主頁 > 新聞動(dòng)態(tài) > 電氣工程自動(dòng)化中微位移檢測(cè)的發(fā)展前景、趨勢(shì)及現(xiàn)狀 2021-11-24

電氣工程自動(dòng)化中微位移檢測(cè)的發(fā)展前景、趨勢(shì)及現(xiàn)狀

一、電氣工程自動(dòng)化-微位移檢測(cè)的發(fā)展前景和趨勢(shì)
微位移傳感器同其他傳感器一樣,其發(fā)展的總趨勢(shì)就是利用新材料、新工藝實(shí)現(xiàn)微型化、集成化、智能化,利用新原理、新方法實(shí)現(xiàn)更多種類的信息獲取,輔以先進(jìn)的信息處理技術(shù)提高傳感器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),以適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用需求。
(1)微型化
各種控制儀器設(shè)備的功能越來越多,要求各個(gè)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(fā)展新的材料和加工技術(shù)。近年來, 隨著微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的日趨成熟,傳感器制作技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)展新階段。微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合, 器件結(jié)構(gòu)從二維到三維, 實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步微型化、低功耗。
(2)集成化
集成傳感器的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)傳感器無法達(dá)到的,它不僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器,而且將輔助電路中的元件與傳感元件同時(shí)集成在一塊芯片上, 使之具有校準(zhǔn)、補(bǔ)償、自診斷和網(wǎng)絡(luò)通信的功能,可降低成本、增加產(chǎn)量。把傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)電路、單片機(jī)集成在一個(gè)芯片上形成超大規(guī)模集成化的高級(jí)智能傳感器已經(jīng)成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。
(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(jì)算機(jī)和傳感器相結(jié)合的成果,它兼有檢測(cè)、判斷和信息處理功能, 與傳統(tǒng)傳感器相比有很多優(yōu)點(diǎn), 具有判斷和信息處理功能, 可實(shí)現(xiàn)多傳感器、多參數(shù)測(cè)量, 有自檢、自校和自診斷功能, 測(cè)量數(shù)據(jù)可存取, 且具有數(shù)據(jù)通信接口,能與微型計(jì)算機(jī)直接通信。智能化傳感器已從傳統(tǒng)傳感器的單一功能、單一檢測(cè)向多功能和多變量檢測(cè)方向發(fā)展,它的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性都是傳統(tǒng)傳感器不可比擬的。
(4)無線網(wǎng)絡(luò)化
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域, 它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等, 能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息, 通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理, 并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”理念。
二、電氣工程自動(dòng)化-微位移檢測(cè)的現(xiàn)狀
目前以美國德國所生產(chǎn)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(qiáng)振動(dòng)等一系列極其惡劣的情況下還能夠高準(zhǔn)確測(cè)量等特點(diǎn),且各種位移傳感器都在向著高速度、高精度、多功能、多參數(shù)、小尺寸的方向發(fā)展,已被各軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)市場(chǎng)所接受,廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電力、發(fā)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(yè)的工礦企業(yè)、科研院所、大專院校、軍工單位產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用的自動(dòng)測(cè)量與自動(dòng)控制。本文列舉里自2010年至今的一些微位移檢測(cè)技術(shù)的成果，具體如下
1.一種基于激光干涉的微位移測(cè)量?jī)x，具有分辨率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。該微位移測(cè)量?jī)x由基于邁克爾遜激光干涉原理的微位移測(cè)量裝置、工作臺(tái)、光電陣列、信號(hào)處理電路、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理軟件等組成。該測(cè)量?jī)x位移測(cè)量理論分辨力可以達(dá)到0.01nm，特別適合范圍在微米及微米以下的位移測(cè)量，可用于MEMS器件的位移檢測(cè)，壓電器件位移檢測(cè)等。
2.一種基于LPFG微彎特性的高精度位移檢測(cè)系統(tǒng)，傳感系統(tǒng)輸出的光功率與微位移呈良好的線性關(guān)系，位移靈敏度為2μW/mm，分辨力為0.5×10^-2mm.所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)方法，利用該方法對(duì)硅-玻璃鍵合工藝制作的集成光柵位移敏感芯片進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由敏感芯片、波長為640 nm 和660 nm 的雙波長半導(dǎo)體激光器、雙光電二極管及檢測(cè)電路組成，敏感芯片則由帶反射面的可動(dòng)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(chǎn)生衍射光斑，衍射光的光強(qiáng)隨可動(dòng)部件與光柵之間的距離變化，通過分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)波長的衍射光強(qiáng)信號(hào)并交替切換選取靈敏度較高的輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了一定范圍內(nèi)的擴(kuò)量程位移測(cè)量，并得到絕對(duì)位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用雙波長集成光柵干涉位移檢測(cè)方法測(cè)得敏感芯片可動(dòng)部件與基底光柵的初始間隙為7.522m，并實(shí)現(xiàn)了間隙從7.522um 到6.904m區(qū)間的高靈敏度位移測(cè)量，其噪聲等效位移為0.2nm。
4.一種基于石英晶體旋光效應(yīng)分析和研究了線偏振光通過晶體后偏振態(tài)的變化情況，得出旋光角度與位移的線性關(guān)系，進(jìn)而提出一種新的微位移檢測(cè)方法。并利用瓊斯矩陣法分析旋光現(xiàn)象以及整個(gè)檢測(cè)原理，得出了理論計(jì)算公式，完成了實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析。
5.一種位置敏感器件(PSD)激光微位移測(cè)量系統(tǒng)，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)微位移測(cè)量的精密性、實(shí)時(shí)性和可靠性要求。系統(tǒng)將調(diào)制、帶通濾波、峰值檢測(cè)等信號(hào)處理技術(shù)運(yùn)用于激光三角法中，并利用PSD信號(hào)單通道處理方式，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力．同時(shí)，系統(tǒng)采用自適應(yīng)控制方法改變激光的調(diào)制頻率，從而調(diào)整電信號(hào)的增益系數(shù)以適應(yīng)各種測(cè)量對(duì)象．在沒有濾光片的情況下，系統(tǒng)有效地消除了背景光和暗電流的影響，測(cè)量頻率最高可達(dá)2kHz，分辨率達(dá)到0.035%，穩(wěn)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(cè)系統(tǒng)，將檢測(cè)對(duì)象的微位移信息轉(zhuǎn)換為線陣CCD上的成像光斑的位移，在上位機(jī)中通過對(duì)由USB接口傳送來的CCD成像信息進(jìn)行分析、處理，獲得成像光斑的相對(duì)位移，根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)模型進(jìn)行換算最終實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象的微位移測(cè)量。
7.一種基于3ｘ3耦合器的小型化單光柵納米位移測(cè)量方法�；诩す舛嗥绽招�(yīng)與光纖耦合器散射矩陣?yán)碚�，首次�?ｘ3耦合器與計(jì)量光柵相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種對(duì)稱式光路結(jié)構(gòu)，利用所提出的新型相位解調(diào)算法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的位移測(cè)量。方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、對(duì)波長變化不敏感和能有效抑制空氣擾動(dòng)等特點(diǎn)，從而使得系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3ｘ3耦合器三路輸出信號(hào)兩－兩產(chǎn)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(cè)量穩(wěn)定性。數(shù)值仿真與理論分析具有較好的一致性，在同時(shí)存在相位和幅值誤差的情況下可以實(shí)現(xiàn)8nm的測(cè)量精度。
三、教學(xué)設(shè)備的推薦及介紹

MY-33F 工電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置

一、電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)品概述
該考核實(shí)訓(xùn)平臺(tái)主要由實(shí)訓(xùn)桌、網(wǎng)孔板、實(shí)訓(xùn)元器件組成。學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)線路進(jìn)行元器件的合理布局，安裝、接線全部由學(xué)生自行完成，接近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。能完成機(jī)床線路，電機(jī)控制線路，照明配電的模擬操作、安裝調(diào)試的綜合實(shí)訓(xùn)，訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)操技能。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可自行確定，根據(jù)所選的項(xiàng)目選擇相應(yīng)的元器件。
二、電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)：
1.輸入電壓：三相四線（或三相五線）～380V±10% 50Hz
2.工作環(huán)境：溫度-10～＋40℃ 相對(duì)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(hù)動(dòng)作電流：≤30mA；漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間：≤0.1s。
三、電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本配置及功能
（一）電源控制箱
主控屏為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板。整個(gè)實(shí)訓(xùn)室配備一臺(tái)教師總控制系統(tǒng)，可以分控每一個(gè)學(xué)生臺(tái)。
（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(jīng)漏電保護(hù)器后，經(jīng)過總開關(guān),由接觸器通過起、停按鈕進(jìn)行操作；
(2) 設(shè)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(diào)，最大輸出電流1.5A，電流表指示。
(4) 雙路穩(wěn)壓電源，二路輸出電壓均為0～30V，由電位器連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出最大電流為1.5A，每路電源輸出有0.5級(jí)數(shù)字電流表、電壓表指示。電壓穩(wěn)定度<10－2，負(fù)載穩(wěn)定度<10－2，紋波電壓:<5mV。
2、恒流源：0-200mA連續(xù)可調(diào)，數(shù)字表顯示，開路保護(hù)。
3、全功能DDS函數(shù)信號(hào)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(diào)   E.三角波調(diào)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(cè)量 H..預(yù)設(shè)頻率存儲(chǔ)、調(diào)入功能 I. 輸出衰減，由兩個(gè)"衰減"按鍵選擇。
技術(shù)指標(biāo)：
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(cè)量功能：
頻率范圍：1Hz-60MHz 開關(guān)（內(nèi)測(cè)/外測(cè)）轉(zhuǎn)換。信號(hào)幅度：0.5Vpp-20Vpp 外計(jì)數(shù)范圍：0-4294967296
存儲(chǔ)和調(diào)入：具有10組參數(shù)存儲(chǔ)與調(diào)出的功能。
5、功率、功率因數(shù)表：由微電腦、高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片和全數(shù)顯電路構(gòu)成。通過鍵控、數(shù)顯窗口實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能控制模式。為了提高測(cè)量范圍和測(cè)試精度，在硬、軟件上均分八檔區(qū)域，自動(dòng)判斷、自動(dòng)換檔。功率測(cè)量精度1.0級(jí)，電壓、電流量程分別為450V、5A，測(cè)量功率因數(shù)時(shí)還能自動(dòng)判斷負(fù)載性質(zhì)（感性顯示"L"，容性顯示"C"，純電阻不顯示），可儲(chǔ)存15組數(shù)據(jù)，供隨時(shí)查閱。
（三）實(shí)訓(xùn)臺(tái)
要求整體采用歐標(biāo)工業(yè)鋁型材框架，經(jīng)過數(shù)控機(jī)械精加工成型，外表面靜電氧化處理，實(shí)訓(xùn)臺(tái)連接件采用歐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)連接件組合，完全貼合設(shè)計(jì)，外形時(shí)尚美觀，經(jīng)久耐用。實(shí)訓(xùn)臺(tái)配元件儲(chǔ)存柜，儲(chǔ)存柜底部采用帶剎車的萬向輪，移動(dòng)和固定兩相宜。
實(shí)訓(xùn)操作面要求：采用型材框架，內(nèi)置實(shí)訓(xùn)模塊安裝平臺(tái)，連接實(shí)訓(xùn)臺(tái)與電源控制屏，與實(shí)訓(xùn)臺(tái)形成36度斜面，可根據(jù)實(shí)訓(xùn)要求，開合及提升，采用升降支撐柱，精準(zhǔn)控制開啟角度。
操作面下方中部配置2個(gè)元件工具抽屜，采用靜音三節(jié)滑軌，下部配有雙開門存儲(chǔ)柜，優(yōu)質(zhì)鋼板制作。
網(wǎng)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(shí)訓(xùn)操作面上。
四、電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備,電氣工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需完成的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1)與、或、非邏輯功能實(shí)訓(xùn)
2)定時(shí)器功能實(shí)訓(xùn)
3)計(jì)數(shù)器功能實(shí)訓(xùn)
4)傳送指令功能實(shí)訓(xùn)
5)數(shù)據(jù)移位指令功能實(shí)訓(xùn)
6)算術(shù)運(yùn)算指令功能實(shí)訓(xùn)
7)電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)
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(hào)燈控制
12）自動(dòng)供水控制
13）天塔之光控制
14)自動(dòng)送料裝車/四節(jié)傳送帶控制
15)多種液體混合裝置控制
16)自動(dòng)售貨機(jī)控制
17)自控軋鋼機(jī)控制
18)郵件分揀機(jī)控制
19)四層電梯控制
20）機(jī)械手控制
21）自控成型機(jī)控制
22）加工中心控制
23）PLC認(rèn)知實(shí)訓(xùn)
24)PLC控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移、分支功能實(shí)訓(xùn)
25)PLC控制數(shù)據(jù)處理指令功能實(shí)訓(xùn)
26)PLC控制微分、位操作功能實(shí)訓(xùn)
27)PLC控制藝術(shù)彩燈造型的PLC
28)PLC控制三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制和自鎖控制
29)PLC控制三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)正反轉(zhuǎn)控制
30)PLC控制三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)往復(fù)控制
31)PLC控制三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換起動(dòng)控制
32)PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)串電阻降壓起動(dòng)控制
33)PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制
34)三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)、停車的控制電路連接；
35)接觸器聯(lián)鎖的三相交流異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路的連接；
36)按鈕聯(lián)鎖的三相交流異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路的連接；
37)按鈕、接觸器聯(lián)鎖的三相交流異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路的連接；
38)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)；
39)三相交流異步電動(dòng)機(jī)Y-△（手動(dòng)切換）啟動(dòng)控制電路的連接；
40)三相交流異步電動(dòng)機(jī)Y-△（時(shí)間繼電器切換）啟動(dòng)控制電路的連接；
41)定子繞組串聯(lián)電阻啟動(dòng)控制電路的連接；
42)三相交流異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制電路的連接；
43)三相交流異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路的連接；
44)多臺(tái)（3臺(tái)及以下）電動(dòng)機(jī)的順序控制電路的連接
45)電動(dòng)機(jī)的往返行程控制電路的連接；
46)三相交流異步電動(dòng)機(jī)既能點(diǎn)動(dòng)，又能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路的連接；
49)時(shí)間繼電器切換的雙速電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路的連接；
50)離心開關(guān)配合的反接制動(dòng)控制電路的連接；
51)變頻器面板功能參數(shù)設(shè)置和操作實(shí)訓(xùn)；
52)變頻器對(duì)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制、啟停控制；
53)電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)開環(huán)調(diào)速；
56)基于面板操作的電機(jī)開環(huán)調(diào)速；
57)變頻器的保護(hù)和報(bào)警功能實(shí)訓(xùn)；
58)基于PLC的變頻器開環(huán)調(diào)速；
59)觸摸屏的參數(shù)設(shè)置；
60)觸摸屏的編程；
61)觸摸屏、PLC、變頻器的綜合實(shí)訓(xùn)；

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電氣工程自動(dòng)化中微位移檢測(cè)的發(fā)展前景、趨勢(shì)及現(xiàn)狀

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