主頁 > 新聞動態 > 電氣工程自動化中微位移檢測的發展前景、趨勢及現狀 2021-11-24

電氣工程自動化中微位移檢測的發展前景、趨勢及現狀

一、電氣工程自動化-微位移檢測的發展前景和趨勢
微位移傳感器同其他傳感器一樣,其發展的總趨勢就是利用新材料、新工藝實現微型化、集成化、智能化,利用新原理、新方法實現更多種類的信息獲取,輔以先進的信息處理技術提高傳感器的各項技術指標,以適應更廣泛的應用需求。
(1)微型化
各種控制儀器設備的功能越來越多,要求各個部件體積能占位置越小越好,因而傳感器本身體積也是越小越好, 這就要求發展新的材料和加工技術。近年來, 隨著微電子技術和微機械加工技術的日趨成熟,傳感器制作技術進入了一個展新階段。微電子技術和微機械加工技術相結合, 器件結構從二維到三維, 實現了進一步微型化、低功耗。
(2)集成化
集成傳感器的優勢是傳統傳感器無法達到的,它不僅是一個簡單的傳感器,而且將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在一塊芯片上, 使之具有校準、補償、自診斷和網絡通信的功能,可降低成本、增加產量。把傳感器、信號調節電路、單片機集成在一個芯片上形成超大規模集成化的高級智能傳感器已經成為一個新的發展趨勢。
(3)智能化
智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器,是微型計算機和傳感器相結合的成果,它兼有檢測、判斷和信息處理功能, 與傳統傳感器相比有很多優點, 具有判斷和信息處理功能, 可實現多傳感器、多參數測量, 有自檢、自校和自診斷功能, 測量數據可存取, 且具有數據通信接口,能與微型計算機直接通信。智能化傳感器已從傳統傳感器的單一功能、單一檢測向多功能和多變量檢測方向發展,它的準確度、穩定性和可靠性都是傳統傳感器不可比擬的。
(4)無線網絡化
無線傳感器網絡是當前國際上備受關注的、多學科高度交叉的新興前沿研究熱點領域, 它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等, 能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息, 通過嵌入式系統對信息進行處理, 并通過隨機自組織無線通信網絡以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。從而真正實現“無處不在的計算”理念。
二、電氣工程自動化-微位移檢測的現狀
目前以美國德國所生產的位移傳感器走在前列,具有壽命長、適用范圍廣、適于高溫高壓和強振動等一系列極其惡劣的情況下還能夠高準確測量等特點,且各種位移傳感器都在向著高速度、高精度、多功能、多參數、小尺寸的方向發展,已被各軍事、工業、農業市場所接受,廣泛應用于機械、電力、發電廠、航空航天、冶金、煤炭、石油、鐵路、交通、輕工、紡織、建材、水利等行業的工礦企業、科研院所、大專院校、軍工單位產品開發與應用的自動測量與自動控制。本文列舉里自2010年至今的一些微位移檢測技術的成果，具體如下
1.一種基于激光干涉的微位移測量儀，具有分辨率高、結構簡單、成本低的特點。該微位移測量儀由基于邁克爾遜激光干涉原理的微位移測量裝置、工作臺、光電陣列、信號處理電路、計算機及數據處理軟件等組成。該測量儀位移測量理論分辨力可以達到0.01nm，特別適合范圍在微米及微米以下的位移測量，可用于MEMS器件的位移檢測，壓電器件位移檢測等。
2.一種基于LPFG微彎特性的高精度位移檢測系統，傳感系統輸出的光功率與微位移呈良好的線性關系，位移靈敏度為2μW/mm，分辨力為0.5×10^-2mm.所設計的系統結構簡單、靈敏度高、線性度好，不受外界溫度干。
3.一種基于雙波長激光的集成光柵干涉位移檢測方法，利用該方法對硅-玻璃鍵合工藝制作的集成光柵位移敏感芯片進行了測試實驗。實驗系統主要由敏感芯片、波長為640 nm 和660 nm 的雙波長半導體激光器、雙光電二極管及檢測電路組成，敏感芯片則由帶反射面的可動部件和透明基底上的金屬光柵組成。入射激光照射到光柵上產生衍射光斑，衍射光的光強隨可動部件與光柵之間的距離變化，通過分別測量兩個波長的衍射光強信號并交替切換選取靈敏度較高的輸出信號，實現了一定范圍內的擴量程位移測量，并得到絕對位置。實驗結果表明，利用雙波長集成光柵干涉位移檢測方法測得敏感芯片可動部件與基底光柵的初始間隙為7.522m，并實現了間隙從7.522um 到6.904m區間的高靈敏度位移測量，其噪聲等效位移為0.2nm。
4.一種基于石英晶體旋光效應分析和研究了線偏振光通過晶體后偏振態的變化情況，得出旋光角度與位移的線性關系，進而提出一種新的微位移檢測方法。并利用瓊斯矩陣法分析旋光現象以及整個檢測原理，得出了理論計算公式，完成了實驗檢測系統的設計，并進行了實驗測試，并對測試系統進行了誤差分析。
5.一種位置敏感器件(PSD)激光微位移測量系統，能夠滿足工業現場微位移測量的精密性、實時性和可靠性要求。系統將調制、帶通濾波、峰值檢測等信號處理技術運用于激光三角法中，并利用PSD信號單通道處理方式，提高了系統的抗干擾能力．同時，系統采用自適應控制方法改變激光的調制頻率，從而調整電信號的增益系數以適應各種測量對象．在沒有濾光片的情況下，系統有效地消除了背景光和暗電流的影響，測量頻率最高可達2kHz，分辨率達到0.035%，穩定性誤差小于0.090%，線性度好于1.2%，大大降低了溫漂的影響。
6.一種基于線陣CCD的微位移檢測系統，將檢測對象的微位移信息轉換為線陣CCD上的成像光斑的位移，在上位機中通過對由USB接口傳送來的CCD成像信息進行分析、處理，獲得成像光斑的相對位移，根據系統檢測模型進行換算最終實現對檢測對象的微位移測量。
7.一種基于3ｘ3耦合器的小型化單光柵納米位移測量方法。基于激光多普勒效應與光纖耦合器散射矩陣理論，首次將3ｘ3耦合器與計量光柵相結合，設計了一種對稱式光路結構，利用所提出的新型相位解調算法實現納米級精度的位移測量。方法具有結構簡單、調節方便、對波長變化不敏感和能有效抑制空氣擾動等特點，從而使得系統具有良好的穩定性。實驗結果顯示，3ｘ3耦合器三路輸出信號兩－兩產生的李薩育圖形平滑清晰，相位差保持在120°左右，說明本方法具有較好的測量穩定性。數值仿真與理論分析具有較好的一致性，在同時存在相位和幅值誤差的情況下可以實現8nm的測量精度。
三、教學設備的推薦及介紹

MY-33F 工電氣工程自動化實驗裝置

一、電氣工程自動化實驗裝置,電氣工程自動化實驗設備,電氣工程自動化實驗平臺產品概述
該考核實訓平臺主要由實訓桌、網孔板、實訓元器件組成。學生根據實訓線路進行元器件的合理布局，安裝、接線全部由學生自行完成，接近工業現場。能完成機床線路，電機控制線路，照明配電的模擬操作、安裝調試的綜合實訓，訓練學生動手能力和實操技能。實訓項目可自行確定，根據所選的項目選擇相應的元器件。
二、電氣工程自動化實驗裝置,電氣工程自動化實驗設備,電氣工程自動化實驗平臺技術指標：
1.輸入電壓：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2.工作環境：溫度-10～＋40℃ 相對濕度＜85%（25℃）海拔＜4000m
3.裝置容量：＜1.5KVA
4.重   量：約100Kg
5.外形尺寸：1480×700×1300mm
6.漏電保護動作電流：≤30mA；漏電保護動作時間：≤0.1s。
三、電氣工程自動化實驗裝置,電氣工程自動化實驗設備,電氣工程自動化實驗平臺的基本配置及功能
（一）電源控制箱
主控屏為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板。整個實訓室配備一臺教師總控制系統，可以分控每一個學生臺。
（二）主控功能板配備資源
1、主控功能板
(1) 三相四線電源輸入，經漏電保護器后，經過總開關,由接觸器通過起、停按鈕進行操作；
(2) 設有450V指針式交流電壓表三只，指示電源輸入的三相電壓；
(3) 低壓交流電壓3－24V分七檔可調，最大輸出電流1.5A，電流表指示。
(4) 雙路穩壓電源，二路輸出電壓均為0～30V，由電位器連續調節，輸出最大電流為1.5A，每路電源輸出有0.5級數字電流表、電壓表指示。電壓穩定度<10－2，負載穩定度<10－2，紋波電壓:<5mV。
2、恒流源：0-200mA連續可調，數字表顯示，開路保護。
3、全功能DDS函數信號源
A.高頻率分辨率：0.01Hz B.高頻率精確度：±20ppm C.低失真度：<1%D.方波占空比1%~99%精確可調   E.三角波調占空比后可輸出兩種鋸齒波F.可變直流電平控制   G.外部頻率測量 H..預設頻率存儲、調入功能 I. 輸出衰減，由兩個"衰減"按鍵選擇。
技術指標：
A.主輸出波形正弦波、方波、三角波、鋸齒波四種波形B.最大輸出幅度 10VppC.輸出阻抗 50Ω±10%
D.直流偏置 ±5V（空載）E.占空比范圍 1%-99%（方波）F.輸出頻率范圍： 0.01Hz-2MHz
4、外測量功能：
頻率范圍：1Hz-60MHz 開關（內測/外測）轉換。信號幅度：0.5Vpp-20Vpp 外計數范圍：0-4294967296
存儲和調入：具有10組參數存儲與調出的功能。
5、功率、功率因數表：由微電腦、高精度A/D轉換芯片和全數顯電路構成。通過鍵控、數顯窗口實現人機對話功能控制模式。為了提高測量范圍和測試精度，在硬、軟件上均分八檔區域，自動判斷、自動換檔。功率測量精度1.0級，電壓、電流量程分別為450V、5A，測量功率因數時還能自動判斷負載性質（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示），可儲存15組數據，供隨時查閱。
（三）實訓臺
要求整體采用歐標工業鋁型材框架，經過數控機械精加工成型，外表面靜電氧化處理，實訓臺連接件采用歐標標準連接件組合，完全貼合設計，外形時尚美觀，經久耐用。實訓臺配元件儲存柜，儲存柜底部采用帶剎車的萬向輪，移動和固定兩相宜。
實訓操作面要求：采用型材框架，內置實訓模塊安裝平臺，連接實訓臺與電源控制屏，與實訓臺形成36度斜面，可根據實訓要求，開合及提升，采用升降支撐柱，精準控制開啟角度。
操作面下方中部配置2個元件工具抽屜，采用靜音三節滑軌，下部配有雙開門存儲柜，優質鋼板制作。
網孔板掛件：2塊每塊尺寸700X620mm采用鈑金沖壓而成，噴塑烤漆，掛放實訓操作面上。
四、電氣工程自動化實驗裝置,電氣工程自動化實驗設備,電氣工程自動化實驗平臺需完成的實訓項目
1)與、或、非邏輯功能實訓
2)定時器功能實訓
3)計數器功能實訓
4)傳送指令功能實訓
5)數據移位指令功能實訓
6)算術運算指令功能實訓
7)電機控制實訓
8) 搶答器控制
9)音樂噴泉控制
10)裝配流水線控制
11)交通信號燈控制
12）自動供水控制
13）天塔之光控制
14)自動送料裝車/四節傳送帶控制
15)多種液體混合裝置控制
16)自動售貨機控制
17)自控軋鋼機控制
18)郵件分揀機控制
19)四層電梯控制
20）機械手控制
21）自控成型機控制
22）加工中心控制
23）PLC認知實訓
24)PLC控制狀態轉移、分支功能實訓
25)PLC控制數據處理指令功能實訓
26)PLC控制微分、位操作功能實訓
27)PLC控制藝術彩燈造型的PLC
28)PLC控制三相鼠籠式異步電動機點動控制和自鎖控制
29)PLC控制三相鼠籠式異步電動機聯動正反轉控制
30)PLC控制三相鼠籠式異步電動機自動往復控制
31)PLC控制三相鼠籠式異步電動機Y/△轉換起動控制
32)PLC控制三相異步電動機串電阻降壓起動控制
33)PLC控制三相異步電動機能耗制動控制
34)三相異步電動機直接起動、停車的控制電路連接；
35)接觸器聯鎖的三相交流異步電動機正、反轉控制電路的連接；
36)按鈕聯鎖的三相交流異步電動機正、反轉控制電路的連接；
37)按鈕、接觸器聯鎖的三相交流異步電動機正、反轉控制電路的連接；
38)萬能轉換開關控制三相異步電動機的正反轉；
39)三相交流異步電動機Y-△（手動切換）啟動控制電路的連接；
40)三相交流異步電動機Y-△（時間繼電器切換）啟動控制電路的連接；
41)定子繞組串聯電阻啟動控制電路的連接；
42)三相交流異步電動機能耗制動控制電路的連接；
43)三相交流異步電動機反接制動控制電路的連接；
44)多臺（3臺及以下）電動機的順序控制電路的連接
45)電動機的往返行程控制電路的連接；
46)三相交流異步電動機既能點動，又能連續轉動的控制電路連接；
47)兩地控制電路的連接；
48)按鈕切換的雙速電動機調速控制電路的連接；
49)時間繼電器切換的雙速電動機調速控制電路的連接；
50)離心開關配合的反接制動控制電路的連接；
51)變頻器面板功能參數設置和操作實訓；
52)變頻器對電機點動控制、啟停控制；
53)電機轉速多段控制；
54)工頻、變頻切換控制；
55)基于模擬量控制的電機開環調速；
56)基于面板操作的電機開環調速；
57)變頻器的保護和報警功能實訓；
58)基于PLC的變頻器開環調速；
59)觸摸屏的參數設置；
60)觸摸屏的編程；
61)觸摸屏、PLC、變頻器的綜合實訓；

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