王光庆[1]2003年在《改善振动校准系统性能相关技术问题的研究及其实现》文中提出论文针对改善振动传感器校准系统性能的相关技术问题及其实现方法进行了理论和实验研究，旨在提高振动传感器校准系统的整体技术水平。 第一章叙述了振动传感器特点及其校准工作的目的和意义，重点介绍了传感器校准方法及其校准结果的误差分析，同时分析了目前国内外振动传感器校准系统的发展概况，阐述了改善振动传感器校准系统性能的重要意义，最后提出了论文的主要研究内容。 第二章主要分析了影响振动校准系统精度的若干关键因素。深入研究了振动台运动波形失真的机理及对校准精度的影响，同时研究了测量系统、系统稳定性和自动控制技术对校准精度的影响。 第叁章重点介绍了振动台输出波形失真度的改善策略。研制了超低频、低失真功率放大器；开发了基于FFT超低频频谱分析软件，并对它们进行测试与分析。 第四章着重介绍了高性能微机控制校准系统的开发及对校准精度和自动化程度的影响。主要开发了振动校准装置测控仪硬件系统、振动校准测控软件系统以及VxD虚拟设备驱动程序。 第五章对研制成功的高性能微机控制振动校准系统进行测试和结果分析，给出总体评价。 第六章对本课题进行总结，并对后续工作提出展望。
贾向军[2]2006年在《振动校准精度相关技术研究》文中研究说明论文针对改善振动传感器校准系统性能的相关技术问题及其实现方法进行了理论和实验研究，旨在提高振动传感器校准系统的精度和整体技术水平。 第一章叙述了振动传感器特点及其校准工作的目的和意义，重点介绍了传感器校准方法及其校准结果的误差分析，同时分析了目前国内外振动传感器校准系统的发展概况，阐述了改善振动传感器校准系统性能的重要意义，最后提出了论文的主要研究内容。 第二章分析了校准振动台的工作原理，在此基础上，研究校准振动台频响特性、工作台面的谐响应和横向振动问题。总结了提高台面加速度输出波形应注意的问题及建议。 第叁章阐释了激光干涉测振原理，分析了光路设计中的等光程问题的重要性，以及影响干涉条纹对比度的相关因素；并从提高测量精度的角度分析了调相多周期平均法和系统的隔振。 第四章对系统误差进行分析，着重介绍从数据采集与处理上提高校准系统的精度。 第五章对研制成功的高性能振动校准系统进行测试和结果分析，给出总体评价。 第六章对本课题进行总结，并对后续工作提出展望。
王春宇[3]2013年在《超低频标准振动台相关设计理论及运动控制技术的研究》文中研究说明本论文结合国家科技基础条件平台项目“超低频振动国家标准装置的研究与建立”,对超低频标准振动台的相关设计理论及运动控制技术进行了研究。第一章阐述了论文的研究意义和研究内容。首先,总结了振动校准的内容和方法,分析了超低频振动校准的重要意义；其次,分析了振动计量的国内外研究现状,特别是超低频振动计量领域的研究现状；再次,分析了振动台结构设计及反馈控制技术的研究现状,提出了构建超低频标准振动台的意义及技术难点；最后,概括了论文的主要研究内容。第二章研究了超低频标准振动台长均匀气隙磁场的设计理论。针对传统的单磁路结构产生长均匀气隙磁场存在的问题,提出了一种闭合双磁路结构,并进行了理论分析；为进一步提高长气隙磁场的均匀度,又提出了变气隙闭合双磁路结构及其设计方法：首先,研究了一种实用的叁折线变气隙结构,基于遍历法对其进行优化设计,并基于优化后的叁折线变气隙结构,分析了实际应用中外磁轭缺口对气隙磁场和结构漏磁的影响；然后,又研究了一种多项式变气隙结构,并基于遗传算法对其进行优化设计。第叁章研究了超低频标准振动台导轨不平顺补偿理论。首先,基于简化的均匀气膜理论模型,分析了导轨气膜压力分布规律；接着,针对实际存在的导轨不平顺问题,建立了非均匀气膜导轨模型,分析了非均匀气膜产生非对称气膜压力分布,进而使滑台在运动时产生俯仰角变化的现象；然后,指出了滑台俯仰将造成被校加速度传感器在超低频段灵敏度偏大或偏小现象,并分析了导轨形位公差对校准结果偏差的影响；最后,提出了导轨不平顺补偿方法,并通过实验验证了不平顺导轨的分析理论及补偿方法的有效性。第四章研究了超低频标准振动台运动量反馈控制理论。首先,建立了电磁振动台机电耦合模型,分析了电磁振动台的频率特性,提出了振动台机电参数的辨识方法；接着,设计了直线光栅尺脉冲信号专用转换模块,实现了长行程振动台位移波形的高精度检测,进而构建了基于直线光栅尺的位移反馈控制系统,并研究了相关参数对改善振动台输出波形失真度的影响；然后,基于直线光栅尺测量技术构建了一种可调电粘弹性支撑装置,代替了传统的机械弹性支撑装置,进一步降低了振动台输出波形失真度,并研究了相关参数的影响；最后,基于自传感技术设计了振动台运动速度提取装置,实现了无需传感器的运动量测量,并构建了振动台速度反馈控制系统,研究了相关参数对降低振动台输出波形失真度的影响。第五章实验研究了研制成功的超低频标准振动台系统。基于本文提出的磁路设计、导轨不平顺补偿、运动反馈控制理论研制了超低频长行程标准振动台系统,并以此为实验对象,分别进行了气隙磁感应强度分布及台面漏磁、振动台输出波形失真度、加速度传感器的超低频振动校准等测试,对相关理论研究的有效性进行了验证。第六章总结了本论文的研究成果,并展望了今后需进一步开展的研究工作。
佘天莉[4]2012年在《超低频振动校准系统的研究》文中指出超低频振动问题在工程实践中广泛存在，并且日益受到越来越多的关注，所以对于超低频振动校准系统，人们也给予了更多的重视，本文首先分析了超低频振动校准系统的国内外研究现状，并以其为研究核心，通过理论分析、程序仿真和实验研究，建立了一套可以有效减小振动台失真的系统，并获得了良好的实际效果，同时提出新的控制方法并加以验证。本文的主要研究工作有以下几个方面：首先，通过对振源的分析，在隔振理论的基础上，提出了基于反馈技术的主动隔振方法，根据不同的反馈参量，介绍了几种不同的反馈方法，并通过MATLAB编程进行仿真，分别予以分析，以找出最优方案。同时，分析了超低频标准振动台的隔振方法，指出被动隔振和主动隔振相结合的方法，可以更有效地解决超低频振动台的基础隔振问题。其次，通过介绍超低频振动台的工作原理，构建了超低频振动台的力学模型，并对其动态特性进行分析。指出了超低频振动台的几个关键的技术问题，如振动台的非线性失真、自身的稳定性、地基干扰及背景噪声等问题，并对上述各种问题进行了大致的分析。通过对比相对速度和绝对速度反馈，介绍了相对速度和绝对速度相结合的复合反馈的技术，分析了系统在复合反馈下的动态特性，表明此技术对于超低频振动台减小失真有着明显的作用，从而证实，在超低频振动校准系统中，采用负反馈技术是必要且有效的，它可以改善系统的动态特性，降低系统的失真度，可对超低频振动传感器进行有效的校准。再次，基于负反馈技术，以当代先进的PID控制和模糊控制理论为基础，设计了一套基于模糊自整定PID控制算法的数字伺服控制系统，克服了传统的模拟伺服控制器系统通常有着调试困难、容易受到环境温度变化的影响而产生漂移、缺乏实现复杂计算的能力、无法实现现代控制理论指导下的控制算法等缺点。在MATLAB环境下编程并进行仿真，确定了K_D、K_P、K_I叁个主要参数的初值，归纳了这叁个主要参数的选取规则，指出了误差变化对这叁个参数在调整过程中取值变化的影响，以及各参数之间的关系。通过阶跃信号响应仿真表明，该控制器与传统的PID控制器相比，有着更为良好的动态特性。从仿真中还可以看出，系统对于正弦激励信号的跟踪也有着良好的效果。在振动台上通过DSP系统进行硬件实现，实验表明，这种控制器所构成的系统可以有效地减小振动台的失真，具有一定的可行性和有效性。然后，分析了系统A类不确定度的产生原因以及计算公式；分别从振动位移误差、输出电压测量误差、台面横向运动误差、频率测量误差等几方面，总结并分析系统的B类不确定度和系统的合成不确定度；同时探讨了在测量数据处理的过程中，对于异常值的判断及其剔除准则；指出了采取多次测量取平均值的处理方法，可以有效地减小系统的随机误差。最后，对全文的主要研究工作进行了总结，并展望了今后的需要进一步深入开展的工作。
刘钊[5]2011年在《低频超低频振动激励系统的研究与设计》文中研究指明惯性传感器(位移传感器、加速度传感器、陀螺等)是航空航天领域应用较多的一类传感器,传感器的精度校准水平是衡量传感器发展水平的关键,特别是对具有超低频特性惯性传感器的校准更是衡量一个国家振动计量技术的一个最重要的指标之一。因此具有超低频特性的惯性传感器校准研究有着极其重要的意义。而作为振动计量核心设备的超低频振动激励系统是衡量振动设备发展水平的标志之一,也是精密惯性传感器校核的必要设备。航空航天中大量应用的传感器必须经过严格的测试才能投入使用,是国防工业不可或缺的一种测试设备。在结构动力学、地震预报和海浪检测预警、地质勘查和新能源开发、先进的精密加工与制造、核爆炸监测等领域都有强烈的需求。本文设计了一种使用方便、结构简单并具有1.2米长行程伺服控制的低频激振测试系统。该系统能够通过伺服控制模拟正弦速度曲线、半正弦速度曲线、梯形速度曲线、阶跃等运动形式,可在一定的频率范围内实现扫频。该系统的长行程可以弥补普通电磁激振台的低频运动失真的不足,使低频振动台具有更精确的运动精度,样机测试显示,系统在较高速度下运动,可以得到较为理想的运动曲线,随着速度的降低,曲线误差逐渐增大,原因在于运动受导轨的库伦摩擦影响较大,需要在控制算法和减小摩擦方面进行完善。初步测试表明,该振动系统的的运动失真度最大为10%,幅值稳定度小于1%。
刘泽鹏[6]2017年在《振动传感器温度灵敏度校准特性研究》文中研究表明近年来,伴随我国航空工业以及航天科技领域的不断进步与发展,尖端科技装备对精密仪器的自动控制及检测的要求不断提高,传感器克服外界环境因素影响的能力将成为更高标准,因此本文提出对振动传感器温度灵敏度特性进行研究。本文在分析了振动校准研究的意义和国内外研究、发展现状的基础上,结合两种主流的振动校准方法(比较法校准和绝对法校准)进行比较,确定采用外差正弦逼近法激光干涉测振,对灵敏度进行测量,并对振动传感器温度灵敏度校准系统进行开发与研究。振动传感器温度灵敏度校准特性研究,致力于在不同温度环境下、以及在传感器工作频率和加速度幅值范围内对传感器进行灵敏度测量,设计并应用智能PID温度控制器为振动传感器创造温度控制环境,探究振动传感器温度灵敏度特性。本系统实物将能够实现在-50°C~+500°C的控温环境、20HZ~2000HZ的频率范围、10~(-4)mm~10mm(取决于频率)的动态范围(幅值)内振动传感器(或加速度传感器、速度传感器等)不同温度下灵敏度的计算与比较。本系统主要包括温度控制器、标准振动实验平台、温度试验箱和外差激光干涉仪。本课题主要的研究目标为:设计并实现智能PID温度控制系统实物,实现对测量系统的高低温控制,探究振动传感器在不同温度环境下灵敏度特性的变化,得出一定数据、规律及结果;对振动传感器温度灵敏度的进一步研究积累一定实验与实践经验;对后续振动传感器温度灵敏度校准系统提供实践基础与实验依据。
匙庆磊[7]2014年在《低频标准振动台系统和振动校准技术研究》文中进行了进一步梳理校准是保证传感器测量数据准确的前提。低频振动传感器在地震观测、土木水利与建筑工程、机械与运载工程、能源与矿业工程等愈来愈获得广泛应用，这些传感器都需要在低频振动标准装置上进行校准，低频标准振动台是低频振动标准装置的关键设备，低频标准振动台的设计和制造技术通常决定了一个国家低频振动校准的水平。振动台在校准中用于产生标准振动信号，通常情况下是正弦信号，但校准激励信号有从稳态正弦信号向随机信号发展的趋势。目前，低频振动传感器的校准通常是在实验室进行的，但是一些在线监测系统对传感器的现场校准提出了要求。本文重点研究了以下叁方面内容：1、低频标准振动台的控制技术，建立了低频标准振动台的数学模型，并实际设计了一种便携式的低频标准振动台，对设计的低频振动台进行了测试，测试结果表明，该振动台加速度信号可以低至0.5Hz，速度信号可以低至0.1Hz，能够满足一般低频振动传感器的校准需要，可满足省一级的计量机构、振动传感器生产商以及大量使用低频振动传感器单位的校准需求；2、对以地震波作为激励信号的校准方法进行了研究，探索了在低频标准振动台上产生地震波的方法，在中国地震局工程力学研究所的低频标准振动台上实现了地震波复现，大部分情况下复现的地震波与原始地震波记录的相关系数可以达到0.95以上，随后以地震波作为校准激励信号，对传感器进行了校准，将校准结果与激光干涉法振动绝对校准方法的校准结果进行了比较，获得了理想的结果；3、对振动传感器的现场校准方法进行了探讨，虽然以往自标定（校准）方法一直在使用，但并未对系统进行详细的分析研究，本文针对四种类型的内置校准线圈传感器，分别利用自校准方法和激光干涉法振动绝对校准方法进行校准，两种校准方法的校准结果表明，低频段（10Hz以下）结果一致，高频段有偏差。以无源伺服式振动传感器为例，对自校准下的传感器数学关系进行了系统的分析，自校准时的反感应电动势、感抗（自感和互感）是造成这种偏差的原因。本文第一章阐述文章的背景，第二、叁、四、五章是文章的主体，对本文重点研究的问题进行了阐述。第六章对未来的工作进行了展望，提出了低频标准振动台的发展方向和实用的现场校准系统实现的方法。
孟上海[8]2012年在《基于ARM和FPGA的振动校准测控系统的研究和开发》文中研究说明传感器已成为获取自然科学领域中信息的主要途径和重要手段，广泛应用于社会各个领域，其性能将直接影响到振动测量系统的准确性和可靠性，所以在使用前必须对其进行校准。本文提出了一种基于ARM和FPGA的振动校准测控系统的设计方案，可实现MEMS(Micro-Electro-Mechamical System)电容式振动传感器的便捷校准。首先介绍了MEMS电容式加速度传感器的基本结构，分别对平板式电容加速度传感器的单边变间距式结构、变面积式结构以及双边变间距式结构，进行静电力驱动分析，可知双边变间距式结构在静电力驱动作用下周期往复运动。假设双边变间距式结构的MEMS电容式振动传感器在静电力作用下正弦振动，可推算出加载到其固定极板上的电压信号(记为驱动电压VD)。在此基础上，提出了设计一种便捷校准的MEMS电容式振动传感器的构想，在该传感器的校准引脚外加驱动电压VD，可驱动传感器正弦振动，采集传感器振动状态信息，可实现该传感器的便捷校准。在研究振动校准测控系统的基础上，设计了针对便捷校准的MEMS电容式振动传感器的振动校准测控系统。在该系统中使用ARM和FPGA取代传统振动校准测控系统中的大量仪器，实现了系统的专用性、小型化、便携性、实用性。其中，利用DDS技术，FPGA实现程控任意波形信号发生器，产生驱动电压VD。ARM处理器取代PC机的主控作用，实现校准参数输入、信号发生器程控、数据采集控制、校准结果显示保存等功能。针对系统设计方案，实现了具体的硬件设计和软件设计。采用S3C2440和EP4C15F17C8的主处理器加协处理器的系统整体设计架构，设计了基于24位高精度AD转换器ADS1255的数据采集模块，保证采集数据的精度。设计了基于ASC8511的电源管理模块，可实现锂电池充电及供电管理功能，为振动校准测控系统供电，满足系统的便携性要求。软件部分包括操作系统的移植和振动校准系统软件的设计。分别将Linux操作系统和MiniGUI移植到S3C2440处理器。振动校准系统软件可实现校准项目选择、校准参数输入、校准结果显示保存等功能，其中，校准项目包括定频校准、幅值线性度校准和频率响应校准。最后，对系统进行软硬件协同调试。对程控任意波形信号发生器和数据采集模块进行测试，用程控任意波形信号发生器产生的正弦信号模拟传感器的正弦振动状态，给出校准功能的测试数据，初步验证了系统的可行性。
李念儒[9]2016年在《基于音圈电机的地震计反馈控制系统》文中提出地震预报的基础是准确有效的地震观测数据,与此同时,地震勘探方法是探测地下结构的最有效方法之一,具有深度大、精度高等特点,而这些都依赖于高性能的地震观测仪器。地震计是目前国内外比较广泛使用的地震观测仪器,它是一种能将大地机械振动信号转换为可检测物理量的传感器,其在地震预报、地下资源勘探等研究领域扮演着非常重要角色。地震观测的实际应用需求确定了地震计研究的发展方向以宽频带,大动态范围,高分辨率为特征。由于关键部件材料和机械加工技术的限制,单纯改变地震计自身机械结构不能有效的改善其技术指标,因此需要在原有机械框架的基础上合理增加反馈环节,一套可以快速响应,精确控制的地震计反馈控制系统变得尤为重要。音圈电机以其诸多优点,特别适合快速响应、高精度、高频往复运动场合,其自身的突出优势应用于地震计反馈控制系统中,有助于改进地震计传统机械结构中的缺点,如减小机械共振、消除机械冲击等,同时可以提高机械摆体大振幅承受能力,以达到拓展地震计频带宽度及动态范围,提高分辨率的目的。本论文以Guarlp System公司CMG-3T叁分量地震计水平分量机械结构为研究对象,首先深入分析地震计结构及其在力平衡反馈状态下的工作原理,并在此基础上建立了基于音圈电机的地震计机电耦合数学模型,并确定了地震计反馈控制系统相关参数,推导了系统传递函数关系式。其次,在确定了系统传递函数的基础上,根据设计需求对地震计反馈控制系统控制策略进行了研究,在Matlab软件环境下建立了算法仿真模型,并进行了算法优化,由DSP28335实现了位置环PID反馈控制。在上述工作的基础上对地震计反馈控制系统进行了硬件系统搭建与控制程序编写。最后,完成系统整体搭建,并在低频标准震动平台进行实验,对地震计反馈控制系统性能进行了测试与标定。测试结果表明:地震计在0.05Hz~36Hz频带范围内速度响应较平坦,灵敏度约为700m V/mm/s,失真度在1.5%左右,技术指标较好,完成了地震计力平衡反馈控制及反馈网络的数字化。
江东[10]2011年在《基于磁悬浮效应的振动测试系统》文中研究表明在惯性式测振系统中所用的加速度、速度和位移传感器的惯性质量块均通过弹性元件与传感器壳体连接,传感器壳体再与被测振动体刚性固定。当被测振动体振动时,振动信号通过惯性质量块获取。本文所设计的振动测试系统,以磁悬浮球代替惯性质量块,不用弹性连接部件,系统无机械连接,运动也无机械摩擦,可自由取向,系统阻尼由控制电路控制,无须排气法、油浸法或水浸法中的阻尼介质。所以,该系统可方便地测量来自各方向的振动或多维振动,较传统惯性质量块测振方法应用范围广。本文构建了由电磁铁、磁悬浮球、红外光发射/接收器、PD控制电路组成的磁悬浮球模型,通过振动理论证明了磁悬浮球在平衡点的振动与惯性质量块一样,满足常系数二阶微分方程,并通过二者比对,确定了磁悬浮球模型的固有频率。此外,还通过实验测得了该模型的固有频率,二者基本一致,表明利用磁悬浮球测量振动是可行的。本文建立了以磁悬浮球为核心部件的振动测试平台。平台中由标准激振器产生的不同幅值和频率的振动信号,通过磁悬浮球模型中的光电位移传感器,经数据采集卡,传至虚拟示波器,经数据处理,获得了系统的幅频特性和相频特性的相关信息:系统的固有频率为19.83Hz,测量范围为20～140Hz,灵敏度为300mV/m·s~(-2),加速度为526.38m/s~2,位移0～4mm,这些参数与市售的速度传感器相比,除了在多维测量方面占有优势外,其它性能(如波形的失真度、测试精度、测量范围和灵敏度等)基本持平,可满足测试系统要求。此外,为了改善系统的稳定性,以MATLAB为计算平台,通过改变光电位移传感器的安装位置H_0、放置磁悬浮球的初始位置X_0和微分电路PD参数,数值模拟了磁悬浮振动测试系统的幅频特性、相频特性以及自功率谱特性中特有的混沌现象。同时,从单、双吸引子概念出发,以相轨迹为混沌判据,模拟了磁悬浮球由混沌向非混沌的过渡过程,确定了系统产生混沌现象的参数范围。在此基础上,进一步确定了位移传感器安装位置、磁悬浮球初始位置和微分电路的PD参数的最佳值,并进行了实验验证。最后,对磁悬浮振动测试系统在二维和叁维振动测量的应用进行了实验研究,实验结果表明:对来自任何方向的二维振动的波形均可测量,并通过数据拟合可以求得振动方向和振动源。对任意方向引起的叁维振动也可测量,可获得X、Y和Z方向的振动分量,但波形重构尚需进一步完善。本文所提出的这种基于磁悬浮效应的振动测试方法是一种全新的振动测量方法,经进一步完善,在二维和叁维振动测量中有一定的应用前景,也为现行的惯性式振动测量的改进和提高提供了一条新的思路。
参考文献：
[1]. 改善振动校准系统性能相关技术问题的研究及其实现[D]. 王光庆. 浙江大学. 2003
[2]. 振动校准精度相关技术研究[D]. 贾向军. 浙江工业大学. 2006
[3]. 超低频标准振动台相关设计理论及运动控制技术的研究[D]. 王春宇. 浙江大学. 2013
[4]. 超低频振动校准系统的研究[D]. 佘天莉. 中国地震局工程力学研究所. 2012
[5]. 低频超低频振动激励系统的研究与设计[D]. 刘钊. 西安工业大学. 2011
[6]. 振动传感器温度灵敏度校准特性研究[D]. 刘泽鹏. 北京工业大学. 2017
[7]. 低频标准振动台系统和振动校准技术研究[D]. 匙庆磊. 中国地震局工程力学研究所. 2014
[8]. 基于ARM和FPGA的振动校准测控系统的研究和开发[D]. 孟上海. 杭州电子科技大学. 2012
[9]. 基于音圈电机的地震计反馈控制系统[D]. 李念儒. 吉林大学. 2016
[10]. 基于磁悬浮效应的振动测试系统[D]. 江东. 哈尔滨理工大学. 2011
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