偏正无关光纤干涉仪及其微位移测量应用

提出了一种与偏振无关的新型光纤干涉仪,采用端面镀膜的光纤自聚焦准直器,结合球凸透镜构成共光路光纤干涉仪,其探测光与参考光在同一根普通单模光纤中共光路传输,有效消除了偏振衰落影响。通过理论建模分析,并采用高精度的压电陶瓷作为稳定信号源,搭建了微位移测量平台,实测了三角波驱动电压信号与对应的干涉信号。研究了不同扫描电压下,压电陶瓷位移和驱动电压的关系。实验结果表明,该光纤干涉仪可实现微小位移的精密测量,在超精密机床振动、微型机械、传感等方面具有应用价值。     

非对称式压电陶瓷微位移器驱动电源设计

提出一种新的压电陶瓷微位移器(PZT)驱动电源设计方案，该电源采用非对称供电方式，具有线性度好、纹波小、带负载能力强、频率响应高、重复性好等特点，这种电源克服了传统的PZT驱动电源的频率响应低、输出低电压时出现饱和失真等缺陷，满足了自适应移相干涉测量的要求。     

纳米级压电陶瓷微位移系统的研究

介绍了一种用于纳米磨削的新型微位移系统,该系统由压电陶瓷微位移工作台和计算机控制的专用驱动电源组成,系统精度与压电陶瓷致动器和控制系统密切相关。阐述了以压电陶瓷致动器为核心的微位移工作台和驱动电源的设计原理和设计特点,并用已研制成的高精度高分辩率微位移系统实现了陶瓷样件的纳米镜面磨制。     

一种高输出电压的压电陶瓷驱动电源的研究

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件.PA85A是一种高压、高精度的MOSFET运算放大器.本文提出了一种基于PA85A的单端供电的新型压电陶瓷驱动电源,介绍了该电源设计原理并对其性能进行了分析和测试.该电源具有集成度高,响应速度快,驱动力强,稳定性好,输出电压高达(306.8V)的特性,能有效用于光纤光栅传感系统中.     

基于白光干涉的MEMS三维表面形貌测量

利用白光干涉垂直扫描原理,设计了测量微机电系统(MEMS)表面形貌特征的垂直扫描白光干涉系统.该系统由垂直扫描位移工作台驱动被测件,通过检测被测件表面的干涉条纹变化得到表面形貌.垂直扫描位移工作台利用压电陶瓷驱动柔性铰链结构进行纳米驱动,光栅传感器监控整个垂直扫描过程,对压电陶瓷的非线性误差进行实时补偿.垂直扫描位移工作台的性能分析表明:分辨率达到1 nm,定位精度小于10 nm.同时采用图像分析技术对光学仪器测量台阶出现的噪声进行了消噪处理,试验结果表明垂直扫描白光干涉系统能够实现MEMS三维表面形貌的高精度测量.     

压电智能传感器力学模型的建立及数值模拟

以单片压电陶瓷(如锆钛酸铅,简称PZT)晶体、粘贴式和埋入式压电传感器为研究对象,从压电本构方程和结构动力学的振动原理出发,采用集总质量法推导出PZT传感器正压电效应的电荷表达式及等效刚度表达式,建立粘贴式和埋入式PZT传感器的简化力学模型,得到考虑多参数影响的电荷表达式.考虑黏结胶层阻尼吸收能量的作用,建立了胶层阻尼效应影响的传感模型,并求得压电传感器的电压表达式.数值模拟结果表明:在PZT传感模型中,利用压电方程和振动方程联合求解可以快速得到PZT的传感信号,而且PZT片的电压输出特性与作用力的大小及黏结胶层有关.通过测量和分析PZT传感器输出电信号峰值与频率的变化,并与数值分析结果进行对比,证明了运用所建立的传感模型能够有效地模拟检测PZT的正压电规律.     

基于坐标变换的压电陶瓷执行器迟滞非线性模型研究

在实验测量的基础上,基于压电陶瓷执行器位移-电压曲线各升程之间、各回程之间的近似相似性,采用坐标变换方法,建立了压电陶瓷执行器位移-电压之间的迟滞非线性模型。该模型只用第1个升回程的实测值,便可实现对以后任意升回程各点的跟踪;其不仅适用于驱动电压为周期信号的情形,也适用于非周期信号的情形。实验研究了不同的电压驱动过程、驱动电压频率、驱动循环次数、晶片厚度对模型精度的影响。结果表明,当驱动次教不是很高时,模型相对于实测值的误差很小,为2．8％;当驱动次教很高时,模型相对于实测值的误差变大。     

1mm压电陶瓷管式微型超声马达研究

利用微型PZT压电陶瓷管研制微型超声马达．微型压电陶瓷管外径1mm，内径0.6mm，管长5mm．微型马达工作在压电陶瓷管的第一阶弯曲振动模式下，其谐振频率约为58.5kHz．在一定的驱动电压范围内，马达的转速与电压成线性关系，当驱动电压峰峰值为90V时，转速达3500r/min． 启动力矩为7.8μNm.利用压电陶瓷管研制的微型马达与相似尺寸的其他类型的微型超声马达相比，具有更大的力矩和更高的转速．     

基于PZT机电耦合效应的工作平台调平方法

【目的】针对航空航天、工业机器人、生物医疗、光刻机等微机电领域的高精度要求,提出一种基于锆钛酸铅压电陶瓷的调平方法。【方法】首先,设计了由压电陶瓷驱动器、传感器等核心元件组成的调平机构,利用PZT(piezoelectric ceramics,压电陶瓷)的机电耦合效应对工作平台进行闭环调平;然后结合电场中的电介质逆压电效应理论,仿真分析了在工作平台不同位置附加载荷时驱动支腿产生的4种受力和形变情况;最后通过施加驱动电压产生微动位移来实现调平。【结果】当驱动电压在10～150 V时,本调平方法可将工作平台倾斜角减小到原来的37%。【结论】研究结果验证了本调平方法的可行性及理论计算和模拟仿真的统一性,可为功能材料在调平领域的应用提供参考依据。     

压电电压反馈控制在异形销孔镗削中的应用

依据异形销孔加工的现状,采用压电陶瓷驱动的柔性铰链机构实现镗刀的径向微位移．根据活塞异形销孔几何特征和压电陶瓷驱动器控制精度高、刚性好和高频响特点及其具有的传感功能,提出了压电电压反馈的控制系统,并在该系统中引入重复控制和干扰通道的开环前馈控制,从而提高了系统的稳定性和跟踪精度．实验表明,加工精度可达3μm．     

基于数字散斑自相关技术的微位移测量

通过散斑照相实验,得到粗糙表面在激光照射下的散斑场,移动粗糙表面,记录位移前后的散斑图像,利用数字散斑相关方法分析散斑图像,即可确定粗糙表面的位移。理论分析和实验结果表明,数字散斑相关技术可以很好地实现测量带有粗糙表面物体的微小位移,精度可达微米级。     

精密机械系统综合实验装置的研制

针对高校机械类专业精密机械系统相关课程的实验教学需要,以"直线位移精密工作台"为基础,研制了精密机械系统综合实验装置。该综合实验装置不仅可以完成精密传动、精密运动测量和电机驱动等单独实验,也可以完成体现光机电一体化综合知识的精密运动控制实验。该实验平台采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)光栅位移测量装置以及计算机控制系统,可以让学生在已有实验平台上进行主动设计,完成精密运动测量和运动控制实验,从而培养学生的动手能力和创新能力。     

中型动三轴仪研制及微小应变测试技术应用

常规土工三轴仪测试精度较低.为提高试验精度,引进微小应变测试技术,即在三轴压力室增设内置力、局部位移和非接触位移等测试装置,研制了中型动三轴仪.这不仅可以排除试样端垫误差,而且使试验精度提高了1个数量级,即轴向应变接近10-6.用该三轴仪,并综合运用力控和位移控制方法进行了动剪切模量和阻尼比试验.试验结果证明,该三轴仪具有精度高、性能稳定及操作简便等优点,可用于研究各种粗粒土的动力特性.     

汽车同步带数控精密测长机的控制系统研究

汽车同步带用于发动机传动系统凸轮轴上置的配气机构,汽车发动机借助曲柄连杆机构中带有飞轮的曲轴与进、排气凸轮轴来传递动力,为保证传动的稳定性和喷油泵、水泵等稳定的传动速比,因此国家汽车同步带标准GB／T12734—2003中要求测量动态时的带节线长和横向摆动量。本文研制了由光栅尺、工控机、单片机、激光位移传感器、光电转速传感器及步进电机等组成的具有高精度、快速、操作方便和自动化程度高的汽车同步带数控精密测长机控制系统,带节线长测量精度达±0．005mm,带横向摆动量测量精度达±0．1mm。     

喷管管内流动参数的嵌入式智能测试系统

在原喷管试验台的基础上 ,引入嵌入式微控制器控制的实时智能测量系统 ,以AT89C5 2单片微控制器为主控芯片 ,集成了压力 (负压、差压 )、流量、温度、位移等高精度测量模块 ,增加了探针位移的自动调节和闭环控制 ,提高了测量精度和位移控制精度 测试结果表明 :该系统测试精度高、离散度小 ,不但能满足喷管管内流动参数实时、高精度测量的要求 ,有助于管内流动过程热力学状态参数基本变化规律的研究 ,也能应用于需要进行压力、温度、流量等测量的场合     

嵌入式微距测量实验平台的设计

在基础物理实验中,通常需测量一些微小的位移量,例如在杨氏模量实验中,使用光杠杆放大法,测量细钢丝的微小长度变化,实验难于调节且精度较差。从实验创新的角度出发,设计了一种利用单片机和位移光纤传感器测量微小距离的系统,该系统简单易用,灵敏度高,通过软件对测量线性化校准,可以较好地使用在微距测量方面。     

相似模拟实验中近景摄影测量的应用

给出了应用近景摄影测量测点位移的计算数学模型，并结合实验要求分析了测量精度，使相似模拟实验可借助计算机用解析法近景摄影来完成测点位移测量。此方法不仅提高了实验水平，而且简化了实验工作。     

改进的Sage-Husa算法在提高激光位移传感器精度中的应用

激光三角法测距位移传感器因其具有非接触测量、测量速度快等特点,所以在测量与检测领域有广泛的应用。为了提高激光位移传感器的测量精度,从传感器测距原理入手分析影响系统测量精度的诸多因素,提出一种避免死循环的Sage-Husa滤波算法提高测量精度。最后结合LS—100CP型激光位移传感器与MATLAB进行实验仿真,同时与常规的Kalman滤波算法相比较,得出改进的Sage-Husa滤波算法精度较高且在激光三角法测量中的应用切实可行,有较好的实用价值。     

A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography

We developed a measuring instrument that had wide range, high precision, small measuring touch force. The instrument for three-dimensional (3D) surface topography measurement was composed of a high precision displacement sensor based on the Michelson interference principle, a 3D platform based on vertical scanning, a measuring and control circuit, and an industrial control computer. It was a closed loop control system, which changed the traditional moving stylus scanning style into a moving platform scanning style. When the workpiece was measured, the lever of the displacement sensor returned to the balanced position in every sample interval according to the zero offset of the displacement sensor. The non-linear error caused by the rotation of the lever was, therefore, very small even if the measuring range was wide. The instrument can measure the roughness and the profile size of a curved surface.