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时栅位移传感器原理与发展历程 被引量：40
1
作者 彭东林 刘小康 +6 位作者 张兴红 陈锡侯 朱革 杨继森 王先全 高忠华 郑方燕 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2010年第10期40-45,共6页
回顾了时栅传感器从原理创新思想、全新技术、高品质产品到新兴产业十多年的发展历程。介绍了时栅传感器的基本原理、应用情况以及迄今所取得的社会评价等。
关键词 时栅 传感器 时间 空间 测量
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单排差动结构的新型纳米时栅位移传感器 被引量：21
2
作者 彭凯 于治成 +2 位作者 刘小康 郑方燕 蒲红吉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期734-740,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 纳米时栅 电容式位移传感器 单排结构 差动感应极片
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纳米时栅位移传感器电场分布与误差特性研究 被引量：19
3
作者 刘小康 蒲红吉 +2 位作者 郑方燕 冯济琴 于治成 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2257-2264,共8页
针对现有纳米测量技术量程小和测量环境要求苛刻等不足,提出研究一种以高频时钟脉冲作为计量基准的新型纳米位移传感器,利用差动平行电容极板构建的交变电场进行精密测量。为了优化传感参数并提高测量精度,对纳米时栅传感器在不同参数... 针对现有纳米测量技术量程小和测量环境要求苛刻等不足,提出研究一种以高频时钟脉冲作为计量基准的新型纳米位移传感器,利用差动平行电容极板构建的交变电场进行精密测量。为了优化传感参数并提高测量精度,对纳米时栅传感器在不同参数条件下的电场分布与误差特性进行了研究。首先根据其测量特征,利用ANSYS软件建立二维仿真模型,对不同参数条件下传感器的电场分布进行分析;再通过实验验证,找出不同参数与误差特性之间的关系;最后根据仿真和实验结果,对传感参数进行优化设计。实验表明:在200 mm测量范围内,传感器精度达到±300 nm。为纳米时栅优化设计和精度提高提供了可靠的理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 纳米测量 电容式位移传感器 时栅 电场分布 误差特性
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时栅数控转台空间回转位置预测方法研究 被引量：16
4
作者 刘小康 郑方燕 +1 位作者 王先全 彭东林 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2303-2308,共6页
时栅传感器利用时空变换技术将空域信息变换到时域,以时间测量空间位移。为了研制高精度时栅数控转台,减少动态位置反馈误差,提出了一种回转位置预测测量新方法,利用时空变换技术将时域信息返回到空域。利用时间序列理论对时栅测量值进... 时栅传感器利用时空变换技术将空域信息变换到时域,以时间测量空间位移。为了研制高精度时栅数控转台,减少动态位置反馈误差,提出了一种回转位置预测测量新方法,利用时空变换技术将时域信息返回到空域。利用时间序列理论对时栅测量值进行建模,从而预测出数控转台未来一段时间内的位置值,并利用当前测量值对前一次的预测误差进行实时修正。介绍了测量数据建模方法和预测系数估计算法。为了验证位置预测方法的有效性,设计了一套动态实验系统。实践证明,数控转台的角位移预测误差为±2″,实现了精密位置预测。 展开更多
关键词 预测测量 时空变换 时栅 数控转台
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基于支持向量机时栅数控转台时序预测研究 被引量：14
5
作者 陈自然 彭东林 +3 位作者 刘小康 郑永 陈锡侯 郑方燕 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1793-1799,共7页
时栅代替光栅等传统位移传感器运用到全闭环数控转台做角位移检测部件,需采用时空变换算法将时栅的时域信息转换到空域信息。运用时间序列分析出时栅数控转台的测试数据依存特性,采用支持向量机建立起未来测试数据和历史样本的映射关系... 时栅代替光栅等传统位移传感器运用到全闭环数控转台做角位移检测部件,需采用时空变换算法将时栅的时域信息转换到空域信息。运用时间序列分析出时栅数控转台的测试数据依存特性,采用支持向量机建立起未来测试数据和历史样本的映射关系,从而得到测试数据中隐含的规律。依据过去相关测量值采用支持向量机回归预测下一采样时刻角位移,将原本等时采样的绝对式角位移转换为全闭合数控系统需要的等空间增量式连续脉冲。并且在误差控制方面,采用当前预测值对上一次预测误差进行实时修正,消除累计误差保证测量精度。实验证明支持向量回归的时间序列预测算法能有效保证动态数控角位移测量误差控制在±2.5″以内,实现精密全闭环角位移测量。 展开更多
关键词 支持向量回归 时栅 时间序列 全闭环
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基于ARM Cortex平台的嵌入式系统课程虚拟实验平台设计 被引量：13
6
作者 杨继森 张静 +1 位作者 朱革 郑方燕 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2014年第7期97-101,共5页
针对高校嵌入式系统课程逐渐迁移到全新的Cortex-M平台,设计开发了一套分层次的基于CortexM3的虚拟实验教学平台。实验平台分基础型、综合型和设计型3个层次,采用递进教学方式,由浅入深,循序渐进,以适用不同知识基础的学生。虚拟实验教... 针对高校嵌入式系统课程逐渐迁移到全新的Cortex-M平台,设计开发了一套分层次的基于CortexM3的虚拟实验教学平台。实验平台分基础型、综合型和设计型3个层次,采用递进教学方式,由浅入深,循序渐进,以适用不同知识基础的学生。虚拟实验教学平台可在教学时间与教学空间上拓展嵌入式系统课程的学习范围,激发学生的学习兴趣,提高了教学质量。 展开更多
关键词 嵌入式系统 ARM Cortex—M3 虚拟实验平台
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基于SOPC的时栅位移传感器信号处理系统设计 被引量：11
7
作者 郑方燕 王宝珠 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1429-1432,共4页
为了提高时栅位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于SOPC技术的时栅信号处理系统,将数据的采集和处理集成在一片FPGA内,采用NiosⅡ处理,并将复杂的乘除运算加入了自定义指令,提高了时栅传感器的数据处理效率,采用傅氏级数谐波... 为了提高时栅位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于SOPC技术的时栅信号处理系统,将数据的采集和处理集成在一片FPGA内,采用NiosⅡ处理,并将复杂的乘除运算加入了自定义指令,提高了时栅传感器的数据处理效率,采用傅氏级数谐波修正技术来进行误差修正,大大提高了测量精度。实验表明,采用该系统后,时栅在每分钟8转情况下误差峰峰值为2.2″。 展开更多
关键词 信号处理 动态测量 SOPC 时栅 角位移 传感器
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基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法 被引量：11
8
作者 冯济琴 刘浩 +1 位作者 陈自然 郑方燕 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期263-269,共7页
针对在现有的光栅细分方法中,细分精度和细分倍数受光栅输出信号质量制约的问题,提出了一种基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法。基于时空域变换原理将空间域的信息变换到时间域,将传统的等时间采样转换为等空间采样得到空间序列... 针对在现有的光栅细分方法中,细分精度和细分倍数受光栅输出信号质量制约的问题,提出了一种基于域变换和灰色预测的光栅信号软细分方法。基于时空域变换原理将空间域的信息变换到时间域,将传统的等时间采样转换为等空间采样得到空间序列,然后根据灰色预测理论模型预测代表光栅空间位移信息的时间量,通过模型残差检验和修正算法不断提高预测的准确度,最后以时间脉冲方式输出光栅细分信号。实验研究表明,采用灰度预测模型对光栅信号实现预测的软细分方法,不受信号的正弦性、正交性和等幅性影响,细分误差精度可以达到±1.8″,细分精度优于信号周期的±5%。 展开更多
关键词 光栅 精密细分 域变换 时间序列 GM(1 1)模型
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基于ARM的高精度自动定位系统设计 被引量：11
9
作者 胡超 刘小康 +1 位作者 高忠华 郑方燕 《微计算机信息》 2009年第20期101-103,共3页
提出了新型智能时栅传感器非线性误差的自动修正方案,采用了PHILIPS公司的ARM处理器LPC2148作为主控芯片,设计了定位控制电路和USB通信接口电路。系统按闭环控制方式工作,重点研究了步进电机的单向逼近和双向逼近位置控制算法,并开展了... 提出了新型智能时栅传感器非线性误差的自动修正方案,采用了PHILIPS公司的ARM处理器LPC2148作为主控芯片,设计了定位控制电路和USB通信接口电路。系统按闭环控制方式工作,重点研究了步进电机的单向逼近和双向逼近位置控制算法,并开展了对比实验。实践证明:系统定位速度快,定位精度为±1角秒。 展开更多
关键词 时栅传感器 高精度定位 闭环 ARM USB
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时栅位移传感器的误差修正实用技术 被引量：10
10
作者 彭东林 周玮 +2 位作者 陈锡侯 高忠华 郑方燕 《机械传动》 CSCD 北大核心 2012年第4期34-36,共3页
针对时栅角位移传感器定子和转子的加工误差对测量精度的影响,利用多测头法分离出多次谐波成分并加以修正。根据场式时栅角位移传感器的误差特点,针对32对极场式时栅进行了理论分析,分离并消除64次及64的整数倍次以外的谐波分量。定子... 针对时栅角位移传感器定子和转子的加工误差对测量精度的影响,利用多测头法分离出多次谐波成分并加以修正。根据场式时栅角位移传感器的误差特点,针对32对极场式时栅进行了理论分析,分离并消除64次及64的整数倍次以外的谐波分量。定子和转子线槽的分度误差被修正以后,时栅角位移传感器测量精度达到了2′的预定指标。 展开更多
关键词 时栅 多测头法 误差修正 谐波误差
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空间精密位移信号软细分方法研究 被引量：9
11
作者 刘小康 陈自然 +1 位作者 王先全 郑方燕 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期540-545,共6页
为了解决高精度数控装备对位移传感器高分辨力反馈的需求,本文提出通过对空域信号特征的分析,从时空变换理论模型的角度去研究位移测量问题;利用光栅周期性栅线作为等空间位置触发位置采样建立空间序列模型;通过对光栅莫尔条纹信号自适... 为了解决高精度数控装备对位移传感器高分辨力反馈的需求,本文提出通过对空域信号特征的分析,从时空变换理论模型的角度去研究位移测量问题;利用光栅周期性栅线作为等空间位置触发位置采样建立空间序列模型;通过对光栅莫尔条纹信号自适应预测细分模型阶数与系数估计算法完成光栅莫尔条纹信号细分。实验结果证明此方法可以实现光栅莫尔条纹400倍细分,细分精度优于信号周期的±1%。此细分方法利用光栅刻划精度,信号细分精度与光栅信号波形质量无关,在不增加硬件的条件下实现光栅莫尔条纹精密细分,具有重要实际应用价值。 展开更多
关键词 软细分 莫尔条纹 自适应 误差修正
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纳米时栅的电气参数与误差特性研究 被引量：9
12
作者 孟瑶 周启武 +2 位作者 郑方燕 刘小康 施海 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2019年第6期65-71,共7页
纳米时栅采用交变电场构建匀速参考系,实现空间到时间基准的溯源,提高了测量精度。提出一种基于交变电场的直线式位移时栅传感器。为进一步提升传感器测量精度并实现高精度测量,研究了电气参数对纳米时栅精度的影响,分析了传感单元之间... 纳米时栅采用交变电场构建匀速参考系,实现空间到时间基准的溯源,提高了测量精度。提出一种基于交变电场的直线式位移时栅传感器。为进一步提升传感器测量精度并实现高精度测量,研究了电气参数对纳米时栅精度的影响,分析了传感单元之间的阻抗特性。针对影响电场分布的阻抗进行分析研究,首先建立传感器的电路模型,依据对电路方程的推导以及电气参数的仿真,分析了阻抗特性引入的误差规律。制作了传感器样机,并搭建实验平台进行了精度测试,验证了推导误差规律,同时借助时空转换原理修改激励信号参数,消除了阻抗特性带来的影响,最终传感器对极内精度达到±0.4μm。 展开更多
关键词 纳米时栅 电气参数 阻抗特性 误差特性
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时栅位移传感器的误差分离与补偿方法研究 被引量：8
13
作者 彭东林 孙世政 +3 位作者 高忠华 陈锡侯 杨继森 郑方燕 《自动化仪表》 CAS 北大核心 2012年第1期15-17,共3页
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... 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。 展开更多
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
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基于STM32F4的时栅数控分度转台控制系统设计 被引量：8
14
作者 周金钢 彭东林 +2 位作者 郑方燕 高忠华 王淑娴 《电子器件》 CAS 北大核心 2015年第5期1138-1142,共5页
为了提高时栅位移传感器数控转台的控制定位精度,针对步进电机载物运动时的高频出力不足、低频振动、失步、堵转等现象,提出了一种基于STM32F4的数控分度转台控制系统。系统通过对硬件、软件的设计建立了以STM32F4微处理器为控制核心、... 为了提高时栅位移传感器数控转台的控制定位精度,针对步进电机载物运动时的高频出力不足、低频振动、失步、堵转等现象,提出了一种基于STM32F4的数控分度转台控制系统。系统通过对硬件、软件的设计建立了以STM32F4微处理器为控制核心、时栅角位移传感器为反馈元件的全闭环控制系统,有效的解决了步进电机的精确控制问题。经实验验证,实现了高稳定性、高速度、高精度的时栅数控转台定位,定位精度达到了±2″。 展开更多
关键词 时栅传感器 STM32F4 全闭环系统 数控转台
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时栅角位移传感器误差修正及其测试系统 被引量：8
15
作者 高忠华 陈锡侯 郑方燕 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2012年第9期75-77,共3页
研制了一种全自动时栅角位移传感器测试系统,用来实现对传感器系统误差的修正。该系统采用光栅作为基准仪器,在一个圆周内分别采集若干个时栅角位移数据和光栅角位移数据,通过串行口送计算机。同时,ARM处理器根据计算机给定的设定值控... 研制了一种全自动时栅角位移传感器测试系统,用来实现对传感器系统误差的修正。该系统采用光栅作为基准仪器,在一个圆周内分别采集若干个时栅角位移数据和光栅角位移数据,通过串行口送计算机。同时,ARM处理器根据计算机给定的设定值控制电机转过相应的角位移,实现了系统误差数据的自动采集。该系统中使用了一种基于最小二乘法误差修正算法,计算机根据该算法,对传感器的系统误差进行自动修正,修正后的精度可达±1″。 展开更多
关键词 时栅 误差修正 自动测试
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基于FPGA的时栅传感器信息处理系统 被引量：8
16
作者 冯济琴 谢启河 +2 位作者 彭东林 郑方燕 高忠华 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2013年第6期11-12,92,共3页
提出一种基于FPGA技术的时栅传感器信息处理系统解决方案,该系统通过在单片FPGA上基于NoisⅡ软核实现整个系统的构建。经过对时栅传感器样机的测试,完成了利用高频脉冲插补感应信号和参考信号之间相位检测,实现了高精度、高分辨力测量... 提出一种基于FPGA技术的时栅传感器信息处理系统解决方案,该系统通过在单片FPGA上基于NoisⅡ软核实现整个系统的构建。经过对时栅传感器样机的测试,完成了利用高频脉冲插补感应信号和参考信号之间相位检测,实现了高精度、高分辨力测量角位移量。 展开更多
关键词 时栅位移传感器 FPGA NiosⅡ 相位检测
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时栅位移传感器高精度驱动电源研究与设计 被引量：7
17
作者 杨继森 陈锡侯 +1 位作者 万文略 郑方燕 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2010年第10期5-7,26,共4页
针对时栅位移传感器需要高度均分性的三相驱动电源的要求,在传统DDS技术的基础上,采用数字闭环控制技术,将相位误差测量值作为闭环反馈,在DDS模块中增加相位自动修正技术,使三相驱动电源达到高精度稳频和高精度三相对称的目的。实际应... 针对时栅位移传感器需要高度均分性的三相驱动电源的要求,在传统DDS技术的基础上,采用数字闭环控制技术,将相位误差测量值作为闭环反馈,在DDS模块中增加相位自动修正技术,使三相驱动电源达到高精度稳频和高精度三相对称的目的。实际应用表明,该驱动电源大大提高了时栅位移传感器的稳定性和测量精度。 展开更多
关键词 时栅 位移传感器 三相电源 闭环控制
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直线式时栅位移传感器原理与结构 被引量：7
18
作者 彭东林 陈锡侯 +2 位作者 张天恒 陈自然 郑方燕 《自动化仪表》 CAS 北大核心 2012年第6期73-75,78,共4页
在已研制成功的圆时栅的基础上,开展了比圆分度应用范围更广的直线式时栅传感器的研究。直线式时栅基于直线电机原理建立物理模型与数学模型,作为直线式时栅的理论基础和技术依据。提出了直线式时栅的机械结构型式,同时研究了增量式时... 在已研制成功的圆时栅的基础上,开展了比圆分度应用范围更广的直线式时栅传感器的研究。直线式时栅基于直线电机原理建立物理模型与数学模型,作为直线式时栅的理论基础和技术依据。提出了直线式时栅的机械结构型式,同时研究了增量式时栅的信号处理电路及软件系统。研究结果表明,该模块测量精度高于现有直线式传感器的中高档水平,具有较好的工艺性且成本低于现有中低档直线式传感器。 展开更多
关键词 时栅 时间序列 位移传感器 测量精度 建模
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基于遗传算法的时栅误差参数辨识与补偿方法研究 被引量：6
19
作者 郑方燕 颜路 +2 位作者 汤其富 郑永 简圣杰 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1527-1534,共8页
针对现有磁场式时栅角位移传感器原始测量精度低且误差成分复杂等特点,提出一种基于遗传算法的误差参数辨识与补偿方法,该方法根据时栅误差数学模型抽象出适应于生物遗传法则的遗传算法模型。首先将磁场式时栅误差辨识参数的样本数据进... 针对现有磁场式时栅角位移传感器原始测量精度低且误差成分复杂等特点,提出一种基于遗传算法的误差参数辨识与补偿方法,该方法根据时栅误差数学模型抽象出适应于生物遗传法则的遗传算法模型。首先将磁场式时栅误差辨识参数的样本数据进行针对性训练,并设置约束条件,然后利用遗传算法的“部分可观测黑箱性”特点进行数据样本迭代,并与时栅误差参数建立的目标函数寻求最佳逼近,以此完成误差参数的最优估计和误差曲线的最佳补偿。实验研究表明,采用遗传算法建立的时栅误差参数辨识模型辨识准确,对时栅误差成分中最主要的二次、四次误差有明显减少作用,其中二次误差减小66.67%、四次误差减小54.05%;与此同时,对一次误差及高频误差成分也有不同程度的抑制。 展开更多
关键词 时栅 遗传算法:参数辨识 频谱分析 误差补偿
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直线式时栅传感器的动态测量与数据处理 被引量：6
20
作者 张天恒 彭东林 +1 位作者 杨继森 郑方燕 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第11期83-85,共3页
针对直线式时栅传感器的动态测量,提出了直线式时栅传感器的主要动态误差源。采用直线光栅尺,光栅测量值作为直线式时栅传感器空间位置测量的标准量,直线式时栅传感器的预测测量值与之进行比较,从而得到动态预测测量的误差值。对测量的... 针对直线式时栅传感器的动态测量,提出了直线式时栅传感器的主要动态误差源。采用直线光栅尺,光栅测量值作为直线式时栅传感器空间位置测量的标准量,直线式时栅传感器的预测测量值与之进行比较,从而得到动态预测测量的误差值。对测量的误差值进行数据的预处理:数据的截断和采样、异常数据剔除,预处理后对误差值进行频谱分析,提取出幅值和相位,以便于用软件实现谐波修正,提高直线式时栅传感器的精度。 展开更多
关键词 直线式时栅传感器 动态测量 数据处理 频谱分析
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