时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究

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时栅传感器电气误差分析及补偿

收稿日期:2009年1月时栅传感器电气误差分析及补偿张天恒,彭东林,杨伟,王先全重庆工学院摘要:测量仪器误差分析是测量仪器研制过程中的重要一环。

为了确定影响仪器测量精度的主要误差因素,本文讨论了时栅传感器电气误差中零电平误差、电源误差的产生原因,提出用误差补偿技术来提高时栅的测量精度,对时栅传感器的批量化生产具有重要作用。

关键词:时栅传感器;电气误差;测量精度;误差补偿中图分类号:TG 80 文献标志码:AE lectric E rror Analysis and Compensation for Time 2grating SensorZhang T ianheng ,Peng Donglin ,Y ang Wei ,Wang X ianquanAbstract :Error analysis of measuring instrument is a very important aspect in the development and manu facture of the instru 2ment.In order to find the major error factors which affect the instrument accuracy ,the reas ons causing electric error are analyzed ,the electric error consist of zero v oltage error and power error.The error compensation technology is proposed to improve the mea 2surement accuracy of time 2grating sens or.Improving accuracy will play an important role in the mass production of time 2grating sens or.K eyw ords :time 2grating sens or ,electric error ,measurementaccuracy ,error compensation 1　引言时栅传感器是一种全新原理的位移传感器[1-2]。

时栅位移传感器示值误差测量不确定度分析及评定

时栅位移传感器示值误差测量不确定度分析及评定
郑方燕;郑永
【期刊名称】《计量与测试技术》
【年(卷),期】2008(035)002
【摘要】时栅位移传感器(或称时栅)作为一种新型的测角传感器,对它的精度评定
没有可供直接采用的标准或规范.本文以JJF1059-1999<测量不确定度评定与表示>为依据,以时栅示值误差的校准方法出发,对影响时栅的不确定度因素加以分析,确定了时栅不确定度的评定方法,并根据测量数据对时栅不确定度进行了评定.被校准时栅的不确定度U=O.6",k=2.
【总页数】3页(P35-37)
【作者】郑方燕;郑永
【作者单位】重庆工学院,重庆,400050;重庆工学院,重庆,400050
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.位移传感器示值误差的测量不确定度评定 [J], 刘沈荣
2.压力测量不确定度评定基础知识讲座(七)第七讲航空发动机试验中电子扫描压力测量不确定度评定——电子扫描压力测量系统示值误差的测量不确定度评定 [J], 杨埜
3.基于光敏阵列直接调制的单栅式时栅位移传感器 [J], 李彦;付敏;朱革;高宇;许现波;王林;昌驰
4.寄生式时栅传感器测量不确定度的分析与评定 [J], 杨洪涛;章刘沙;费业泰;彭东林
5.不确定度评定实例分析 0.4级精密压力表示值误差的测量不确定度评定 [J], 夏梅妍;苗爱军
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基于d-q变换的时栅位移传感器补偿算法研究

ＷａｎｇＷｅｉ，ＳｈｉＺｈａｏｙａｏ，ＰｅｎｇＤｏｎｇｌｉｎ，ＺｈａｏＹｏｎｇｔｕ
（Ｊ．ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｍｅ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅ母ｉ１００１２４，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆＭｅｏｃｈａｎｉｃａｌＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＭｉｎｈｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
基于 — ｇ变换的时栅位移传感器补偿算法研究
王伟，石照耀，彭东林，赵勇图。
北京１０００２４；重庆４０００５０）（１．北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心２．重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程中心摘
第３８卷第１０期２０１７年１０月
仪器仪表学报
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｉｃｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ

基于LabVIEW的时栅位移传感器误差曲线自动拟合与修正

自从文献［］１中提出“ 时空坐标转换理论和时栅位移传感器” 的概念以来，其他文献中已提出了各种实现方案［。］这些实现方案的精度从４１，，－
± ４，５直到４０８．精度不断提高的同时，３＂ ±２－．”在也需要不断改进试验方法．单纯靠精密机械加但工和装配去实现高精度，往往达不到理想的效果．
考虑到时栅是一种高度智能化传感器，于是将研
究重点转向传感器误差的修正技术上，过改进通
＊
收稿日期：０ —０ —１２．８５９．０基金项目：国家自然科学基金资助项目（０７２５．５５５３）
作者简介：蒋涛（９２，，１８一）男河北廊坊人，硕士研究生，主要从事计算机辅助测试技术及仪器研究
（重庆工学院，重庆
．
硎过删中一隅栅职文
４０５）０００
黜旦鹾 ¨酋兰巧
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ＡｕｏｔｉｉｇａｄＣｏｒｃｉｇｏｉｌａｉｇＤｉｐａｅｎｔｍａｉＦｔｎｎｒｅｔｆＴｎｅＧｒｔｓｌｃｍｅｔｃｔｎｎＳｎｏｒｒＣｕｖｓＢａｅｎＬＢＶＩｅｓｒＥｒｏｒｅｓｄｏａＥＷ
一
ｔｅｓｎｏｓｇｅｄｒｍｏｅｈｅｓｒｉｒａｙｐｏｔｄ．
Ｋｅｒｓ：ｔｍｅｇａｎｉｐａｅｎｅｓｒＬｂＥＷ；ｌＯｕｖｙｗｏｄｉｒｔｇｄｓｌｃｍｅｔｓｎｏ；ａＶＩｉｅｌｒｃｒｅ＇

时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究

Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：Ｔｉ — ｒｔｇＤｉｐａｅｎｅｓｒＨａｍｏｉＬａｔｓｕｒｔｏＥｒｏｅａａｉｎＥｏｏｅｓｔｏｍｅｇａｉｎｓｌｃｍｅｔｓｎｏｒｎｃｅｓ— ｑａｅｍｅｈｄｒｒｓｐｒｔｒｒｃｍｐｎａｉｎｏ
时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究彭东林，等
时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究
ＲｅｅｒｈｏｎＥｒｐｒｔｎａｄＣｏｐｓｔｏｓａｃｒｏｒＳｅａａｉｎｍｅｎａｉｎｏｆｒＴｍｅｇａｉｇＡｎｕａｓｌｃｍｅｎｎｏｒｏｉ — ｒｔｎｇｌｒＤｉｐａｅｔＳｅｓ
彭林加．政高忠华陈锡侯饧森郑方蒸世
（庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重重庆４０５）００４
摘
一
Байду номын сангаас
要：为进一步提高时栅角位移测量系统的测量精度，降低生产成本和生产时间，据时栅传感器的误差组成和误差特性， … ｒ根提
０引言
时栅传感器是一种全新的位移传感器０，实它
分离为ｎ次误差谐波的叠加之和。闪此，用傅里运叶级数分离法，角系统的误差公式可表示为：测
△ ＝６０＋６１ｉｃ＋ … ＋６ｓｎｃ＝ｎｅｓｉｎｅ

时栅位移传感器示值误差测量不确定度分析及评定

宽为０２．５的区间内，估计相对不确定度为１％，０则
△＝］一］；［口一一（帆一一（帆一］（一（ｍ口）６６）ｃｃ）一［口口）（６）（ｃ）１一６一１一ｃ一１］
Ｔｍｅ－ｇａｎｓｌｃｍｅｔＳｎｏｉｒｔｇＤｉａｅｎｅｓｒｉｐ
郑方燕
郑
永
（重庆工学院，重庆４０５）０００
摘要：时栅位移传感器（或称时栅）作为一种新型的测角传感器，对它的精度评定没有可供直接采用的标准或规范。本文以Ｊ１５ —１９Ｊ０９９９Ｆ
据文献的时空坐标转换理论做出的时栅位移传感器工作原理如图１所示。在空间对称的三相交流绕
组中通以按时间１０均分的三相交流电流时，三相２。在绕组周围会产生旋转磁场Ｍ。在定子线圈空隙处埋
一
根导线作为定测头，转子上开一个槽埋一根导线在
作为动测头。根据法拉第定律，磁场相继掠过动、当定测头导线时，动、测头上将产生感生电动势。在定
据交流电机理论，生电动势基波表达式为：感
ｆ
并使多面棱体与时栅的旋转轴线重合。安放自准直
３数学模型
由上述的测量方法可知示值误差ｅ的表达式可ｉ
维普资讯
田
表示如下：ｅ＝（１ｆ口一口）一（１一（ｃ）６一６）ｃ — １（）２

基于纳米时栅传感器安装偏差的测量精度分析研究

基于纳米时栅传感器安装偏差的测量精度分析研究王合文;吴玉梅;郑方燕;但敏;樊星辰【摘要】In order to quantify the influences on measurement precision caused by assembly parameters,the gap d0 and effective overlap area variation ΔS between the fixed ruler and the moving ruler are employed as independent variables to build mathematical models for measurement precision analysis based on the principles of nanometer time-grating sensors.Second harmonics errors are deduced in theory and tranced back in terms of unequal amplitude and phase deviation for two channels of standing waves when the moving ruler is not parallel to yz-plane or deviate from yz-plane.Experiment results show that the original errors for one pitch decrease from 4.86 μm to 0.84 μm by adjusting the assembly parameters of the moving ruler in the yz-plane and xy-plane,which demonstrates that second harmonics error is caused by un-parallel to yz-plane or deviation from yz-plane for moving ruler.The peak-to-peak value of the measurement error is 400 nm within 200 mm measurement range.The proposed theoretical analysis is valid by the experimental results,and provide strong supporting for optimizing the sensor's structure parameters and improving experimental methods,which is very valuable for improving the measurement precision of nanometer time-grating sensor as reliable theory.%为了解析安装参数与测量精度的关系,根据纳米时栅的基本测量原理,构建出与动、定尺间距d0和正对面积变化量ΔS相关的数学模型.通过理论推导,分析了动尺在yz平面倾斜、xy平面偏转时会导致两路驻波幅值不等、相位偏移,从而给测量结果带来二次误差.实验结果表明通过调整动尺在yz平面与xy平面上的安装,对极内原始误差由4.86μm降低至0.84μm,证明动尺在yz 平面倾斜、xy平面偏转为产生二次误差的主要原因.在行程200mm测量范围内,传感器误差峰峰值为400nm.实验结果验证了理论分析的正确性,该分析为传感器结构参数优化和实验方法的改进提供了有力的支撑,为进一步提升传感器精度提供了可靠的理论依据.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】6页(P230-235)【关键词】纳米测量;时栅;安装;误差理论【作者】王合文;吴玉梅;郑方燕;但敏;樊星辰【作者单位】重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054【正文语种】中文【中图分类】TH7纳米技术与生物技术、信息技术并列为21世纪的三大科技，是21世纪高技术竞争的制高点［1］。

位移传感器电路设计及误差分析方法

位移传感器电路设计及误差分析方法位移传感器是一种用于测量物体位置变化的设备，具有广泛的应用领域，例如工业自动化、航空航天、汽车工程等。

位移传感器的电路设计及误差分析方法对于确保测量准确性和稳定性非常重要。

本文将介绍位移传感器的电路设计原则和误差分析方法。

首先，位移传感器电路设计需要考虑的因素包括信号传输、放大和滤波等。

信号传输通常使用差分模式来抑制噪声干扰，可以有效提高信号质量。

放大电路可以根据传感器的输出范围和信号幅度来选择合适的放大倍数，以确保信号能够被准确读取。

滤波电路用于去除高频噪声和谐波，增强信号的稳定性和可靠性。

其次，位移传感器的误差分析方法主要包括器件误差、电路误差和环境误差三个方面。

器件误差包括灵敏度误差、线性度误差和温度漂移误差等。

灵敏度误差是指传感器的输出与实际输入之间的比例误差，通常通过校准来进行补偿。

线性度误差是指传感器输出与实际输入之间的非线性误差，可以通过适当调整放大电路来减小。

温度漂移误差是因为温度变化引起的传感器输出变化，可以通过使用温度补偿电路来解决。

电路误差包括放大电路的失调误差和偏置电流误差等。

失调误差是指放大电路输入和输出之间的差异，可以通过校准和选择高精度的运算放大器来减小。

偏置电流误差是指放大电路的偏置电流引起的输出误差，可以通过使用低偏置电流的运算放大器来降低。

改善放大电路的共模抑制比也可以减小电路误差。

环境误差主要包括温度、湿度和震动等因素引起的测量误差。

温度变化会影响传感器的灵敏度和零位漂移，因此需要使用温度传感器进行温度补偿。

湿度和震动也会引起传感器输出的波动，可以通过加装保护罩和减震措施来降低环境误差。

另外，位移传感器的分辨率和采样率也是影响测量精度的重要因素。

分辨率是指传感器最小可以区分的位移差，可以通过提高传感器的灵敏度和信噪比来提高分辨率。

采样率是指对位移传感器输出进行采样的频率，通常采样率越高，测量精度越高。

总之，位移传感器电路设计及误差分析方法对于保证测量精度和稳定性至关重要。

纳米时栅位移传感器的信号处理技术研究

纳米时栅位移传感器的信号处理技术研究一、引言随着科技的不断发展，纳米技术已经逐渐成为了研究的热点之一。

而纳米时栅位移传感器作为其应用之一，也逐渐受到了人们的关注。

本文将对纳米时栅位移传感器的信号处理技术进行研究。

二、纳米时栅位移传感器1. 纳米时栅位移传感器的原理纳米时栅位移传感器是一种基于MEMS技术制备的微型力学传感器。

其原理是利用金属或半导体材料在电场作用下产生形变，进而测量出物体表面的微小变化。

2. 纳米时栅位移传感器的优点相比于其他传感器，纳米时栅位移传感器具有以下优点：（1）具有高精度和高灵敏度；（2）可以实现非接触式测量；（3）可以在高温、低温等恶劣环境下进行测量；（4）可以实现微型化和集成化。

三、信号处理技术1. 信号采集信号采集是指将纳米时栅位移传感器产生的微小信号转换为数字信号，以便进行后续处理。

常用的信号采集方法有模拟信号采集和数字信号采集两种。

2. 信号放大由于纳米时栅位移传感器产生的信号微小，因此需要进行放大处理。

常用的放大方法有运算放大器、差分放大器等。

3. 信号滤波由于环境噪声等因素的影响，纳米时栅位移传感器所产生的信号中可能会包含一些噪声。

因此需要进行滤波处理，以提高测量精度和稳定性。

常用的滤波方法有数字低通滤波、数字高通滤波等。

4. 信号处理经过前面几步处理后，得到了一个较为准确的测量值。

但是在实际应用中，还需要对这个值进行进一步处理，以便更好地理解和应用。

常用的信号处理方法有数据可视化、数据分析等。

四、应用领域纳米时栅位移传感器可以广泛应用于机械工程、电子工程、材料科学等领域。

例如在机械工程领域中可以应用于轴承故障检测、振动监控等方面；在电子工程领域中可以应用于MEMS传感器、生物传感器等方面；在材料科学领域中可以应用于材料表面形貌分析等方面。

五、总结纳米时栅位移传感器作为一种新型的微型力学传感器，具有高精度、高灵敏度、非接触式测量等优点，可以广泛应用于机械工程、电子工程、材料科学等领域。

时栅传感器动态测量误差补偿

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ０￡０ｅＺＰｃ￡ｒ０ｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅ
摘要：针对动态测量误差特点，提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态
测量精度。对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模，运用最小二乘求解超定方程组的
动态测量误差，有效地提高了传感器的测量精度。
关键词：时栅传感器；位移测量；动态泱ｊ量误差；系统误差；随机误差；傅里叶级数逼近；ＧＭ（１，１）模型文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１５２３０４．１１１４中图分类号：ＴＰ２１２．１２
降至土７．８，通过最小二乘参数寻优得到的补偿参数与传感器实际的误差成分相吻合；灰色预测模型则很好地预测补偿

时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究

时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究彭东林;孙世政;高忠华;陈锡侯;杨继森;郑方燕【摘要】为进一步提高时栅角位移测量系统的测量精度,降低生产成本和生产时间,根据时栅传感器的误差组成和误差特性,提出了一种新的误差补偿方法；同时建立了基于傅里叶函数的误差分离模型.该补偿方法将沿空间正弦分布的非线性误差转化成线性误差,并运用最小二乘法理论对系统的误差进行补偿.通过试验与测试证明,采用该方法进行误差补偿可以大幅度提高时栅角位移测量系统的测量精度.%To further improve measurement accuracy of the time-grating angular displacement measuring system, and reduce the production cost and time, in accordance with the error composition and error characteristic of the time-grating sensor, the new error compensation method and error separation model based on Fourier function are proposed. With this method, the non-linear errors in spatial sine distribution are converted into linear errors, and the systematic errors are compensated by adopting the least square method. Through experiment and test, it is verified that this method can compensate the errors, and greatly enhances the measurement accuracy of the time-grating angular displacement measuring system.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】3页(P15-17)【关键词】时栅;位移传感器;谐波;最小二乘法;误差分离;误差补偿【作者】彭东林;孙世政;高忠华;陈锡侯;杨继森;郑方燕【作者单位】重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054【正文语种】中文【中图分类】TP202+.20 引言时栅传感器是一种全新的位移传感器［1－2］，它实现了以时间测量空间的功能。

直线时栅传感器全误差模型与误差修正方法研究

ｄｓｌｃｍｅｔｓｎｏ．ｈｂｓｓｏｅｔｇｕｏａｒｒｍｏｅｆｐｒｄｃｒｏｓＡｂｅｅｒｒｎｈｒｌｉｐａｅｎｅｓｒＯｎｔｅａｉｆｓｔｎｐｔｔｌｅｒｄｌｏｅｉｉｅｒｒ，ｂｒｏｓａｄｔｅｍａｉｏｏ
为可能。
关键词：直线时栅；全误差模型；组合校准；误差修正中图分类号：Ｔ２２６Ｐ１．文献标识码：Ａ文章编号：１０－７７２１）８０７０００９８（０２０－８－３９
Ｓｔｙ０ｏａｒｏｏｅｎｄｅｒｒｃｒｅｔｏｕｄｎｔｔｌｅｒｒｍｄｌａｒｏｏｒｃｉｎ
Ｔｅｐｅｉｏｅｃｅｏ ±０５￣ｍａｔｒｃｉｒｔｇＥｐｒｎｓｐｏｅｔａｉｍｅｈｄｓｌｅｈｉｃｌｉｓｅｈｒｃｓｎｒａｈｓｔｉ．Ｌｍ／ｆａｂａｉ．ｘｅｍｅｔｒｖｔｈｓｔｏｏｖｓｔｅｄｆｕｔｓｕｓｅｌｎｉｈｔｉ
，
（．ｎｉｅｒｎｓａｃｅｔｒｏｅｈｎｃｌｅｔｇＴｃｎｌｙａｄＥｕｐｎ，１ＥｇｎｅｉｇＲｅｅｒｈＣｎｅｆｃａｉａＴｓｎｅｈｏｏｎｑｉｍｅｔＭｉｇ
Ｍｉｉｔｙｏｕａｉｎ，ｏｇｉｇＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙ，ｏｇｉｇ４０５ＣｈｎｎｓｒｆＥｄｃｔｏＣｈｎｑｎｉｅｓｔｏｃｎｌｇＣｈｎｑｎ００４，ｉａ；ｙ２ＳｈｏｆＩｓｒｍｅｔｔｎＳｉｎｅａｄＯｐｏｅｅｔｏｉｓＥｎｉｅｒｎＨｅｅｉｅｓｔｆ．ｃｏｌｏｎｔｕｎａｉｃｅｃｎｔ－ｌｃｒｎｃｇｎｅｉｇ，ｆｉｏＵｎｖｒｉｏｙ

纳米时栅位移传感器误差模型建立与分析

纳米时栅位移传感器误差模型建立与分析张瀚潇;郑方燕;吴玉梅;樊星辰【摘要】Nano?time grating is a new type of displacement sensor for precise measurement using alternating electric field. Due to the deviation of the sensor installation,the realization of the structure,the processing error and the working environment and other factors can lead to the emergence of system error.In order to understand the reason of the error in the process of signal transmission,this paper introduced the induction model of nanometer time?grid sensor and the induction model,established the er?ror model caused by the change of standing wave parameter at the time of coupling,The amplitude of the standing wave signal was not equal,the time phase was not orthogonal,including the high frequency interference of the three cases of the error law.And a large number of verification experiments have been carried out to verify the correctness of the theory and the cause of the error was clear,thus providing theoretical guidance for the construction of nano?time grating system.%纳米时栅是利用交变电场进行精密位移测量的新型传感器.由于传感器的安装偏差、结构实现、基体加工和工作环境变化等均会导致测量误差.为研究误差的产生原因及对测量精度的影响规律,在纳米时栅传感器的测量模型基础上,建立了由于驻波参数变化产生的测量误差模型,具体分析了驻波信号参数变化中幅值不相等、相位不正交、含有高频干扰这3种情况的误差变化情况,经实验验证了理论的正确性,明确了测量误差产生的原因,为纳米时栅的结构最优化设计提供了理论依据.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】误差分析;位移测量;纳米时栅;误差建模【作者】张瀚潇;郑方燕;吴玉梅;樊星辰【作者单位】重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆400054;重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆 400054;重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆 400054;重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆 400054【正文语种】中文【中图分类】P2120 引言纳米时栅传感器是由我国研究人员自主研发的以“时间量测量空间量”的新型纳米级位移测量传感器，其特点是：大量程、高精度[1]。

时栅位移传感器研究

研究 ”的新思想和新方法。做Hale Waihona Puke 出精度为 ±３ ” 并４的
究立足于改变人们长期以来形成的传统思维：高 “
精度位移测量必须依赖高精度的测量基准标尺，
且这个测量基准标尺是基于超精密机械加工而得到的空间刻线分布” 提出了 “ ，精密位移测量可以
・收稿日期：０６５０２０ —０ —２
ＳｕｙｏｈｍｅＧｒｔｇＤｉｌｃｍｅｔＳｎｏｔｄｎｔｅＴｉａｉｓａｅｎｅｓｒｎｐ
ＰＮｏｇｌＬＵＸｉｏｋｎ，ＨＧｉｇｈｎ，ＨＥｉｈｕＥＧＤｎ — ｎ，Ｉａ — ａｇＺＡＮＸｎ－ｏｇＣＮＸ —ｏｉ
模型样机．该研究成果通过全国的专家通讯评审
获得高度评价，引起国家自然科学基金委的重并
剔，仍有一些缺点，其根本原因在于栅线数难以进
一
步提高，只能依靠电子细分，从而引起成本、可
个圆周有ｌ２６００秒，常刻线３０线／９０角通２４０周
和方法的问题… 第二阶段为２０－２０年。１．００－０４在笔者承担的第二项国家自然科学基金“ 场式时栅位
移传感器研究 ” ５０５９）重庆市科技攻关项（０７０１［、
量．达到工程上１以内的分辨力要求，要靠复要 ” 就
（ｃｏｌｆｌｔｎｆｍｔｎａｄＡｔａｏ，ＳｈｏｏｅｒｉＩｏａｏｎｕｍｔｎｃＥｃｏｃｎｒｉｏｉｎｓｔｔｏＴｃｎｌｙＣ０ｇｉ０５，ｈａｇＩｔｕｆｅｈｏｇ，ｈｎｑｇ０００Ｃｉ）ｎｉｅｏｎ４ｎ

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识张天恒;王阳阳;冯济琴;郑方燕【摘要】An error compensation and parameter identification method based on sine function and Fast Fourier Transform ( FFT) was presented to improve the measurement accuracy and the efficiency of calibration of time grating angle displacement sen-sors.The measurement errors of the sensors were calibrated by laser interferometer.It was to sample 36 pole points in the whole cir-cular and 240 points with in poles.By analyzing the calibration data,it was presented an error compensation model based on Fast Fourier Transform.The undetermined parameters,8 on poles and 20 within poles,are identified by the Fourier transform.The experi-mental results show that the errors of the time grating angle displacement sensors were reduced 38. 4 times after compensation.The measurement accuracy and the efficiency of calibration of time grating angle displacement sensor were greatly improved by applying the new method.%基于正弦函数和快速傅里叶变换提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高时栅角位移传感器的测量精度和标定效率.使用激光干涉仪对时栅角位移传感器的误差进行标定,在整周采样36个对极点和对极内采样240个点.通过对标定的误差数据进行分析,由此提出一种基于傅里叶级数变换的误差补偿模型,在对极点对8个参数与对极内20个参数分别进行参数辨识.实验结果表明:补偿后时栅角位移传感器的测量误差减小为原误差的1/38.4,显著地提高传感器的测量精度和标定的效率.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P19-20,24)【关键词】时栅角位移传感器;测量误差;误差补偿;参数辨识【作者】张天恒;王阳阳;冯济琴;郑方燕【作者单位】重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054;重庆理工大学,机械检测技术与装备教育部工程研究中心,时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054【正文语种】中文【中图分类】TP212.12时栅角位移传感器是依据时空坐标转换理论[1-2]，基于“时间量来测量空间位移”的原创思想发明的新型位移传感器[3]，在与哈尔滨量具刃具有限责任公司合作将时栅传感器向产业化推进中，急需解决角位移传感器精度与标定效率的关键问题。

基于Matlab的时栅位移传感器的误差曲线分析与拟合研究

3　G anesha Udupa ,B K A Ng oi.F orm error characterization by an optical profiler.Advanced Manu facturing T echnology.2001,17:114～1244　吴剑锋,王　文,陈子辰.激光三角法测量误差分析与精度提高研究.机电工程,2003,20(5):89～915　H orikawa ,N Maruyama and M Shimada.A low cost ,high accu 2racy roundness measuring system.Precision Engineering .2001:200～2056　曹麟祥,王丙甲.圆度检测技术.北京:国防工业出版社,1998第一作者:张玉梅,吉林大学机械科学与工程学院,130025长春市First Author :Zhang Y umei ,C ollege of Mechanical Science and Engineering ,Jilin University ,Changchun 130025,China　3国家自然科学基金资助项目(项目编号:50575235)收稿日期:2008年5月基于Matlab 的时栅位移传感器的误差曲线分析与拟合研究3陈自然　彭东林　王先全　董　淳重庆工学院摘　要:提出了一种基于Matlab 傅立叶算法的传感器误差修正和补偿方法,将其应用于时栅位移传感器研究,借助于Matlab 强大的计算功能实现时栅位移传感器测量的误差曲线分析和拟合算法,用低精度的机械加工实现高精度的传感器制造。

关键词:Matlab ,　谐波,　时栅位移传感器,　误差曲线,　FFTE rror Curve Fitting of Time G rating Displacement Sensor B ased on MatlabChen Z iran Peng Donglin Wang X ianquan et alAbstract :A method based on Matlab FFT is presented for error correction and compensation of sens ors.The measuring error curve analysis and its fitting alg orithm of time grating displacement sens or can be g ot with the great command calculation of Matlab ,which carry out to achieve high precision with low precision machined components measurement .As a result the precision of the sens or is prom oted greatly.K eyw ords :Matlab ,　harm onic wave ,　time grating displacement sens or ,　error curve ,　FFT 1　引言基于时空坐标转换理论[1]而研制的时栅位移传感器实现了以时间测量空间,但由于温度漂移、电子元器件不稳定性、机械加工精度不高等各种不确定因素影响了时栅精度的进一步提高.虽然目前已有运用Labview 最小二乘法[2]来修正和提高时栅的精度,但labview 存在设计复杂,运算时间长等弊端。

时栅传感器动态测量误差补偿

时栅传感器动态测量误差补偿孙世政;彭东林;郑方燕;武亮【摘要】针对动态测量误差特点,提出了对系统误差和随机误差分别进行建模和组合补偿的思想来提高时栅传感器的动态测量精度.对具有周期性变化特征的系统误差采用傅里叶级数逼近的方法进行建模,运用最小二乘求解超定方程组的方法计算出系统误差的补偿参数.对于系统误差补偿后残留的随机误差采用灰色预测GM(1,1)模型进行预测,通过模型残差检验和修正提高预测的准确度.实验结果表明,利用傅里叶级数逼近模型有效地补偿了系统误差,误差由±35”降至±7.8”,通过最小二乘参数寻优得到的补偿参数与传感器实际的误差成分相吻合;灰色预测模型则很好地预测补偿了残留的随机误差,误差由±7.8”降至±3”.得到的结果表明,利用这种对误差分别建模和补偿的方法大幅度地降低了动态测量误差,有效地提高了传感器的测量精度.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)004【总页数】8页(P1114-1121)【关键词】时栅传感器;位移测量;动态测量误差;系统误差;随机误差;傅里叶级数逼近;GM(1,1)模型【作者】孙世政;彭东林;郑方燕;武亮【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥,230009;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程中心,重庆,400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程中心,重庆,400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程中心,重庆,400054;重庆理工大学时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054;重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程中心,重庆,400054【正文语种】中文【中图分类】TP212.121 引言时栅传感器是一种新型的位移传感器［1－2］。

它将空间位移量转换为时间量，利用高频时钟脉冲插补的方式实现位移测量，目前该类传感器正在逐步实现产业化。

由于在传感器的加工制造和安装过程中会产生具有一定规律的确定性误差；在传感器系统动态测量过程中也会受到环境温度、湿度、振动以及各种电参数变化的影响而产生不确定性误差，因此对传感器的上述误差进行建模和补偿以保证其测量精度很受关注。

基于LabVIEW的时栅位移传感器误差曲线自动拟合与修正

Ξ　收稿日期:2008-05-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(50575235).作者简介:蒋涛(1982—),男,河北廊坊人,硕士研究生,主要从事计算机辅助测试技术及仪器研究.基于LabVIEW 的时栅位移传感器误差曲线自动拟合与修正Ξ蒋　涛,彭东林,王先全,冯济琴(重庆工学院,重庆　400050)摘要:在时栅位移传感器的研制过程中,提出了一种基于LabVIEW 的传感器误差修正和补偿方法,并在LabVIEW 环境中实现时栅位移传感器测量的误差曲线分析和拟合算法,提高了时栅传感器的精度.关　键　词:时栅位移传感器;LabVIEW ;误差曲线中图分类号:TP212 文献标识码:A文章编号:1671-0924(2008)07-0081-03Automatic Fitting and Correcting of Time G rating DisplacementSensor Error Curves B ased on La BVIEWJ I ANG T ao ,PE NG Dong 2lin ,WANG X ian 2quan ,FE NGJi 2qin(Chongqing Institute of T echnology ,Chongqing 400050,China )Abstract :A method based on LabVIEW is presented for error correction and com pensation during the re 2search process of time grating displacement sens or.Under the LabVIEW environment ,the measuring error curve analysis and fitting alg orithm of time grating displacement sens or are realized ,and the precision of the sens or is greatly prom oted.K ey w ords :time grating displacement sens or ;LabVIEW ;error curve 自从文献[1]中提出“时空坐标转换理论和时栅位移传感器”的概念以来,其他文献中已提出了各种实现方案[2-3],这些实现方案的精度从±1′,±34″,±25″直到±0.8″.在精度不断提高的同时,也需要不断改进试验方法.但单纯靠精密机械加工和装配去实现高精度,往往达不到理想的效果.考虑到时栅是一种高度智能化传感器,于是将研究重点转向传感器误差的修正技术上,通过改进试验方法,并对其误差曲线进行分析和修正,可以将传感器误差减小,从而达到期望的精度.1　误差曲线拟合[4] 曲线拟合技术是用连续曲线近似地刻画或比拟平面上离散点所表示的坐标之间函数关系的一种数据处理方法.在科学实验或社会实践中,通过第22卷　第7期Vol.22　No.7重庆工学院学报(自然科学)Journal of Chongqing Institute of T echnology (Natural Science )2008年7月Jul.2008实验或观测得到量x与y的一组数据对(x i,y i) (i=1,2,…m),其中各x i是彼此不同的.人们希望用一类与数据的背景材料规律相适应的解析表达式,y=f(x,a)来反映量x与y之间的依赖关系,即在一定意义下“最佳”地逼近或拟合已知数据.f(x,a)常称作拟合模型,其中a=(a1,a2,…,a n)是一些待定参数.常用的曲线拟合方法有拉格朗日插值、牛顿插值、分段插值、最小二乘法等.本研究中选用最小二乘法来实现.应用最小二乘法原理,自动对实验数据进行曲线拟合处理,以得到满足精度要求的最佳拟合方程及最佳待定参数估值,使拟合后的曲线与实测数据点之间的误差的平方和最小.将偏差定义为:e(a)=[f(x,a)-y(x)]2其中:e(a)是实际数据与拟合曲线差值的侧度; y(x)是观察到的数据集合;f(x,a)是数据集合的函数表达式(曲线拟合函数);a是最能代表曲线的曲线系数集合.在对数据进行曲线拟和时,通常有2个输入序列,Y和X.序列X通常为一个独立变量(比如时间),而序列Y为实际数据.数据集合中的点表示为(x i,y i),由于处理离散的采样,VI计算的是均方差(mse),也就是实际观察值与曲线期望值之间偏差的相对侧度,计算公式为:mse=1n∑n-1i=0(f i-y i)2,即期望mse为最小.2　曲线拟合技术在LabVIEW中的实现[5] LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Labo2 ratory Virtual Instrument Engineering W orkbench)的简称,是美国NI公司推出的专门用于虚拟仪器开发的图形化软件编程平台,它广泛应用于数据采集与控制、信号处理、数据显示、数据分析等领域.这里所用的版本为bVIEW中的程序称为虚拟仪器(virtual instruments)程序,简称VI.每个VI都有前面板、框图程序和图标/连接端口3部分组成.前面板就是图形化用户界面,用于设置输入数值和观察输出值;框图程序利用图形语言对定义在前面板的控制量和指示量进行编程;图标/连接端口则可以把VI定义为一个子程序(subVI),使其能被别的VI调用.LabVIEW的G eneral LS Linear Fit工具包提供了最小二乘拟合方法[6].在框图设计中,主要利用Curve Fitting中的G eneral LS Linear Fit子模块来实现误差曲线拟合,同时结合其他模块实现所要求的功能,如图1.图1　误差曲线的框图设计前面板的设计主要包括2部分:输入控制和输出控制.输入控制部分主要是原始误差数据的输入,输出部分主要包括拟合误差曲线图像及数值显示和拟合后曲线与原误差曲线差的峰值显28重庆工学院学报示.测量前面板如图2所示.图2　拟合前面板设计3　实验结果分析原始误差曲线是用基准光栅和时栅在整周内逐点实时采样,得到两者的采样角度值之差,就是时栅原始误差曲线.试验平台如图3所示,这里基准光栅采用的是德国Heidenhai 公司的圆分度光栅(精度±0.5″),认定基准光栅的采样值为真值,即光栅自身误差忽略不计.图3　时栅传感器实验平台在提取原始误差的实验中,选用的是48对极的圆分度时栅,整周内每6度采样一个点,这样就得到60点的误差.图4为时栅原始误差曲线折线,横坐标为点数,纵坐标为误差值(单位为s )很容易看出,原始误差的峰峰值为400″.图4　时栅60点的原始误差曲线折线图5为对图6所示误差曲线的拟合,拟合后可以看出,整周的误差峰峰值只有8″.图5　拟合后时栅60点的误差曲线折线那么,拟合后到底对整周内其他任意点的误差是否有影响呢,图6为在整周内随机地取了60个点,可看出误差控制在了±10″内,已达到了很好的效果.图6　时栅360度整周内随机60点的误差曲线折线4　结束语基于LabVIEW 的时栅位移传感器误差曲线拟合,实现了时栅位移传感器测量误差分析的计算机化,大大减少了进行误差分析所花费的时间,提高了效率.实验证明LabVIEW 的友好人机界面和强大的数据处理功能不但给我们提供良好的控制界面,还提高了测量精度,这为我们以后进行类似的测量和数据处理提供了又一不错选择.参考文献:[1]　彭东林,刘成康,谭为民.时空坐标转换理论与时栅位移传感器研究[J ].仪器仪表学报,2000(4):2-5.[2]　彭东林,张兴红,刘小康,等.场式时栅位移传感器研究[J ].仪器仪表学报,2003(3):24.[3]　彭东林,张兴红,谭为民,等.混激型时栅位移传感器研究[J ].仪器仪表学报,2004(1):28.[4]　费业泰.误差理论与数据处理[M].北京:机械工业出版社,2005.[5]　崔正刚,陈忧先.基于labVIEW 的曲线拟合技术的实现[J ].仪表技术,2006(4):19.[6]　R obert H bVIEW 6i 实用教程[M].北京:电子工业出版社,2003.(责任编辑　陈　松)38蒋　涛,等:基于LabVIEW 的时栅位移传感器误差曲线自动拟合与修正。