cè)量原理的電容角位移傳感器的研究及其應(yīng)用[D];天津大學(xué);2004年

2 周瑋;時(shí)柵角位移傳感器自標(biāo)定研究[D];重慶理工大學(xué);2012年

3 白勇;小角度角位移傳感器的設(shè)計(jì)與研究[D];東華大學(xué);2009年

4 呂濤;敏感型Fabry-Perot腔高精度光纖角位移傳感器研究[D];西南師范大學(xué);2005年

5 張夢(mèng);基于可編程霍爾IC的角位移傳感器[D];長(zhǎng)安大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：精密機(jī)械系統(tǒng)中的嵌入式時(shí)柵傳感新技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：269977