光敏陣列直接調制的單柵式時柵E+E位移傳感器
針對傳統疊柵形式光柵存在制造難度大、安裝要求高等缺點,提出了一種用時間細分空間的單柵式時柵E+E位移傳感器。從光的粒子性出發,分析了用正交變化的光場信號合成光場電行波的方法;用點陣發光二極管(LED)模塊作為交變光源,用空間正交的光敏陣列直接耦合光強信號獲取了反應空間位移的電行波信號;當前傳感器朝著微型化、數字化、智能化和網絡化方向發展,將傳統差動變壓器式E+E位移傳感器進行數字化改造,以ADμC845為控制器,RTL8019AS芯片為網絡接入模塊,結合以太網和精簡的TCP/IP協議,對傳感器線性度和溫度進行了補償,重點論述了網絡接口的軟硬件設計方法。實驗表明,采用該方法設計的網絡化差動變壓器式E+E位移傳感器具有良好的性能指標和網絡通信能力,以及成本低廉、結構簡單、組網靈活等優點。通過檢測電行波信號與激勵信號過零點之間的時間差,實現了對空間直線位移的測量。研制了原理樣機,采用普通機械加工方法對其進行了實驗驗證。為了提高時柵E+E位移傳感器定位的可靠性,利用編碼碼道信號之間互補關系,提出了一種新型的編碼碼道碼字識別算法,即三類碼字識別算法,該算法可將編碼碼道歸一化誤差限提高到±0.1。液壓支架是綜采工作面的主要設備,其推移位置的準確性決定著采煤工作是否能夠正常進行。通常液壓支架的推移由推移油缸來完成。為了準確測量其推移位置,設計并開發了一種用于液壓支架推移油缸的時柵E+E位移傳感器。磁環控制測量桿內干簧管通斷的原理,就可以將位移轉變成電壓信號。改變磁環的位置,相對應的干簧管導通,輸出電壓隨之改變。傳感器量程為1 000 mm,相對誤差為0.800 00%,線性度約為0.095 8%,輸出電壓波動范圍為±0.001 V。實驗室和現場試驗結果表明:時柵E+E位移傳感器運行穩定,測量精度高,滿足了綜采工作面液壓支架位移的測量要求。在此基礎上,對歸一化誤差曲線經過有選擇性的zui小二乘法擬合,可將歸一化誤差進一步降低至±0.05。實驗證明該方法可以滿足碼字識別算法的要求,采用該技術的時柵E+E位移傳感器確保了定位的可靠性,提高了傳感器的穩定性。以一端固定、另一端為任意邊界條件的振動梁為例,提出通過分部積分方法設計特定形狀的PVDF薄膜測量其結構位移。這種分部積分方法得到的PVDFE+E位移傳感器形狀不但與外激勵力的性質(如激勵力類型、位置以及頻率等)無關,而且不需要振動梁的模態信息。實驗結果表明:這種E+E位移傳感器的設計是可行的。

光敏陣列直接調制的單柵式時柵E+E位移傳感器
結果表明,在440mm測量范圍內,樣機的測量精度可達±2μm。該單柵式時柵E+E位移傳感器減少了疊柵式傳感器對安裝工藝的要求,提高了抗干擾能力;采用的測量技術避免了傳統粗光柵技術存在的精度難以提高、動態特性差等缺點,為光學位移測量提供了一種不通過精密機械細分來提高測量精度的方法。