摘要:动态测量下的谐波误差成分是制约高精度、高分辨率的时栅角位移传感器在动态测量领域运用的主要原因之一。 针对动态测量下时栅角位移传感器中的谐波抑制难题,首先简述了时栅角位移传感器的系统模型,其次建立了时栅角位移传感器的动态误差数学模型,之后解释了传感器的动态误差产生机理,阐述了自适应卡尔曼滤波的基本原理,最后构建了基于自适应卡尔曼滤波的时栅角位移传感器的动态误差抑制模型。 通过仿真分析证明了时栅角位移传感器在匀速和变速运行情况下,经自适应卡尔曼滤波后,动态误差均降低了约 70% ,且随着传感器转速的提高,对谐波误差的抑制效果越明显。 在实验运用中,该滤波算法对时栅角位移传感器的测量值有很好的实时预测性,传感器能够更快速且稳定运行,在 100 r/ min 的转速下测量误差降低约 80% 。 结果证实了自适应卡尔曼滤波在时栅角位移传感器的动态谐波误差抑制中有着显著的作用,能极大地提高传感器的动态测量精度。

摘要:在纳米时栅传感器的制造过程中,由加工工艺引入的制造误差主要表现为电极几何尺寸误差。 通过运用分段面积积分方法进行数学建模,详细地分析了电极几何尺寸误差对测量精度的影响,并揭示了采用多个感应电极进行信号拾取会具有一种平均效应,能够有效地匀化由电极几何尺寸误差随机变化所引入的测量误差。 采用制造精度在 1 μm 级的微纳加工工艺和制造精度在 10 μm 级的印制电路板(PCB)工艺分别制作了两套量程为 200 mm 的传感器样机,并进行了精度对比实验。 实验结果表明,由于平均效应的作用,PCB 工艺制作的样机经过简单的线性补偿后,在满量程内取得了±250 nm 的测量精度,接近微纳加工工艺制作的样机的测量精度。 实验结果验证了多个感应电极平均效应的有效性。

摘要:针对平面二维光栅位移测量技术在高精度和大量程之间难以兼顾的现状,基于前期一维电场式时栅的研究基础,提出了一种离散阵列结构的二维电场式时栅位移传感器。 传感器采用平面正交离散栅面空间排布的编码方法,实现了对平面二维电场式时栅激励电极编码;建立了平面二维电场式时栅位移测量模型,从理论上推导了受 X 和 Y 两个方向位移信息调制的耦合信号表达式;提出了一种二维位移测量信号直接解耦方法,利用差动感应电极空间位置关系,通过简单的加减运算实现了测量信号的解耦。 使用 PCB 工艺制造了传感器样机并进行了性能测试,验证了提出的编码和解耦方法的可行性。 最终结果表明,所提出的传感器在 160 mm×160 mm 测量范围内,X 和 Y 方向测量误差峰峰值分别为 13. 1 μm 和 11. 8 μm。

摘要:提出了一种基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器,该传感器由单圈绝对式传感器与多圈计数模块组成。 首先,采用两级单排式时栅角位移传感器构成单圈绝对式传感器,通过第一级传感器构建四路正交的行波信号,将差动的两路行波信号直接反射,作为精测信号;同时,利用第一级四路正交的行波信号作为第二级传感器的激励信号进行二次调制,获得整周单周期信号,作为粗测信号,精测信号结合粗测信号实现高精度单圈绝对式角位移测量。 在此基础上,结合韦根多圈计数模块记录圈数信息,从而实现高精度多圈绝对式角位移测量。 通过印制电路板技术制作了原理样机,搭建了实验平台,并进行了测试,实验结果表明:该传感器在整周范围原始精度可达±8″,并且在上电、断电情况下实现了圈数的准确记忆。

摘要:本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。 采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器 A。 为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器 A 相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器 B,利用传感器 A 与传感器 B 相位作差实现绝对位移测量。 采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。 测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。 为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器 A 和传感器 B 施加激励信号,并把不工作的电极接地。 实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在 400 mm 范围内,补偿后实现了±300 nm 的测量精度。

摘要:针对现有卷积神经网络模型体积大、运算量高,导致电力巡检无人机检测速率与精度无法兼顾的问题,提出一种基于模型压缩的 ED-YOLO 网络实现无人机避障的目标检测算法。 该目标检测算法以 YOLOv4 为基础,首先在主干网络中加入通道注意力机制,在不增加计算量前提下提高检测精度;其次在特征金字塔部分运用深度可分离卷积替换传统卷积,减少卷积计算量;最后利用模型压缩策略裁剪网络中冗余通道,减小模型体积并提高模型检测速度。 在自主构建的 9 600 张电力巡检无人机飞行障碍的数据集进行测试,ED-YOLO 与 YOLOv4 相比,其障碍物目标检测的平均精度均值只降低了 1. 4% ,而模型体积减少了94. 9% ,浮点运算量减少了 82. 1% ,预测速度提升了 2. 3 倍。 实验结果表明,对比多种其他现存方法,本文提出的基于模型压缩的 ED-YOLO 目标检测算法有着精度高、体积小和检测速度快的优势,满足电力巡检无机避障检测要求。

摘要:为解决由于无人机故障数据缺乏且无故障标签而造成的无人机故障诊断、健康管理等工作开展困难的难题，提出了一种基于飞行控制系统仿真模型的全数字仿真的故障数据生成方法。详细分析了执行机构和传感器的故障模式及对应的数学模型。在明尼苏达大学无人机模型上，进行故障注入与故障仿真，生成故障数据，同时分析了不同故障类型、注入节点和幅值大小对故障数据生成的影响，总结了一套基于仿真模型生成故障数据的方法。所提出的方法利用了数字仿真操作简单，故障注入方式灵活、无人机机理表现充分等优点，可方便模拟无人机实际飞行过程中故障发生时间及故障模式的随机性，对改善目前无人机故障诊断领域缺少有效故障数据的现状具有重要意义。

摘要:提出了一种基于分时复用反射电极结构的高精度绝对式时栅角位移传感器。以增量式时栅传感器为基础，将单对极与多对极相结合，整周多对极作为精确测量部分实现高精度，整周单对极作为粗略测量部分实现绝对定位。提出了一种分时复用反射电极结构，粗测部分和精测部分共用一组反射电极和接收电极，因此结构更加紧凑，便于小型化，同时动子无需引线，应用环境更广。通过分时间段对粗测部分和精测部分施加激励信号，并把不工作的电极接地，可以有效消除粗测部分和精测部分之间的串扰，保证测量精度。采用PCB技术制造了外径Φ=60 mm，内径Φ=26 mm的传感器样机。通过理论分析和结构优化，最终实验结果表明传感器的测量精度达到了±12″。

摘要:在双排结构纳米时栅位移传感器的研究基础上，提出了一种单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器。通过直接构造一个匀速运动的交变电场来产生行波信号，解决了双排结构所具有的串扰问题和安装问题；采用差动感应极片来拾取信号，可有效地消除共模干扰。用微纳加工工艺制作了一种多层薄膜的单排差动结构的纳米时栅传感器样机并进行了性能测试，最终在200 mm的量程范围内取得了±150 nm的测量精度。对比双排结构的纳米时栅传感器，这种新型的纳米时栅传感器测量精度、信号稳定性及抗干扰能力得到明显的提高，并且在尺寸减小的同时拓展了有效量程，因此在产品化的过程中更具有应用前景。

摘要:针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题，提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法，但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及线圈绕制不均匀增加误差的缺点，在此基础上，提出了一种基于隧道磁阻效应(TMR)和时栅技术的永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。在原理分析的基础上，根据行波表达式的理论推导，分析了单路和双路驻波幅值不相等所导致的误差规律，为检测结构的优化和进一步提高测量精度奠定基础。最后通过实验，验证了嵌入式位置检测理论分析的正确性以及检测方案的优越性，所提出方法的检测精度较绕制时栅线圈的检测方法提高了3倍，稳定性提高了5倍。